近岸河口水色參數(shù)反演裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例提供了一種近岸河口水色參數(shù)反演裝置及方法。本發(fā)明實施例通過獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數(shù)，建立水體生物光學(xué)模型，并根據(jù)所述獲取的遙感反射率及水色參數(shù)對該水體生物光學(xué)模型進行參數(shù)優(yōu)化。然后基于上述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果建立生物光學(xué)模型的近岸河口的水色參數(shù)反演模型，實現(xiàn)對所述近岸河口的水色參數(shù)反演，得到反演結(jié)果。本發(fā)明實施例可提高近岸河口水色參數(shù)的反演精度。
【專利說明】
近岸河口水色參數(shù)反演裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水色光學(xué)遙感反演領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于水體組分光譜非線 性效應(yīng)校正的近岸河口水色參數(shù)反演裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，基于生物光學(xué)的反演模型能夠計算水色三要素(CD0M、懸浮物、葉綠素 a)的 濃度。生物光學(xué)模型具有較好的物理意義和一定的普適性，因而得到了越來越多的水色遙 感學(xué)者的廣泛關(guān)注和使用。然而，近岸河口水體固有光學(xué)特性參數(shù)難以直接測量，導(dǎo)致近岸 河口難以應(yīng)用生物光學(xué)模型。水體生物光學(xué)模型也都是假設(shè)水體各組分固有光學(xué)特性之間 的組合為線性的，而事實上高度混濁的近岸河口水體各組分之間為復(fù)雜的非線性關(guān)系，直 接采用這種假設(shè)可能導(dǎo)致水色參數(shù)反演的失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于以上內(nèi)容，本發(fā)明實施例提供一種近岸河口水色參數(shù)反演裝置，應(yīng)用于水色 參數(shù)反演設(shè)備。所述反演裝置包括：
[0004] 參數(shù)獲取模塊，用于獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數(shù)；
[0005] 光學(xué)模型優(yōu)化模塊，用于建立水體生物光學(xué)模型，并根據(jù)所述獲取的遙感反射率 及水色參數(shù)對該水體生物光學(xué)模型進行參數(shù)優(yōu)化；
[0006] 反演模型建立模塊，用于基于上述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果建立生物光 學(xué)模型的近岸河口的水色參數(shù)反演模型，實現(xiàn)對所述近岸河口的水色參數(shù)反演，得到反演 結(jié)果;及
[0007] 所述結(jié)果輸出模塊，用于通過所述水色參數(shù)反演設(shè)備的輸出裝置輸出所述水色參 數(shù)的反演結(jié)果。
[0008] 本發(fā)明實施例還提供一種應(yīng)用于所述水色參數(shù)反演設(shè)備的近岸河口水色參數(shù)反 演方法，包括：
[0009] 參數(shù)獲取步驟，獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數(shù)；
[0010] 光學(xué)模型優(yōu)化步驟，建立水體生物光學(xué)模型，并根據(jù)所述獲取的遙感反射率及水 色參數(shù)對該水體生物光學(xué)模型進行參數(shù)優(yōu)化；
[0011] 反演模型建立步驟，基于上述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果建立生物光學(xué)模 型的近岸河口的水色參數(shù)反演模型，實現(xiàn)對所述近岸河口的水色參數(shù)反演，得到反演結(jié)果； 及
[0012] 所述結(jié)果輸出步驟，通過所述水色參數(shù)反演設(shè)備的輸出裝置輸出所述水色參數(shù)的 反演結(jié)果。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例提供的近岸河口水色參數(shù)反演裝置及方法結(jié)合水 體動態(tài)特性的固有光學(xué)特性模型和生物光學(xué)正演模型，模擬不同組分組合的水體反射率 特征，分析實測反射率與模擬反射率之間的響應(yīng)規(guī)律，進而研究高混濁近岸河口不同水體 組分復(fù)雜的非線性耦合效應(yīng)，可有效提高水質(zhì)參數(shù)的反演精度。
[0014] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合 所附附圖，作詳細說明如下。
【附圖說明】
[0015] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附 圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對 范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這 些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0016] 圖1是本發(fā)明較佳實施例提供的基于水體組分光譜非線性效應(yīng)校正以用于對近岸 河口水色參數(shù)進行反演的水色參數(shù)反演設(shè)備的方框示意圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明較佳實施例提供的應(yīng)用于圖1所示的水色參數(shù)反演設(shè)備的水色參數(shù) 反演方法的流程圖。
[0018] 圖3是圖1所示的水色參數(shù)反演設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與多個走航式觀測設(shè)備通信的示意 圖。
[0019] 圖4為正演模擬的遙感反射率光譜與實測的遙感反射率光譜對比圖。
[0020] 圖5是由531nm外推到其他波段(412、443、490、555、66711111處）的反射率驗證結(jié)果示 意圖。
[0021] 圖 6 為模擬的 1^8(531)的反射率與模擬的1^8(412)、1^8(443)、1^8(490)、1^8 (555)反射率的擬合結(jié)果不意圖。
[0022] 圖7為實測的懸浮物與模擬的懸浮物的對比散點的示意圖。
[0023] 圖8為實測的⑶OM與模擬的⑶OM的對比散點的示意圖。
[0024] 圖9為實測的葉綠素 a與模擬的葉綠素 a的對比散點的示意圖。
[0025]主要元件符號說明

【具體實施方式】
[0028] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整 地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在 此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因 此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的 范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做 出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0029] 如圖1所示，是本發(fā)明較佳實施例提供的基于水體組分光譜非線性效應(yīng)校正以用 于對近岸河口水色參數(shù)進行反演的水色參數(shù)反演設(shè)備100的方框示意圖。所述水色參數(shù)反 演設(shè)備100。所述水色參數(shù)反演設(shè)備100可以是，但不限于，個人電腦(personal computer， PC)、平板電腦、服務(wù)器等具備數(shù)據(jù)分析及處理能力的計算設(shè)備。
[0030] 所述水色參數(shù)反演設(shè)備100還包括一反演裝置10、存儲器12以及處理器13。本發(fā)明 較佳實施例中，反演裝置10包括至少一個可以軟件或固件(firmware)的形式存儲于所述 存儲器12中或固化在所述水色參數(shù)反演設(shè)備100的操作系統(tǒng)(operating system，OS)中的 軟件功能模塊。所述處理器13用于執(zhí)行所述存儲器12中存儲的可執(zhí)行軟件模塊，例如所述 反演裝置10所包括的軟件功能模塊及計算機程序等。本實施例中，所述反演裝置10也可以 集成于所述操作系統(tǒng)中，作為所述操作系統(tǒng)的一部分。具體地，所述反演裝置10包括參數(shù)獲 取模塊101、光學(xué)模型優(yōu)化模塊102、反演模型建立模塊103及結(jié)果輸出模塊104。所應(yīng)說明的 是，在其他實施例中，所述反演裝置10包括的上述功能模塊中的其中一部分也可省略，或者 其還可以包括其他更多的功能模塊。
[0031 ]下面將結(jié)合圖2對上述各功能模塊做詳細介紹。
[0032]請參閱圖2,是本發(fā)明較佳實施例提供的應(yīng)用于圖1所示的水色參數(shù)反演設(shè)備100 的水色參數(shù)反演方法的流程圖。下面將對圖2所示的具體流程和步驟進行詳細闡述。
[0033]步驟SOl，所述參數(shù)獲取模塊101獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數(shù)。所述水 色參數(shù)包括⑶〇M(有色可溶性有機物，Colored dissolved organic matter)、懸浮物、葉綠 素 a的濃度。
[0034] 具體地，所說的遙感反射率可通過對各探測樣點的實地測量獲得，所述水色參數(shù) 可通過實驗化驗獲得?？稍谠O(shè)定的實驗區(qū)的水域進行走航式觀測，取各個樣點的遙感反射 率以及同步的水色參數(shù)，然后通過所述水色參數(shù)反演設(shè)備100的輸入裝置11參數(shù)(如鼠標(biāo)、 鍵盤等)手動錄入的方式獲得所述遙感反射率及水色參數(shù)。其中，可通過光譜采集方法在水 面以上進行測量得到所述遙感反射率。在測量水體光譜時，為了避免陰影和太陽直射光照 的影響，采用下述的觀測幾何角度。觀測方位角為135°左右(設(shè)太陽入射的方位角為0°)，觀 測天頂角Θ為40°左右。測量的數(shù)據(jù)包括:標(biāo)準(zhǔn)板反射輻亮度、遮擋直射陽光的標(biāo)準(zhǔn)板反射輻 亮度、水面輻亮度、天空光輻亮度和標(biāo)準(zhǔn)板反射輻亮度。在測量波譜的同時，記錄各測點的 GPS坐標(biāo)。在實驗化驗得到水色參數(shù)時，可將在各觀測點采集的水體采樣樣本裝在棕色瓶內(nèi) 密封冷凍保存，送到實驗室測量。葉綠素 a的測定采用分光光度法測量，懸浮物采用烘干稱 重法，CDOM的光譜吸收系數(shù)采用分光光度法測定。
[0035] 另外，本實施例中，也可在設(shè)定的實驗區(qū)，例如徐聞珊瑚礁自然保護區(qū)（25個點）、 珠江口（ 18個點）、韓江河口（22個點）燈三個試驗區(qū)分別設(shè)置走航式觀測設(shè)備200，由走航式 觀測設(shè)備200測試所述遙感反射率以及采集水樣化驗獲得所述水色參數(shù)。進一步地，如圖3 所示，所述水色參數(shù)反演設(shè)備100可通過網(wǎng)絡(luò)與所述多個實驗區(qū)分別設(shè)置的走航式觀測設(shè) 備200通信，進而自動通過所述走航式觀測設(shè)備200獲取所述遙感反射率以及水色參數(shù)。 [0036]步驟S02:所述光學(xué)模型優(yōu)化模塊102建立水體生物光學(xué)模型，并根據(jù)所述獲取的 遙感反射率及水色參數(shù)對該水體生物光學(xué)模型進行參數(shù)優(yōu)化。
[0037] 具體地，建立的水體生物光學(xué)模型如下：
[0038]
[0039]其中：Rrs(A)為遙感反射率，f/Q是一個與區(qū)域、光照、風(fēng)速等有關(guān)的系數(shù)，aw(A)是 水體吸收系數(shù)，bbw〇)為水體后向散射系數(shù)，ag〇)為CDOM在波長λ處的吸收系數(shù)，ax〇)為懸 浮物在波長λ處的吸收系數(shù)，a ph(A)為葉綠素 a在波長λ處的吸收系數(shù)，bbx(A)為波長λ處的懸 浮物的后向散射系數(shù)。
[0040] 式（1)中，所述Rrs(A)為實測的遙感反射率;aw(A)、bbw(A)可以直接從文獻中獲??； ag(A)由440nm波長處的CDOM吸收系數(shù)獲取;ax(A)由懸浮物濃度獲取;aph(A)由葉綠素 a濃度 獲取;因此，上述水體生物光學(xué)模型中只有bbx和f/Q為未知量，通過迭代優(yōu)化求解方程組，然 后采用模擬退火算法優(yōu)化迭代求解b bx和f/Q，即可實現(xiàn)對所述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu) 化。
[0041] 其中，CDOM的吸收系數(shù)ag(A)可以很好地用指數(shù)函數(shù)描述，具體形式如下式：
[0042]
[0043]式中，ag(A)為⑶OM在波長λ處的吸收系數(shù)，ag(A〇)為⑶OM在參考波長處的吸收系 數(shù)，λ〇是參考波長，一般取440nm。Sg為斜率，取值一般為0.015。
[0044] 所述TSS的吸收系數(shù)模型可以表示為下式：
[0045] = α從)
[0046] 式中，ax(A)為非色素顆粒物在波長λ處的吸收系數(shù)，Sx-般取值為0.0113，a x(A〇) 為懸浮物在參考波長處的吸收系數(shù)，λ〇是參考波長，一般取440nm，在本發(fā)明實施例中ax (440)=0.0216^155]1.。247。
[0047] 浮游植物吸收系數(shù)與波長的關(guān)系，可以表示為下式：
[0048] aPh(A) =Α(λ)&ΡΗ(λ〇)Β(λ) (8)
[0049] 式中，aph(A)為浮游植物在波長λ處的吸收系數(shù)，aph(AQ)為浮游植物在參考波長處 的吸收系數(shù)，兩者之間的關(guān)系可以用冪函數(shù)描述:&沛(443)=0.067*[011 &產(chǎn)6()7,4(1)、8(入） 為隨波長變化的常量。
[0050] 在上述懸浮物的后向散射系數(shù)bbx(A)和光場函數(shù)f/Q的優(yōu)化步驟中，只有bbx(A)和 f/Q為未知量，需要迭代優(yōu)化求解方程組。例如，可選擇珠江口和徐聞珊瑚礁保護區(qū)（N=43) 的數(shù)據(jù)進行模型參數(shù)優(yōu)化，通過模擬退火算法迭代得到f/Q = O. 1049, bbx(531) = 0.268* [TSS]0.295。
[0051 ] 在上述式（1)的模型中，輸入Chla濃度、TSS濃度，440nm處的⑶OM的吸收系數(shù)即可 模擬得到531nm處的遙感反射率。將Rrs(531)外推到其他波段(見圖4,圖5,外推的其他波長 處的遙感反射率除了667nm處誤差較大外(RMSE = 0.0036 ,MRE = 27.4%，N = 22)，其他波段 都具有較好的精度(RMSE〈0.0023，MRE〈18.1%，N=22)，結(jié)果表明，優(yōu)化的bbx和f/Q能夠適合 本研究區(qū)生物光學(xué)模型參數(shù)的模擬。
[0052]在完成bbx和f/Q的優(yōu)化之后，基于上述水體生物光學(xué)模型，如果已知⑶0M、懸浮物、 葉綠素 a的濃度就可以模擬出對應(yīng)水體的遙感反射率，在此基礎(chǔ)上即可開發(fā)出基于水體生 物的光學(xué)正演模型。
[0053]步驟S03,所述反演模型建立模塊103基于上述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果 建立生物光學(xué)模型的近岸河口的水色參數(shù)反演模型，實現(xiàn)對所述近岸河口的水色參數(shù)反 演，得到反演結(jié)果。
[0054] 具體地，該步驟S03包括以下子步驟：
[0055]步驟S031，對生物光學(xué)模型水體各組分之間進行非線性校正，具體為:基于所述光 學(xué)正演模型模擬的遙感反射率及實測遙感反射率分析近岸河口水體各組分之間的響應(yīng)機 理，在響應(yīng)規(guī)律分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建水體各組分之間的非線性校正模型。
[0056] 步驟S032,將優(yōu)化的參數(shù)(bbx和f/Q等)作為已知參數(shù)，獲取遙感反射率，建立水色 參數(shù)的函數(shù)。具體地，在獲取遙感反射率之后，使得所述水體生物光學(xué)模型中只存在三個水 色參數(shù)為未知數(shù)，遙感反射率則可以看做是水色參數(shù)的函數(shù)，具體如下式：
[0057]
[0058] 具中，式（2)中，A(包拈411、412、413、451、六52、厶53等）是1\1州的矩陣，1\1仃代表波段數(shù)小 列代表水質(zhì)量參數(shù);X是三個未知水色參數(shù)(CD0M、懸浮物、葉綠素 a)的列向量;Ysimulated為代 表M波段數(shù)的行向量。
[0059]步驟S033,構(gòu)建約束條件。本實施例中，為了避免無限制的迭代計算，根據(jù)模型的 適用范圍，以及實驗區(qū)水質(zhì)參數(shù)的最大值及最小值值域，設(shè)置的非線性方程的約束條件為：
[0060]
[00611 iU；i;〒Xi73吖球系a的濃皮I早位：yg/l);X2為CDOM的濃度（單位:m-l);X3為懸浮 物的濃度(單位:mg/l )，這樣方程就變?yōu)榧s束條件的非線性方程組。
[0062]步驟S034,根據(jù)上述構(gòu)建的約束條件求解水色參數(shù)，得到反演結(jié)果。具體地，在構(gòu) 建好所沭約畝備件^后，即可鮮拖為i+笪忒（2)的#小二乘解，如下：
[0063] )
[0064]在上述步驟S03中，基于水體生物光學(xué)理論的水質(zhì)參數(shù)的正演與反演模型，分析近 岸河口水體各組分之間的響應(yīng)機理，進行水體各組分之間非線性校正。通過圖6可知，模擬 的Rrs(531)與實測的Rrs(531)具有較好的線性關(guān)系(模型優(yōu)化數(shù)據(jù):RMSE = 0.0016，N=43; 模型驗證數(shù)據(jù):RMSE = 0.0008，N = 22 )，其它波段模擬值與實測值相關(guān)性較差（圖6 )，這說明 在531nm處各組分之間的關(guān)系可以看做線性的，其它波段的水體各組分為非線性的組合。 而模擬的Rrs(531)與模擬Rrs(412)、Rrs(443)、Rrs(490)、Rrs(555)波段的反射率具有較好 的相關(guān)性，采用模擬的Rrs(531)與模擬Rr S(412)、Rrs(443)、RrS(490)、Rrs(555)波段的關(guān) 系，利用實測的 Rrs(531)對其它波段(Rrs(412)、Rrs(443)、Rrs(490)、Rrs(555))的反射率 進行糾正，糾正后的各波段的水體組分之間即可看做線性的組合。
[0065] 另外，從圖7，圖8，和圖9中可以看出，TSS(RMSE = 12·6mg/l，MRE = 24·6%，N=61) 與CD0M(RMSE = 0.729mg/l，MRE = 26.3%，N = 60)的反演結(jié)果較好。葉綠素的反演結(jié)果為 (RMSE = 2.3yg/l，MRE = 124.7%，N = 56)，相對上述兩個參數(shù)稍差，但也達到了較高的反演 精度。
[0066]步驟S04,所述結(jié)果輸出模塊104輸出所述水色參數(shù)的反演結(jié)果。具體地，本實施例 中，可通過所述水色參數(shù)反演設(shè)備的輸出裝置，如顯示器，輸出所述水色參數(shù)反演結(jié)果，進 而方便相關(guān)人員觀測。
[0067] 綜上所述，本發(fā)明實施例的近岸河口水色參數(shù)的反演方法主要包括以下幾個方 面：
[0068] a.懸浮物的后向散射系數(shù)bbx和光場函數(shù)f/Q的優(yōu)化。以地面實測(如通過走航式觀 測設(shè)備觀測的方式)的遙感反射率、水色三要素(Chla、TSS、CD0M在440nm處的吸收系數(shù))為 數(shù)據(jù)源，用模擬退火算法迭代優(yōu)化近岸二類水體生物光學(xué)模型中的b bx和f/Q。所述Chla、 TSS分別代表葉綠素 a和懸浮物。
[0069] b.生物光學(xué)模型水體各組分之間的非線性校正。基于水體生物光學(xué)理論的水質(zhì)參 數(shù)的正演與反演模型，分析近岸河口水體各組分之間的響應(yīng)機理，進一步研究生物光學(xué)理 論中水體各組分之間非線性的校正，使用實測的Rrs(531)對其它波段進行糾正，將糾正后 的遙感反射率輸入到構(gòu)建的生物光學(xué)反演模型中。
[0070] 本發(fā)明的算例結(jié)果表明，簡化了近岸河口水體固有光學(xué)特性參數(shù)獲取方法，使用 實測的Rrs(531)對其它波段進行糾正能改進生物光學(xué)模型水體各組分之間非線性效應(yīng)，極 大的提高了水質(zhì)參數(shù)的反演精度。
[0071] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于， (1) 應(yīng)用于進行水色參數(shù)反演的設(shè)備裝置； (2) 應(yīng)用步驟(1)所述的水色參數(shù)反演設(shè)備進行水色參數(shù)反演的方法， 其中，步驟(1)中所述的應(yīng)用于進行水色參數(shù)反演的設(shè)備， 包括:所述反演裝置包括： 參數(shù)獲取模塊，用于獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數(shù)； 光學(xué)模型優(yōu)化模塊，用于建立水體生物光學(xué)模型，并根據(jù)所述獲取的遙感反射率及水 色參數(shù)對該水體生物光學(xué)模型進行參數(shù)優(yōu)化； 反演模型建立模塊，用于基于上述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果建立生物光學(xué)模 型的近岸河口的水色參數(shù)反演模型，實現(xiàn)對所述近岸河口的水色參數(shù)反演，得到反演結(jié)果； 及 所述結(jié)果輸出模塊，用于通過所述水色參數(shù)反演設(shè)備的輸出裝置輸出所述水色參數(shù)的 反演結(jié)果； 步驟(2)所述方法包括： 參數(shù)獲取步驟，獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數(shù)； 光學(xué)模型優(yōu)化步驟，建立水體生物光學(xué)模型，并根據(jù)所述獲取的遙感反射率及水色參 數(shù)對該水體生物光學(xué)模型進行參數(shù)優(yōu)化； 反演模型建立步驟，基于上述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果建立生物光學(xué)模型的 近岸河口的水色參數(shù)反演模型，實現(xiàn)對所述近岸河口的水色參數(shù)反演，得到反演結(jié)果;及 所述結(jié)果輸出步驟，通過所述水色參數(shù)反演設(shè)備的輸出裝置輸出所述水色參數(shù)的反演 結(jié)果。2. 如權(quán)利要求1所述的一種近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于，所述水色參數(shù)反 演設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)與多個實驗區(qū)分別設(shè)置的走航式觀測設(shè)備通信，所述參數(shù)獲取模塊通過所 述走航式觀測設(shè)備獲取所述遙感反射率以及水色參數(shù)。3. 如權(quán)利要求2所述的一種近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于，所述水色參數(shù)包 括⑶0M、懸浮物、葉綠素 a的濃度。4. 如權(quán)利要求3所述的一種近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于，所述建立的水體 生物光學(xué)模型如下：其中：Rrs(A)為遙感反射率，f/Q是一個與區(qū)域、光照、風(fēng)速有關(guān)的糸數(shù)，aw(A)是水體吸 收系數(shù)，bbw〇)為水體后向散射系數(shù)，ag〇)為CDOM在波長λ處的吸收系數(shù)，ax〇)為懸浮物在 波長λ處的吸收系數(shù)，a ph(A)為葉綠素 a在波長λ處的吸收系數(shù)，bbx(A)為波長λ處的懸浮物的 后向散射系數(shù);所述光學(xué)模型優(yōu)化模塊通過迭代優(yōu)化求解方程組，然后采用模擬退火算法 優(yōu)化迭代求解bbjPf/Q，實現(xiàn)對所述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化。5. 如權(quán)利要求4所述的一種近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于，反演模型建立模 塊通過執(zhí)行以下步驟實現(xiàn)對所述近岸河口的水色參數(shù)反演，得到反演結(jié)果： 對生物光學(xué)模型水體各組分之間進行非線性校正，具體為:基于所述光學(xué)正演模型模 擬的遙感反射率及實測遙感反射率分析近岸河口水體各組分之間的響應(yīng)機理，在響應(yīng)規(guī)律 分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建水體各組分之間的非線性校正模型； 將優(yōu)化的參數(shù)bbx和f/Q等作為已知參數(shù)，獲取遙感反射率，建立水色參數(shù)的函數(shù)，所述 水色參數(shù)的函數(shù)如下：其中，411、412、413、451、452、六53是]/[*1'1的矩陣，]\1行代表波段數(shù)，1'1列代表水質(zhì)量參數(shù);乂1、父2、 X3分別是三個未知水色參數(shù)的列向量；為代表M波段數(shù)的行向量； 構(gòu)建非線性方程的約束備件.加下忒，其中，Xi為葉綠素 a的濃度，X2為⑶OM的濃度，X3為懸浮物的濃度； 根據(jù)上述構(gòu)建的約束條件求解水色參數(shù)，得到反演結(jié)果。6. -種近岸河口水色參數(shù)反演方法，應(yīng)用于水色參數(shù)反演設(shè)備，其特征在于，所述方法 包括： 參數(shù)獲取步驟，獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數(shù)； 光學(xué)模型優(yōu)化步驟，建立水體生物光學(xué)模型，并根據(jù)所述獲取的遙感反射率及水色參 數(shù)對該水體生物光學(xué)模型進行參數(shù)優(yōu)化； 反演模型建立步驟，基于上述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果建立生物光學(xué)模型的 近岸河口的水色參數(shù)反演模型，實現(xiàn)對所述近岸河口的水色參數(shù)反演，得到反演結(jié)果;及 所述結(jié)果輸出步驟，通過所述水色參數(shù)反演設(shè)備的輸出裝置輸出所述水色參數(shù)的反演 結(jié)果。7. 如權(quán)利要求6所述的近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于，所述水色參數(shù)反演設(shè) 備通過網(wǎng)絡(luò)與多個實驗區(qū)分別設(shè)置的走航式觀測設(shè)備通信，以通過網(wǎng)絡(luò)自動獲取所述遙感 反射率以及水色參數(shù)。8. 如權(quán)利要求7所述的近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于，所述水色參數(shù)包括 ⑶0M、懸浮物、葉綠素 a的濃度。9. 如權(quán)利要求8所述的近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于，所述建立的水體生物 光學(xué)模型如下·其中：Rrs(A)為遙感反射率，f/Q是一個與區(qū)域、光照、風(fēng)速有關(guān)的系數(shù)，aw(A)是水體吸 收系數(shù)，bbw(A)為水體后向散射系數(shù)，ag(A)為CDOM在波長λ處的吸收系數(shù)，ax〇)為懸浮物 在波長λ處的吸收系數(shù)，aph(A)為葉綠素 a在波長λ處的吸收系數(shù)，bbx(A)為波長λ處的懸浮物 的后向散射系數(shù);所述光學(xué)模型優(yōu)化模塊通過迭代優(yōu)化求解方程組，然后采用模擬退火算 法優(yōu)化迭代求解bbx和f/Q，實現(xiàn)對所述水體生物光學(xué)模型的參數(shù)優(yōu)化。10.如權(quán)利要求9所述的近岸河口水色參數(shù)反演方法，其特征在于，所述反演模型建立 步驟包括： 對生物光學(xué)模型水體各組分之間進行非線性校正，具體為:基于所述光學(xué)正演模型模 擬的遙感反射率及實測遙感反射率分析近岸河口水體各組分之間的響應(yīng)機理，在響應(yīng)規(guī)律 分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建水體各組分之間的非線性校正模型； 將優(yōu)化的參數(shù)bbx和f/Q等作為已知參數(shù)，獲取遙感反射率，建立水色參數(shù)的函數(shù)，所述 水色參數(shù)的函數(shù)如下：其中，411、412、413、451、452、六53是]/[*1'1的矩陣，]\1行代表波段數(shù)，1'1列代表水質(zhì)量參數(shù);乂1、父2、 X3分別是三個未知水色參數(shù)的列向量3代表M波段數(shù)的行向量； 構(gòu)建非線性方程的約束條件，如下式：其中，Xi為葉綠素 a的濃度，X2為CDOM的濃度，X3為懸浮物的濃度;根據(jù)上述構(gòu)建的約束 條件求解水色參數(shù)，得到反演結(jié)果。
【文檔編號】G01N21/17GK105891124SQ201610223355
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】韓留生, 高會賢, 賈致榮, 范俊甫, 逯躍鋒, 李鴻彬, 王云峰
【申請人】山東理工大學(xué)