基于实验和实测光谱的太湖悬浮物浓度估算模型研究

摘要

利用现场采集的太湖底部表层沉积物，在实验室配比不同浓度的悬浮物水样，进行悬浮物光谱反射率的测量，同时采集表层水样，进行实验室浓度测量，旨在寻找实验控制条件下悬浮物的高光谱遥感敏感波段并建立其定量估算模型。采用NASA水体光谱测量规范，分别测出水体、天空散射光及标准反射板的辐亮度值，计算遥感反射率，实验控制条件下的模型结果与野外实测数据的模型进行了对比分析，以便为太湖水体悬浮物浓度估算提供参考依据。 本文的研究表明： (1)实验控制条件下，悬浮物水体的波段780-820nm，740-775nm以及860-890nm反射率的均值与悬浮物的浓度有很好的相关性；以R1为因子的线性模型SS=11129*R1+1.59拟合程度非常高，R2=0.9939，p<0.0001，其中R1为780-820nm的均值。实验样本光谱反射率的一阶微分与悬浮物浓度也有较好的相关性，在522nm处的光谱一阶微分de_R522与悬浮物浓度的相关性较好，其中线性模型估算效果最好，模型方程为SS=1042135*de_R522+16.23，R2=0.9993，p<0.0001。用悬浮物反射光谱的第一反射峰(R580)和第二反射峰(R810)构成的波段比因子得到的模型也有较好的拟合效果，模型为SS=198.25*(R580/R810)2-1067.6*R580/R810+1446.2，R2=0.83，p=0.0019。 (2)野外实测数据的悬浮物浓度估算模型，经过分析发现基于波段比值的模型拟合程度最好，所用的波段组合为R570/R811，其中R570、R811代表悬浮物光谱的两个反射峰值，模型为SS=84.12*(R570/R811)-0.95，R2=0.7，p<0.0001。单波段法和一阶微分法的模型拟合效果较差。 (3)对比分析表明，实验控制条件下得到的悬浮物估算敏感波段与野外实测数据悬浮物估算模型的敏感波段相近，悬浮物浓度变化的敏感波段在570nm和810nm附近。由于水体组分的不同以及水动力条件的差异，两种条件下估算模型具有较大的差异。将来还需要进行更多的实验对比工作。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究进展

1.2.1内陆湖泊水质遥感监测原理

1.2.2悬浮物遥感估测的研究进展

1.2.3悬浮物实测光谱实验的研究进展

1.3研究内容和技术路线

1.3.1研究内容

1.3.2技术路线

1.4实验方法和数据处理

1.4.1.水体表面光谱测量

1.4.2悬浮物浓度的测量

1.5模型建立及精度分析方法

1.5.1模型建立方法

1.5.2评判模型的最优准则

第2章 研究区域和实验测量

2.1研究区概况

2.2太湖悬浮物特征分析

2.3样品获取

2.4实验光谱测量

2.4.1实验条件

2.4.2浓度分级

2.4.3实验步骤

第3章 悬浮物浓度实测光谱估算模型研究

3.1悬浮物浓度分析

3.2悬浮物浓度和光谱反射率的关系

3.2.1纯水的光谱特性

3.2.2悬浮物光谱特性研究

3.3容器内壁影响分析

3.4悬浮物估测的敏感波段分析

3.4.1单波段反射率和悬浮物浓度的相关分析

3.4.2多波段平均反射率和悬浮物浓度的相关分析

3.4.3波段组合和悬浮物浓度的相关分析

3.5悬浮物浓度遥感估算模型的建立

3.5.1基于反射光谱的悬浮物浓度估算模型

3.5.2基于波段比值的悬浮物浓度估算模型

3.5.3基于一阶微分的悬浮物浓度估算模型

3.6野外实测光谱的悬浮物浓度模型分析

3.6.1光谱曲线特征

3.6.2敏感波段选择

3.6.3基于反射光谱的悬浮物浓度估算模型

3.6.4基于波段比值的悬浮物浓度估算模型

3.6.5基于光谱微分的悬浮物浓度估算模型

3.7模型的检验

3.7.1基于实验室实验的模型验证

3.7.2野外模型验证

第4章结论与展望

4.1结论

4.2创新点

4.3存在的问题和发展方向

参考文献

致谢