河流水体悬浮物的反射光谱研究

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利用遥感技术对水体水质进行监测的方法,是一种目前已经为人们所认识、接受的高科技监测方法。与传统以点代面的布设水质观测点的方法相比,该方法可以对大范围的水域做到快速有效的监测。但是,目前使用卫星数据由于几何分辨率和光谱分辨率的限制,对于河流水质的监测存在一些局限性,并且传统的利用卫星数据来反演水质参数的方法,很少考虑水深的影响,本文认为这是一个不足之处。考虑到一般卫星数据对河流水质监测的局限性,本文以成都市锦江为研究区,以悬浮物作为水质污染参数的研究对象,使用成像光谱仪来完成水质光谱数据的收集,探究了不同浓度的悬浮物和不同水体深度对水体光谱特征的影响。主要研究内容和研究成果如下:(1)悬浮物浓度数据和光谱数据的采集根据实验方案设定的水质采样点,实地进行水样的采集,并且在实验室完成悬浮物浓度的测量。本文创新性的提出了白板法来采集悬浮物水体的光谱数据,分别在不同悬浮物浓度和不同水体深度下采集水体中白板的光谱数据。(2)水体光谱数据的处理选取成像光谱仪影像上陶瓷白板上的十个点,通过均值化得到水体中白板在成像光谱仪全波上的反射率值,考虑到噪声的影响,最后选取的是400—900nm波段的反射率值。由于成像光谱仪的高光谱分辨率,白板反射率数据存在噪声干扰,进行数据的压缩,最后在400—900nmm波段上得到水体中不同浓度和深度白板平滑的反射率光谱曲线。(3)不同浓度下悬浮物的反射光谱特征随着悬浮物浓度的增大,水体中白板的反射都普遍减小,但是减幅不同;反射率曲线具有双峰性,当悬浮物浓度较低时,第一反射峰值在绿光波段,随着浓度的增大,第一反射峰值向红光波段移动,第二反射峰基本没有改变;在红外波段上,悬浮物浓度高的反射率较悬浮物浓度低的减小慢。(4)不同深度下悬浮物的反射光谱特征随着深度的增加,白板反射率值都逐渐减小;不同浓度的悬浮物水体,对深度的敏感程度不一致,高浓度最敏感,中浓度次之,低浓度较差;波段对深度的差异性,不同浓度的水体,在不同的波段上对深度的敏感程度不一致。(5)不同悬浮浓度和深度与反射率之间模型的建立分别基于单波段模型、波段比值模型和光谱反射率微分模型,进行了反射率与悬浮物浓度的相关性分析,确定了各模型的最敏感波段,根据敏感波段进行拟合,结果表明几种条件下二次项的拟合效果最好;同样的方法,在深度与反射率之间进行相关性分析,最后拟合深度与反射率的经验公式,结果表明:对于高浓度和中等浓度水体,幂拟合效果最好,低浓度水体线性拟合效果最好。
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