摘要:
高光谱技术由于满足连续性与光谱可分性的要求,具有能够区别同一种地物不同类别的能力,且光谱数据获取速度快,操作简易,在监测水体分布状况、水体指标上具有突出成就.生化需氧量BOD是评价水污染的重要指标,现行常规的测量方法为五日培养法,这种方法消耗试剂、操作复杂、受干扰因素多、测定时间长、不能及时反映水质变化、无法及时有效地预警突发水污染事件,鉴于传统方法的缺点,探索基于高光谱技术的水体BOD含量的估算和反演对水质评定具有重要意义.以西安地区三处地表水为研究区,共计60处试验点,每处试验点重复测定10次光谱与BOD值,取平均值作为原始光谱,利用Person相关系数法筛选光谱与BOD值的敏感波段,并使用主成分分析与最小二乘法消除光谱指标的多重共线性,建立水质BOD指标的多元线性回归模型与偏最小二乘回归模型.研究结果如下:(1)BOD敏感波段大体分布于600~900 nm,共筛选出了35个显著相关的原始光谱指标,其中758 nm相关系数绝对值最高(0.418);(2)经由主成分分析降维得出的Z1和Z2与BOD指标的多元线性回归模型精度较好(R2=0.565,RMSE=0.007),且主成分分析中可以明显区分0~0.2与0.4~0.6 mol·L-1 BOD浓度;(3)光谱指标与BOD指标构建偏最小二乘回归模型的精度R2高达0.896,RMSEP=0.7469(留一交叉法均方根误差);jack.test检验发现628 nm对反演水体BOD含量的影响极其显著,889与893 nm波段对其影响较为显著;(4)根据模型拟合精度,筛选的最优的BOD反演模型为偏最小二乘回归模型,对偏最小二乘模型进行精度检验,精度较好(R2=0.81).基于以上试验结果,提出了一种基于偏最小二乘法高光谱水质BOD参数的反演方法,为水质BOD参数动态检测提供了新方法.