[发明专利]一种基于高分辨率卫星影像的入海排口疑似排污识别方法

说明书

本发明提供了一种基于高分辨率卫星影像的入海排口疑似排污识别方法。本发明提供的方法基于高分辨率卫星影像的光谱特征，建立入海排口疑似排污识别模型，可以快速筛查疑似污染排口，对沿岸入海排口水色状况进行动态全面监测，迅速、详细掌握污染产生、演变过程，有利于从面上对入海排口进行监督管理，节省人力、物力等资源，严格监督陆源污染物入海，改善近岸海域生态环境质量。

技术领域

本发明属于海洋环境保护技术领域，尤其是涉及一种基于高分辨率卫星影像的入海排口疑似排污识别方法。

背景技术

入海排口是指通过溪闸、管道、沟渠等直接向近岸海域排放内陆水体的口门，呈现出面积小、分布广的特点。特殊的地理位置使其受到陆源污染、河流输入、泥沙再悬浮、邻接效应等多重影响，水体性质及污染来源复杂，是生态环境治理的重要节点。由于陆源污染物通过入海排口直排入海会影响近岸海域生态环境质量，体现在氨氮、总磷、总氮、化学需氧量、生化需氧量及其他水质指标超地表水环境质量标准或海水水质标准，因此对入海排口排水状况的监测与管理十分重要。

近年来，各级海洋环境监测部门进行了详细的入海排口排查工作，但是传统的人工现场巡查费时费力，并且难以快速且全面地摸清入海排口处排水状况，导致排查成果不完善且效率低。目前，部分重点入海排污口已经安装水质自动监测装置，但由于入海排口数量巨大，大部分排口目前缺乏在线监测设备，是当前海洋环境监管的“痛点”。卫星遥感具有高空间分辨率、高时间分辨率观测的特点，可以实现对沿岸入海排口的快速响应与动态监测，有利于全面摸清入海排口数量、分布、动态变化等特征。

现有技术中已经出现了利用卫星遥感进行水体监测的技术，例如Zhao, Y等人在Recognition of Water Colour Anomaly by Using Hue Angle and Sentinel 2 Image（Remote Sensing 12, 716）一文中利用色度角的方法来判断是否为水色异常水体，当色度角超过阈值则认为是水色异常水体。但是，该方法只适用于光学深水，对光学浅水不适用，且不适用于富营养化水体的识别。目前，对于入海排口的污染监管，有待提供一种适用场合更广、通用性更强、识别更加准确的卫星监测方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于高分辨率卫星影像的入海排口疑似排污识别方法，该方法主要包括以下步骤：

S1：通过高分辨率卫星获得多种水色类型、多时相的遥感反射率光谱，并对遥感反射率进行归一化处理，突出谱形特征，构成由归一化的遥感反射率光谱形成的训练样本集；其中，获取的多种水色类型除了异常水色也包含其他类型的水色，如高悬浮泥沙水体、离岸较远的清洁水体、水库水体、河道水体、养殖池塘水体、邻近岸的水体等，从而建立覆盖各个区域、季节、水色类型的遥感反射率光谱库。

S2：依据光谱之间的相似性特征，对训练样本集中的归一化的遥感反射率光谱进行聚类处理，得到多种水体光学类型及各自对应的中心光谱；根据所述中心光谱的光谱特征，确定各类水体光学类型所对应的水体状态；所述水体状态包括清洁水体状态、浑浊水体状态、富营养化水体状态、泥沙含量极高的水体状态或是容易被误分的滩涂，以及疑似污染水体状态。

S3：根据各类水体光学类型所对应的水体状态及光谱特征，提取确定对不同水体光学类型或水体状态具有敏感度的多个光谱参数，并将所述训练样本集中归一化的遥感反射率光谱的光谱参数、对应的水体光学类型作为真值，对机器学习模型进行迭代训练，得到水体光学类型分类模型；

S4：通过高分辨率卫星获取包括入海排口的目标区域的遥感反射率光谱，将提取确定的光谱参数输入所述水体光学类型分类模型，并以输出的水体光学类型作为识别结果。

具体的，所述步骤S1在进行归一化处理前，对高分辨率卫星获得的遥感影像进行了陆地掩膜、云掩膜处理，仅保留晴空水体像元；然后对晴空水体像元进行大气校正，提取得到晴空水体像元的遥感反射率光谱。优选的，基于通用瑞利散射查找表，采用适用于近岸区域的短波红外大气校正方法进行大气校正。