一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統技術方案

本發明專利技術公開了一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統，包括：數據獲取與預處理模塊：收集適用于海洋區域的多光譜或高光譜遙感影像數據，對數據進行預處理；大氣校正模塊：使用大氣校正算法，對預處理后的遙感數據進行大氣校正；水色反演模塊：根據預處理和大氣校正后的遙感數據，選擇波段用于水色反演，計算水質參數；像元分解模塊：使用像元分解算法，將遙感數據分解為不同地物或成分；分析模塊：結合水色反演結果和像元分解結果，分析水體中的懸浮物

【技術實現步驟摘要】
一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統


[0001]本專利技術涉及環境監測
，特別涉及一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統
。

技術介紹

[0002]海洋水產養殖水體環境質量監測可以使用遙感技術
。
遙感是通過衛星
、
飛機等遠距離獲取地球表面信息的技術手段，可以提供大范圍
、
高分辨率的數據，用于監測和分析海洋水體的環境質量，但是現有的使用遙感技術進行的水產養殖水體環境質量監測效果不佳
。

技術實現思路

[0003]為了解決以上問題，本專利技術提供了一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統
。
[0004]為實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案如下：
[0005]一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統，包括：
[0006]數據獲取與預處理模塊：收集適用于海洋區域的多光譜或高光譜遙感影像數據，對獲取的遙感數據進行預處理；
[0007]大氣校正模塊：使用大氣校正算法，對預處理后的遙感數據進行大氣校正；
[0008]水色反演模塊：根據預處理和大氣校正后的遙感數據，選擇適當的波段用于水色反演，使用水色反演算法，計算水質參數；
[0009]像元分解模塊：使用像元分解算法，將遙感數據分解為不同地物或成分，確定與水產養殖相關的光譜特征；
[0010]分析模塊：結合水色反演結果和像元分解結果，分析水體中的懸浮物
、
葉綠素
?/>a
濃度分布情況，根據監測結果，評估養殖區域的水體環境質量
。
[0011]進一步的：所述數據獲取與預處理模塊包括：
[0012]數據獲取：收集適用于海洋區域的多光譜或高光譜遙感影像數據；
[0013]預處理：將遙感數據轉換為輻射通量，矯正圖像中的幾何畸變，使得圖像上的地理位置與地面真實位置對應
。
[0014]進一步的：所述大氣校正模塊包括：
[0015]計算觀測值輻射亮度：從預處理后的遙感數據中獲取觀測值輻射亮度；
[0016]估算地表反射率：估算大氣的影響并進行校正，公式包括：
[0017][0018]其中：
ρ
是地表反射率；
L
t
是觀測值輻射亮度
L
a
是大氣輻射亮度；
T
a
是大氣透過率；
μ
是太陽高度角的余弦值；
Ed
是太陽輻照度；
τ
d
是太陽直射透射率；
[0019]大氣輻射亮度
L
a
通過觀測值輻射亮度和透過率
T
a
估算得到，其中透過率使用大氣
模型和大氣參數計算，太陽輻照度
E
d
通過太陽常數和太陽高度角計算得到；
[0020]估算大氣透過率：使用大氣傳輸模型來估算大氣透過率
T
a
；
[0021]計算大氣輻射亮度：根據估算的大氣透過率
T
a
，計算大氣輻射亮度
L
a
，它表示大氣層中的輻射
。
[0022]進一步的：所述水色反演模塊包括：
[0023]選擇波段：從預處理和大氣校正后的遙感數據中，選擇涵蓋藍
、
綠
、
紅光譜區域波段；
[0024]計算水色反射率：計算水色反射率
R
rs
，表示在不同波段的地表反射率，通過以下公式：
[0025][0026]其中：
L
w
(
λ
)
是水體輻射亮度；
E
d
(
λ
)
是太陽輻照度；
θ
s
是太陽天頂角；
[0027]估算總懸浮顆粒物的吸收和散射系數：使用
Gordon
模型，估算總懸浮顆粒物的吸收和散射系數，估算散射系數的公式：
[0028]b
b
(
λ
)
＝
b
bp
(
λ
)+b
bw
(
λ
)
[0029]其中：
b
b
(
λ
)
是總散射系數；
b
bp
(
λ
)
是懸浮顆粒物的散射系數；
b
bw
(
λ
)
是水分子的散射系數；
[0030]估算葉綠素
?
a
的吸收系數：使用
Gordon
模型，估算葉綠素
?
a
的吸收系數；
[0031]計算葉綠素
?
a
濃度：基于計算得到的水色反射率
、
散射系數和葉綠素
?
a
的吸收系數，使用反演算法估算葉綠素
?
a
濃度
。
[0032]進一步的：所述像元分解模塊包括：
[0033]選擇光譜庫：準備一個包含不同地物或成分的光譜庫，光譜庫中的光譜應該代表水產養殖相關的地物；
[0034]光譜混合模型：每個像元的反射率由不同地物的光譜混合而成，用以下線性模型表示：
[0035][0036]其中：
R
i
是觀測到的光譜值；
F
ij
是地物
j
在像元
i
中的占比；
S
j
是地物
j
的光譜；
[0037]光譜混合分析：對于每個像元，可以通過最小二乘法來估算不同地物的分數
F
ij
。
[0038]進一步的：所述分析模塊包括：
[0039]結合水色反演和像元分解結果：通過空間疊加將水色反演得到的水質參數與像元分解得到的光譜分數相結合；
[0040]分析水體參數分布情況：分析水體參數的分布情況，觀察在養殖區域和周圍海域的差異，根據葉綠素
?
a
濃度和懸浮物濃度，判斷水體的營養狀況和濁度；
[0041]檢測與養殖活動相關的特征：根據像元分解結果，確定養殖設施
、
海水和底質地物的分布情況；
[0042]評估水體環境質量：使用水色反演和像元分解結果，對養殖區域的水體環境質量進行評估；
[0043]檢測異常情況：通過監測葉綠素
?
a
濃度
、
懸浮物濃度參數的變化，檢測異常情況
。
[0044]本專利技術與現有技術相比，所取得的技術進步在于：
[0045]提高結果準確性：結本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.
一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統，其特征在于，包括：數據獲取與預處理模塊：收集適用于海洋區域的多光譜或高光譜遙感影像數據，對獲取的遙感數據進行預處理；大氣校正模塊：使用大氣校正算法，對預處理后的遙感數據進行大氣校正；水色反演模塊：根據預處理和大氣校正后的遙感數據，選擇適當的波段用于水色反演，使用水色反演算法，計算水質參數；像元分解模塊：使用像元分解算法，將遙感數據分解為不同地物或成分，確定與水產養殖相關的光譜特征；分析模塊：結合水色反演結果和像元分解結果，分析水體中的懸浮物
、
葉綠素
?
a
濃度分布情況，根據監測結果，評估養殖區域的水體環境質量
。2.
根據權利要求1所述的一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統，其特征在于，所述數據獲取與預處理模塊包括：數據獲?。菏占m用于海洋區域的多光譜或高光譜遙感影像數據；預處理：將遙感數據轉換為輻射通量，矯正圖像中的幾何畸變，使得圖像上的地理位置與地面真實位置對應
。3.
根據權利要求2所述的一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統，其特征在于，所述大氣校正模塊包括：計算觀測值輻射亮度：從預處理后的遙感數據中獲取觀測值輻射亮度；估算地表反射率：估算大氣的影響并進行校正，公式包括：其中：
ρ
是地表反射率；
L
t
是觀測值輻射亮度
L
a
是大氣輻射亮度；
T
a
是大氣透過率；
μ
是太陽高度角的余弦值；
Ed
是太陽輻照度；
τ
d
是太陽直射透射率；大氣輻射亮度
L
a
通過觀測值輻射亮度和透過率
T
a
估算得到，其中透過率使用大氣模型和大氣參數計算，太陽輻照度
E
d
通過太陽常數和太陽高度角計算得到；估算大氣透過率：使用大氣傳輸模型來估算大氣透過率
T
a
；計算大氣輻射亮度：根據估算的大氣透過率
T
a
，計算大氣輻射亮度
L
a
，它表示大氣層中的輻射
。4.
根據權利要求3所述的一種海洋區域水產養殖水體環境質量遙感監測系統，其特征在于，所述水色反演模塊包括：選擇波段：從預處理和大氣校正后的遙感數據中，選擇涵蓋藍
、
綠
、
紅光譜區域波段；計算水色反射率：計算水色反射率
R
rs
，表示在不同波段的地表反射率，通過以下公式：其中：
L
w
(
λ
)
是水體輻射亮度；
E
d
(
λ
)
是太陽輻照度；...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫春曉，王忠全，龐秋婷，房朝陽，周全利，劉財禮，相智巍，
申請(專利權)人：山東省海洋資源與環境研究院山東省海洋環境監測中心，
類型：發明
國別省市：