东湖水质遥感反演
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
内陆湖泊水质参数遥感反演波段分析与选择
基于经验方法的水质反演模型构建与应用 基于分析方法的水质反演模型构建与应用
MODIS内陆湖泊水质遥感监测初探
武汉大学遥感信息工程学院
水质组分光谱特征分析
Chl-a及胡萝卜素散射
Chl-a 短波强吸收
藻青蛋白等的吸收峰 主反射峰
含藻类水体最显 著的光谱特征
水体是否含有藻 类叶绿素的依据
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测光谱数据处理
天空光气-水界面反射率求解
目标水域受悬浮泥沙散射、水面漂浮及残余太阳耀斑等因素 影响，其离水辐射在1130nm以后基本为0。因此，选取各测 点最低水体光谱曲线及其对应的天空光光谱曲线的1130nm至 1300nm波段范围以确定天空光气-水界面反射率：
Chl蓝波段吸收峰与 715nm反射峰范围波段的和 差比
最大值相关系数为
Chl 685nm荧光峰与
0.9660
680nm至715nm处反射峰的
和差比
最大正负和差比相关系 武数汉分大别学为遥0.感95信40息、工-0程.92学5院7
悬浮泥沙与波段组合相关分析
归一化波段比
归一化波段差
归一化波段和差比
三种组合与SST原始浓度的 相关系数绝对值在0.9以上的有174个
武汉大学遥感信息工程学院
Chl-a浓度与波段组合相关分析
归一化波段比
归一化波段差
归一化波段和差比
Chl红波段吸收峰与 550nm处反射峰的比值
Chl 715nm处反射峰 与550nm处反射峰的比值
以Chl蓝波段吸收峰与 550nm反射峰之比的相关 系数绝对值0.9516为最高
Chl715nm处反射 峰及其峰值移动范围内 各波段的差值
离水辐射 Lw
用于水质参数定量反演最 佳波段及组合选择的研究 参与分析模型中水体组分 固有光学特性参数解算 其准确性直接关系水质遥 感的反演精度
水体反射 总能量
太阳直射光 镜面反射
Lg
天空光 镜面反射
Lsky
水体反射率低，而镜面反 射很强，很容易接近甚至超 过正常水体反射率的量级 这部分光谱不带有任何水 体信息，干扰水质信息提取
武汉大学遥感信息工程学院
总体技术路线
武汉大学遥感信息工程学院
内容提要
地面实测数据采集、处理与分析
内陆湖泊水质参数遥感反演波段分析与选择 基于经验方法的水质反演模型构建与应用
基于分析方法的水质反演模型构建与应用
MODIS内陆湖泊水质遥感监测初探
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测数据采集
时间 07年1-9、1-29、3-20、 10-26、11-6
SST
SST对数
三种组合与SST原始浓度对数值的 相关系数绝对值在0.9以上的有3849个
武汉大学遥感信息工程学院
SST浓度对数与波段组合相关分析
归一化波段比
归一化波段差
归一化波段和差比
最大正相关比值组合
相关系数为0.9510 最大负相关比值组合
相关系数为-0.9496
最大正相关差值组合
最大正相关值和差比
归一化反射率与Chl-a原 始浓度相关性更高
归一化波段与SST
归一化反射率SST浓 度对数值相关性更高
武汉大学遥感信息工程学院
叶绿素a与波段组合相关分析
归一化波段比
归一化波段差
归一化波段和差比
Chl-a
三种组合与Chl-a原始浓度的 相关系数绝对值在0.9以上的有217个
Chl-a对数
三种组合与Chl-a浓度对数值的 相关系数绝对值均小于0.9
各主采样点位天空光气-水界面反射率
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测光谱数据处理
残余太阳耀斑去除
由于太阳直射光在水表发生的镜面反射在各波段的反射率基 本一致，因此各波段残余太阳耀斑的大小与入射到水面的太 阳直射光成比例相关：
水体出水反射率求解
武汉大学遥感信息工程学院
内容提要
地面实测数据采集、处理与分析
采集内容 光谱数据、水质参数浓度、 GPS位置信息、风速、水 温、气温、湿度
仪器 EPP2000光谱仪 Hydrolab DS5水质监测仪
光谱采集 国际水色SIMBIOS计划推 荐观测几何
武汉东湖各子湖及主要采样点分布示意图 表面法水体光谱测量要求
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测光谱数据处理
水面白帽 Lwc
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测光谱数据处理
太阳直射耀斑去除
data9
同一测点上连续测量10条曲线仅用时1秒，其间可认为入射水 面的天空光均匀恒定，离水辐射无明显变化。因此，曲线间 的光谱波动差异，可认为主要是由水表对太阳直射光的随机 反射即太阳耀斑所引起的。因而，对同一测点测得一组光谱 曲线中数值最低的那条曲线：
之一
其位置是Ch-a浓 度的指示
随Ch-a浓度增大 而向长波移动
悬浮泥沙浓度与 光谱反射峰值存
在良好相关性
随水体含沙量增 加向长波方向移 动，称为 “红移”
肩状反射
SST
武汉大学遥感信息工程学院
单波段相关分析
未归一化波段与Chl-a
归一化波段与Chl-a
未归一化反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ率与水 质参数相关性不明显
未归一化波段与SST
MODIS内陆湖泊水质遥感监测初探
武汉大学遥感信息工程学院
偏最小二乘法原理
设原始的自变量矩阵X包含p个变量，因变量矩阵Y包含q个变量，样本 数为m，PLS的第一步，作矩阵分解，其模型为：
X m p Tmk Pk p E Ymq U mk Qkq F
相关系数为0.9201 最大负相关差值组合
相关系数为0.914 最大负相关和差比组合
相关系数为-0.9525 武汉大相学关遥系感数信为息-0工.95程5学4 院
内容提要
地面实测数据采集、处理与分析 内陆湖泊水质参数遥感反演波段分析与选择
基于经验方法的水质反演模型构建与应用
基于分析方法的水质反演模型构建与应用
内陆湖泊水质遥感反演 方法研究
武汉大学遥感信息工程学院
研究内容与方法
本文在分析总结国内外水质参数反演已有理 论和方法的基础上，以主要水质遥感监测指标叶 绿素a及悬浮物为主要研究对象，基于二类水体各 组分的光谱特征分析，较系统的研究了利用地面 实测数据反演湖泊主要水质组分的方法和技术， 构造了针对内陆湖泊的水质反演经验模型及分析 模型，并进一步采用MODIS数据与地面同步数据， 对所建地面模型进行反演验证，以探索中低分辨 率下内陆湖泊水质参数遥感定量反演的可行性， 从而为今后治理、利用和保护内陆湖泊水质提供 参考和依据。
基于经验方法的水质反演模型构建与应用 基于分析方法的水质反演模型构建与应用
MODIS内陆湖泊水质遥感监测初探
武汉大学遥感信息工程学院
水质组分光谱特征分析
Chl-a及胡萝卜素散射
Chl-a 短波强吸收
藻青蛋白等的吸收峰 主反射峰
含藻类水体最显 著的光谱特征
水体是否含有藻 类叶绿素的依据
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测光谱数据处理
天空光气-水界面反射率求解
目标水域受悬浮泥沙散射、水面漂浮及残余太阳耀斑等因素 影响，其离水辐射在1130nm以后基本为0。因此，选取各测 点最低水体光谱曲线及其对应的天空光光谱曲线的1130nm至 1300nm波段范围以确定天空光气-水界面反射率：
Chl蓝波段吸收峰与 715nm反射峰范围波段的和 差比
最大值相关系数为
Chl 685nm荧光峰与
0.9660
680nm至715nm处反射峰的
和差比
最大正负和差比相关系 武数汉分大别学为遥0.感95信40息、工-0程.92学5院7
悬浮泥沙与波段组合相关分析
归一化波段比
归一化波段差
归一化波段和差比
三种组合与SST原始浓度的 相关系数绝对值在0.9以上的有174个
武汉大学遥感信息工程学院
Chl-a浓度与波段组合相关分析
归一化波段比
归一化波段差
归一化波段和差比
Chl红波段吸收峰与 550nm处反射峰的比值
Chl 715nm处反射峰 与550nm处反射峰的比值
以Chl蓝波段吸收峰与 550nm反射峰之比的相关 系数绝对值0.9516为最高
Chl715nm处反射 峰及其峰值移动范围内 各波段的差值
离水辐射 Lw
用于水质参数定量反演最 佳波段及组合选择的研究 参与分析模型中水体组分 固有光学特性参数解算 其准确性直接关系水质遥 感的反演精度
水体反射 总能量
太阳直射光 镜面反射
Lg
天空光 镜面反射
Lsky
水体反射率低，而镜面反 射很强，很容易接近甚至超 过正常水体反射率的量级 这部分光谱不带有任何水 体信息，干扰水质信息提取
武汉大学遥感信息工程学院
总体技术路线
武汉大学遥感信息工程学院
内容提要
地面实测数据采集、处理与分析
内陆湖泊水质参数遥感反演波段分析与选择 基于经验方法的水质反演模型构建与应用
基于分析方法的水质反演模型构建与应用
MODIS内陆湖泊水质遥感监测初探
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测数据采集
时间 07年1-9、1-29、3-20、 10-26、11-6
SST
SST对数
三种组合与SST原始浓度对数值的 相关系数绝对值在0.9以上的有3849个
武汉大学遥感信息工程学院
SST浓度对数与波段组合相关分析
归一化波段比
归一化波段差
归一化波段和差比
最大正相关比值组合
相关系数为0.9510 最大负相关比值组合
相关系数为-0.9496
最大正相关差值组合
最大正相关值和差比
归一化反射率与Chl-a原 始浓度相关性更高
归一化波段与SST
归一化反射率SST浓 度对数值相关性更高
武汉大学遥感信息工程学院
叶绿素a与波段组合相关分析
归一化波段比
归一化波段差
归一化波段和差比
Chl-a
三种组合与Chl-a原始浓度的 相关系数绝对值在0.9以上的有217个
Chl-a对数
三种组合与Chl-a浓度对数值的 相关系数绝对值均小于0.9
各主采样点位天空光气-水界面反射率
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测光谱数据处理
残余太阳耀斑去除
由于太阳直射光在水表发生的镜面反射在各波段的反射率基 本一致，因此各波段残余太阳耀斑的大小与入射到水面的太 阳直射光成比例相关：
水体出水反射率求解
武汉大学遥感信息工程学院
内容提要
地面实测数据采集、处理与分析
采集内容 光谱数据、水质参数浓度、 GPS位置信息、风速、水 温、气温、湿度
仪器 EPP2000光谱仪 Hydrolab DS5水质监测仪
光谱采集 国际水色SIMBIOS计划推 荐观测几何
武汉东湖各子湖及主要采样点分布示意图 表面法水体光谱测量要求
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测光谱数据处理
水面白帽 Lwc
武汉大学遥感信息工程学院
地面实测光谱数据处理
太阳直射耀斑去除
data9
同一测点上连续测量10条曲线仅用时1秒，其间可认为入射水 面的天空光均匀恒定，离水辐射无明显变化。因此，曲线间 的光谱波动差异，可认为主要是由水表对太阳直射光的随机 反射即太阳耀斑所引起的。因而，对同一测点测得一组光谱 曲线中数值最低的那条曲线：
之一
其位置是Ch-a浓 度的指示
随Ch-a浓度增大 而向长波移动
悬浮泥沙浓度与 光谱反射峰值存
在良好相关性
随水体含沙量增 加向长波方向移 动，称为 “红移”
肩状反射
SST
武汉大学遥感信息工程学院
单波段相关分析
未归一化波段与Chl-a
归一化波段与Chl-a
未归一化反ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ率与水 质参数相关性不明显
未归一化波段与SST
MODIS内陆湖泊水质遥感监测初探
武汉大学遥感信息工程学院
偏最小二乘法原理
设原始的自变量矩阵X包含p个变量，因变量矩阵Y包含q个变量，样本 数为m，PLS的第一步，作矩阵分解，其模型为：
X m p Tmk Pk p E Ymq U mk Qkq F
相关系数为0.9201 最大负相关差值组合
相关系数为0.914 最大负相关和差比组合
相关系数为-0.9525 武汉大相学关遥系感数信为息-0工.95程5学4 院
内容提要
地面实测数据采集、处理与分析 内陆湖泊水质参数遥感反演波段分析与选择
基于经验方法的水质反演模型构建与应用
基于分析方法的水质反演模型构建与应用
内陆湖泊水质遥感反演 方法研究
武汉大学遥感信息工程学院
研究内容与方法
本文在分析总结国内外水质参数反演已有理 论和方法的基础上，以主要水质遥感监测指标叶 绿素a及悬浮物为主要研究对象，基于二类水体各 组分的光谱特征分析，较系统的研究了利用地面 实测数据反演湖泊主要水质组分的方法和技术， 构造了针对内陆湖泊的水质反演经验模型及分析 模型，并进一步采用MODIS数据与地面同步数据， 对所建地面模型进行反演验证，以探索中低分辨 率下内陆湖泊水质参数遥感定量反演的可行性， 从而为今后治理、利用和保护内陆湖泊水质提供 参考和依据。