1、高光譜遙感,與我國內陸水質監(jiān)測,地信091 劉萌 140912119,研究背景與意義,我國內陸淡水資源的緊缺以及水質污染問題已經引起國家和社會的高度重視。水質監(jiān)測是水質評價與水污染防治的主要依據，隨著水質污染問題的日益嚴重，水質監(jiān)測的意義愈顯重大。尤其是內陸水體，其水質影響到人們的生產和生活，因而準確高效的水質監(jiān)測顯得尤為重要。作為一種重要的監(jiān)測手段，遙感技術以其獨特的優(yōu)勢為水質監(jiān)測開辟了新的途徑，可以實現(xiàn)水質大范圍、快速、低成本、周期性動態(tài)監(jiān)測。,內陸水體的光學特性比較復雜，相較海洋遙感而言有更多的難點。內陸和近岸水體光譜特性復雜多變，只有高光譜分辨率的遙感數據才能更加有效地捕捉這些信息，從

2、而提高內陸水質監(jiān)測的精度。利用遙感數據反演水質參數通常有三種方法，即經驗方法、半經驗方法和基于生物光學模型的分析方法。在內陸水質參數遙感監(jiān)測中，高光譜遙感數據是最佳的數據，基于生物光學模型的分析方法是反演算法的發(fā)展趨勢。,經驗方法一般通過建立遙感數據與地面監(jiān)測的水質參數值之間的統(tǒng)計關系來外推水質參數值，水質遙感初期使用的寬波段數據多采用這種方法，不過這種方法建立的水質參數與遙感數據之間的關系往往缺乏理論依據，因而通用性差。 半經驗方法是隨著高光譜遙感在水質監(jiān)測中的應用而發(fā)展起來的，它是將已知的水質參數的光譜特征與統(tǒng)計模型結合，往往只適用于一定的條件，應用于不同季節(jié)或地域的水體時往往需要進行參數

3、校正。 分析方法是建立在水中輻射傳輸模型基礎上的，其物理意義明確、適用性強、反演精度高，而且可以同時反演幾種水質參數，是當前內陸水體水質參數反演算法的發(fā)展趨勢。,三種研究方法,具體研究方案,數據獲取,3502500nm，其光譜分辨率為3nm。分別測量標準灰板、水體和天空光的光譜數據，各記錄10條光譜，計算剛好在水面以下輻照度比R(0-)。計算得到的16個水面采樣點的剛好在水面以下輻照度比R(0-)的曲線如圖2所示。,本文以富營養(yǎng)化污染比較嚴重的太湖梅粱灣為試驗區(qū)，2005年10月10 日北京時間上午9點到下午4點半在太湖梅梁灣測量了16個點的水面光 譜，光譜測量使用野外光譜輻射儀FieldSp

4、eePro FR波長響應范圍為,利用實驗室內的分光光度計可以對采集的水樣的固有光學量進行測量分析”?？梢灾苯訙y量的參數有：CDOM吸收系數acdom、總懸浮物吸收系數ap、非色素懸浮物吸收系數ad、總懸浮物光束衰減系數cp；間接計算的參數有：浮游植物色素吸收系數aph、總懸浮物散射系數bp。16個采樣點的平均的吸收和散射系數如圖3所示。,分析方法,1.確定懸浮物后向散射比例系數,后向散射比例系數bbp(等于b/b)可以由散射相函數p(e)計算得到，它與水體的類型有關. 。本文使用由Petzold(1972)測量的散射相函數計算得到的后向散射比較系數(等于0.019)，這樣就可以用懸浮物的散射系

5、數計算得到懸浮物的后向散射系數。,2.確定生物光學模型中的系數f,生物光學模型中的系數f是與光照條件有關的參數，它的確定方法通常有3種：一是直接取常數0.33；二是根據理論模型計算：三是先確定后向散射比例系數，再根據測量計算得到的R(0-)和bb/(a+bb)進行線性回歸，回歸系數作為f值。,R(0-)=f0 bb/(a+bb)+f1,計算得到的16個采樣點對應f0和n以及線性相關系數如表1所示：,3.擬合的R(0-)和測量的R(0-)的比較,我們以1號點和2號點為例，比較擬合的R(0-)和水面測量R(0-)。從表l中可以看出，2、8、9、ll、14、16號點的相關系數比較小。造成這些點的線性

6、相關系數比較小的主要原因是；由于水面光譜測量點和水體采樣點相差幾米而剛好這相差的幾米導致二者的水體光學特性產生較大的差異。構建生物光學模型要求水面光譜測量的水體和采樣的水體相對應，因而在建立模型時有必要排除2、8、9、1I、14、16這6個點。,圖中a為1號點擬合結果，b為2號點擬合結果,4.水質參數反演,基于上面建立的生物光學模型，同時選擇擬合效果比較好的波段，利用矩陣反演的方法同時反演得到除2、8、9、11、14、16的10個點的3種水質參數：Cchla、Cs和acdom(440)。與實測的水質參數值相比較，得到了反演的相對誤差，如表所示。,結論和討論,從上表中我們可以看出，基于生物光學模

7、型的分析方法不但可以同時反演3種典型水質參數，而且其反演精度較高。這說明了分析方法具有巨大的潛力。不過，目前分析方法還有很多局限。分析模型建立之初需要測量的數據參數較多，包括水體的固有光學特性、表觀光學特性及水質參數值等，特別是固有光學參數的測量對設備和條件要求較高；利用分折方法反演永質參數之前必須對遙感數據進行精確的大氣校正，大氣校正結果的經驗直接影響到水質參數反演的精度，因此它對遙感數據大氣校正的精度要求比較高。 目前的生物光學模型大都是半分析的，加入了經驗關系。這個經驗關系往往隨區(qū)域和季節(jié)變化。針對于我國典型內陸水體，我們要建立區(qū)域的生物光學模型，在積累的大量現(xiàn)場資料的基礎上，我們要逐步發(fā)展水質遙感數據和現(xiàn)場資料數據庫相融合的方法。,參考文獻：,1. 李俊生、鄭蘭芬、童慶禧等.高光譜遙感內陸水質監(jiān)測研究J. 遙感應用研究,2008. 2.