1.结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:基于高光谱遥感探测技术和激光诱导荧光LIF遥感探测技术针对海水中有色溶解有机物CDOM中无荧光物质的浓度进行探测,具体包括如下步骤:步骤一:控制无人机高光谱探测器探测CDOM和荧光激光雷达探测FDOM,将高光谱探测CDOM得到的数据与荧光激光雷达探测FDOM得到的数据进行匹配;并同步开展了采样点的水质监测工作,测量采样点CDOM和FDOM浓度;
步骤二:利用实测的高光谱数据和实测采样点CDOM浓度,建立CDOM浓度反演模型,得到CDOM浓度;
步骤三:利用荧光激光雷达探测的荧光数据和实测采样点FDOM浓度建立FDOM浓度反演模型,得到FDOM浓度;
步骤四:对CDOM反演模型得到的数据和FDOM反演模型得到的数据经过分析得到CDOM中无荧光物质的浓度。
2.根据权利要求1所述的结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:所述步骤一中,无人机上面的微型计算机通过WiFi连接无线路由器,路由器的信号通过信号放大器进行放大,通过AP接收机组建局域网;
地面站计算机用网线连接AP接收机,将地面站计算机与机载计算机的网络设置在同一局域网内,使用远程桌面在地面实现对机载微型计算机的控制;
通过地面站计算机,控制无人机在探测目标附近进行飞行,地面站通过局域网远程桌面控制无人机上的微型电脑将POS信息同步传入高光谱探测器和荧光激光雷达系统,使高光谱探测器和荧光激光雷达系统具有相同的地理位置;控制高光谱探测器采集高光谱图像,同时控制荧光激光雷达系统激光器发射激光,实现光谱的采集;采集到的数据存储在微型电脑中,同步传回地面站计算机。
3.根据权利要求2所述的结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:所述步骤一中,高光谱探测器探测CDOM时,无人机高光谱遥感平台直接获取的CDOM高光谱数据是遥感影像像元亮度DN值数据,要进行预处理操作,包括辐射定标和几何校正步骤;
辐射定标:将标定板放在高光谱探测器镜头下,获取标定板的遥感影像,标定板用于反射率校准;采用辐射定标的方式将水体的DN值转换为水体表面的高光谱反射率信息;
高光谱反射率信息通过反射光强和入射光强得到,反射光强是当前环境的DN值,入射光强是标定板的入射光强,因为标定板的反射率和反射光强已知,所以得到当前环境的入射光强;高光谱反射率计算公式如下:式中ρt、DNt分别为需要转换的反射率和DN值,定标板反射率为ρ1,DN1为定标板的DN值;
得到反射率后,对其进行归一化处理,减少天气和测量角度对反射率的影响,归一化公式如下:式中,LN(λi)表示波段归一化后的反射率;λi表示i波段的波长;L(λi)为i波段反射率的初始值;n是包含的波段数量;
为了能够显现出水质参数的光谱特征,有效消除一些干扰,如海水表面粗糙度和环境噪声,对水质参数中的波段组合因子进行分析;
使用迭代算法,对归一化后的反射率逐一进行比值,与CDOM浓度进行Pearson相关性分析,得到相关系数,从中得到相关性高的波段比;相关系数r表达式如下:公式中,yi是第i个采样点水质参数的浓度;xi是第i个采样点的反射率;
几何校正:将差分GPS技术和惯性测量单元IMU融为一体与传感器结合,能够提供传感器的位置和姿态参数,快速、准确地进行图像的地理定位;图像被纠正到适当的地理位置;
采用荧光激光雷达系统探测FDOM过程中,荧光激光雷达系统采用355nm激光器作为激发光源;
荧光激光雷达系统的激光器发射一束激光,激光通过系统的发射镜子反射以某一角度打到海面上,海水中的FDOM受到激光照射后会发射荧光;FDOM的荧光信号被荧光激光雷达系统的望远镜接受,经过准直透镜后的平行光通过滤光片到达光敏传感上,最后被系统处理。
4.根据权利要求1所述的结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:所述步骤一中CDOM数据与FDOM数据的匹配是使用重采样的方法使光谱图像数据的图像分辨率和点云数据的空间分辨率进行匹配。
5.根据权利要求1所述的结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:所述步骤一中,采样点的水质监测工作为:每个采样点利用分光光度计测量结果得到相应点的CDOM浓度值;利用EXO多参数水质分析仪测量25次并取平均值,得到相应点的FDOM浓度值。
6.根据权利要求3所述的结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:所述步骤二中,根据CDOM浓度与波段比的关系构建水质遥感反演模型,将波段比作为自变量,CDOM浓度作为因变量,构建CDOM浓度反演模型;
在研究区域内,依据采样点的分布、数目,选取部分采样点用于训练模型,剩下的采样点用于验证模型。
7.根据权利要求6所述的结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:所述步骤三中需要对获取的荧光光谱信息进行去噪处理;主要采用S‑G滤波算法的方式对荧光光谱进行预处理,在滤除噪声的同时确保信号宽度、形状不变。
8.根据权利要求7所述的结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:所述步骤三中通过FDOM荧光强度构建反演浓度模型,FDOM的荧光强度与FDOM的浓度的关系可以看成线性关系,即:cFDOM=KF,
上式中K是与FDOM自身结构和环境因素有关的常数,F是荧光强度值,cFDOM是海水中FDOM的浓度,如果提前测得常数K的值,可以通过公式反演出FDOM的浓度;
在研究区内,依据采样点的分布、数目,选取部分采样点用于训练模型,剩下的采样点用于验证模型。
9.根据权利要求8所述的结合高光谱与LIF技术的CDOM无荧光物质浓度遥感探测方法,其特征在于:所述步骤四中对CDOM反演模型得到的浓度和FDOM反演模型得到的浓度进行分析,可以得到CDOM中无荧光物质的浓度情况:cNFDOM=cCDOM‑cFDOM,
上式中cNFDOM为CDOM中无荧光物质的浓度,cCDOM为CDOM的浓度,cFDOM为FDOM的浓度。