[发明专利]建立城市河网水体光谱库的方法与应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种建立城市河网水体光谱库的方法与应用，属于水环境遥感评估和监测的技术领域。

背景技术：

水资源是人类赖以生存和发展的基本要素之一，随着水体污染问题的日渐严重，水质监测称为经济社会可持续发展必须解决的重大问题。高光谱水质遥感评估、监测是通过研究水体反射光谱特征与水质参数浓度之间的关系，建立水质参数反演过程的，具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测的优势，并且还能发现一些常规方法难以揭示的污染源和污染物迁移特征，与常规方法相比，具有不可替代的优越性。

光谱库是由光谱仪在一定条件下测得的各类地物反射光谱数据的集合。由于不同的地物具有不同的光谱特征，这已成为利用高光谱遥感数据认识和识别地物、提取地表信息的主要思想和手段。高光谱成像光谱仪产生了庞大的数据量，建立地物光谱数据库，运用先进的计算机技术来保存、管理和分析这些信息，是提高遥感信息的分析处理水平并使其能得到高效、合理应用的唯一途径，并给人们认识、识别及匹配地物提供了基础。

国际上有代表性的数字化地物反射光谱数据库有JPL反射光谱数据库(Jet Propulsion Laboratory，美国喷气推进实验室)、USGS地物反射光谱数据库(US Geological Survey，美国地质调查局)、JHU地物反射光谱数据库(Johns Hopkins University，美国约翰霍普金斯大学)、ASTER地物反射光谱数据库(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer，先进星载热辐射与反射辐射计)和IGCP-264数字化地物反射光谱数据库(International Geological Correlation Program，国际地质对比计划)等。在国内，地物反射光谱测量研究是从1978年腾冲航空遥感试验开始的，获得了1000多组树木、农作物、土壤、水体和岩矿等光谱曲线。20世纪80年代，中科院空间科技中心在宁芜地区获得各种光谱曲线1000多条，中国科学院长春地理所也建立了长春净月潭地物反射光谱数据库系统，中科院遥感所对277种中国典型地物反射光谱特征进行了测量。1998年北京航遥中心建立了典型岩石矿物反射光谱数据库，包含典型岩石和矿物500余种。2001年，北京师范大学在北京顺义获取了冬小麦光谱测量数据、农学参数等。20世纪70年代至今，遥感研究部门相继建成了10余个反射光谱数据库。

目前国内外建立的地物反射光谱库选取的地物多为矿物，岩石，农作物，植被等，没有专门针对水体水质评估、监测的光谱库。

发明内容：

针对现有技术的不足，本发明提供一种建立城市河网水体光谱库的方法。该方法将城市河网水体光谱数据等多源数据整理入库、查询、显示、光谱特征分析和水质遥感反演技术。

本发明还涉及一种上述城市河网水体光谱库的应用。利用本发明所述城市河网水体光谱库，还为水质参数反演、遥感水质评估提供很好的应用。

本发明的技术方案如下：

一种建立城市河网水体光谱库的方法，包括步骤如下：

一、数据的录入

第一批次入库的数据，该数据包括多源数据和参数的反演模型，所述的多源数据包括光谱反射率数据、水质参数数据、环境配套参数数据和照片数据；所述参数的反演模型包括化学需氧量浓度反演模型、悬浮物浓度反演模型、五日生化需氧量浓度反演模型、总氮浓度反演模型、总磷浓度反演模型和叶绿素a浓度反演模型；

1）多源数据的采集：

①光谱原始数据采集：光谱原始数据来自地面野外光谱测量，光谱仪采用的是ASD便携式野外光谱仪Pro FR，其波长范围350-2500nm，光谱分辨率为1nm；通过光谱仪得到的光谱原始数据包括：太阳光在水面上的入射辐亮度（Ed(0+)），天空漫散射光辐亮度（Lsky），水表面辐亮度（Lsw）；这些数据不是光谱反射率数据，需要对光谱原始数据进行转换反射率的计算，例如，第一批次采集的光谱原始数据为嘉兴市城市河网水体秋季光谱原始数据；

②水质参数数据：水质参数包括化学需氧量浓度、悬浮物浓度、五日生化需氧量浓度、总氮浓度、总磷浓度和叶绿素a浓度；在光谱原始数据采集的同时采集水样以获得上述水质参数数据；

③环境配套参数数据:环境配套参数包括采集时间、经纬度、水温、天空状况、风速、水面状况和样点文字描述；数据来源于光谱原始数据采集的现场测量和记录；