海洋等水下空間，是人類長期向往探索、卻仍充滿神秘與挑戰(zhàn)的未知領(lǐng)域。珊瑚礁作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要基石，不僅承載著近10萬億美元的年均生態(tài)與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也正面臨全球氣候變化與人類活動加劇的嚴(yán)峻威脅。守護(hù)這一片片生命奇跡，離不開前沿科技的有力支撐。
近日，武漢大學(xué)測繪遙感信息工程全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李明副研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國際科研力量，在美國攝影測量與遙感學(xué)會會刊《Photogrammetric Engineering & Remote Sensing》連續(xù)發(fā)表兩篇創(chuàng)新性研究成果，研發(fā)了集測深激光雷達(dá)、無人機(jī)遙感、水下高精度攝影測量與深度學(xué)習(xí)于一體的先進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)，探索了水面—水下多源異構(gòu)數(shù)據(jù)協(xié)同感知與建模的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，顯著提升了水下復(fù)雜環(huán)境空間信息獲取、三維重建與生態(tài)理解能力。研究成果為造礁珊瑚的智能化監(jiān)測與保護(hù)開辟了新路徑，具有重要科學(xué)意義與廣泛應(yīng)用前景。
在題為《Efficient Coral Survey Using Aerial Remote Sensing and Multi-modal Segmentation for Large-Scale Ecological Assessment》的論文中，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出融合航空影像與水下測深激光雷達(dá)點(diǎn)云的多模態(tài)深度學(xué)習(xí)分割方法，成功實(shí)現(xiàn)造礁珊瑚礁區(qū)的高精度語義分割與數(shù)字孿生建模。研究不僅建立了大范圍高分辨率水下多源遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品，還實(shí)現(xiàn)了珊瑚表面粗糙度、體積致密性等生態(tài)指標(biāo)的自動量化，為大尺度珊瑚生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測與變化檢測提供了新方案。該論文第一作者為覃江穎，通訊作者為李明，其他作者包括Armin Gruen、龔健雅、鐘佳耿與廖萱。
圖1多模態(tài)跨介質(zhì)遙感數(shù)據(jù)用于珊瑚礁棲息地語義制圖
在題為《A High-Quality Underwater 3D Reconstruction Solution for Coral Reef Environments Leveraging Advanced Photogrammetric Computer Vision Techniques》的論文中，針對傳統(tǒng)方法在水下復(fù)雜環(huán)境中建模效率低、精度受限的問題，團(tuán)隊(duì)提出了基于分層稠密建模的創(chuàng)新策略，結(jié)合深度學(xué)習(xí)驅(qū)動的稠密匹配、多視圖立體重建與三維高斯?jié)姙R（3D Gaussian Splatting）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了珊瑚礁精細(xì)結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量、高效率三維重建與表征，為水下生態(tài)系統(tǒng)長期動態(tài)監(jiān)測與科學(xué)保護(hù)提供了先進(jìn)技術(shù)支撐。該論文第一作者為鐘佳耿，通訊作者為李明，其他作者包括Armin Gruen、廖萱、覃江穎與王冰。
圖2 SOTA影像三維重建方法與本研究方法結(jié)果視覺對比
該系列研究由武漢大學(xué)測繪遙感信息工程全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）大地測量與攝影測量研究所、自然資源部南海遙感測繪協(xié)同應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新中心、香港理工大學(xué)土地測量與地理資訊學(xué)系和航空及民航工程學(xué)系聯(lián)合完成。國際化、多學(xué)科協(xié)作模式充分發(fā)揮了綜合優(yōu)勢，推動了水下空間智能遙感測繪技術(shù)體系的原創(chuàng)性發(fā)展，助力我國乃至全球在全球海洋氣溫上升中的海洋生態(tài)保護(hù)與人類可持續(xù)發(fā)展事業(yè)。
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