高光谱遥感与我国内陆水质监测

经验方法一般通过建立遥感数据与地面监测的水质参数值之间 的统计关系来外推水质参数值，水质遥感初期使用的宽波段数据 多采用这种方法，不过这种方法建立的水质参数与遥感数据之间 的关系往往缺乏理论依据，因而通用性差。 半经验方法是随着高光谱遥感在水质监测中的应用而发展起来 的，它是将已知的水质参数的光谱特征与统计模型结合，往往只 适用于一定的条件，应用于不同季节或地域的水体时往往需要进 行参数校正。 分析方法是建立在水中辐射传输模型基础上的，其物理意义明 确、适用性强、反演精度高，而且可以同时反演几种水质参数， 是当前内陆水体水质参数反演算法的发展趋势。
R(0-)=f0 bb/(a+bb)+f1
计算得到的16个采样点对应f0和n以及线性相关系数如表1所示：
Baidu Nhomakorabea
3.拟合的R(0-)和测量的R(0-)的比较 我们以1号点和2号点为例，比较拟合的R(0-)和水面测量R(0-)。从表l 中可以看出，2、8、9、ll、14、16号点的相关系数比较小。造成这些 点的线性相关系数比较小的主要原因是；由于水面光谱测量点和水体采 样点相差几米．而刚好这相差的几米导致二者的水体光学特性产生较大 的差异。构建生物光学模型要求水面光谱测量的水体和采样的水体相对 应，因而在建立模型时有必要排除2、8、9、1I、14、16这6个点。
本文以富营养化污染比较严重的太湖梅粱湾为试验区，2005年10月10 日北京时间上午9点到下午4点半在太湖梅梁湾测量了16个点的水面光 谱，光谱测量使用野外光谱辐射仪FieldSpee@Pro FR波长响应范围为 350~2500nm，其光谱分辨 率为3nm。分别测量标准灰 板、水体和天空光的光谱数 据，各记录10条光谱，计算 刚好在水面以下辐照度比 R(0-)。计算得到的16个水面 采样点的刚好在水面以下辐 照度比R(0-)的曲线如图2所 示。
从上表中我们可以看出，基于生物光学模型的分析方法不但可以 同时反演3种典型水质参数，而且其反演精度较高。这说明了分析 方法具有巨大的潜力。不过，目前分析方法还有很多局限。分析 模型建立之初需要测量的数据参数较多，包括水体的固有光学特 性、表观光学特性及水质参数值等，特别是固有光学参数的测量 对设备和条件要求较高；利用分折方法反演永质参数之前必须对 遥感数据进行精确的大气校正，大气校正结果的经验直接影响到 水质参数反演的精度，因此它对遥感数据大气校正的精度要求比 较高。 目前的生物光学模型大都是半分析的，加入了经验关系。这个经 验关系往往随区域和季节变化。针对于我国典型内陆水体，我们 要建立区域的生物光学模型，在积累的大量现场资料的基础上， 我们要逐步发展水质遥感数据和现场资料数据库相融合的方法。
利用实验室内的分光光度计可以对采集的水样的固有光学量进行测 量分析‘”。可以直接测量的参数有：CDOM吸收系数acdom、总悬浮 物吸收系数ap、非色素悬浮物吸收系数ad、总悬浮物光束衰减系数 cp；间接计算的参数有：浮游植物色素吸收系数aph、总悬浮物散射 系数bp。16个采样点的平均的吸收和散射系数如图3所示。
参考文献：
[1]. 李俊生、郑兰芬、童庆禧等.高光谱遥感内陆水质监测研究[J]. 遥感应 用研究,2008. [2].王新鸿，唐伶俐，马灵玲.高光谱遥感在内陆水质监测中的应用[J]现代 测量技术与地理信息系统科技创新及产业发展研讨会,2008. [3]巩彩兰,尹 球,匡定波.航空高光谱遥感数据用于江河水质分类研究[J]航 空高光谱遥感,2010.
内陆水体的光学特性比较复杂，相较海洋遥感而言有 更多的难点。内陆和近岸水体光谱特性复杂多变，只 有高光谱分辨率的遥感数据才能更加有效地捕捉这些 信息，从而提高内陆水质监测的精度。利用遥感数据 反演水质参数通常有三种方法，即经验方法、半经验 方法和基于生物光学模型的分析方法。在内陆水质参 数遥感监测中，高光谱遥感数据是最佳的数据，基于 生物光学模型的分析方法是反演算法的发展趋势。
1.确定悬浮物后向散射比例系数 后向散射比例系数bbp(等于b/b)可以由散射相函数p(e)计算得 到，它与水体的类型有关. 。本文使用由Petzold(1972)测量的 散射相函数计算得到的后向散射比较系数(等于0.019)，这样 就可以用悬浮物的散射系数计算得到悬浮物的后向散射系数。
2.确定生物光学模型中的系数f 生物光学模型中的系数f是与光照条件有关的参数，它的确 定方法通常有3种：一是直接取常数0.33；二是根据理论模 型计算：三是先确定后向散射比例系数，再根据测量计算 得到的R(0-)和bb/(a+bb)进行线性回归，回归系数作为f值。
地信091 刘萌
140912119
我国内陆淡水资源的紧缺以及水质污染问题已经引起 国家和社会的高度重视。水质监测是水质评价与水污 染防治的主要依据，随着水质污染问题的日益严重， 水质监测的意义愈显重大。尤其是内陆水体，其水质 影响到人们的生产和生活，因而准确高效的水质监测 显得尤为重要。作为一种重要的监测手段，遥感技术 以其独特的优势为水质监测开辟了新的途径，可以实 现水质大范围、快速、低成本、周期性动态监测。
图中a为1号点拟合结果，b为2号点拟合结果
4.水质参数反演 基于上面建立的生物光学模型，同时选择拟合效果比较好的波 段，利用矩阵反演的方法同时反演得到除2、8、9、11、14、 16的10个点的3种水质参数：Cchla、Cs和acdom(440)。与实测的 水质参数值相比较，得到了反演的相对误差，如表所示。