一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法技术

本发明专利技术提出了一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法。首先，基于水体临近点之间水体固有光学特性相似，且吸收系数和后向散射系数均大于0的假设，定义对原始QAA算法的优化目标函数。其次，结合水体地理位置和水体形状特点，选择部分或全部水体的遥感图像作为感兴趣区域集合，利用QAA算法获得初始的水体固有光学量，并通过对优化目标的逼近，不断调整QAA算法的参数直到目标函数值最小。然后，利用经改进后的QAA算法计算水体固有光学量，并利用水体固有光学量构建水质参数反演模型。最后，获得水质参数空间分布图。本发明专利技术可在无实测水体光学量数据的条件下，对适用于大洋水体的QAA算法进行改进，使其能够对内陆水体进行反演，解决了传统水质监测方法人力成本和经济成本高、耗时耗力、无法快速且大面积反演的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法
本专利技术属于测量领域，更具体地，涉及一种利用光学遥感数据获取内陆水体水质参数的方法。
技术介绍
水是生态系统的血液，是人类生存与发展不可或缺的自然资源。充足、优质的水资源是生态系统健康发展的物质基础，也是国民经济和社会发展的物质保障。近几十年来，在我国工业化、城镇化的推进过程中，内陆水体的生态环境不断地发生变化，也催生了诸多生态环境保护与经济社会发展之间的矛盾。居民生活废水污染、农业污染、工业污染等对水环境造成了较大的损坏，使我国水环境的发展面临着很大的挑战。水质监测是水质评价和水污染防治的主要依据，快捷、准确的水质监测对于社会经济发展至关重要。传统水质监测方法需要在水体内设置采样点进行采样，并通过实验室分析获得相应的水质指标，整个过程耗时耗力、人力成本和经济成本高，无法对水体进行大面积监测。遥感水质反演技术的出现和发展为水质监测提供了新的选择。遥感水质反演利用经验法、半经验法或物理分析的方法等，选择合适的遥感数据，建立水质参数的遥感反演模型来反演水体中的水质参数，具有快捷准确、成本低、可大面积批本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法，其特征在于，包括：/n(1)获取内陆水体的遥感影像数据；/n(2)使用改进的归一化差分水体指数NDWI提取水体，并利用形态学处理方法对提取到的水体进行后处理；/n(3)结合水体地理位置和水体形状特点，选择部分或全部水体的遥感图像作为感兴趣区域集合；/n(4)定义对原始QAA算法的优化目标函数，利用QAA算法获得感兴趣区域的初始水体固有光学量，并利用Adam算法不断调整QAA算法的参数直到目标函数值最小；/n(5)利用改进QAA算法反演水体的固有光学量；/n(6)利用水体固有光学量和水质参数实测数据完成水质参数反演模型训练，利用训练好的水质参数反...

【技术特征摘要】
1.一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法，其特征在于，包括：
(1)获取内陆水体的遥感影像数据；
(2)使用改进的归一化差分水体指数NDWI提取水体，并利用形态学处理方法对提取到的水体进行后处理；
(3)结合水体地理位置和水体形状特点，选择部分或全部水体的遥感图像作为感兴趣区域集合；
(4)定义对原始QAA算法的优化目标函数，利用QAA算法获得感兴趣区域的初始水体固有光学量，并利用Adam算法不断调整QAA算法的参数直到目标函数值最小；
(5)利用改进QAA算法反演水体的固有光学量；
(6)利用水体固有光学量和水质参数实测数据完成水质参数反演模型训练，利用训练好的水质参数反演模型进行水体的水质参数反演，并获得水质参数空间分布。


2.如权利要求1所述的一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法，其特征在于，所述改进的归一化差分水体指数,即NDWI，全称NormalizedDifferenceWaterIndex，用于实现水陆分割，得到水体区域，计算公式如下：



其中R750和R560分别指750nm波长和560nm波长的遥感反射率，NDWI介于-1到1之间，NDWI大于阈值0时，则该像元为候选水体。


3.如权利要求1所述的一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法，其特征在于，所述利用形态学处理方法对提取到的水体进行后处理的具体实现为：
利用形态学处理方法对候选水体进行后处理，滤除非水体区域，平滑水体边界。
优选的，所述形态学处理方法为：利用开运算消除部分非水体区域与水体区域的连接；标记候选水体的连通域，按照面积大小滤除非水体的连通域；使用闭运算平滑水陆边界。


4.如权利要求1所述的一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法，其特征在于，所述感兴趣区域集合的选择，应结合水体的地理位置、形状特点选择合适大小的区域。记感兴趣区域集合的大小为R。优选的，选择感兴趣区域的原则如下：
选择距离岸边较远、受人类活动影响较小的区域；所选择的感兴趣区域应覆盖水体的各个区域，例如对于湖泊应该包括湖泊的东、南、西、北、中各个区域，对于河流应该包括河流的上游和下游；在满足前两条原则的前提下，感兴趣区域面积应越大越好，出于对后续计算量的考虑，可适度减少区域集合覆盖的水体面积。


5.如权利要求1所述的一种基于改进QAA算法的内陆水体水质反演方法，其特征在于，所述QAA算法全称Quasi-AnalyticalAlgorithm，QAA算法基于辐射传输原理,估算水体后向散射系数,是目前较为成熟的半分析模型方法。本发明中使用国际海洋水色遥感组织发布的第五版QAA算法，即QAA_V5，全称Quasi-AnalyticalAlgorithmVersion5，具体表现形式为：






λ0＝550nm(4)















其中λ为波长，λ0为参考波长，QAA_V5中一般取550nm，Rrs(λ)为λ波长时的水体上表面遥感反射率，rr...

【专利技术属性】
技术研发人员：厉小润，陈仲锴，王建军，王晶，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33