高光譜相機在懸浮泥沙濃度遙感反演模式中的研究

本研究應用了400-1000nm的高光譜相機，可采用杭州彩譜科技有限公司產品FS60-無人機高光譜進行相關研究。FS60-無人機高光譜測量系統采用高信噪比超高速CCD成像器件，提供高穩定性的光譜圖像采集；采用自研的高效率低功耗圖像處理算法，大大延長了整機飛行時間，降低了系統功耗。

水體中懸浮物的含量是重要的水質參數，尤其是懸浮泥沙的含量大小直接影響水體的透明度、混濁度和水色等光學性質，也影響水體的生態條件和河道、海岸帶沖淤變化過程，因此懸浮泥沙含量的調查對河流、海岸帶的水質、地貌、生態、環境的研究以及海岸工程、港口建設等具有重要的意義。常規的調查方法是用船逐點采樣、分析，調查速度慢、周期長，且只能獲得在時間、空間分布上都很離散得少量點的數據，而河流、海岸帶地區水流情況復雜多變，懸浮泥沙含量的時間變化率很大，這種在時、空分布上很離散的采樣數據，對比精度很差，使研究者難于對大面積水域懸浮泥沙含量的分布和變化有連續性的、同步的準確認識P-D。衛星遙感技術的發展使這一狀況得到了徹底的改觀，遙感具有大尺度快速同步的特點“”，所獲得的水體懸沙影像，都是在幾秒至幾十秒，或更短的時間內“瞬時同步”掃描或攝制的。這種瞬時同步影像，對于研究水面懸沙的輸移和沉降，是非常直觀和有用的資料。采用遙感定量技術能迅速地獲得大面積水域懸浮物質含量的資料，瞬間同步性好，重復獲取數據周期短，能有效地監測懸浮泥沙含量分布和動態變化，克服了常規方法的不足，具有十分重要的研究價值。

在徑流、風浪等作用下，水體中泥沙運動極其活躍，底沙與懸沙交換頻繁，一般的常規現場觀測方法，難以發現其空間場分布和運動變化規律。遙感技術的發展為泥沙的測量帶來新的嘗試。本文在總結國內外懸浮泥沙遙感監測的基礎上，以長江南京段水域為研究區，對實測的水體光譜值與懸浮泥沙濃度回歸分析，建立了懸浮泥沙濃度遙感反演模式。通過研究取得了以下成果

1、若根據衛星圖像的像元值與懸浮泥沙濃度之間的定量關系，建立反演模式，由于很難測得與衛星圖像同步的懸浮泥沙濃度數據，很多人采用準同步資料。而本研究采用地面光譜儀與光電測沙儀同步測量水體的光譜值和懸浮泥沙濃度，對實測數據回歸分析，建立懸浮泥沙濃度遙感反演模式，該方法保證了光譜值與懸浮泥沙濃度之間的同步性。

2、若以傳統的陸地光譜測量方法測量水體的光譜值，根本無法獲取水色遙感所需的離水輻射率、歸一化離水輻射率、遙感反射率等參數。本研究采用NASA水體光譜測量新規范（2003版）中提出的水體光譜測量方法，分別測出水體、天空散射光及標準反射板的輻亮度值，然后根據這幾個值計算出離水輻亮度、水體表面入射輻照度、遙感反射率等參數，最后根據ETM+傳感器的CCD響應函數計算得到ETM+各波段的遙感反射率。

3、對實測水體光譜值與泥沙數據統計分析發現，ETM+各波段光譜值與懸浮泥沙濃度的相關性系數都不大（TM∶為0.5018，TM；為0.0106，TM；為0.1570，TM4為0.7422），分析原因為ETM+傳感器各波段的帶寬較長，對泥沙濃度變化的氧感度不高∶而TM。與TM；波段光譜值的比值與懸浮泥沙濃度的相關性系數可達0.9579。