2 东湖水质遥感反演 - 武汉大学课程中心.ppt

研究内容与方法 本文在分析总结国内外水质参数反演已有理论和方法的基础上，以主要水质遥感监测指标叶绿素a及悬浮物为主要研究对象，基于二类水体各组分的光谱特征分析，较系统的研究了利用地面实测数据反演湖泊主要水质组分的方法和技术，构造了针对内陆湖泊的水质反演经验模型及分析模型，并进一步采用MODIS数据与地面同步数据，对所建地面模型进行反演验证，以探索中低分辨率下内陆湖泊水质参数遥感定量反演的可行性，从而为今后治理、利用和保护内陆湖泊水质提供参考和依据。 总体技术路线 内容提要 地面实测数据采集 时间 07年1-9、1-29、3-20、10-26、11-6 采集内容 光谱数据、水质参数浓度、GPS位置信息、风速、水温、气温、湿度 仪器 EPP2000光谱仪 Hydrolab DS5水质监测仪 光谱采集 国际水色SIMBIOS计划推荐观测几何 表面法水体光谱测量要求 地面实测光谱数据处理 水质组分光谱特征分析 单波段相关分析 叶绿素a与波段组合相关分析 Chl-a浓度与波段组合相关分析 悬浮泥沙与波段组合相关分析 SST浓度对数与波段组合相关分析 内容提要 偏最小二乘法原理 PRESS判据原理 参与构建PLS1经验模型的波段组合 PLS1经验模型叶绿素a浓度反演 R2 = 0.9897 F = 375.8 总平均相对误差 11.11% PLS1经验模型悬浮泥沙浓度反演 R2 = 0.9973 F = 367.4 总平均相对误差 10.18% 内容提要 分析模型的推导 分析模型参数解算 分析模型参数解算 分析模型参数解算 分析模型参数解算 分析模型参数解算 分析模型水质参数反演结果 MODIS数据预处理 数据时间 2007年1月9日、1月29日、3月20日、10月26日，11月6日 几何信息 Geographic Lat/Lon等经纬度投影，参考基点为WGS-84 结合1B级数据中所带经纬度信息 数据范围 经剪裁后覆盖武汉东湖地区 经纬度范围为：左上角东经 北纬 右下角东经 北纬 大气顶光谱反射率计算 辐射定标 日地距离订正 卫星天顶角订正 采用波段 MODIS数据412nm至946nm范围内的第1-4波段，及第8-16波段 并将各波段数据重采样为500米分辨率 MODIS数据大气校正结果 基于MODIS数据的PLS1经验模型 基于MODIS数据的PLS1经验模型 基于MODIS数据的PLS1经验模型 R2 = 0.9238 F = 357.2 总平均相对误差 25.63% 基于MODIS数据的分析模型 基于MODIS数据的分析模型 基于MODIS数据的分析模型 总 结 对比地面模型反演结果与MOIDS模型反演结果，在相同测点上，利用地面数据所建模型的反演精度都要高于MODIS数据所建模型。可见，大气的残留影响对最后的反演精度仍有着较大影响。并且由于MODIS影像的分辨率较低，因而靠近湖心的测点精度要优于一部分靠近湖岸而存在光谱混合现象的测点精度。 对比两种模型，PLS1经验模型精度比分析模型的精度要高，但由于分析模型具有明确的物理意义，可以通过进一步增加物理变量等途径对分析模型进行改进，从而提高其反演的精度，因此分析模型的应用精度还具有较大提升潜力。 总体上来看，虽然利用MODIS数据估计水质参数的精度比地面实测数据估计的精度低，但其精度仍在水质参数测量平均误差10～40％的范围之内，因此可以用于获得中等精度下内陆湖泊水质参数浓度的分布情况。 模型应用 陆地泥沙消光截面C曲线 黄色物质吸收系数曲线 S均值为 0.0209 与其他研究一致 将所得S值代入 即可求得黄色物质吸收系数 叶绿素a相关参数解求 叶绿素特征突出的样本光谱 叶绿素反射峰与吸收峰对比明显 悬浮泥沙的双峰特性也有所体现 CChl-a : 30.49 μg/L 16.54 μg/L CSST : 27.97 mg/m3 14.69 mg/m3 叶绿素散射系数曲线 叶绿素吸收系数曲线 选择438nm,500nm-600nm, 676nm,685nm至7