MSI的湖泊透明度估算方法

msi的湖泊透明度估算方法
技术领域
1.本发明涉及一种湖泊透明度估算方法，属于卫星遥感及其应用领域。


背景技术：

2.在水质监测中，透明度(secchi disk depth,sdd)是一种较为直观的指标，是描述水体光学性质的基本参数之一，也可以用来进行湖泊营养化状态的评价。透明度测量是指垂直放入水中的塞克盘能够看得见的最大深度，它能反映出水体的透光能力，透明度越高，水体就越清澈。湖泊透明度具有较高的时空动态变化，受到很多环境、人为等因素的影响，不同的湖泊在同一时间，或同一湖泊在不同季节均存在十分明显的时空异质性。现有湖库的透明度测试无法大尺度范围实现连续监测。透明度会改变水下光场的光学辐射传输，严重影响沉水植被的生长和水体中其他依靠可见光生存的生物生命活动。因此，获得更全面的水体透明度数据，对于湖泊水生生态系统变化、水体初级生产力以及环境监测管理具有积极的实际应用价值。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决现有湖库的透明度测试无法大尺度范围实现连续监测的技术问题，提供了一种msi的湖泊透明度估算方法。
4.msi的湖泊透明度估算方法按照以下步骤进行：
5.中国湖泊透明度估算采用sentinel-2卫星msi传感器的归一化离水反射率组合模型进行估算，所述归一化离水反射率组合模型为红边波段与红波段比值；
6.将红边波段与红波段归一化离水反射率数据代入下式中，估算水体透明度：
7.sdd＝(rhown5/rhown4
ꢀ‑
0.799)
÷
(-0.134)
8.其中rhown4表示msi传感器第4波段(红波段)归一化离水反射率数据，rhown5表示msi传感器第5波段(红边波段)归一化离水反射率数据；sdd表示水体透明度。
9.所述水体为湖泊或水库。
10.本发明通过水体透明度进行估算，即只需获取目标湖泊msi传感器第4波段和第5波段归一化离水反射率，通过公式计算得出水体透明度。本发明涉及一种基于msi的湖泊透明度估算方法简单，计算出来的透明度值与实测透明度值拟合较好，具有较高的可信度，可用于水质监测和评价、生态修复绩效评估等领域。本发明方法计算出来的水体透明度与实测透明度拟合精度，符合国际通用的遥感反演精度要求(《45％)，精度较好，实用性强。
11.采用本发明的方法能够实现湖泊透明度的长期高精度监测，弥补现有湖库的透明度测试无法大尺度范围实现连续监测的缺陷。经实测样点模型验证，本发明估算湖库透明度的模型效果好，可以准确的估算湖泊透明度。
附图说明
12.图1是实验一中全国45个湖泊和水库采样分布图；
13.图2是实验一中估算的水体透明度与实测水体透明度相关分析图。
具体实施方式
14.本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
15.具体实施方式一：本实施方式msi的湖泊透明度估算方法按照以下步骤进行：
16.中国湖泊透明度估算采用sentinel-2卫星msi传感器的归一化离水反射率组合模型进行估算，所述归一化离水反射率组合模型为红边波段与红波段比值；
17.将红边波段与红波段归一化离水反射率数据代入下式中，估算水体透明度：
18.sdd＝(rhown5/rhown4
ꢀ‑
0.799)
÷
(-0.134)
19.其中rhown4表示msi传感器第4波段(红波段)归一化离水反射率数据，rhown5表示msi传感器第5波段(红边波段)归一化离水反射率数据；sdd表示水体透明度。
20.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述水体为湖泊或水库。其他与具体实施方式一相同。
21.采用下述实验验证本发明效果：
22.实验一：
23.msi的湖泊透明度估算方法按照以下步骤进行：
24.2017-2019年，对分布在全国的45个湖泊、水库进行水体透明度测量，采样点分布图如图1所示，每个水体设置2-4个采样点，共计431个采样点；
25.获取采样湖泊msi传感器的第5波段和第4波段归一化离水反射率，其中采样湖泊msi数据剔除受云、山体阴影、陆地和气溶胶的数据数值，避免对归一化离水反射率干扰；
26.将第5波段和第4波段归一化反射率数据代入下式中估算水体透明度：
27.sdd＝(rhown5/rhown4
ꢀ‑
0.799)
÷
(-0.134)
28.其中rhown4表示msi传感器第4波段(红波段)归一化离水反射率数据，rhown5表示msi传感器第5波段(红边波段)归一化离水反射率数据；sdd表示水体透明度。
29.得到各湖泊的估算透明度，将估算的透明度与实测的透明度进行线性拟合绘图2。
30.使用microsoft excel 2017软件将按实验一估算的水体透明度与实测水体透明度进行相关性分析，以实测水体透明度为横坐标，以按实验一计算的水体透明度为纵坐标。结果表明实测值数据点在y＝1.0186x+0.0487线两侧均匀分布，r2＝0.79，n＝431,p《0.001,rmse和mae分别为0.52m和0.41m。依据本发明方法计算出来的水体透明度与实测透明度拟合精度，符合国际通用的遥感反演精度要求(《45％)，精度较好，实用性强。


技术特征：
1.msi的湖泊透明度估算方法，其特征在于所述msi的湖泊透明度估算方法按照以下步骤进行：中国湖泊透明度估算采用sentinel-2卫星msi传感器的归一化离水反射率组合模型进行估算，所述归一化离水反射率组合模型为红边波段与红波段比值；将红边波段与红波段归一化离水反射率数据代入下式中，估算水体透明度：sdd＝(rhown5/rhown4-0.799)
÷
(-0.134)其中rhown4表示msi传感器第4波段归一化离水反射率数据，rhown5表示msi传感器第5波段归一化离水反射率数据；sdd表示水体透明度。2.根据权利要求1所述msi的湖泊透明度估算方法，其特征在于所述水体为湖泊或水库。

技术总结
MSI的湖泊透明度估算方法，本发明涉及一种湖泊透明度估算方法，属于卫星遥感及其应用领域。本发明是为了解决现有湖库的透明度测试无法大尺度范围实现连续监测的技术问题。本方法：中国湖泊透明度估算采用Sentinel-2卫星MSI传感器的归一化离水反射率组合模型进行估算，所述归一化离水反射率组合模型为红边波段与红波段比值；将红边波段与红波段归一化离水反射率数据代入下式中，估算水体透明度：SDD＝(rhown5/rhown4-0.799)


技术研发人员：李思佳 宋开山 刘阁 李勇 徐世琦
受保护的技术使用者：中国科学院东北地理与农业生态研究所
技术研发日：2023.02.03
技术公布日：2023/8/28