一种水环境光谱库的建立方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种水环境光谱库的建立方法及系统。该方法包括：获取每个测量点的多条光谱反射率曲线；剔除波形异常的曲线，得到一级光谱反射率曲线；提取一级光谱反射率曲线在预设波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线；计算每个测量点的多条二级光谱反射率曲线的算术平均值，得到平均光谱反射率曲线；对平均光谱反射率曲线依次进行平滑、去除包络线和归一化处理，得到归一化后的光谱反射率曲线；计算每个河段中多个测量点的归一化后的光谱反射率曲线的平均值，得到每个河段的平均光谱反射率曲线；利用所有河段的平均光谱反射率曲线建立水环境光谱库。本发明专利技术建立了针对高原高寒河流的水环境光谱库，实现了大范围区域内水环境的准确监测。

A method and system for the establishment of a water environment spectrum library

The invention discloses a method and a system for establishing a water environmental spectrum library. The method includes: obtaining multiple spectral reflectance curves of each measurement point, eliminating the curve of abnormal waveform, obtaining the first order spectral reflectance curve, extracting the spectral reflectance curve of the first order spectral reflectance curve in the preset band range, and obtaining the two level spectral reflectance curve, and calculating the multiple two spectral reflectance of each measurement point. The average spectral reflectance curve of the rate curve is obtained, and the average reflectance curve of the spectral reflectance is smooth, the envelope is removed and the normalized spectral reflectance curve is obtained. The average value of the reflectance curve of the normalized spectral reflectance after the normalization of multiple measurement points in each section is calculated. The average spectral reflectance curve of each river segment was established, and the spectral library of water environment was established by using the average spectral reflectance curve of all the river sections. The invention establishes a water environmental spectrum library for high altitude and cold rivers, and realizes accurate monitoring of water environment in large areas.

【技术实现步骤摘要】
一种水环境光谱库的建立方法及系统
本专利技术涉及遥感图像处理
，特别是涉及一种水环境光谱库的建立方法及系统。
技术介绍
光谱库对于遥感影像信息的准确解译、未知地物的快速匹配以及遥感自动分类精度的提高均起着至关重要的作用。目前在国际上具有较大影响力的数字化地物反射光谱数据库主要有美国地质调查局(UnitedStatesGeologicalSurvey，USGS)地物反射光谱数据库、喷气动力实验室(JetPropulsionLaboratory，JPL)地物反射光谱库、高级星载热辐射和反射探测器(AdvancedSpaceborneThermalEmissionandReflectionradiometer，ASTER)地物反射光谱库、高光谱图像处理与分析系统(HyperspectralImageProcessingandAnalysisSystem，HIPAS)地物反射光谱库等，这些地物光谱库主要包括土壤、植被、水体、岩矿以及人工目标五大类，这些光谱库在遥感应用和研究中均发挥了重要作用。目前，国内外开展的研究中一般是针对中低海拔普通区域的河流水环境进行研究，而由于高原高寒地区气候恶劣，使得野外观测数据采集存在很大困难，因此，目前并不存在针对高原高寒河流的水环境光谱库。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种针对高原高寒河流的水环境光谱库的建立方法及系统。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种水环境光谱库的建立方法，包括：获取利用光谱仪多次对测量点进行测量得到的多条光谱反射率曲线，所述测量点为高寒河流河段中待测水体的点位；剔除多条所述光谱反射率曲线中波形异常的曲线，得到一级光谱反射率曲线，所述波形异常的曲线为缺失波峰的光谱反射率曲线、缺失波谷的光谱反射率曲线或偏差值大于预设阈值的光谱反射率曲线；提取所述一级光谱反射率曲线在预设波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线；计算每个所述测量点的多条所述二级光谱反射率曲线的算术平均值，得到每个所述测量点的平均光谱反射率曲线；利用加权移动平滑法对所述平均光谱反射率曲线进行平滑处理；对所述平滑后的平均光谱反射率曲线进行去除包络线处理；对去除包络线后的光谱反射率曲线进行归一化处理，得到归一化后的光谱反射率曲线；计算每个河段中多个测量点的归一化后的光谱反射率曲线的平均值，得到每个河段的平均光谱反射率曲线；利用所有河段的平均光谱反射率曲线建立水环境光谱库。可选的，利用光谱仪多次对测量点进行测量得到多条光谱反射率曲线的方法为：对所述光谱仪进行暗校正和白板校正；设置所述光谱仪的探头与所述测量点保持预设距离，且所述光谱仪的探头倾斜预设角度；利用所述光谱仪的探头多次对所述测量点进行测量，得到测量点的多条光谱反射率曲线。可选的，所述光谱仪为FieldSpec3便携式光谱仪，所述光谱仪的波段范围为350nm-2500nm，分辨率为1nm，波段个数为2051个。可选的，所述提取所述一级光谱反射率曲线在预设波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线，具体为：提取所述一级光谱反射率曲线在400nm-2450nm波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线。可选的，所述加权移动平滑法具体为：其中，Yk为平滑后的第k波段的平均光谱反射率，k为波段数，Ci为第i个波段的平均光谱反射率的权重系数，Xi为第i波段的平均光谱反射率，N表示滑动窗口的大小，N＝2m+1，m表示整数。可选的，所述对所述平滑后的平均光谱反射率曲线进行去除包络线处理，具体包括：将所述平滑后的平均光谱反射率曲线与包络线反射率做比值，得到第一比值，所述第一比值为去除包络线后的光谱反射率曲线。可选的，所述对去除包络线后的光谱反射率曲线进行归一化处理，得到归一化后的光谱反射率曲线，具体包括：将去除包络线后的光谱反射率曲线与在575nm波段处的去除包络线后的光谱反射率曲线做比值，得到第二比值，所述第二比值为归一化后的光谱反射率曲线。本专利技术还提供了一种水环境光谱库的建立系统，所述系统包括：获取模块，用于获取利用光谱仪多次对测量点进行测量得到的多条光谱反射率曲线，所述测量点为高寒河流河段中待测水体的点位；剔除模块，用于剔除多条所述光谱反射率曲线中波形异常的曲线，得到一级光谱反射率曲线，所述波形异常的曲线为缺失波峰的光谱反射率曲线、缺失波谷的光谱反射率曲线或偏差值大于预设阈值的光谱反射率曲线；提取模块，用于提取所述一级光谱反射率曲线在预设波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线；第一计算模块，用于计算每个所述测量点的多条所述二级光谱反射率曲线的算术平均值，得到每个所述测量点的平均光谱反射率曲线；第一处理模块，用于利用加权移动平滑法对所述平均光谱反射率曲线进行平滑处理；第二处理模块，用于对所述平滑后的平均光谱反射率曲线进行去除包络线处理；第三处理模块，用于对去除包络线后的光谱反射率曲线进行归一化处理，得到归一化后的光谱反射率曲线；第二计算模块，用于计算每个河段中多个测量点的归一化后的光谱反射率曲线的平均值，得到每个河段的平均光谱反射率曲线；光谱库建立模块，用于利用所有河段的平均光谱反射率曲线建立水环境光谱库。可选的，所述第二处理模块，具体包括：包络线去除单元，用于将所述平滑后的平均光谱反射率曲线与包络线反射率做比值，得到第一比值，所述第一比值为去除包络线后的光谱反射率曲线。可选的，所述第三处理模块，具体包括：归一化单元，用于将去除包络线后的光谱反射率曲线与在575nm波段处的去除包络线后的光谱反射率曲线做比值，得到第二比值，所述第二比值为归一化后的光谱反射率曲线。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种水环境光谱库的建立方法及系统，所述方法包括：获取每个测量点的多条光谱反射率曲线；剔除波形异常的曲线，得到一级光谱反射率曲线；提取一级光谱反射率曲线在预设波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线；计算每个测量点的多条二级光谱反射率曲线的算术平均值，得到平均光谱反射率曲线；对平均光谱反射率曲线依次进行平滑、去除包络线和归一化处理，得到归一化后的光谱反射率曲线；计算每个河段中多个测量点的归一化后的光谱反射率曲线的平均值，得到每个河段的平均光谱反射率曲线；利用所有河段的平均光谱反射率曲线建立水环境光谱库。本专利技术通过野外实测高原高寒河流的水质光谱数据，对其进行一系列处理及分析后建立了一种针对高原高寒河流的水环境光谱库，利用该光谱库结合遥感数据可实现大范围区域内水环境的准确监测，同时可为研究人员准确快速地提供数据服务，促进遥感技术在水环境监测与水循环方面的应用，从而可为高原高寒地区水资源可持续利用、生态环境保护及相关政策的制定提供重要参考。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例一种水环境光谱库的建立方法的流程图；图2为本专利技术实施例一种水环境光谱库的建立系统的结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水环境光谱库的建立方法，其特征在于，包括：获取利用光谱仪多次对测量点进行测量得到的多条光谱反射率曲线，所述测量点为高寒河流河段中待测水体的点位；剔除多条所述光谱反射率曲线中波形异常的曲线，得到一级光谱反射率曲线，所述波形异常的曲线为缺失波峰的光谱反射率曲线、缺失波谷的光谱反射率曲线或偏差值大于预设阈值的光谱反射率曲线；提取所述一级光谱反射率曲线在预设波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线；计算每个所述测量点的多条所述二级光谱反射率曲线的算术平均值，得到每个所述测量点的平均光谱反射率曲线；利用加权移动平滑法对所述平均光谱反射率曲线进行平滑处理；对所述平滑后的平均光谱反射率曲线进行去除包络线处理；对去除包络线后的光谱反射率曲线进行归一化处理，得到归一化后的光谱反射率曲线；计算每个河段中多个测量点的归一化后的光谱反射率曲线的平均值，得到每个河段的平均光谱反射率曲线；利用所有河段的平均光谱反射率曲线建立水环境光谱库。

【技术特征摘要】
1.一种水环境光谱库的建立方法，其特征在于，包括：获取利用光谱仪多次对测量点进行测量得到的多条光谱反射率曲线，所述测量点为高寒河流河段中待测水体的点位；剔除多条所述光谱反射率曲线中波形异常的曲线，得到一级光谱反射率曲线，所述波形异常的曲线为缺失波峰的光谱反射率曲线、缺失波谷的光谱反射率曲线或偏差值大于预设阈值的光谱反射率曲线；提取所述一级光谱反射率曲线在预设波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线；计算每个所述测量点的多条所述二级光谱反射率曲线的算术平均值，得到每个所述测量点的平均光谱反射率曲线；利用加权移动平滑法对所述平均光谱反射率曲线进行平滑处理；对所述平滑后的平均光谱反射率曲线进行去除包络线处理；对去除包络线后的光谱反射率曲线进行归一化处理，得到归一化后的光谱反射率曲线；计算每个河段中多个测量点的归一化后的光谱反射率曲线的平均值，得到每个河段的平均光谱反射率曲线；利用所有河段的平均光谱反射率曲线建立水环境光谱库。2.根据权利要求1所述的一种水环境光谱库的建立方法，其特征在于，利用光谱仪多次对测量点进行测量得到多条光谱反射率曲线的方法为：对所述光谱仪进行暗校正和白板校正；设置所述光谱仪的探头与所述测量点保持预设距离，且所述光谱仪的探头倾斜预设角度；利用所述光谱仪的探头多次对所述测量点进行测量，得到测量点的多条光谱反射率曲线。3.根据权利要求2所述的一种水环境光谱库的建立方法，其特征在于，所述光谱仪为FieldSpec3便携式光谱仪，所述光谱仪的波段范围为350nm-2500nm，分辨率为1nm，波段个数为2051个。4.根据权利要求1所述的一种水环境光谱库的建立方法，其特征在于，所述提取所述一级光谱反射率曲线在预设波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线，具体为：提取所述一级光谱反射率曲线在400nm-2450nm波段范围内的光谱曲线，得到二级光谱反射率曲线。5.根据权利要求1所述的一种水环境光谱库的建立方法，其特征在于，所述加权移动平滑法具体为：其中，Yk为平滑后的第k波段的平均光谱反射率，k为波段数，Ci为第i个波段的平均光谱反射率的权重系数，Xi为第i波段的平均光谱反射率，N表示滑动窗口的大小，N＝2m+1，m表示整数。6.根据权利要求1所述的一种水环境光谱库的建立方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王思远，申明，游永发，马元旭，刘卫华，
申请(专利权)人：中国科学院遥感与数字地球研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11