[发明专利]一种基于高分一号卫星的内陆湖泊清洁水体叶绿素a浓度反演方法

说明书

本发明一种基于高分一号卫星的内陆湖泊清洁水体叶绿素a浓度反演方法，包括：(1)对待测内陆湖泊的清洁水体进行多点采样；(2)采样时获取光谱数据，采样后测出各样点叶绿素a浓度值；(3)获取高分一号卫星对该内陆湖泊的影像数据并预处理；(4)利用样点的光谱数据和叶绿素a浓度值，通过使用线性、指数和对数函数来测试所有可能的单波段和波段组合形式；并利用验证样点进行模型的精度评估，获取最佳函数和最佳波段输入模型；(5)将遥感影像各波段值导入所构建的最佳函数中，确定高光谱情况下的最佳反演模型，最终对内陆湖泊清洁水体的叶绿素a浓度值进行有效反演。利用本发明，可以提高内陆湖泊清洁水体叶绿素a浓度反演精确度。

技术领域

本发明涉及水体叶绿素a浓度监测领域，尤其是涉及一种基于高分一号卫星的内陆湖泊清洁水体叶绿素a浓度反演方法。

背景技术

水体参数是水环境质量的直观反映，也是水质评估的重要依据，目前常用的水体参数有水体透明度、叶绿素a浓度、总悬浮物浓度、总磷、总氮、有色可溶性有机物含量等，其中叶绿素a是水体中浮游植物以及水藻类生物的主要成分，其浓度的高低表示了水体初级生产力以及富营养化程度。内陆水库作为淡水主要涵养方式，直接关系着区域防洪、生活生产用水供给、流域生态环境保持、水资源分类等活动，因此，实现水体相关水质参数的有效监测对于水资源保护具有极其重要的意义。

遥感作为一种在地理学、生态学等学科常用的研究手段，从空间层面实现了多尺度、多时相的空间分布及动态变化研究，可以满足不同的研究需求。近年来越来越多的研究者开始将水质评估的技术手段转向卫星遥感技术，希望能够利用遥感的高频率、大范围、准实时的优点解决传统水质检测方法的种种限制和缺陷。目前常用于水体水色参数监测的遥感影像有MODIS影像、Landsat系列影像、环境一号影像数据、高分系列影像以及GOCI数据影像等。

高分影像作为重要的国产遥感影像系列，由于其较高的空间分辨率、较长年限的数据集以及较强的水体参数表达能力，在水体环境相关参数监测中得到了极其广泛的应用。利用高分影像各波段光谱反射特征对水体水质进行研究，实现了水体参数的科学有效反演，在一定程度上克服了传统研究中时效性缺乏、代表性不足等弊端，有利于研究区域水体环境参数的空间化反演与监测。国内外学者根据不同遥感影像的数据特征，利用多种方法构造了水体叶绿素a浓度反演模型，实现了水体参数的监测。如公开号为CN111650131A的中国专利文献公开了一种高泥沙含量水体表层叶绿素a浓度反演方法，公开号为CN102200576A的中国专利文献公开了一种叶绿素a浓度反演方法及系统。

但是现有的大部分模型对于复杂水体的反演说服力仍有不足，精确度有待提升；同时，由于部分内陆水库属于洁净水体，相关水质指标含量较低，常规方法难以有效反映出其水体水色参数，对于洁净水体的反演精确度有待提高。

发明内容

基于以上问题，本发明提供了一种基于高分一号卫星的内陆湖泊清洁水体叶绿素a浓度反演方法，以解决内陆湖泊清洁水体叶绿素a浓度反演难的问题。

一种基于高分一号卫星的内陆湖泊清洁水体叶绿素a浓度反演方法，包括以下步骤：

(1)对待测内陆湖泊的清洁水体进行多点采样，共采集样点n个，其中m个作为反演样点，用于反演模型的构造，剩余(n-m)个作为验证样点，用于验证所构造反演模型的精确度；

(2)采样过程中，对各样点的辐射数据进行测量，获取光谱数据；采样后，对采样水体进行实验室分析，测算出各样点叶绿素a浓度值Chla；

(3)获取高分一号卫星对该内陆湖泊的影像数据，对数据进行预处理操作；选取内陆湖泊区域各年份不同季节的影像1～2副，并对各年份影像进行平均处理，从而得到各年份该内陆水库区域水体遥感平均监测影像；

(4)利用反演样点中样点的光谱数据和测算出的叶绿素a浓度值，通过使用线性、指数和对数函数来测试所有可能的单波段和波段组合形式；并利用验证样点进行模型的精度评估，获取最佳函数和最佳波段输入模型；