張子安

（寧波諾丁漢大學(xué)地理學(xué)院 浙江寧波 315100）

1 河流概況

渾河是遼河的支流，是遼寧省東部河流。發(fā)源于清原縣滾馬嶺，全長(zhǎng)415km。流域面積1.14×104km2，年徑流量30.52×108m3。渾河水系的不對(duì)稱特征明顯，水系的東側(cè)支流十分密集，水量較大；水系西側(cè)支流很少，水量較小。渾河成為城市廢水的主要排放渠道，河水的富營(yíng)養(yǎng)化和污染日趨嚴(yán)重。

2 數(shù)據(jù)源采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1 野外數(shù)據(jù)采集

根據(jù)渾河中游河段水面狀況、水質(zhì)分布以及水面形狀等特征，采樣路線設(shè)計(jì)為自南向北。數(shù)據(jù)采集分六個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行：2012年8月3日、2013年6月4日、2013年8月11日，2013年9月15日和2014年7月11日。共獲得96份水體高光譜數(shù)據(jù)，在觀測(cè)幾何，以減小船舶陰影和太陽直射反射對(duì)水面光場(chǎng)的破壞。6月～7月，ChI-a濃度較低，河流深水區(qū)的ChI-a濃度較低[1]。

2.2 HJ-1A數(shù)據(jù)預(yù)處理從中國(guó)衛(wèi)星資源中心獲取6個(gè)時(shí)間點(diǎn)的六景多光譜數(shù)據(jù)。只有2012年8月3日和2013年9月15日的影像質(zhì)量符合要求，對(duì)這兩景圖像進(jìn)行預(yù)處理。

2.2.1 輻射定標(biāo)。從衛(wèi)星中心得到的圖像需要進(jìn)行絕對(duì)定標(biāo)，精DN值轉(zhuǎn)換為輻亮度圖像后方可進(jìn)行下一步處理。定標(biāo)公式如下：

其中L-輻亮度；α-絕度輻射定標(biāo)系數(shù)增益；L0-偏移量。

2.2.2 影像裁剪。利用遙感數(shù)字影像處理軟件（ENVI），在保留研究中心區(qū)的前提下，對(duì)初始遙感圖像進(jìn)行裁剪。

2.2.3 幾何糾正。利用ENVI軟件對(duì)獲取的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何糾正，以經(jīng)過糾正的Landsat-TM數(shù)據(jù)為參考，利用二次多項(xiàng)式模型求解，誤差精度控制在0.3個(gè)像元以內(nèi)。

2.2.4 大氣糾正。地球濃密的大氣層會(huì)對(duì)衛(wèi)星傳感器接受的光譜輻射產(chǎn)生較大干擾，本研究利用ENVI軟件完成2景多光譜遙感數(shù)據(jù)的大氣校正。

3 基于HJ-1A衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)的Chl-a反演

3.1 葉綠素a反演模型的構(gòu)建

HJ-1A多光譜包括藍(lán)、綠、紅、近紅四個(gè)波段，由于水色信息分布于這四個(gè)波段，并存在一定的重疊。在上節(jié)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上對(duì)HJ-1A各波段之間的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析，并得到如表1所示的結(jié)果。

表1 HJ-1A各波段間的相關(guān)性

前三個(gè)波段之間的相關(guān)性較強(qiáng)，這三個(gè)波段之間信息重疊較多，而與波段4之間的重疊信息較少。利用HJ-1A和TM多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行Chl-a濃度反演建模的波段選擇方式的研究結(jié)論，進(jìn)行進(jìn)一步篩選，對(duì)葉綠素a濃度相關(guān)系數(shù)進(jìn)行分析，分析結(jié)果如表2所示。

表2 HJ-1A波段及波段組合與Chl-a濃度的相關(guān)系數(shù)

結(jié)果顯示4個(gè)波段與Chl-a濃度相關(guān)系數(shù)的最大絕對(duì)值為0.66，數(shù)組合波段相比單波段的相關(guān)系數(shù)要高，最大絕對(duì)值為0.77，顯示組合波段對(duì)噪音影響的降低具有一定的效果。受HJ-1A波段范圍的限制，葉綠素a的反射峰和吸收谷沒有包含在四個(gè)波段中，在作與Chl-a的一元回歸分析時(shí)應(yīng)該選擇相關(guān)系數(shù)最大的波段。

3.2 反演模型的對(duì)比檢驗(yàn)

兩期Chl-a濃度預(yù)測(cè)結(jié)果計(jì)算所得：SVM在預(yù)測(cè)精度上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，在樣本數(shù)量較少的情況下，仍有較好的預(yù)測(cè)精度。

3.3 模型的應(yīng)用

利用SVM模型反演結(jié)果的三個(gè)指標(biāo)依次為:35.33ug/L，18.26ug/L，21.30ug/L，顯示渾河處于IV類水質(zhì)。反演結(jié)果顯示研究區(qū)Chl-a濃度均值分別上升了：3.61ug/L和6.71 ug/L，說明渾河水質(zhì)在不斷惡化。妨水河Chl-a濃度在空間分布上的差異性明顯：Chl-a濃度深水區(qū)較低，高濃度值區(qū)域浮游藻類分布較明顯。

第一期采樣點(diǎn)水體平均溫度為16.81°C，總磷、總氮平均濃度分別為:0.04mg/L、1.13 mg/L，第二期采樣點(diǎn)的三個(gè)指標(biāo)依次是：14.63°C，0.0，5 mg/L，1.33mg/L。 數(shù)據(jù)顯示高溫對(duì)藻類生長(zhǎng)繁殖有利，第二期溫度較低，但是Chl-a濃度值更高，也證實(shí)了渾河的水質(zhì)在惡化。

4結(jié)語

4.1 SVM模型的反演比一元線性模型精度要高，將HJ-1A多光譜數(shù)據(jù)與波段組合數(shù)據(jù)結(jié)合作為SVM模型的輸入變量對(duì)提高模型精度有利。

4.2 模型的計(jì)算結(jié)果顯示渾河水體處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，監(jiān)測(cè)結(jié)果與沈陽水務(wù)局公布的結(jié)果一致。

4.3 SVM模型具有很好的非線性擬合能力，能夠提高水質(zhì)參數(shù)反演的精度。

[1]趙玉芹,汪西莉,蔣賽.渭河水質(zhì)遙感反演的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2009，01:63-67.

[2]汪西莉,周兆永,延軍平.應(yīng)用GA-SVM的渭河水質(zhì)參數(shù)多光譜遙感反演[J].遙感學(xué)報(bào)，2009，04:740-744.

[3]朱利，姚延娟，吳傳慶，張永軍，陳靜，王穎.基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星的內(nèi)陸水體水質(zhì)多光譜遙感監(jiān)測(cè)[J].地理與地理信息科學(xué)，2010，02:81-84+113.