一种内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法技术

本发明专利技术公开了一种内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法，包括以下步骤：安置用于内陆河道表层水体反射光谱连续观测的实测仪器，并按照垂直观测的要求调整所述实测仪器的角度，实现对灰板、天空光和水面反射光的同步观测；使用所述的实测仪器测得的灰板、天空光和水面反射光的观测值计算遥感反射率，并对计算所得的遥感反射率的异常值进行识别和剔除；将得到的内陆河道表层水体遥感反射率进行时间

【技术实现步骤摘要】
一种内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法


[0001]本专利技术涉及水体光谱测量的
，特别是涉及一种内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法。

技术介绍

[0002]水体光学特性测量是水色遥感反演不可缺少的基础研究过程。水体光学特性包括固有光学特性和表观光学特性，固有光学特性仅由水体本身的物理特性所决定，不随外界入射光场的改变而变化，如吸收系数、衰减系数、散射系数等；表观光学特性是随入射光场变化而变化的水体光学参数，如离水辐亮度、上行辐照度、遥感反射率等。
[0003]内陆水体的光学特性研究多以表观光学特性测量为初始数据来源，其基本参数为离水辐亮度。离水辐亮度的测量方法包括剖面测量法和水面之上测量法。剖面测量法是纵向测量水下不同深度水体的光学特性，外推得到水表面的光学信号，从而求得离水辐亮度、归一化离水辐亮度和遥感反射率等遥感物理量的方法，这种方法在大洋一类水体中应用十分广泛，而在内陆二类水体区域中则不适用。水面之上测量法是在水面上方选取适当的观测几何，通过观测水面、对应方向上天空光和水面入射辐照度等目标，求得与剖面测量法相同遥感物理量，该方法是NASA SeaWiFS测量规范推荐的二类水体测量的主要方法，也是目前国内外学者广泛使用的水体测量方法，在我国近岸水体和湖泊、河道等内陆水体的光谱特性调查手段中占据主导地位。
[0004]水体光谱特性是水体光学组分的外在表征，利用实测的水体离水辐亮度与天空光辐亮度，可以推算出水体的遥感反射率，并以此分析水体的光谱特性。目前，水体光学测量均采用倾斜观测的方法，且以国际水色SIMBIOS计划中推荐使用的(40
°
，135
°
)观测角度为主，即光谱仪观测平面与太阳入射平面的夹角为135
°
(背向太阳方向)，仪器与海面法线方向的夹角为40
°
，该观测几何被认为能最大程度地减小船体自身以及水面耀光的影响。
[0005]由于倾斜观测需要依据船体位置、太阳方位等相关因素调整观测角度，特别是针对河道水体光谱观测时，还须考虑河道走向、岸线遮蔽物等情况。因此，现阶段只能设置若干站点进行离散样点的观测，难以实现连续光谱观测。离散样点的观测方法虽然能对局部的水体光学特性做出精确的测量和分析，但费时费力且观测样点数量有限。故离散样点的观测方法有着实测数据的代表性不足、时空连续性不高、难以把握大范围水体的光谱变化情况等缺点。
[0006]公开号为CN 109084894 B的专利技术公开了走航式水体光谱观测系统及观测方法，它包括支架、三轴自稳平台、观测仪器和甲板控制单元；所述的观测仪器包括辐亮度辐射计、辐照度辐射计、电子指南针、姿态传感器、GPS天线和摄像头；支架用于将整个观测系统固定安装在走航观测船体外侧，其离船最远的一端安装三轴自稳平台、制高点安装辐照度辐射计、其他任意位置安装GPS天线；三轴自稳平台的俯仰转轴固定连接仪器架；仪器架上至少安装有电子指南针、姿态传感器、辐亮度辐射计和摄像头；甲板控制单元用于向所述的观测仪器供电、通过内置软件与观测仪器进行通讯、以及通过内置软件完成观测数据的处理。该
专利技术主要针对海洋水体的走航式水体光谱观测系统进行设计，故该系统和对应的观测方法主要解决了走航式观测中，实验船搭载的观测设备很容易随着波浪产生振动和抖动的问题。
[0007]公开号为CN 111879709 A的专利技术公开了湖泊水体光谱反射率检验方法及装置，所述方法包括：利用预设的水体光谱反射率预测模型对实测水体光谱反射率进行筛选；所述水体光谱反射率预测模型是基于水体参量样本数据、环境参量样本数据和对应的水体样本光谱反射率进行训练后得到的；所述实测水体光谱反射率是通过测量设备对待测水体进行抽样检测得到的光谱反射率；根据筛选后的实测水体光谱反射率对卫星反演算法进行检验和修正，使用修正后的卫星反演算法获取待测水体光谱反射率。该专利技术是通过筛选后的实测水体光谱反射率对卫星反演获取的水体光谱反射率进行验证并修正，解决了现有的通过卫星获取的水体光谱反射率可信度低的缺陷。

技术实现思路

[0008]本专利技术通过获取大量的且在时空上连续的水体反射光谱数据，实现了快速连续的内陆河道表层水体反射光谱走航观测。
[0009]一种内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法，包括以下步骤：
[0010]1、安置用于内陆河道表层水体反射光谱连续观测的实测仪器，并按照垂直观测的要求调整所述实测仪器的角度，实现对灰板、天空光和水面反射光的同步观测；
[0011]2、使用所述的实测仪器测得的灰板、天空光和水面反射光的观测值计算遥感反射率，并对计算所得的遥感反射率的异常值进行识别和剔除；
[0012]3、将步骤2得到的内陆河道表层水体遥感反射率进行时间
‑
空间匹配，得到在时空上连续的内陆河道表层水体的遥感反射率。
[0013]优选地，所述的实测仪器采用光谱仪。
[0014]进一步优选地，在安置前对所述的光谱仪进行灰板标定，得到所述光谱仪的辐亮度值，并以事先确定的实地实测灰板的光谱仪标定结果为基准，分别计算观测天空光和水面反射光的光谱仪的标定系数。由于光谱仪的型号、感光元件响应、外接光纤等差异，故测得的数据存在一致性误差，所述标定系数可减少因光谱仪、外接光纤等设备因素产生的误差。
[0015]优选地，控制快速连续走航观测时的实测环境，包括以下方法：选择水面风浪较小时进行观测，测试船的船体应避免摇晃；测试船匀速在河道中间位置行驶，尽量避免岸线遮蔽物本身和阴影对观测的影响。
[0016]进一步优选地，安置所述的光谱仪的步骤包括：
[0017]1.1光谱仪的外接光纤的光纤探头固定于灰板的支架上，用于对灰板的观测；
[0018]1.2两台光谱仪分别连接对应的外接光纤，再按水面之上测量法的要求固定于探头支架上，分别用于对天空光和水面反射光的观测，所述光谱仪的固定位置要满足离水面具有一定距离、无遮蔽物和光线充足等条件，同时观测时间应避开太阳天顶角较小的午间时段，以减少太阳耀光的影响。
[0019]所述步骤1是在二类水体水面之上测量法的基础上，根据内陆河道的特殊性进行用于内陆河道表层水体反射光谱快速观测的实测仪器的安置，实现水体反射光谱连续走航
观测。
[0020]所述步骤1按照垂直观测的要求，调整所述光谱仪的光纤探头与水体表面法线平行，即观测天顶角分别为0
°
(水面反射光的观测)或180
°
(天空光的观测)的情况。
[0021]采用垂直观测的方法设置光谱仪的角度，光谱仪的光纤探头分别安置为垂直于灰板、天空和水面进行同步观测。虽然(40
°
，135
°
)是目前推荐使用的二类水体观测几何，但由于倾斜观测需要依据河道走向、船体位置、岸线遮蔽物、太阳方位等情况随时调整观测角度，因此无法适用于内陆河道水体的快速连续观测。在综合考虑内陆水体，特别是河道水体的特殊性后，以快速观测为目的，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)安置用于内陆河道表层水体反射光谱连续观测的实测仪器，并按照垂直观测的要求调整所述实测仪器的角度，实现对灰板、天空光和水面反射光的同步观测；(2)使用所述的实测仪器测得的灰板、天空光和水面反射光的观测值计算遥感反射率，并对计算所得的遥感反射率的异常值进行识别和剔除；(3)将步骤(2)得到的内陆河道表层水体遥感反射率进行时间
‑
空间匹配，得到在时空上连续的内陆河道表层水体的遥感反射率。2.如权利要求1所述的内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法，其特征在于，所述的实测仪器采用光谱仪。3.如权利要求2所述的内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法，其特征在于，在安置前对所述的光谱仪进行灰板标定，得到所述光谱仪的辐亮度值，并以事先确定的实地实测灰板的光谱仪标定结果为基准，分别计算观测天空光和水面反射光的光谱仪的标定系数。4.如权利要求2所述的内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法，其特征在于，安置所述的光谱仪的步骤包括：(1.1)光谱仪的外接光纤的光纤探头固定于灰板的支架上，用于对灰板的观测；(1.2)两台光谱仪分别连接对应的外接光纤，再按水面之上测量法的要求固定于探头支架上，分别用于对天空光和水面反射光的观测。5.权利要求2所述的内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法，其特征在于，光谱仪的光纤探头与水体表面法线平行。6.权利要求2所述的内陆河道表层水体反射光谱走航观测方法，其特征在于，所述步骤(2)中计算遥感反射率，并对计算所得的遥感反射率的异常值进行识别和剔除的步骤如下：(2.1)光谱仪数据的导出，并将光谱仪导出的数据格式转换成面向连续观测的光谱反射数据处理系统的格式；(2.2)水体实测辐亮度异常值的剔除，将步骤(2.1)得到的数据输出到光谱反射数据处理系统，选择特征波长查看并识别异常值，最后将所述异常值剔除；(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：周斌，王春娟，于之锋，雷惠，宋立松，郑瑶瑶，
申请(专利权)人：杭州师范大学，
类型：发明
国别省市：