鄱阳湖水体反射光谱分析及悬浮泥沙定量反演研究

摘要

鄱阳湖是我国的第一大淡水湖,是我国珍贵的水资源宝库,具有重要的生态环境与经济社会意义,鄱阳湖生态经济区建设已被正式列为国家战略,所以鄱阳湖的监测与保护意义重大,悬浮泥沙作为重要的水质参数,是衡量水环境好坏的指标之一。随着经济社会的发展以及遥感信息技术的进步,遥感技术在水环境监测与水质参数定量反演的应用日趋广泛,方法也不断发展与成熟。本文基于此,以鄱阳湖为研究区域,通过实地调研与实验室处理获得所需研究数据,进行了研究区域反射光谱特征的分析,以及悬浮泥沙浓度的定量反演。
　　根据实测光谱数据,本文分析了调研时段研究区域的悬浮泥沙浓度与粒度分布规律,初步探究了两者之间的关系;同时分析了研究区域的光谱反射特征,以及反射光谱与悬浮泥沙浓度、粒度变化的响应关系,对反射光谱曲线形态进行了简单的分类,包括宽峰型和窄峰型两种,不同的光谱曲线形态对应不同的悬浮泥沙浓度、粒径特征和水体特征。
　　研究区域水体的光谱特征符合典型的二类水体反射规律,光谱反射曲线有两个明显的反射峰。悬浮泥沙浓度与反射率具有很好的响应关系,随着悬浮泥沙浓度增大,水体反射率逐渐上升,第一反射峰向长波方向移动,峰值移动范围575nm-605nm,第一与第二反射峰峰值差值逐渐减小,第二反射峰位于775nm附近。悬浮泥沙粒径与光谱反射率呈现负相关的特点,粒径越大,反射率越低。
　　借鉴之前许多研究者的研究成果,本文进行了悬浮泥沙浓度以及粒径敏感波段的探讨,在此基础上建立了不同遥感因子、不同形式的浓度、粒径、粒径分布定量反演模型,并对模型精度进行了验证。悬浮泥沙浓度的最佳敏感波段是Landsat8近红外波段与绿光波段比,悬浮泥沙浓度反演模型中该波段二项式模型和考虑粒径的悬浮泥沙浓度反演模型中该波段幂函数模型精度最好,拟合度分别为0.9848和0.9852,均方根误差分别为0.0094和0.0187,以粒径做归一化可以有效提高考虑粒径的悬浮泥沙浓度反演模型的精度。悬浮泥沙粒径的最佳敏感波段是Landsat8红光波段和绿光波段的比,悬浮泥沙粒径的反演模型中该波段的指数模型精度最好,拟合度0.6434,均方根误差0.9575,悬浮泥沙粒径分布的反演模型整体精度欠佳,相对而言指数模型最好,拟合度0.4609。
　　在对研究区域调研准同步遥感影像预处理的基础上,将反演模型进行了应用,得到了悬浮泥沙浓度和粒径的分布图,显示与调研实测数据的趋势基本一致。

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目录

第一章 前 言

1.1 研究背景与意义

1.2 研究现状

1.3 研究思路

1.4 论文安排

第二章 研究区域与数据获取

2.1 研究区域概况

2.2 水色遥感原理

2.3 野外数据获取

2.4 实验室数据处理与获取

第三章 鄱阳湖反射光谱分析

3.1 悬浮泥沙浓度特征

3.2 悬浮泥沙粒径特征

3.3 悬浮泥沙浓度与粒径关系

3.4 水体反射光谱特征

第四章 悬浮泥沙定量反演模型

4.1 悬浮泥沙浓度反演模型

4.2 悬浮泥沙粒度反演模型

4.3 考虑粒径的悬浮泥沙浓度反演模型

第五章 反演模型的应用

5.1 影像数据介绍与处理

5.2 模型应用

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果