[发明专利]一种基于无人机成像光谱的中小水体水质类型识别方法

说明书

本发明涉及一种基于无人机成像光谱的中小水体水质类型识别方法，包括（1）水体水质类型与水体光谱反射率曲线的获取，（2）水质类型识别模型建立，（3）目标水体光谱影像的获取，（4）无人机成像光谱影像处理，（5）无人机成像光谱影像的光谱反射率提取，（6）中小水体水质类型识别等步骤。本方法实现了对中小水体水质的自动识别，具有识别速度快、识别准确率高的优点，可以作为传统水质监测手段的有益补充，提高了中小水体水质监测的业务化水平。

技术领域

本发明涉及反射光谱及图像处理领域，尤其涉及一种基于无人机成像光谱的中小水体水质类型识别方法。

背景技术

水环境与每个人息息相关，水体具有饮用水源、农业灌溉、工农业生产、景观、航运等多种功能。随着人们生活水平的提高，对生态环境特别是水环境质量的要求逐渐提高，国家已经制定了到2020年基本消除劣V类水体的规划目标。长三角地区河湖密布，单个河、湖尺度较小的水体，如何较快速、经济地获取这些中小水体的水质类型，进而有针对性地采取相应的治理手段是目前摆在水务管理者面前的一个现实问题。

治理城市河道水污染问题关键在于准确及时地掌握河道水质状况。长三角地区河道错综复杂，河湖个数多，分布广，尺度相对较小，传统的监测方法对如此众多的河湖进行采样监测费时费力，现有的卫星遥感技术受气象条件和空间分辨率、光谱分辨率的限制，难以实现对中小水体的水质状况进行快速监测，因此迫切需要一种新型遥感技术进行中小河道水质类别自动识别方法，应用于中小河道水质监测业务。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于无人机成像光谱数据的中小水体水质类别自动识别方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：提供了一种基于无人机成像光谱的中小水体水质类型识别方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)水体水质类型与水体光谱反射率曲线的获取：采用地物光谱仪获取若干水体的光谱反射率曲线，对所述光谱反射率曲线进行去噪和归一化处理；对所述若干水体分别进行水样采集，检测并分析所述水样的水质数据，根据水质数据对所述水体进行归类；

(2)水质类型识别模型建立：对每条所述水体光谱反射率曲线进行主分量分析，每条光谱反射率曲线均选取前T个主分量；将选取的各条光谱反射率曲线的主分量构成水体光谱特征矩阵；将光谱特征矩阵输入到SVM分类器当中，训练完成可获得水质类型识别模型；所述T不小于2；

(3)目标水体光谱影像的获取：采用无人机飞临目标水体上空，利用成像光谱仪获取所述目标水体的光谱影像数据以及设置在目标水体周围的地面靶标的光谱影像数据；

(4)无人机成像光谱影像处理：包括计算所述目标水体各个位置以及地面靶标的辐亮度、辐亮度几何校正、目标水体区域选择及裁剪、影像去噪；

(5)无人机成像光谱影像的光谱反射率提取：利用所述地面靶标的辐亮度和反射率，计算得到各波段下所述目标水体的反射率，计算公式如下：

R_λ(x,y)是目标水体(x,y)处在波长λ时的反射率；

L_λ(x，y)是目标水体(x,y)处在波长λ时的图像辐亮度值；

L_λ(x₀，y₀)是靶标在波长λ时的图像辐亮度值；

ρ_λ(x₀,y₀)是靶标在波长λ时的反射率值；

对所述目标水体各位置在同一波段下的反射率取平均值得到在特定波段下目标水体平均反射率；集合各波段的目标水体平均反射率可得到目标水体平均光谱反射率曲线；