一种改进的近红外波段悬浮物生物光学反演模型

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1、第23卷第4期安徽地质Vo1．23No．42013年12月GeologyofAnhuiDecember2013文章编号：1005—6157(2013)04—295—4一种改进的近红外波段悬浮物生物光学反演模型杨晓红(安徽省基础测绘信息中心，安徽合肥230031)摘要：在分析固有光学参数和表观光学参数之间关系的基础上，提出一种提高悬浮物浓度的反演精度的算法。本丈算法细化单位散射系数曲线的斜率s’值，并将b(A)×b(A)视为一个一定数值范围内的变量，其中b’bp(A)为波长A处的悬浮物后向散射概率，b(A)为悬浮物的单位散射系数。以太

2、湖为实验区，进行了水体野外实测，获得了遥感反射率、吸收散射系数、后向散射系数、悬浮物浓度等必要参数。利用本文改进算法反演悬浮物浓度的平均相对误差绝对值为22．58％，均方根误差为13．12mg／L，均小于已有研究中将涉及的相关参数看做单一定值时，取得的平均绝对误差(44．78％)和均方根误差(31．57mg／L)。关键词：悬浮物浓度；近红外波段；生物光学模型；反演模型中国分类号：TP722．5文献标识码：A有光学参数作为定值考虑，直接引人区，为不同的湖区确定不同的固有0引言实测数据的平均值或者经验值口。光学参数值斜率S’，以此来提高

3、生悬浮物是水体中含有的所有悬部分研究指出，此类固有参数并非定物光学模型反演悬浮物浓度的精浮颗粒物质的总称，包括不溶于水值，在不同季节，不同湖区之间存在度，同时减小对同步野外实测数据的无机物、有机物及泥砂、黏土、微很大差异。例如，Mat1等发现内陆湖的依赖性。生物等。它影响着光在水体中的传泊固有光学特性的区域性和季节性1材料与方法播，从而影响了水体透明度、浑浊差异非常大；Aast6~等认为水体的后向度、水色等光学性质和水生生态条散射概率与悬浮颗粒大小有关，颗粒本文以太湖为实验数据区域，件，最终决定了水体的初级生产力越小，后向散射概率越

4、大；孙德勇等2012年11月对全湖进行野外实水平，是水质评价的重要指标之利用实测的太湖水体散射和后向散验。实测的参数包括水面以上的遥一。悬浮物的时空分布状况和运动射系数，计算得到后向散射率变化范感反射率Rrs，水体的吸收散射系数规律的研究还直接关系到正确估算围为0．002～0．031。因此，将固有光和后向散射系数，总悬浮物和叶绿水土流失、航道港口的冲淤变化、近学参数看作定值可能会在反演过程素浓度，黄质、总颗粒物和非色素颗岸水产养殖开发等重要问题。中引人误差，降低反演精度。粒物的吸收系数，各测点的GPS坐目前，二类水体水质遥感监测本文

5、在生物光学模型的构建标和当时的风向、风速等。采用美有经验分析、半经验／半分析和机理中，将波段范围选定在对悬浮物浓国ASD公司生产的ASDFieldSpec模型三种方法。其中，机理模型的度最敏感的近红外波段，从而将参HandHeld手持式光谱辐射计进行方法主要基于表观光学量和固有光数个数简化到最少。然后将模型中水面光谱测量，并利用自带软件将学量，以及固有光学量和水体组分涉及到的固有光学参数进行细化，光谱分辨率内插为lnm；采用Wet—的关系，模拟水体中的光场分布，从把悬浮物后向散射概率参数b’labs公司生产的光谱吸收和衰减仪而反演水

6、质参数，具有明确的物理()和悬浮物的单位散射系数bAC—S和BB9分别获得水体的吸收含义和较好的时空通用性。其典型(入)作为变量考虑，并根据先验知识衰减系数和后向散射系数，具体参研究是将模型中涉及到的参数，如给定取值范围。以太湖实验区为数、操作方法和数据处理流程分别后向散射概率、单位散射系数等固例，根据实测值对整个湖区进行分参见文献【6】和【7】。利用表层水测量收稿日期：2013-02-03作者简介：杨晓红(1966一)，女，河南新乡人，工程师，现从事测绘档案技术工作。安徽地质2013正^7tl】CIl髂*方法采集的水样保存在低温条

7、件下2改进的生物光学模型(2~C～4℃)，并于当天内进行水样分析；总悬浮物浓度的测量采用2．1理论基础GB11901—89烘干称重法。1975年Gordent提出了一种生图1为该次野外实验的样点分物光学模型，在水表面下的反射率布图，采用均匀布点方式，共布置和水体的吸收系数、后向散射系数69个样点，剔除由于天气原因导致之间建立一种等量关系(参见公式光谱曲线异常的11、20、21号样点，1)。仪器噪声或者操作不当导致的光R(o一)=厂(1)图3谱曲线异常的3、4、17、38、67号点，Fig·式中，R(0一)是水表面下的反射以及衰减系数

8、曲线呈现饱和的49、率，f是常数，b为水体(纯水和颗粒5O、51、55、56、69号点，剩下55个物)的总后向散射系数，a为水体的有效数据样点可用于建立太湖悬^总吸收系数，可分解成纯水、浮游植：2。浮物浓度反演的生物光学模型。物、非藻