[发明专利]一种利用可见光近红外和短波红外高光谱数据的沙质岸滩含水量估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及遥感应用技术领域，特别是涉及一种利用沙质岸滩含水量估算方法。 

背景技术

非基岩岸滩承载特性与岸滩含水量密切相关，研究岸滩含水量对获取岸滩承载特性具有重要意义。大量研究发现，随着岸滩含水量的提高，光谱反射率会相应降低，干燥岸滩具有较高的反射率，因此岸滩表层反射率的变化反应了岸滩表层干湿程度。高光谱遥感技术能够宽幅盖、高效率地获取岸滩表层反射率，这为快速获取大面积岸滩含水量数据提供了有效数据来源。 

基于上述原理，许多专家学者利用高光谱遥感数据发展了一系列岸滩含水量反演算法。这些算法主要包括利用土壤反射率在短波红外的3个水分吸收带(1400nm、1900nm和2100nm)和利用在可见光近红外波段反射率斜率变化(450nm、600nm、720nm和880nm)建立的经验模型。这些模型在形式主要为多元线性关系，受到土壤类型和适用区域限制，主要适用于淤泥质岸滩的含水量反演，目前尚缺乏针对沙质岸滩的含水量反演算法。由于岸滩质地类型对表层反射率的影响较大，通常来说沙质岸滩相同含水量下的反射率远大于淤泥质岸滩， 因此适用于淤泥质岸滩含水量反演的算法在沙质岸滩应用时误差较大，不能满足应用需求。 

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种利用可见光近红外和短波红外高光谱数据的沙质岸滩含水量估算方法。 

本发明所采用的技术方案是： 

利用ASD便携式光谱仪采集到的350nm～2500nm沙质岸滩表层遥感反射率数据以及相应的岸滩表层含水量数据寻找对沙质岸滩表层含水量变化敏感的波段，在此基础上，结合高光谱遥感器光谱响应函数，建立适用于该遥感器特征的沙质岸滩含水量反演模型。经试验发现，沙质岸滩含水量对600-800nm光谱斜率变化敏感，同时1400nm和1900nm是沙质岸滩表层反射率水分子吸收带。根据这个实验结果，本发明建立了以600与800nm光谱比值、1400nm和1900nm附近光谱吸收指数为自变量的沙质岸滩含水量反演多元线性函数关系。 

与现有技术相比，本发明的有益效果是建立了基于高光谱数据针对沙质岸滩含水量反演的数学模型，模型针对性更强，反演精度高，填补了沙质岸滩含水量缺少遥感反演模型的空白。 

附图说明

图1为利用可见光近红外和短波红外高光谱数据的沙质岸滩含水量估算方法流程； 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明具体实施方式进一步详细描述。 

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。 

图1为本发明利用可见光近红外和短波红外高光谱数据的针对沙质岸滩含水量进行的估算方法流程图，如图1所示，本发明反演沙质岸滩含水量流程如下： 

(1)建立沙质岸滩光谱数据与含水量数据集 

为针对沙质岸滩特征建立含水量反演模型，需要同时采集其可见光到短波红外波段的光谱数据以及相应的表层含水量数据，并建立模型数据集。岸滩表层反射率光谱的测量使用ASD FieldSpec Pro型便携式光谱仪，获取沙质岸滩表层350～2500nm(光谱分辨率1nm)波长范围内的反射率光谱曲线。由于潮汐以及波浪的影响，岸滩表层含水量变化迅速，如果利用烘箱法获取其含水量数据，沙质样本采集难度大，并且在采集过程中沙粒会迅速丢失大量水分，这将会严重影响最后模型反演结果。因此采用TDR土壤水分仪进行沙质岸滩表层体积含水量数据的采集。由于沙质岸滩密度处于TDR土壤水分仪适用范围(1.1～1.7g/cm³)内，利用TDR进行岸滩含水量数据采集的精度(相对误差±3％)能够满足建模需求。现场采集光谱数据和含水量数据需要同时进行，采集一个样点的含水量数据后需迅速接着采集其表层光谱数据，同时，为了减少系统随机误差，每一个样点，都需要采集5组含水量和表层光谱数据。 

采集大量岸滩含水量和光谱数据后，需要对数据进行以下处理： 

1)筛选数据，去除奇异点数据，建立模型反演数据集。 

2)数据筛选完成后，需要对反射率光谱数据和含水量数据分别取 平均(前述每个样点采集5组数据)以消除采集系统随机误差。 

3)针对反射率光谱数据，由于采集时系统噪声影响，需要采用移动平均处理去除随机噪声影响。采用9点加权移动平均方法对光谱曲线进行平滑去噪处理。计算公式如下：