[發(fā)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811325008.X
• 申請(qǐng)日: 2018-11-08
• 公開（公告）號(hào): CN109406457B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周冠華;馬中祺
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/47
• 分類號(hào): G01N21/47;G01N21/49;G01N21/31
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本發(fā)明涉及一種基于半分析模型的沉水植被光譜水體影響校正方法，其步驟如下：測(cè)量沉水植被水面以下遙感反射率、水體葉綠素與懸浮物濃度以及有色可溶有機(jī)物的吸收系數(shù)和水深，記錄或計(jì)算測(cè)量期間的太陽天頂角；由水色要素濃度估算水體吸收系數(shù)和后向散射系數(shù)；由水色要素濃度與水深生成輸入樣本，由輻射傳輸模型生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；通過最優(yōu)化方法擬合研究區(qū)半分析沉水植被光譜校正模型的待定系數(shù)；將沉水植被水面以下遙感反射率、水體吸收系數(shù)和后向散射系數(shù)、水深以及太陽天頂角輸入至水體影響校正模型，得到沉水植被本征植被反射率。本發(fā)明能將水體光學(xué)信號(hào)從沉水植被與水體渾濁介質(zhì)的反射率中去除，恢復(fù)沉水植被的本征植被反射率。

(一)所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于半分析模型的沉水植被光譜水體影響校正方法，屬于光學(xué)遙感領(lǐng)域，在水色遙感技術(shù)研究以及水生生態(tài)學(xué)研究方面具有重要意義。

(二)背景技術(shù)

濕地具備涵養(yǎng)水源、蓄水泄洪、保持生物多樣性等生態(tài)功能，是地球三大生態(tài)系統(tǒng)之一。沉水植被是濕地的重要組成部分，它具有降低水體渾濁度、吸收水體重金屬離子、抑制水體富營(yíng)養(yǎng)化的生態(tài)功能，因此監(jiān)測(cè)沉水植被的生長(zhǎng)狀態(tài)和分布范圍對(duì)于保護(hù)濕地具有極其重要的意義。由于沉水植被生長(zhǎng)于水中，常規(guī)地面調(diào)查方法的實(shí)施難度大，且難以對(duì)大面積濕地的沉水植被進(jìn)行長(zhǎng)期、持續(xù)的監(jiān)測(cè)，而遙感技術(shù)具有大范圍、周期短、無需接觸的優(yōu)勢(shì)，利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)濕地沉水植被的優(yōu)勢(shì)十分明顯。

不同于陸地植被，沉水植被生長(zhǎng)于水底，其植物體全部浸沒在水中，傳感器觀測(cè)得到的光譜信號(hào)不僅會(huì)受到植物葉片生理、生化參數(shù)、冠層結(jié)構(gòu)參數(shù)等植物因素的影響，還會(huì)受到水體以及水底光學(xué)特性的干擾。水體的強(qiáng)吸收特性不僅會(huì)削弱傳感器接收的植物信號(hào)，還會(huì)導(dǎo)致其曲線形狀發(fā)生改變，原有的典型植物光譜特征逐漸弱化乃至趨于消失。因此，分離水體與沉水植被的光譜信號(hào)，恢復(fù)沉水植被本征植被反射率將有助于提高沉水植被相關(guān)遙感算法的應(yīng)用精度。

(三)發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種基于半分析模型的沉水植被光譜水體影響校正方法，其技術(shù)解決方案是：在一種水生植被輻射傳輸模型和陸地植被輻射傳輸模型的基礎(chǔ)上，計(jì)算模擬數(shù)據(jù)集并通過最優(yōu)化方法求解半分析光學(xué)淺水模型的待定系數(shù)，在已知沉水植被水面以下遙感反射率、水深以及水色三要素的前提下，解算模型從而得到沉水植被本征植反射率。其具體步驟如下：

步驟一：按照水體反射光譜測(cè)量相關(guān)方法和規(guī)范，測(cè)量并獲取含有沉水植被的水體的水面以下遙感反射率測(cè)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(jī)物吸收系數(shù)，測(cè)量水體深度H，記錄測(cè)量期間的太陽天頂角θ_w；

步驟二：根據(jù)水色三要素的測(cè)量結(jié)果，計(jì)算目標(biāo)區(qū)域水體總的吸收系數(shù)和散射系數(shù)：

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(zhǎng)，a(λ)是水體吸收系數(shù)，b_b(λ)是水體后向散射系數(shù)；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(jī)物的吸收系數(shù)；a_pw(λ)可參考Buiteveld等的測(cè)量結(jié)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)}