2 地物光譜特征

2.1 多通道光譜數(shù)據(jù)

礦區(qū)檢測區(qū)域內(nèi)有水體、植被、建筑物三類不同地物，通過云譜相機(jī)采集的某晴天上午11點(diǎn)40分的地物光譜影像如圖1所示。

從圖1中可以看出水體區(qū)域在多通道下像素值(DN值)均較低，尤其是藍(lán)光和近紅外光的DN較低；建筑物在各通道的DN值均比其他地物高，反映了建筑物高反射率的特點(diǎn)；植被在560nm和近紅外通道DN值較高，尤其是709nm, 反映了植被在560nm通道和近紅外通道存在較為明顯的反射特征。結(jié)果表明云譜相機(jī)采集到的多通道光譜影像符合不同地物的光譜特征。

2.2 地物反射光譜

在進(jìn)行多通道光譜影像采集后，需計(jì)算地物光譜反射率。本文提出了依據(jù)光照度進(jìn)行DN值數(shù)據(jù)庫索引的方法。首先構(gòu)建多通道不同光照度下反射率為30%的標(biāo)準(zhǔn)DN值數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)光照度計(jì)獲得的實(shí)時照度值進(jìn)行數(shù)據(jù)庫索引，找出對應(yīng)照度值下的多通道標(biāo)準(zhǔn)DN值，進(jìn)而計(jì)算出多通道相應(yīng)地物的反射率。不同地物的反射率曲線如圖2所示。

圖2中植被在560nm處有一個小的反射峰，在490nm和665nm處有兩個吸收谷，在近紅外通道有較強(qiáng)的反射，符合常見綠色植被的光譜反射特征；水體整體的反射率均較低，在560nm有一個小的反射峰，近紅外通道反射較低，符合低葉綠素a濃度的水體反射特征；建筑物整體反射率均較高，尤其是709nm, 也滿足常見的建筑物的反射光譜特征。

2.3 相關(guān)性分析

本文結(jié)合已有特殊波段及組合，對不同采樣點(diǎn)的葉綠素a(Chla)、總磷(TP)和總懸浮物(TSM)濃度與光譜反射率相關(guān)性進(jìn)行分析得知，葉綠素a(Chla)、總磷(TP)和總懸浮物(TSM)濃度與光譜反射率在Band6/Band5、Band7/Band2、Band7/Band3三個波段組合情況下具有最大相關(guān)性。Band6/Band5、Band7/Band2、Band7/Band3稱為葉綠素a(Chla)、總磷(TP)和總懸浮物(TSM)的最優(yōu)通道組合。相關(guān)性公式見式(1)。

式中，γ(X,Y)為相關(guān)系數(shù)，度量X與Y之間的線性關(guān)系；Cσv(X,Y)為X與Y的協(xié)方差；Vαγ為X的方差；Vαγ為Y的方差。

3 水質(zhì)監(jiān)測

3.1 水質(zhì)參數(shù)反演模型的構(gòu)建

本文選取最優(yōu)通道組合數(shù)據(jù)作為建模因子，然后依次構(gòu)建線性、指數(shù)、冪函數(shù)和多項(xiàng)式這四種基本模型，并計(jì)算決定系數(shù)R2。相比單一通道的模型方法，能夠有效降低背景干擾，提高水體有效光譜信息的獲取。模型構(gòu)建流程如圖3所示。

水質(zhì)參數(shù)反演模型及決定系數(shù)(R2)見表2。表2顯示，三種水質(zhì)參數(shù)反演模型中，模型的決定系數(shù)R2均呈現(xiàn)出多項(xiàng)式函數(shù)高于線性函數(shù)高于指數(shù)函數(shù)高于冪函數(shù)的狀況11,12]。以Band6/Band5作為建模因子的Chla反演模型中，R2均高于0.75,其中多項(xiàng)式函數(shù)R2高達(dá)0.86。以Band7/Band2作為因子建立的TP反演模型中，多項(xiàng)式函數(shù)R2達(dá)到0.81。以Band7/Band3作為因子建立的TSM反演模型中，各模型的R2均高于0.72,多項(xiàng)式函數(shù)R2達(dá)到0.84。最終，Chla、TP、TSM的反演模型分別選擇Band6/Band5、Band7/Band2、Band7/Band3作為因子建立的多項(xiàng)式函數(shù)。
 

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