[发明专利]通过无人机上高光谱传感器反演河口湿地水环境要素方法

说明书

本发明公开了通过无人机上高光谱传感器反演河口湿地水环境要素方法，属于水环境模拟领域。通过无人机上高光谱传感器反演河口湿地水环境要素方法，通过单元研究区水体样品采集、单元研究区水面遥感反射率计算、单元研究区水环境分析、无人机工作准备、单元研究区高光谱数据采集、单元研究区水环境模型建立、待测研究区高光谱数据采集和待测研究区水环境确定等步骤结合无人机使用快速推算出河口湿地水环境要素，并重复上述步骤建立多组河口湿地研究区的水质含量分布图像，同向比较获取所述河口湿地研究区的水质的变化规律，能够准确捕获到快速动态变化的潮沟水质变化情况，省时省力。

技术领域

本发明涉及水环境模拟领域，尤其涉及通过无人机上高光谱传感器反演河口湿地水环境要素方法。

背景技术

河口湿地位于河流生态系统和海洋生态系统之间的生态交错带。在咸淡水交互作用下，河口湿地对河流和海洋生态系统间的物流、能流、信息流和生物流发挥着廊道、过滤器和屏障作用，具有独特的生态价值和资源潜力。咸淡水交互区中的水沙、水盐、叶绿素a、总氮、总磷是河口湿地的关键水环境要素，其在时间、空间上的分布直接反映了河口湿地中潮流与径流的双向作用模式以及人类活动对湿地水环境的影响，对于揭示河口湿地的水文连通时空演变及其对人类活动的响应机制具有重要意义，目前是科学界研究的热点。

河口湿地中的水体大多以潮沟形式存在。目前对于潮沟中水环境要素的观测方法主要是通过传统的野外采水样和室内检测分析为主。传统方法具有精度高、准确性强等优点，但费时费力，很难获取空间上连续的水环境要素分布信息。河口湿地环境复杂，很多地区难以进入，更给野外采样增加难度。另外，潮沟内水环境要素随着潮汐影响具有快速动态变化的特征，传统野外采样很难在短时间内(1-2小时)采集足够多的样品，因此在刻画水环境要素的瞬时空间分布上存在较大的不确定性。

卫星遥感技术因其多时相、大范围的特点，逐渐被研究者应用于大型内陆水体或海洋水体的水环境要素监测中。然而，卫星影像由于其空间分辨率和光谱分辨率的限制，无法应用于细小潮沟内水环境监测中。高光谱遥感传感器搭载在无人机上，能够采集多个连续光谱波段的地物反射率，可以实现大范围、非接触性的快速测样。然而，由于水体的光谱反射率较低，潮沟内水体各要素含量的微小变化对光谱曲线的影响非常细微，直接分析光谱曲线无法得到水环境要素的含量；另外，高光谱传感器的谱段往往超过100个，光谱分辨率过高会增加数据冗余量，对于所有谱段进行分步筛选建模往往耗时耗力且无法得到精确的反演结果。

发明内容

本发明提出的通过无人机上高光谱传感器反演河口湿地水环境要素方法，以解决上述背景中提到的以下问题：

1、河口湿地环境复杂，野外采样和室内监测分析耗时耗力，难以在短时间内获取空间上连续的水环境要素分布信息，卫星遥感的空间分辨率和光谱分辨率难以满足潮沟水体水环境监测的需求。

2、水体光谱反射率较低，直接分析光谱曲线无法得到水环境要素的含量，高光谱数据量大，难以通过分步筛选波段进行精确的水环境要素反演建模。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

通过无人机上高光谱传感器反演河口湿地水环境要素方法，包括以下步骤：

S1、在大面积潮沟的河口湿地上作为待测研究区，水文调查，选取合适的小面积潮沟区域作为单元研究区；

S2、单元研究区水体样品采集；在所述的单元研究区布设多组采样点，在所述采样点上，通过采水器采集所述采样点水面以下0-0.5米的水样；

S3、单元研究区水面遥感反射率计算；利用地物光谱仪参照水面以上光谱测量法在所述采样点处采集光谱数据并通过函数公式进行计算得到所述单元研究区的水面遥感反射率；

S4、单元研究区水环境要素分析；取所述步骤S2中的所述水样进行水环境要素的实验分析统计；