[发明专利]一种基于半分析模型的沉水植被光谱水体影响校正方法

摘要

本发明涉及一种基于半分析模型的沉水植被光谱水体影响校正方法，其步骤如下：测量沉水植被水面以下遥感反射率、水体叶绿素与悬浮物浓度以及有色可溶有机物的吸收系数和水深，记录或计算测量期间的太阳天顶角；由水色要素浓度估算水体吸收系数和后向散射系数；由水色要素浓度与水深生成输入样本，由辐射传输模型生成训练数据集；通过最优化方法拟合研究区半分析沉水植被光谱校正模型的待定系数；将沉水植被水面以下遥感反射率、水体吸收系数和后向散射系数、水深以及太阳天顶角输入至水体影响校正模型，得到沉水植被本征植被反射率。本发明能将水体光学信号从沉水植被与水体浑浊介质的反射率中去除，恢复沉水植被的本征植被反射率。

主权项

1.一种基于半分析模型的沉水植被光谱水体影响校正方法，其特征在于包括步骤如下：步骤一：按照水体反射光谱测量相关方法和规范，测量并获取含有沉水植被的水体的水面以下遥感反射率rrs，测量并获取水色三要素，即水体叶绿素浓度、悬浮物浓度以及有色可溶有机物吸收系数，测量水体深度H，记录测量期间的太阳天顶角θw；步骤二：根据水色三要素的测量结果，计算目标区域水体总的吸收系数和散射系数：a(λ)＝apw(λ)+aph(λ)+aNAP(λ)+aCDOM(λ)bb(λ)＝bbpw(λ)+bbp(λ)其中，λ是波长，a(λ)是水体吸收系数，bb(λ)是水体后向散射系数。apw(λ)、aph(λ)、aNAP(λ)和aCDOM(λ)分别是纯水体、叶绿素、非藻类颗粒物和有色可溶有机物的吸收系数；apw(λ)可参考Buiteveld的测量结果；aph(λ)、aNAP(λ)和aCDOM(λ)分别表示为：aph(λ)＝Cchla×A(λ)×Cchla‑B(λ)aNAP(λ)＝0.041×SPM×0.75e‑0.0123(λ‑443)aCDOM(λ)＝aCDOM(375)e‑0.0192(λ‑375)其中Cchla、SPM和aCDOM(375)分别表示水体叶绿素浓度、悬浮物浓度以及有色可溶有机物在375nm波段处的吸收系数，A、B是Bricaud等通过实测数据拟合得到的参数；bbpw(λ)和bbp(λ)分别表示纯水体和颗粒物的后向散射系数，分别表示为：其中E是经验系数，可按照水体浑浊程度的高低分别取值为5.0、1.0和0.3；模拟数据集还包含水体的吸收系数和后向散射系数的模拟结果，由步骤二各式得到；数据集的波段范围设为400‑800nm，步长为10nm；步骤三：根据水色三要素与水深的测量结果，生成输入样本；输入样本包含上述测量参数以及水生植被的叶面积指数；假设某一被测量参数X的最大值、最小值分别为Xmax和Xmin，标准差为σX，将X的取值范围设为[Xmin‑3σX,Xmax+3σX]；叶面积指数的取值范围设为0‑4；假设各参数的概率分布形式为均匀分布，由拉丁超立方采样法生成输入样本；将输入样本输入至辐射传输模型以得到模拟数据集；由一种水生植被辐射传输模型生成沉水植被反射率R，通过下式估算沉水植被水面以下遥感反射率rrs：由陆地植被辐射传输模型生成与之对应的沉水植被本征植被反射率ρ；步骤四：通过最优化方法拟合如下半分析光学浅水校正模型的待定系数：其中u和α分别表示为：α＝a+bb式中g0、g1、g2、A0、A1、D0、D1、D0'和D1'均为待定系数；步骤三生成的模拟数据集包含上式除待定系数以外的各参数取值；通过最优化方法拟合上式各待定系数，优化的目标函数为：式中ρSA表示半分析模型模拟的本征植被反射率，ρmodel表示陆地植被辐射传输模型模拟的本征植被反射率，N和K分别表示样本总数和波段总数，i和j分别为是样本序号和波段序号；优化后得到模型各待定系数，构成目标区域的水体影响校正模型；步骤五：将步骤二获得的水面以下遥感反射率、目标区域水体吸收系数和后向散射系数、水深以及太阳天顶角输入至步骤四得到的水体影响校正模型，解算模型得到目标区域沉水植被的本征植被反射率，从而实现对沉水植被光谱水体影响的校正。