[發明專利]一種基于半分析模型的沉水植被光譜水體影響校正方法

有效

• 申請號: 201811325008.X
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109406457B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 周冠華;馬中祺
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01N21/49;G01N21/31
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1.一種基于半分析模型的沉水植被光譜水體影響校正方法，其特征在于包括步驟如下：

步驟一：按照水體反射光譜測量相關方法和規范，測量并獲取含有沉水植被的水體的水面以下遙感反射率測量并獲取水色三要素，即水體葉綠素濃度、懸浮物濃度以及有色可溶有機物吸收系數，測量水體深度H，記錄測量期間的太陽天頂角θ_w；

步驟二：根據水色三要素的測量結果，計算目標區域水體總的吸收系數和散射系數：

a(λ)＝a_pw(λ)+a_ph(λ)+a_NAP(λ)+a_CDOM(λ)

b_b(λ)＝b_bpw(λ)+b_bp(λ)

其中，λ是波長，a(λ)是水體吸收系數，b_b(λ)是水體后向散射系數；

a_pw(λ)、a_ph(λ)、a_NAP(λ)和a_CDOM(λ)分別是純水體、葉綠素、非藻類顆粒物和有色可溶有機物的吸收系數；a_pw(λ)可參考Buiteveld的測量結果；

a_ph(λ)、a_NAP(λ)和a_CDOM(λ)分別表示為：

a_ph(λ)＝Cchla×A(λ)×Cchla^-B(λ)

a_NAP(λ)＝0.041×SPM×0.75e^{-0.0123(λ-443)}

a_CDOM(λ)＝a_CDOM(375)e^{-0.0192(λ-375)}

其中Cchla、SPM和a_CDOM(375)分別表示水體葉綠素濃度、懸浮物濃度以及有色可溶有機物在375nm波段處的吸收系數，A、B是Bricaud等通過實測數據擬合得到的參數；b_bpw(λ)和b_bp(λ)分別表示純水體和顆粒物的后向散射系數，分別表示為：

其中E是經驗系數，可按照水體渾濁程度的高低分別取值為5.0、1.0和0.3；模擬數據集還包含水體的吸收系數和后向散射系數的模擬結果，由步驟二各式得到；數據集的波段范圍設為400-800nm，步長為10nm；

步驟三：根據水色三要素與水深的測量結果，生成輸入樣本；輸入樣本包含水色三要素、水深以及水生植被的葉面積指數；假設某一被測量參數X的最大值、最小值分別為X_max和X_min，標準差為σ_X，將X的取值范圍設為[X_min-3σ_X,X_max+3σ_X]；葉面積指數的取值范圍設為0-4；假設各參數的概率分布形式為均勻分布，由拉丁超立方采樣法生成輸入樣本；將輸入樣本輸入至輻射傳輸模型以得到模擬數據集；由一種水生植被輻射傳輸模型模擬沉水植被反射率R，通過下式估算沉水植被水面以下遙感反射率模擬值

由陸地植被輻射傳輸模型生成與之對應的沉水植被本征植被反射率模擬值ρ_model；

步驟四：通過最優化方法擬合如下半分析光學淺水校正模型的待定系數：

其中u和α分別表示為：

α＝a+b_b

式中g₀、g₁、g₂、A₀、A₁、D₀、D₁、D₀'和D₁'均為待定系數；

步驟三生成的模擬數據集包含上式除待定系數以外的各參數取值；通過最優化方法擬合上式各待定系數，優化的目標函數為：

式中ρ_SA表示半分析模型模擬的本征植被反射率，ρ_model表示陸地植被輻射傳輸模型模擬的本征植被反射率，N和K分別表示樣本總數和波段總數，i和j分別為樣本序號和波段序號；優化后得到模型各待定系數，構成目標區域的水體影響校正模型；

步驟五：將步驟一測量獲得的水面以下遙感反射率、目標區域水體吸收系數和后向散射系數、水深以及太陽天頂角輸入至步驟四得到的水體影響校正模型，解算模型得到目標區域沉水植被的本征植被反射率，從而實現對沉水植被光譜水體影響的校正。