松花江河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图方法

本发明涉及一种河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图方法。

背景技术：

1、悬浮物浓度(tsm)是指悬浮在水体中的固体物质的含量，是描述水体光学特性、水污染程度等水生态环境评价的重要参数之一。在悬浮物浓度较高水体，太阳辐射光线通过水体受到悬浮颗粒物的折射和吸收作用，影响太阳辐射光在水下透光率，进而影响浮游植物的生产力，导致水质浑浊，对水生生物和人类饮用水安全造成不良影响。悬浮物浓度大小受到颗粒物大小、形状、材质等多种因素的影响。而掌握河流悬浮物浓度动态变化信息对于掌握流域水土侵蚀程度变化、评估水利水电工程对河流水质影响等是十分必要的。

技术实现思路

1、本发明提供了一种松花江河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图方法。

2、本发明松花江河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图方法按照以下步骤进行：

3、一、获取目标卫星场景，即landsat系列卫星传感器sr数据集，是经大气校正后的地表反射率数据；

4、二、将不同波段的landsat系列卫星传感器sr地表反射率数据，作为随机森林输入变量；

5、所述不同波段的landsat系列卫星传感器sr地表反射率包括：

6、band2、band3、band4、band5、band6、band7、band2+band4、band4+band7和band5-band7；

7、三、采用随机森林算法输出为河流水体悬浮物浓度，实现不同时空尺度松花江河流水体悬浮物浓度制图。

8、进一步，步骤二中band2表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段2地表反射率；

9、band3表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段3地表反射率；

10、band4表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段4地表反射率；

11、band5表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段5地表反射率；

12、band6表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段6地表反射率；

13、band7表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段7地表反射率；

14、band2+band4表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段2和波段4地表反射率之和；

15、band4+band7表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段4和波段7地表反射率之差。

16、进一步，步骤二中所述随机森林算法的输入变量，即是基于松花江河流水体悬浮颗粒物浓度反演模型构建，松花江河流水体悬浮颗粒物浓度反演模型构建过程如下：

17、a.采集松花江表层深度为0-0.5m水体样品的悬浮物浓度实测数据，悬浮物浓度测定方法采用重量法，每个样点重复三次，记录并计算平均值作为该点的实测值，单位为mg/l；

18、b.获取与实测悬浮物浓度数据采样点地理坐标对应的landsat系列卫星传感器sr地表反射率数据，遥感数据采集方式以±7d为时间窗口、3像元为空间窗口，筛选有效匹配数据；基于二进制质量评估数据快速筛选出有效匹配数据，筛选出与悬浮物浓度实测数据匹配的无云覆盖、无山体阴影的遥感反射率数据，获取不同波段landsat系列卫星传感器遥感反射率；

19、c.基于实测悬浮物浓度数据和与实测悬浮物浓度数据有效匹配landsat系列卫星传感器波段反射率及波段反射率组合，建立松花江河流水体悬浮颗粒物浓度反演模型：

20、随机选择实测悬浮物浓度数据和匹配的landsat系列卫星传感器波段反射率为模型构建校正数据集(n＝2/3数据)，分析不同波段遥感反射率与实测悬浮物浓度数据的线性相关性，选出pearson相关系数变化范围为[-0.4,0.4]的波段及组合，置信度双侧为0.01；将剩余数据集作为验证数据集(n＝1/3数据)，测试不同组合形式与实测悬浮物浓度的线性相关性，将相关的波段及波段组合作为随机森林输入变量，建立松花江河流水体悬浮颗粒物浓度反演模型；

21、所述线性相关性分析在spss16.0软件平台实现，皮尔逊相关系数r表达如下：

22、

23、其中，xi是实测悬浮物浓度测量值，yi是与实测悬浮物浓度有效匹配landsat系列卫星传感器波段反射率，n是样本数。

24、进一步所述随机森林输入变量进行精度验证：是将上述选择后剩余的实测悬浮物浓度数据和landsat系列卫星传感器波段反射率数据对构建的松花江河流水体悬浮颗粒物浓度反演模型进行精度验证；

25、所述精度验证的表达式如下：

26、

27、

28、其中，rmse是均方根误差，mae是平均绝对百分比误差，n是样本数，yi是实测悬浮物浓度测量值，yi'是悬浮物浓度估算值。

29、本发明基于松花江河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图方法，在gee等地理计算云平台获得landsat系列卫星遥感sr反射率产品，通过自主编程搭建随机森林模型，输入本发明确定的输入变量，可进行松花江河流水体悬浮颗粒物浓度估算，并进行不同时空尺度空间制图。

30、采用本发明的方法能够实现松花江河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图，经实测样点模型验证发现该模型可以准确的估算松花江河流水体悬浮颗粒物浓度，可有效评估河流水质状况、流域水土流失情况和生态修复的绩效。

1.松花江河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图方法，其特征在于松花江河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图方法按照以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的松花江河流水体悬浮颗粒物浓度遥感制图方法，其特征在于：步骤二中band2表示landsat卫星tm/etm+/oli传感器波段2地表反射率；