无人机高光谱测量系统对悬浮泥沙浓度遥感反演模式研究

本研究应用了400-1000nm的高光谱相机，可采用杭州彩谱科技有限公司产品FS60-无人机高光谱进行相关研究。FS60-无人机高光谱测量系统采用高信噪比超高速CCD成像器件，提供高稳定性的光谱图像采集；采用自研的高效率低功耗图像处理算法，大大延长了整机飞行时间，降低了系统功耗。

水体中悬浮物的含量是重要的水质参数，尤其是悬浮泥沙的含量大小直接影响水体的透明度、混浊度和水色等光学性质，也影响水体的生态条件和河道、海岸带冲淤变化过程，因此悬浮泥沙含量的调查对河流、海岸带的水质、地貌、生态、环境的研究以及海岸工程、港口建设等具有重要的意义。常规的调查方法是用船逐点采样、分析，调查速度慢、周期长，且只能获得在时间、空间分布上都很离散得少量点的数据，而河流、海岸带地区水流情况复杂多变，悬浮泥沙含量的时间变化率很大，这种在时、空分布上很离散的采样数据，对比精度很差，使研究者难于对大面积水域悬浮泥沙含量的分布和变化有连续性的、同步的准确认识P-D。

卫星遥感技术的发展使这一状况得到了彻底的改观，遥感具有大尺度快速同步的特点“”，所获得的水体悬沙影像，都是在几秒至几十秒，或更短的时间内“瞬时同步”扫描或摄制的。这种瞬时同步影像，对于研究水面悬沙的输移和沉降，是非常直观和有用的资料。采用遥感定量技术能迅速地获得大面积水域悬浮物质含量的资料，瞬间同步性好，重复获取数据周期短，能有效地监测悬浮泥沙含量分布和动态变化，克服了常规方法的不足，具有十分重要的研究价值。

在径流、风浪等作用下，水体中泥沙运动极其活跃，底沙与悬沙交换频繁，一般的常规现场观测方法，难以发现其空间场分布和运动变化规律。遥感技术的发展为泥沙的测量带来新的尝试。本文在总结国内外悬浮泥沙遥感监测的基础上，以长江南京段水域为研究区，对实测的水体光谱值与悬浮泥沙浓度回归分析，建立了悬浮泥沙浓度遥感反演模式。通过研究取得了以下成果

1、若根据卫星图像的像元值与悬浮泥沙浓度之间的定量关系，建立反演模式，由于很难测得与卫星图像同步的悬浮泥沙浓度数据，很多人采用准同步资料。而本研究采用地面光谱仪与光电测沙仪同步测量水体的光谱值和悬浮泥沙浓度，对实测数据回归分析，建立悬浮泥沙浓度遥感反演模式，该方法保证了光谱值与悬浮泥沙浓度之间的同步性。

2、若以传统的陆地光谱测量方法测量水体的光谱值，根本无法获取水色遥感所需的离水辐射率、归一化离水辐射率、遥感反射率等参数。本研究采用NASA水体光谱测量新规范（2003版）中提出的水体光谱测量方法，分别测出水体、天空散射光及标准反射板的辐亮度值，然后根据这几个值计算出离水辐亮度、水体表面入射辐照度、遥感反射率等参数，最后根据ETM+传感器的CCD响应函数计算得到ETM+各波段的遥感反射率。

3、对实测水体光谱值与泥沙数据统计分析发现，ETM+各波段光谱值与悬浮泥沙浓度的相关性系数都不大（TM∶为0.5018，TM；为0.0106，TM；为0.1570，TM4为0.7422），分析原因为ETM+传感器各波段的带宽较长，对泥沙浓度变化的氧感度不高∶而TM。与TM；波段光谱值的比值与悬浮泥沙浓度的相关性系数可达0.9579。