买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：桂林理工大学

摘要：本发明公开了一种基于多尺度光谱形态特征的岩溶湿地水体弱光学活性参数反演方法，该方法基于实测原位ASD高光谱数据和实测水质数据，提取了岩溶湿地水体多尺度光谱形态，并对比了岩溶湿地水体与其他水体光谱形态特征的差异，厘清了岩溶湿地遥感反演水体弱光学活性水质参数的敏感特征波段；构建了岩溶湿地弱光学活性水质参数的直接反演、间接反演和辅助估算模型，评估了三种估算方法对岩溶湿地弱光学活性水质参数的估算精度差异，同时，定量评估了不同机器学习算法和深度学习算法对岩溶湿地水体弱光学活性水质参数的反演精度。本发明便于进行选择合适的反演模型，以至于快速、准确的实现岩溶湿地水体四种弱光学活性水质参数浓度反演。

主权项：1.一种基于多尺度光谱形态特征的岩溶湿地水体弱光学活性参数反演方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：实测水体光谱和多种水质参数的预处理；测量的多种水质参数包括TN、TP、NH3_N和DO以及辅助参数Chla、Turb和pH；步骤2：岩溶湿地水体多尺度光谱形态特征提取；所述多尺度光谱形态特征提取，为一种多尺度光谱特征提取方法MSFE，包括：光谱形态特征提取SMF、光谱形态差异特征提取SMDF、水质参数敏感光谱特征提取SSF三个模块，如下式所示：MSFE＝SMF+SMDF+SSF其中，选取400～1000nm范围的ASD实测的水体高光谱数据，以0.1阶为步长，分析更精细的光谱形态特征，作为光谱全局形态特征GMF；全局形态特征GMF和局部形态特征LMF生成光谱形态特征SMF，如下式所示：SMF＝GMF+LMFLMF＝LMF1+LMF2 式中，SF1和SF2分别表示筛选后相邻的两个光谱特征对应波长位置，Rrs表示反射率值；通过对比不同光谱的反射峰的位置、反射率值以及相邻反射峰间的峰值位置和反射率值变化规律，获取实测原位水体光谱的形态峰值差异DSPF，如下式所示：SMDF＝DSPF+DSPRFDSPF＝PW+PRPW＝peaki+peakj 式中，DSPF表示光谱形态峰值差异值，PW表示峰值位置的波长变化值，PR表示峰值位置的反射率变化值，i、j表示不同反射峰，i≠j0，peak表示反射峰峰值位置，RrSPeak表示反射峰峰值对应的反射率值；同时，利用相关性分析获取岩溶湿地弱光学活性水质参数与光谱敏感域，提取敏感光谱特征SSF，如下式所示：WRRrs+NAWQPs→SSF式中WRRrs值为反射率值，NAWQPs指非光学活性水质参数；步骤3：岩溶湿地水体特征优选和数据降维，对获取的光谱形态特征、光谱敏感特征进行数据降维和特征优选；步骤4：岩溶湿地水体的光谱特性分析；指定量分析400～1000nm范围内岩溶湿地水体光谱反射特性，对比岩溶湿地水体与典型内陆水体的光谱曲线，解析岩溶湿地水体的光谱特性；步骤5：岩溶湿地弱光学活性水质参数敏感光谱域分析；将水质参数与FOD光谱反射率值的相关系数最大值所对应的步长作为每种水质参数的最佳阶数，获取四种岩溶湿地非光学活性水质参数的最佳FOD变化阶数，如下式所示： 式中值FOD光谱对应的反射率值，OderNAWQPs指非光学活性水质参数的最佳FOD变化阶数；步骤6：构建弱光学活性水质参数直接估算模型；利用四种弱光活性水质参数TN、TP、NH3_N、DO与光谱间关系提取光谱特征，基于偏最小二乘算法PLS、XGBoostXGB、GBoostGB、RandomForestRF、CatBoost以及MDN算法，采用聚类输入、直接输入两种模式，构建了岩溶湿地弱光学活性水质参数直接反演模型，使用80％的样本进行训练，20％的样本进行验证，如下式所示： 式中WRRrs表示光谱反射率，direct表示直接输入，cluster表示聚类输入；步骤7：构建弱光学活性水质参数间接估算模型；利用直接估算模型获取的最优估算模型得到强光学活性水质参数Chla、Turb的估算值，以pH作为辅助参数，依据弱光学活性水质参数TN、TP、NH3_N、DO与的强光学活性水质参数经验验证关系，构建一元线性回归和多元线性回归方程，实现弱光学活性水质参数的间接估算，如下式：AWQPspH+WRRrs→Model→EstimationAWQPspHNAWQPs+EstimationAWQPspH→Equation→EstimationNAWQPs式中WRRrs表示光谱反射率，direct表示直接输入，cluster表示聚类输入，AWPQs表示强光学活性水质参数；步骤8：构建弱光学活性水质参数辅助估算模型；引入三种与四种弱光学活性水质参数相关性较高的辅助水质参数Chla、Turb、pH作为模型输入特征，并设计直接输入和按Cluster输入两种输入方式，构建了辅助估算模型，使用80％的样本进行训练，20％的样本进行验证，其公式如下： 式中WRRrs表示光谱反射率，direct表示直接输入，cluster表示聚类输入；步骤9：评估岩溶湿地水体弱光学活性水质参数不同模型的反演精度。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 桂林理工大学 一种基于多尺度光谱形态特征的岩溶湿地水体弱光学活性参数反演方法