基于组合光谱指数的巢湖典型水质参数反演研究
发布时间：2021-11-28 01:44
叶绿素a浓度和透明度作为与光谱特征相关的水质参数,是遥感反演水体质量的重要指标。以安徽巢湖为研究区域,利用2016年1～9月的地面水质监测数据和对应的2016年4个时期的资源和高分卫星的遥感影像,基于水体光谱特征使用K均值与支持向量机将水体分为叶绿素a主导、透明度主导、共同主导3类,并建立了用于反演叶绿素a和透明度的创新光谱指数NDWC和NDWS。反演叶绿素a浓度时,使用NDWC反演叶绿素a主导和共同主导型水体,使用RVIgreen反演透明度主导型水体,均方根误差RMSE为0.044 3mg/L,优于传统光谱指数NDVI（0.053 4 mg/L）和机器学习算法GDBT（0.051 5 mg/L）;反演透明度时,使用NDWS反演透明度主导和共同主导型水体,使用G反演叶绿素a主导型水体,均方根误差RMSE为0.022 4 m,优于传统光谱指数NDVI（0.030 6 m）和KNN算法（0.027 2 m）。将该方法应用于巢湖2016年4个时期的遥感影像评估巢湖水质,结果表明:第二时期（4月和6月）整体叶绿素a浓度最高,透明度最低;第一时期（3月）和第四时期（9月和11月）次之;第三时期（...
【文章来源】：人民长江. 2020,51(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
采样点分布
表3 3类水体的分类规则Tab.3 Classification rules of three types of water bodies 水体种类 判别公式 数据量/组 第一类 Red-NIR<-0.00033 10 第二类 Green-Red<0.07433 12 第三类 0.5808Green-1.5808Red+NIR<-0.0199 17叶绿素a浓度和透明度均可影响水体的固有光学特性,进而决定水体的光谱特征;若水体中叶绿素a浓度较高而透明度高,则叶绿素a在水体光谱特征中占主导因素;若水体中叶绿素a浓度较低而透明度低,则透明度在水体光谱特征中占主导因素;若两者较为均衡,则两者共同作用于水体光谱特征。因此,需要分析采样点的光谱反射率,探究出影响光学特性的主导因素。
由图3可知3类水体的主导因素各不相同,所以可对不同光谱种类的水体采取不同的水质反演模型。使用NDWC反演叶绿素a浓度时,3类水体的拟合精度如图5(a)所示,可知NDWC对于Chla主导型水体和共同主导型水体拟合精度较高(R Chla 2 =0.72,R 共同 2 =0.75),但对于SD主导型水体拟合精度较低(R SD 2 =0.03)。使用NDWS反演透明度时,3类水体的拟合精度如图5(b)所示,可知NDWS对于SD主导型水体和共同主导型水体拟合精度较高(R SD 2 =0.56,R 共同 2 =0.90),但对于Chla主导型水体拟合精度较低(R Chla 2 =0.05)。所以在反演叶绿素a浓度时,可将拟合效果较好且趋势线相近的共同主导型水体和Chla主导水体分为一类,使用NDWC反演,如图5(c)所示;SD主导型水体分为另一类,使用决定系数R2最高的传统光谱指数RVIgreen反演,如图5(d)所示。同理,在反演透明度时,可将拟合效果较好且趋势线相近的共同主导型水体和SD主导水体分为一类,使用NDWS反演,如图5(e)所示;Chla主导型水体分为另一类,使用决定系数R2最高的G(绿波段)反演,如图5(f)所示。图4 3类水体的差异表现形式
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人工样本的SVM遥感图像分类方法[J]. 李俊,陈善学,冯银波. 电视技术. 2013(23)
[2]运用遥感方法分析浅水湖泊水质变化的特征[J]. 秦海旭,钱新. 污染防治技术. 2013(05)
[3]基于光学分类的太湖水体叶绿素a浓度高光谱遥感[J]. 孙德勇,周晓宇,李云梅,陈晓玲,黄昌春,龚绍琦. 环境科学. 2013(08)
[4]基于云模型的水体富营养化程度评价方法[J]. 丁昊,王栋. 环境科学学报. 2013(01)
[5]浅析长江流域湖泊水资源及其保护对策[J]. 肖义,郑庄,陶雷,代涛. 人民长江. 2012(S2)
[6]不同方法估算太湖叶绿素a浓度对比研究[J]. 李云亮,张运林,李俊生,刘明亮. 环境科学. 2009(03)
[7]基于半分析模型的波段最优化组合反演混浊太湖水体叶绿素a[J]. 周冠华,柳钦火,马荣华,田国良. 湖泊科学. 2008(02)
[8]分季节的太湖悬浮物遥感估测模型研究[J]. 光洁,韦玉春,黄家柱,李云梅,闻建光,郭建平. 湖泊科学. 2007(03)
[9]巢湖浮游植物叶绿素含量与反射光谱特征的关系[J]. 李素菊,吴倩,王学军,朴秀英,戴永宁. 湖泊科学. 2002(03)
本文编号：3523443
【文章来源】：人民长江. 2020,51(09)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
采样点分布
表3 3类水体的分类规则Tab.3 Classification rules of three types of water bodies 水体种类 判别公式 数据量/组 第一类 Red-NIR<-0.00033 10 第二类 Green-Red<0.07433 12 第三类 0.5808Green-1.5808Red+NIR<-0.0199 17叶绿素a浓度和透明度均可影响水体的固有光学特性,进而决定水体的光谱特征;若水体中叶绿素a浓度较高而透明度高,则叶绿素a在水体光谱特征中占主导因素;若水体中叶绿素a浓度较低而透明度低,则透明度在水体光谱特征中占主导因素;若两者较为均衡,则两者共同作用于水体光谱特征。因此,需要分析采样点的光谱反射率,探究出影响光学特性的主导因素。
由图3可知3类水体的主导因素各不相同,所以可对不同光谱种类的水体采取不同的水质反演模型。使用NDWC反演叶绿素a浓度时,3类水体的拟合精度如图5(a)所示,可知NDWC对于Chla主导型水体和共同主导型水体拟合精度较高(R Chla 2 =0.72,R 共同 2 =0.75),但对于SD主导型水体拟合精度较低(R SD 2 =0.03)。使用NDWS反演透明度时,3类水体的拟合精度如图5(b)所示,可知NDWS对于SD主导型水体和共同主导型水体拟合精度较高(R SD 2 =0.56,R 共同 2 =0.90),但对于Chla主导型水体拟合精度较低(R Chla 2 =0.05)。所以在反演叶绿素a浓度时,可将拟合效果较好且趋势线相近的共同主导型水体和Chla主导水体分为一类,使用NDWC反演,如图5(c)所示;SD主导型水体分为另一类,使用决定系数R2最高的传统光谱指数RVIgreen反演,如图5(d)所示。同理,在反演透明度时,可将拟合效果较好且趋势线相近的共同主导型水体和SD主导水体分为一类,使用NDWS反演,如图5(e)所示;Chla主导型水体分为另一类,使用决定系数R2最高的G(绿波段)反演,如图5(f)所示。图4 3类水体的差异表现形式
【参考文献】：
期刊论文
[1]无人工样本的SVM遥感图像分类方法[J]. 李俊,陈善学,冯银波. 电视技术. 2013(23)
[2]运用遥感方法分析浅水湖泊水质变化的特征[J]. 秦海旭,钱新. 污染防治技术. 2013(05)
[3]基于光学分类的太湖水体叶绿素a浓度高光谱遥感[J]. 孙德勇,周晓宇,李云梅,陈晓玲,黄昌春,龚绍琦. 环境科学. 2013(08)
[4]基于云模型的水体富营养化程度评价方法[J]. 丁昊,王栋. 环境科学学报. 2013(01)
[5]浅析长江流域湖泊水资源及其保护对策[J]. 肖义,郑庄,陶雷,代涛. 人民长江. 2012(S2)
[6]不同方法估算太湖叶绿素a浓度对比研究[J]. 李云亮,张运林,李俊生,刘明亮. 环境科学. 2009(03)
[7]基于半分析模型的波段最优化组合反演混浊太湖水体叶绿素a[J]. 周冠华,柳钦火,马荣华,田国良. 湖泊科学. 2008(02)
[8]分季节的太湖悬浮物遥感估测模型研究[J]. 光洁,韦玉春,黄家柱,李云梅,闻建光,郭建平. 湖泊科学. 2007(03)
[9]巢湖浮游植物叶绿素含量与反射光谱特征的关系[J]. 李素菊,吴倩,王学军,朴秀英,戴永宁. 湖泊科学. 2002(03)
本文编号：3523443
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