[发明专利]一种利用无人机搭载光谱仪的水质监测方法

说明书

发明公开了一种利用无人机搭载光谱仪监测水质的方法，步骤如下：采用RBR多参数水质测量仪测量水体表层的水质参数，包括：叶绿素a浓度，浊度；无人机搭载光谱仪悬停在指定水域上空，通过地面笔记本电脑配置的远程控制软件操控空中系统无人机搭载光谱仪获取水体反射率Iw，地面系统光谱仪测量白板反射率获取Ir下行辐照度；用纯黑色遮光罩覆盖asd光谱仪探头，设置asd光谱仪不同曝光时间进行测量，获取仪器在不同曝光时间下的噪音数据Id，计算反射率；提取380nm‑390nm和890nm‑900nm两个波段范围，通过线性和非线性两种方式拟合能量函数，以该能量函数代表各波段太阳反射光能量，在原始数据各波段减去能量函数值即可获得去除太阳反射光的结果。

技术领域

本发明涉及一种水质参数的反演方法，具体地说是涉及一种利用无人机搭载光谱仪，建立水质参数与水体光谱反射率的关系模型，从而利用光谱反射率反演获取水质参数的方法。

背景技术

内陆湖泊、河流是淡水资源的重要存储地，关系到人们的饮水安全、公众健康和疾病控制，更广泛意义上水质状况关系到整个生态环境。然而，随着经济社会飞速发展和工业化程度加剧及人为活动的影响，河湖的水生态环境保护面临着严峻的挑战：河道干涸湖泊萎缩，水环境状况恶化，河湖功能退化等，这些水生态事件引起了公众的强烈反响。政府创新提出“河长制”，即各级政府的主要负责人担任辖区内重要河流的河长，以负责河道、水源地的水环境、水资源的治理与保护，到2018年年底前全面建立“河长制”。河湖管理保护是一项复杂的系统工程，需要因地制宜，这就需要有一套规范、高效和便捷的监测方法。

水质监测是水质评价与水污染防治的主要依据。我国河流湖泊水质常规的检测方法是采集水样，然后进行实验室分析，并根据分析数据采用单一参数评价指数法或多参数的综合评价法进行水质评价。该方法虽然能对众多的水质指标作出精确的分析和评价，但费时费力，不经济；而且水样采集和分析的数量有限，对整个河流湖泊而言，不具有典型的代表意义。遥感技术的出现和发展，给水质的监测评价提供新的机遇与选择。传统的遥感监测方法可以反映水质在空间和时间上的分布和变化情况，发现一些局部采样方法难以揭示的污染源和污染物迁移特征。然而，由于大多河流湖泊尺度较小，变化快，影响因素多，卫星遥感空间和时间分辨率较低不能满足监测精度的要求。为此，需要设计相应的技术方案给予解决。

发明内容

本发明是针对现有技术存在的不足，提供了一种基于无人机搭载光谱仪监测水质的方法，建立了水体光谱反射率和水质参数的关系模型，通过水体反射率反演获取水质参数，满足实际使用要求。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种基于无人机搭载光谱仪监测水质的方法，建立了水体光谱反射率和水质参数的关系模型，通过水体反射率反演获取水质参数，其包括以下步骤：(1)水质参数获取：采用RBR多参数水质测量仪测量水体表层的水质参数，包括：叶绿素a浓度，浊度；

(2)水体反射率获取：整个系统分为空中系统和地面系统两个部分，无人机搭载光谱仪悬停在指定水域上空，通过地面笔记本电脑配置的远程控制软件操控空中系统无人机搭载光谱仪获取水体反射率Iw，地面系统光谱仪测量白板反射率获取Ir下行辐照度，两个光谱仪操作同步进行。

(3)光谱仪噪音去除：用纯黑色遮光罩覆盖asd光谱仪探头，设置asd光谱仪不同曝光时间进行测量，获取仪器在不同曝光时间下的噪音数据Id，计算反射率；

(4)水面太阳反射光去除：asd光谱仪波段分辨率为1nm，范围为325nm-1075nm，提取380nm-390nm和890nm-900nm两个波段范围，通过线性和非线性两种方式拟合能量函数，以该能量函数代表各波段太阳反射光能量，在原始数据各波段减去能量函数值即可获得去除太阳反射光的结果；

(5)水体反射率与水质参数关系模型：将上一步获取的各水体的反射率同各水质参数分别建立关系模型，选取最优单波段和多波段组合作为因子反演水质参数。