近岸河口水色參數反演裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術實施例提供了一種近岸河口水色參數反演裝置及方法。本發明專利技術實施例通過獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數，建立水體生物光學模型，并根據所述獲取的遙感反射率及水色參數對該水體生物光學模型進行參數優化。然后基于上述水體生物光學模型的參數優化結果建立生物光學模型的近岸河口的水色參數反演模型，實現對所述近岸河口的水色參數反演，得到反演結果。本發明專利技術實施例可提高近岸河口水色參數的反演精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及水色光學遙感反演領域，具體而言，涉及一種基于水體組分光譜非線性效應校正的近岸河口水色參數反演裝置及方法。
技術介紹
目前，基于生物光學的反演模型能夠計算水色三要素(CDOM、懸浮物、葉綠素a)的濃度。生物光學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者的廣泛關注和使用。然而，近岸河口水體固有光學特性參數難以直接測量，導致近岸河口難以應用生物光學模型。水體生物光學模型也都是假設水體各組分固有光學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雜的非線性關系，直接采用這種假設可能導致水色參數反演的失敗。
技術實現思路
鑒于以上內容，本專利技術實施例提供一種近岸河口水色參數反演裝置，應用于水色參數反演設備。所述反演裝置包括：參數獲取模塊，用于獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數；光學模型優化模塊，用于建立水體生物光學模型，并根據所述獲取的遙感反射率及水色參數對該水體生物光學模型進行參數優化；反演模型建立模塊，用于基于上述水體生物光學模型的參數優化結果建立生物光學模型的近岸河口的水色參數反演模型，實現對所述近岸河口的水色參數反演，得到反演結果；及所述結果輸出模塊，用于通過所述水色參數反演設備的輸出裝置輸出所述水色參數的反演結果。本專利技術實施例還提供一種應用于所述水色參數反演設備的近岸河口水色參數反演方法，包括：參數獲取步驟，獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數；光學模型優化步驟，建立水體生物光學模型，并根據所述獲取的遙感反射率及水色參數對該水體生物光學模型進行參數優化；反演模型建立步驟，基于上述水體生物光學模型的參數優化結果建立生物光學模型的近岸河口的水色參數反演模型，實現對所述近岸河口的水色參數反演，得到反演結果；及所述結果輸出步驟，通過所述水色參數反演設備的輸出裝置輸出所述水色參數的反演結果。與現有技術相比，本專利技術實施例提供的近岸河口水色參數反演裝置及方法結合水體動態特性的固有光學特性模型和生物 光學正演模型，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規律，進而研究高混濁近岸河口不同水體組分復雜的非線性耦合效應，可有效提高水質參數的反演精度。為使本專利技術的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應當理解，以下附圖僅示出了本專利技術的某些實施例，因此不應被看作是對范圍的限定，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他相關的附圖。圖1是本專利技術較佳實施例提供的基于水體組分光譜非線性效應校正以用于對近岸河口水色參數進行反演的水色參數反演設備的方框示意圖。圖2是本專利技術較佳實施例提供的應用于圖1所示的水色參數反演設備的水色參數反演方法的流程圖。圖3是圖1所示的水色參數反演設備通過網絡與多個走航式觀測設備通信的示意圖。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。圖5是由531nm外推到其他波段(412、443、490、555、667nm處)的反射率驗證結果示意圖。圖6為模擬的Rrs(531)的反射率與模擬的Rrs(412)、Rrs(443)、Rrs(490)、Rrs(555)反射率的擬合結果示意圖。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。圖8為實測的CDOM與模擬的CDOM的對比散點的示意圖。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。主要元件符號說明具體實施方式下面將結合本專利技術實施例中附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本專利技術實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本專利技術的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本專利技術的范圍，而是僅僅表示本專利技術的選定實施例。基于本專利技術的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。如圖1所示，是本專利技術較佳實施例提供的基于水體組分光譜非線性效應校正以用于對近岸河口水色參數進行反演的水色參數反演設備100的方框示意圖。所述水色參數反演設備100。所述水色參數反演設備100可以是，但不限于，個人電腦(personal computer，PC)、平板電腦、服務器等具備數據分析及處理能力的計算設備。所述水色參數反演設備100還包括一反演裝置10、存儲器12以及處理器13。本專利技術較佳實施例中，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反演設備100的操作系統(operating system，OS)中的軟件功能模塊。所述處理器13用于執行所述存儲器12中存儲的可執行軟件模塊，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中，作為所述操作系統的一部分。具體地，所述反演裝置10包括參數獲取模塊101、光學模型優化模塊102、反演模型建立模塊103及結果輸出模塊104。所應說明的是，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。下面將結合圖2對上述各功能模塊做詳細介紹。請參閱圖2，是本專利技術較佳實施例提供的應用于圖1所示的水色參數反演設備100的水色參數反演方法的流程圖。下面將對圖2所示的具體流程和步驟進行詳細闡述。步驟S01，所述參數獲取模塊101獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數。所述水色參數包括CDOM(有色可溶性有機物，Colored dissolved organic matter)、懸浮物、葉綠素a的濃度。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，所述水色參數可通過實驗化驗獲得。可在設定的實驗區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，然后通過所述水色參數反演設備100的輸入裝置11參數(如鼠標、鍵盤等)手動錄入的方式獲得所述遙感反射率及水色參數。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(設太陽入射的方位角為0°)，觀測天頂角θ為40°左右。測量的數據包括：標準板反射輻亮度、遮擋直射陽光的標準板反射輻亮度、水面輻亮度、天空光輻亮度和標準板反射輻亮度。在測量波譜的同時，記錄各測點的GPS坐標。在實驗化驗得到水色參數時，可將在各觀測點采集的水體采樣樣本裝在棕色瓶內密封冷凍保存，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的光譜吸收系數采用分光光度法測定。另外，本實施例中，也可在設定的實驗區，例如徐聞珊瑚礁自然保護區(25個點)、珠江口(18個點)、韓江河口(22個點)燈三個試驗區分別設置走航式觀測設備200，由走航式觀測設備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。進一步地，如圖3所示，所述水色參數反演設備100本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種近岸河口水色參數反演方法，其特征在于，(1)應用于進行水色參數反演的設備裝置；(2)應用步驟(1)所述的水色參數反演設備進行水色參數反演的方法，其中，步驟(1)中所述的應用于進行水色參數反演的設備，包括：所述反演裝置包括：參數獲取模塊，用于獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數；光學模型優化模塊，用于建立水體生物光學模型，并根據所述獲取的遙感反射率及水色參數對該水體生物光學模型進行參數優化；反演模型建立模塊，用于基于上述水體生物光學模型的參數優化結果建立生物光學模型的近岸河口的水色參數反演模型，實現對所述近岸河口的水色參數反演，得到反演結果；及所述結果輸出模塊，用于通過所述水色參數反演設備的輸出裝置輸出所述水色參數的反演結果；步驟(2)所述方法包括：參數獲取步驟，獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數；光學模型優化步驟，建立水體生物光學模型，并根據所述獲取的遙感反射率及水色參數對該水體生物光學模型進行參數優化；反演模型建立步驟，基于上述水體生物光學模型的參數優化結果建立生物光學模型的近岸河口的水色參數反演模型，實現對所述近岸河口的水色參數反演，得到反演結果；及所述結果輸出步驟，通過所述水色參數反演設備的輸出裝置輸出所述水色參數的反演結果。...

【技術特征摘要】
1.一種近岸河口水色參數反演方法，其特征在于，(1)應用于進行水色參數反演的設備裝置；(2)應用步驟(1)所述的水色參數反演設備進行水色參數反演的方法，其中，步驟(1)中所述的應用于進行水色參數反演的設備，包括：所述反演裝置包括：參數獲取模塊，用于獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數；光學模型優化模塊，用于建立水體生物光學模型，并根據所述獲取的遙感反射率及水色參數對該水體生物光學模型進行參數優化；反演模型建立模塊，用于基于上述水體生物光學模型的參數優化結果建立生物光學模型的近岸河口的水色參數反演模型，實現對所述近岸河口的水色參數反演，得到反演結果；及所述結果輸出模塊，用于通過所述水色參數反演設備的輸出裝置輸出所述水色參數的反演結果；步驟(2)所述方法包括：參數獲取步驟，獲取近岸河口的遙感反射率及水色參數；光學模型優化步驟，建立水體生物光學模型，并根據所述獲取的遙感反射率及水色參數對該水體生物光學模型進行參數優化；反演模型建立步驟，基于上述水體生物光學模型的參數優化結果建立生物光學模型的近岸河口的水色參數反演模型，實現對所述近岸河口的水色參數反演，得到反演結果；及所述結果輸出步驟，通過所述水色參數反演設備的輸出裝置輸出所述水色參數的反演結果。2.如權利要求1所述的一種近岸河口水色參數反演方法，其特征在于，所述水色參數反演設備通過網絡與多個實驗區分別設置的走航式觀測設備通信，所述參數獲取模塊通過所述走航式觀測設備獲取所述遙感反射率以及水色參數。3.如權利要求2所述的一種近岸河口水色參數反演方法，其特征在于，所述水色參數包括CDOM、懸浮物、葉綠素a的濃度。4.如權利要求3所述的一種近岸河口水色參數反演方法，其特征在于，所述建立的水體生物光學模型如下：其中：Rrs(λ)為遙感反射率，f/Q是一個與區域、光照、風速有關的系數，aw(λ)是水體吸收系數，bbw(λ)為水體后向散射系數，ag(λ)為CDOM在波長λ處的吸收系數，ax(λ)為懸浮物在波長λ處的吸收系數，aph(λ)為葉綠素a在波長λ處的吸收系數，bbx(λ)為波長λ處的懸浮物的后向散射系數；所述光學模型優化模塊通過迭代優化求解方程組，然后采用模擬退火算法優化迭代求解bbw和f/Q，實現對所述水體生物光學模型的參數優化。5.如權利要求4所述的一種近岸河口水色參數反演方法，其特征在于，反演模型建立模塊通過執行以下步驟實現對所述近岸河口的水色參數反演，得到反演結果：對生物光學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機理，在響應規律分析的基礎上構建水體各組分之間的非線性校正模型；將優化的參數bbx和f/Q等作為已知參數，獲取遙感反射率，建立水色參數的函數，所述水色參數的函數如...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓留生，高會賢，賈致榮，范俊甫，逯躍鋒，李鴻彬，王云峰，
申請(專利權)人：山東理工大學，
類型：發明
國別省市：山東;37