基于光谱指数模型的水体识别系统技术方案

本发明专利技术公开了基于光谱指数模型的水体识别系统，数据分析平台用于获取初始遥感影像并对其进行去噪处理生成遥感分析影像，水体模型构建策略包括根据遥感分析影像和实测参数构建水体模型，水体模型的模型参数包括和水藻分布和水藻浓度参数、水体边缘轮廓线、水位；除藻策略包括第一水位阈值和第一时间阈值，除藻策略配置为当水位由标准水位线连续下降至第一水位阈值，且持续时间大于等于第一时间阈值时，生成除藻指令信息，并根据沿水体边缘轮廓线的水藻浓度参数和分布集中度确定除藻优先级顺序。本发明专利技术通过建立水体模型，能够识别水体的水藻分布变化情况和水位变化情况，对除藻情况进行及时判断，避免产生严重的水体污染。避免产生严重的水体污染。避免产生严重的水体污染。

【技术实现步骤摘要】
基于光谱指数模型的水体识别系统


[0001]本专利技术涉及码头结构分析
，具体为基于光谱指数模型的水体识别系统。

技术介绍

[0002]随着城镇化的快速扩张，大量城镇生活污水和工农业废水排入江、河、湖、库等水体，使水体的污染负荷不断增加，造成我国内陆水体富营养化日益严重，保护水资源、防治水体富营养化，离不开富营养化水体监测监控。我国水环境监测监控技术目前存在一系列的问题，如监测频率较低，不能实现快速、适时的水质检测，及时掌握水体富营养化状况变化的强等动态；遥感技术是获取环境信息的有效工具，近年来，将遥感技术应用于水体富营养化监控，可以获取实时、连续和快速的环境信息，通过全面数据分析，为管理者提供宏观决策参考。但是由于遥感影像获取具有周期性例如Landsat系列卫星为16天一次，MODIS陆地数据为8天一次，但仅能对当天水藻浓度进行反演，无法及时获取水藻浓度及其分布的变化。
[0003]并且水藻被风吹到湖岸聚集，如果不及时打捞处置，太阳暴晒之下，很快就会散发臭味，但是现在没有技术能够比较精准的对死亡水藻的状态进行监测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供了基于光谱指数模型的水体识别系统，通过建立水体模型，能够识别水体的水藻分布变化情况和水位变化情况，对除藻情况进行及时判断，避免产生严重的水体污染。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于光谱指数模型的水体识别系统，包括数据分析平台，所述数据分析平台用于获取初始遥感影像并对其进行去噪处理生成遥感分析影像，所述数据分析平台配置有水体模型构建策略，水体模型构建策略包括根据所述遥感分析影像和实测参数构建水体模型，所述水体模型的模型参数包括和水藻分布和水藻浓度参数、水体边缘轮廓线、水位；所述数据分析平台还包括除藻策略，所述除藻策略包括第一水位阈值和第一时间阈值，所述除藻策略配置为当水位由标准水位线连续下降至第一水位阈值，且持续时间大于等于第一时间阈值时，生成除藻指令信息，并根据沿水体边缘轮廓线的水藻浓度参数和分布集中度确定除藻优先级顺序。
[0006]优选的，初始遥感影像的去噪处理过程用于对大气参数以及水汽含量进行校正，包括采用MODTRAN大气辐射传输模型进行大气校正，采用大气预处理差分吸收法对水汽含量进行校正，经过去噪处理后生成像元相应的反射率值及其水汽含量值。
[0007]优选的，传感器接收的辐射亮度L的计算公式为：
[0008][0009]其中，ρ为目标地物反射率，ρ
e
为相邻地物反射率，S为大气球面反照率，L为传感器接收的辐射亮度，L
o
为大气程辐射，G
b
邻边像元增益，G
t
为目标像元增益；
[0010]对初始遥感影像进行空间域的平滑滤波，得到近似邻像元ρ
e
，
[0011][0012]为滤波后的辐射亮度，其余参数定义与(1)式相同；
[0013]联立(1)式与(2)式得出反射率的计算公式为：
[0014][0015]运用MODTRAN大气辐射传输模型进行模拟得出S大气球面反照率，L传感器接收的辐射亮度、L
o
大气程辐射、G
b
邻边像元增益和G
t
目标像元增益带入公式(3)即得出反射率。
[0016]优选的，所述水体模型构建策略包括利用GF、Landsat或MODIS卫星影像数据构建初期水体模型，根据水体反射光谱的特性以及水体和陆地的反射光谱的区别对水体边缘轮廓线进行粗提取；所述数据分析平台配置有水体模型完善策略，所述水体模型完善策略包括获取现场勘测人员在实际勘查当天对若干随机选定区域的边缘轮廓线的记录情况，并由此对归一化参数以及二值化阈值进行调整，根据调整后的归一化参数和二值化阈值重新生成新的水体边缘轮廓线；
[0017]所述水体模型构建策略还包括现场勘测人员将当天实际水位数据输入至数据分析平台，由数据分析平台进行计算并建立起水位和水体边缘轮廓线的对应数据库。
[0018]优选的，所述水体模型构建策略包括对遥感分析影像进行图像分割处理生成若干区块，并将反射波段在430
‑
490nm以及波段642nm处均有反射谷值的区块判定为水藻区域，对应区块的谷值越低则浓度越高。
[0019]优选的，所述数据分析平台还包括水体周边参数获取策略，用于获取水体周边的环境温度、环境湿度和降雨量，水体识别系统包括设置在水体周边的若干环境温度检测传感器、环境湿度检测传感器和降雨量检测传感器，所述环境温度检测传感器、环境湿度检测传感器和降雨量检测传感器与数据分析平台连接，用于将采集的数据实时传输至数据分析平台。
[0020]优选的，所述水体周边参数获取策略还包括根据水体边缘轮廓线对水体边缘进行区段划分，水体周边参数还包括土壤湿度，并通过遥感地表温度与差值植被指数结合计算不同区段的土壤湿度；差值植被指数DVI＝NIR
‑
R，NIR为近红外波段的反射率值，R为红波段的反射率值。
[0021]优选的，所述数据分析平台还配置有水流场分析预测模型，水体识别系统包括设置在水体周边的若干风向检测仪，所述风向检测仪与所述数据分析平台连接，用于将采集的数据实时传输至数据分析平台，所述风向检测仪的数量大于等于对水体边缘进行区段划分的数量，且至少一个区段内设有一个风向检测仪，所述水流场分析预测模型包括降雨分布参数和风向参数，所述降雨量检测传感器的数量大于等于对水体边缘进行区段划分的数量，且至少一个区段内设有一个降雨量检测传感器，用于预测水藻分布和水藻浓度参数的变化趋势。
[0022]优选的，所述水体识别系统还设置有一用于向所述数据分析平台提供电能的光伏发电系统，所述光伏发电系统包括多路并联连接的太阳能光伏板，且每路太阳能光伏板的输出端均单独串联连接一智能电量表，所述太阳能光伏板的数量大于等于对水体边缘进行区段划分的数量，且至少一个区段内设有一个太阳能光伏板，太阳能光伏板的受光面设置
在靠近所述水体的一侧，若干所述智能电量表均与数据分析平台电连接，数据分析平台同时记录每个区段内的太阳能光伏板的平均发电量，并将其转换成每个区段内的当日日照强度值；
[0023]所述除藻策略中的第一时间阈值的计算公式为：
[0024][0025]T
O
为第一时间阈值，t1、t2、t3、t4为标准参考时间，k为常数且k>0，c1为环境湿度的相对湿度值，表示某处空气中所含水汽量与该气温下饱和水汽量的百分比，c2为环境温度，且c2>0，α为参考温度，取值为37度
‑
47度，c3为日照强度值，β为参考日照强度数值，取值为1700
‑
2300kwh/m2；
[0026]优选的，所述水体模型构建策略还包括对近段时间的水位变化进行预测，包括根据当前累计降水量、平均光照强度、平均环境温度、平均环境湿度以及上一次遥感数据测量所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光谱指数模型的水体识别系统，其特征在于，包括数据分析平台，所述数据分析平台用于获取初始遥感影像并对其进行去噪处理生成遥感分析影像，所述数据分析平台配置有水体模型构建策略，水体模型构建策略包括根据所述遥感分析影像和实测参数构建水体模型，所述水体模型的模型参数包括和水藻分布和水藻浓度参数、水体边缘轮廓线、水位；所述数据分析平台还包括除藻策略，所述除藻策略包括第一水位阈值和第一时间阈值，所述除藻策略配置为当水位由标准水位线连续下降至第一水位阈值，且持续时间大于等于第一时间阈值时，生成除藻指令信息，并根据沿水体边缘轮廓线的水藻浓度参数和分布集中度确定除藻优先级顺序。2.根据权利要求1所述的基于光谱指数模型的水体识别系统，其特征在于，初始遥感影像的去噪处理过程用于对大气参数以及水汽含量进行校正，包括采用MODTRAN大气辐射传输模型进行大气校正，采用大气预处理差分吸收法对水汽含量进行校正，经过去噪处理后生成像元相应的反射率值及其水汽含量值。3.根据权利要求2所述的基于光谱指数模型的水体识别系统，其特征在于，传感器接收的辐射亮度L的计算公式为：其中，ρ为目标地物反射率，ρ
e
为相邻地物反射率，S为大气球面反照率，L为传感器接收的辐射亮度，L
o
为大气程辐射，G
b
邻边像元增益，G
t
为目标像元增益；对初始遥感影像进行空间域的平滑滤波，得到近似邻像元ρ
e
，，为滤波后的辐射亮度，其余参数定义与(1)式相同；联立(1)式与(2)式得出反射率的计算公式为：运用MODTRAN大气辐射传输模型进行模拟得出S大气球面反照率，L传感器接收的辐射亮度、L
o
大气程辐射、G
b
邻边像元增益和G
t
目标像元增益带入公式(3)即得出反射率。4.根据权利要求1所述的基于光谱指数模型的水体识别系统，其特征在于，所述水体模型构建策略包括利用GF、Landsat或MODIS卫星影像数据构建初期水体模型，根据水体反射光谱的特性以及水体和陆地的反射光谱的区别对水体边缘轮廓线进行粗提取；所述数据分析平台配置有水体模型完善策略，所述水体模型完善策略包括获取现场勘测人员在实际勘查当天对若干随机选定区域的边缘轮廓线的记录情况，并由此对归一化参数以及二值化阈值进行调整，根据调整后的归一化参数和二值化阈值重新生成新的水体边缘轮廓线；所述水体模型构建策略还包括现场勘测人员将当天实际水位数据输入至数据分析平台，由数据分析平台进行计算并建立起水位和水体边缘轮廓线的对应数据库。5.根据权利要求4所述的基于光谱指数模型的水体识别系统，其特征在于，所述水体模型构建策略包括对遥感分析影像进行图像分割处理生成若干区块，并将反射波段在430
‑
490nm以及波段642nm处均有反射谷值的区块判定为水藻...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振，阎凤东，张庆强，齐伟，王建波，袁春波，
申请(专利权)人：天津市水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：