近岸河口水色参数反演装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供了一种近岸河口水色参数反演装置及方法。本发明专利技术实施例通过获取近岸河口的遥感反射率及水色参数，建立水体生物光学模型，并根据所述获取的遥感反射率及水色参数对该水体生物光学模型进行参数优化。然后基于上述水体生物光学模型的参数优化结果建立生物光学模型的近岸河口的水色参数反演模型，实现对所述近岸河口的水色参数反演，得到反演结果。本发明专利技术实施例可提高近岸河口水色参数的反演精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水色光学遥感反演领域，具体而言，涉及一种基于水体组分光谱非线性效应校正的近岸河口水色参数反演装置及方法。
技术介绍
目前，基于生物光学的反演模型能够计算水色三要素(CDOM、悬浮物、叶绿素a)的浓度。生物光学模型具有较好的物理意义和一定的普适性，因而得到了越来越多的水色遥感学者的广泛关注和使用。然而，近岸河口水体固有光学特性参数难以直接测量，导致近岸河口难以应用生物光学模型。水体生物光学模型也都是假设水体各组分固有光学特性之间的组合为线性的，而事实上高度混浊的近岸河口水体各组分之间为复杂的非线性关系，直接采用这种假设可能导致水色参数反演的失败。
技术实现思路
鉴于以上内容，本专利技术实施例提供一种近岸河口水色参数反演装置，应用于水色参数反演设备。所述反演装置包括：参数获取模块，用于获取近岸河口的遥感反射率及水色参数；光学模型优化模块，用于建立水体生物光学模型，并根据所述获取的遥感反射率及水色参数对该水体生物光学模型进行参数优化；反演模型建立模块，用于基于上述水体生物光学模型的参数优化结果建立生物光学模型的近岸河口的水色参数反演模型，实现对所述近岸河口的水色参数反演，得到反演结果；及所述结果输出模块，用于通过所述水色参数反演设备的输出装置输出所述水色参数的反演结果。本专利技术实施例还提供一种应用于所述水色参数反演设备的近岸河口水色参数反演方法，包括：参数获取步骤，获取近岸河口的遥感反射率及水色参数；光学模型优化步骤，建立水体生物光学模型，并根据所述获取的遥感反射率及水色参数对该水体生物光学模型进行参数优化；反演模型建立步骤，基于上述水体生物光学模型的参数优化结果建立生物光学模型的近岸河口的水色参数反演模型，实现对所述近岸河口的水色参数反演，得到反演结果；及所述结果输出步骤，通过所述水色参数反演设备的输出装置输出所述水色参数的反演结果。与现有技术相比，本专利技术实施例提供的近岸河口水色参数反演装置及方法结合水体动态特性的固有光学特性模型和生物 光学正演模型，模拟不同组分组合的水体反射率特征，分析实测反射率与模拟反射率之间的响应规律，进而研究高混浊近岸河口不同水体组分复杂的非线性耦合效应，可有效提高水质参数的反演精度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1是本专利技术较佳实施例提供的基于水体组分光谱非线性效应校正以用于对近岸河口水色参数进行反演的水色参数反演设备的方框示意图。图2是本专利技术较佳实施例提供的应用于图1所示的水色参数反演设备的水色参数反演方法的流程图。图3是图1所示的水色参数反演设备通过网络与多个走航式观测设备通信的示意图。图4为正演模拟的遥感反射率光谱与实测的遥感反射率光谱对比图。图5是由531nm外推到其他波段(412、443、490、555、667nm处)的反射率验证结果示意图。图6为模拟的Rrs(531)的反射率与模拟的Rrs(412)、Rrs(443)、Rrs(490)、Rrs(555)反射率的拟合结果示意图。图7为实测的悬浮物与模拟的悬浮物的对比散点的示意图。图8为实测的CDOM与模拟的CDOM的对比散点的示意图。图9为实测的叶绿素a与模拟的叶绿素a的对比散点的示意图。主要元件符号说明具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，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部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，是本专利技术较佳实施例提供的基于水体组分光谱非线性效应校正以用于对近岸河口水色参数进行反演的水色参数反演设备100的方框示意图。所述水色参数反演设备100。所述水色参数反演设备100可以是，但不限于，个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、服务器等具备数据分析及处理能力的计算设备。所述水色参数反演设备100还包括一反演装置10、存储器12以及处理器13。本专利技术较佳实施例中，反演装置10包括至少 一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器12中或固化在所述水色参数反演设备100的操作系统(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器13用于执行所述存储器12中存储的可执行软件模块，例如所述反演装置10所包括的软件功能模块及计算机程序等。本实施例中，所述反演装置10也可以集成于所述操作系统中，作为所述操作系统的一部分。具体地，所述反演装置10包括参数获取模块101、光学模型优化模块102、反演模型建立模块103及结果输出模块104。所应说明的是，在其他实施例中，所述反演装置10包括的上述功能模块中的其中一部分也可省略，或者其还可以包括其他更多的功能模块。下面将结合图2对上述各功能模块做详细介绍。请参阅图2，是本专利技术较佳实施例提供的应用于图1所示的水色参数反演设备100的水色参数反演方法的流程图。下面将对图2所示的具体流程和步骤进行详细阐述。步骤S01，所述参数获取模块101获取近岸河口的遥感反射率及水色参数。所述水色参数包括CDOM(有色可溶性有机物，Colored dissolved organic matter)、悬浮物、叶绿素a的浓度。具体地，所说的遥感反射率可通过对各探测样点的实地测量获得，所述水色参数可通过实验化验获得。可在设定的实验区的水域进行走航式观测，取各个样点的遥感反射率以及同步的水色参数，然后通过所述水色参数反演设备100的输入装置11参数(如鼠标、键盘等)手动录入的方式获得所述遥感反射率及水色参数。其中，可通过光谱采集方法在水面以上进行测量得到所述遥感反射率。在测量水体光谱时，为了避免阴影和 太阳直射光照的影响，采用下述的观测几何角度。观测方位角为135°左右(设太阳入射的方位角为0°)，观测天顶角θ为40°左右。测量的数据包括：标准板反射辐亮度、遮挡直射阳光的标准板反射辐亮度、水面辐亮度、天空光辐亮度和标准板反射辐亮度。在测量波谱的同时，记录各测点的GPS坐标。在实验化验得到水色参数时，可将在各观测点采集的水体采样样本装在棕色瓶内密封冷冻保存，送到实验室测量。叶绿素a的测定采用分光光度法测量，悬浮物采用烘干称重法，CDOM的光谱吸收系数采用分光光度法测定。另外，本实施例中，也可在设定的实验区，例如徐闻珊瑚礁自然保护区(25个点)、珠江口(18个点)、韩江河口(22个点)灯三个试验区分别设置走航式观测设备200，由走航式观测设备200测试所述遥感反射率以及采集水样化验获得所述水色参数。进一步地，如图3所示，所述水色参数反演设备100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近岸河口水色参数反演方法，其特征在于，(1)应用于进行水色参数反演的设备装置；(2)应用步骤(1)所述的水色参数反演设备进行水色参数反演的方法，其中，步骤(1)中所述的应用于进行水色参数反演的设备，包括：所述反演装置包括：参数获取模块，用于获取近岸河口的遥感反射率及水色参数；光学模型优化模块，用于建立水体生物光学模型，并根据所述获取的遥感反射率及水色参数对该水体生物光学模型进行参数优化；反演模型建立模块，用于基于上述水体生物光学模型的参数优化结果建立生物光学模型的近岸河口的水色参数反演模型，实现对所述近岸河口的水色参数反演，得到反演结果；及所述结果输出模块，用于通过所述水色参数反演设备的输出装置输出所述水色参数的反演结果；步骤(2)所述方法包括：参数获取步骤，获取近岸河口的遥感反射率及水色参数；光学模型优化步骤，建立水体生物光学模型，并根据所述获取的遥感反射率及水色参数对该水体生物光学模型进行参数优化；反演模型建立步骤，基于上述水体生物光学模型的参数优化结果建立生物光学模型的近岸河口的水色参数反演模型，实现对所述近岸河口的水色参数反演，得到反演结果；及所述结果输出步骤，通过所述水色参数反演设备的输出装置输出所述水色参数的反演结果。...

【技术特征摘要】
1.一种近岸河口水色参数反演方法，其特征在于，(1)应用于进行水色参数反演的设备装置；(2)应用步骤(1)所述的水色参数反演设备进行水色参数反演的方法，其中，步骤(1)中所述的应用于进行水色参数反演的设备，包括：所述反演装置包括：参数获取模块，用于获取近岸河口的遥感反射率及水色参数；光学模型优化模块，用于建立水体生物光学模型，并根据所述获取的遥感反射率及水色参数对该水体生物光学模型进行参数优化；反演模型建立模块，用于基于上述水体生物光学模型的参数优化结果建立生物光学模型的近岸河口的水色参数反演模型，实现对所述近岸河口的水色参数反演，得到反演结果；及所述结果输出模块，用于通过所述水色参数反演设备的输出装置输出所述水色参数的反演结果；步骤(2)所述方法包括：参数获取步骤，获取近岸河口的遥感反射率及水色参数；光学模型优化步骤，建立水体生物光学模型，并根据所述获取的遥感反射率及水色参数对该水体生物光学模型进行参数优化；反演模型建立步骤，基于上述水体生物光学模型的参数优化结果建立生物光学模型的近岸河口的水色参数反演模型，实现对所述近岸河口的水色参数反演，得到反演结果；及所述结果输出步骤，通过所述水色参数反演设备的输出装置输出所述水色参数的反演结果。2.如权利要求1所述的一种近岸河口水色参数反演方法，其特征在于，所述水色参数反演设备通过网络与多个实验区分别设置的走航式观测设备通信，所述参数获取模块通过所述走航式观测设备获取所述遥感反射率以及水色参数。3.如权利要求2所述的一种近岸河口水色参数反演方法，其特征在于，所述水色参数包括CDOM、悬浮物、叶绿素a的浓度。4.如权利要求3所述的一种近岸河口水色参数反演方法，其特征在于，所述建立的水体生物光学模型如下：其中：Rrs(λ)为遥感反射率，f/Q是一个与区域、光照、风速有关的系数，aw(λ)是水体吸收系数，bbw(λ)为水体后向散射系数，ag(λ)为CDOM在波长λ处的吸收系数，ax(λ)为悬浮物在波长λ处的吸收系数，aph(λ)为叶绿素a在波长λ处的吸收系数，bbx(λ)为波长λ处的悬浮物的后向散射系数；所述光学模型优化模块通过迭代优化求解方程组，然后采用模拟退火算法优化迭代求解bbw和f/Q，实现对所述水体生物光学模型的参数优化。5.如权利要求4所述的一种近岸河口水色参数反演方法，其特征在于，反演模型建立模块通过执行以下步骤实现对所述近岸河口的水色参数反演，得到反演结果：对生物光学模型水体各组分之间进行非线性校正，具体为：基于所述光学正演模型模拟的遥感反射率及实测遥感反射率分析近岸河口水体各组分之间的响应机理，在响应规律分析的基础上构建水体各组分之间的非线性校正模型；将优化的参数bbx和f/Q等作为已知参数，获取遥感反射率，建立水色参数的函数，所述水色参数的函数如...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩留生，高会贤，贾致荣，范俊甫，逯跃锋，李鸿彬，王云峰，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37