杭州市钱塘江水色分类研究.docx

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1、杭州市钱塘江水色分类研究一、选题依据1.选题研究背景近几十年来，f着人类对大自然资源尤其是地表水密源的不合理开发，导玫全球范围内的水环境遭.受到了严重的破坏，水质污染问题日益严重。水是生命之源，世界上几孑所有的国家和地区都将地表水作为最主要的饮用水水源，但是地球上地表水的储量只占全部储水量的1.75%。河流和湖洎等地表水是人类赖以生存和持续发展的重要生志褥源，其水质的好坏与人类的命运休成相关。因此，如何预防水污染事故的发生和降低已发生的水污染事故给人类带来的损失，便成为了近些年来水环境领域研究的热点之一5o钱塘江流域住于浙江省西北部，介于117o37,-1252,E,28103048N之间。球

2、越安徽、浙江、江西和福建4省，地势西南高、东北地，漱浦以上流域面积49876平方千米，主流长583KM,杭州ifl口以上流域面积41945平方千米，其中浙江省35500平方千米，分属杭州、绍兴、金华、衢州、丽水5个市，27个县（市、区）。钱塘江流域还是浙江省八大人东之一，是浙江甫第一大河，发源于安徽省体字县，共20多个县（市、区）,干流自西向东汇入东诲2。2.选题研究方向和目的水体颜色的定量表征可为内陆水体综合水质的评估提供重要的参考数据。近年来新提出了一种基于多光谱的传感器数据计算的水体颜色指教FUI,它是在国际照明委员会（ClE）色度系统定义的，源自诲洋学Forel-UleCFUJ观测，F

3、UI用于刻以水体的颜色信息，并反映水质的综合状忠15.近来的丈欷中王雁蕾等人提出用水体颜色指数FUI计算过程中的中间量色度角a,将反射率通过FUl指数转换为具体的色度角，并将当日不同地域的水体颜色通过色度角进行转换并表示，从而来研究水体水色的时交变化【16。而利用色度角来近仞地对水体颜色此行表示，可以更直观地对水质起到监测作用。故本次研究以杭州市钱塘江为研究对象，基于色度角研究钱塘江的水色特征并对其进行分类更宜观的了努钱塘江水质状况以及水体污染情况，为二类水体的治理提供科学的技术支撑，同时再此基础上进一步研究色度角与TSl（管养状况）的关系，可以选一步明断钱塘江水体营养状况，为二类水体的绿色生

4、忠治理提供理论依据。二、研究方案1 .邃感影像数据获取以钱塘江流域为研究区，利用2021年11月14日的LandSat-8、以及2021年IO月30日的Setinal-2和实测数据作为主要数据源，在其数据源下我页面对云量在10%以下的数据此行下我。2 .遴威影像数据处理(D辐射定标辐射定林是用户需要计算地物的光谱反射率或光谱辐射亮度时，或者需要对不同时间、不同传感器获取的图像进行比较时，都必须将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度，这个过程就是辐射定标。大卷枝正太阳辐射通过大气以某种方式入射到对地物表面再反射回传感器，由于大气先溶脱、地形和邻近地物等影像，使得原始影像包含物体表面，火气，以及太

5、阳的信息等信息的综合。如果想要了斛某一物体表面的光谱属性，必须将它的反射信息从大气和太阳的信息中分离出来，放这过程中所进行的即为天气校正。几何校正由于迤感传感器、摇杆平台和地球自身等方面的原因，原始造感影像通帝包含严重的集合变形。内部几何变形一般由遗感余统本身引起，具有一定的规律性，可以通过分析传感器的特性和星历表数据进行校正；外部几何变形是指遥感系统本身处于正常工作状忠，由外部因素造成的变形，这种变形往往不规律，睢以预测大小，一般左获取图像后进行校正。几何校正的目的就是要纠正这些内外部因素引起的变形，从而实现与标准图像或者地图的几何整合，使之能与地理信息系统和空间决策支持系统中的其他数据一起

6、使用。几何校正一般分为两个层次：第一，对单一遥感原始图像的几何校正。第二，应用不同传感方式、不同光谱范囹以及不同成像时间的同一区域的多种邈感影像时，需要对每幅图像进行几何校正后进行图像间的配准，保证不同图像间的几何一致性。去除噪声噪声是传感器引入数据的无效信号，它是传感器输出的变量，会干扰从图像中提取地物信息的能力。图像噪声会以各种形式出现，而且睢以模型化。3 .色度角与FUIClJ参教概念FUI本色指数是基于光学特性的水色分类，将自然水体颜色由深蓝到红棕色划分为21个颜色级别，取值为121的离散值。它用于刻画水体的颜色信息，并反映水质的综合状忠。17色度角是ClE色度条统中计算FUI的过程参

7、量，取0360之间的连续值，是自然水体的一个简单客观参数，破称为自然水域的真实颜色。色度角alpha是一个连续的数值变量，用一个数学表示光谱的颜色，是一个定义明确的物理量，它直接与光学深水的组成和固有光学性质有关，可以表示水体颜色，且不同混浊和普系状忐的人在色阶上的呈现不同。【13】(2)建立色度角与FUl水色指教国际照明委员会定义了ClE-XYZ颜色系统，分别用XYZ这三个颜色剌激值，来代卷RGB颜色，其中XYZ三剌激值均大于0。CIE-XYZ余统可以定义颜色，但是无法直观地对应自然界中的不同颜色。因此，ClE规定了二维色度空间图、二维色色度图上的生标X,y,Zo通过计算将来的CIE的XYZ

8、三剌激值构这出色度生标点(x,y),后根据坐标点，计算色度角,参照FUl色度查找表，寻找与色度角a最接近的对应的FUl值，该值即为对应的水色【13】。(DCIE-RGB与CIE-XYZ之间的转换公式如下：X=2.7689Rrs(R)+1.7517Rrs(G)+1.1302Rrs(B)Y=LoOoOXRrS(R)+4.5907XRrS(G)+0.06(HXRrS(B)Z=0.0000Rrs(R)+0.0565Rrs(G)+5.5934Rrs(B)CIE-XYZ系统中三剌激值的计算公式如下：X=K篇S(X)XP(X)XJr（八）dY=Kfio0S(X)XP(X)XyWdAZ=K瑙S(ToXP(4)

9、z以XYZ表示的对应的ClE-XYZ转换过程中生成的红、绿、蓝三原色的相对数量；K是调整因数；S。)是光源的相对光谱能力分布；p()是物体的光谱反射率；X(),Y(),N九)是CIE规定的颜色匹配函教为了更清晰地量化CIE系统中的颜色和表达模型中的参数标，(X,Y)坐标原点都被旋转移动到(1/3,1/3)处，则每个(X,Y)坐标根据公式(CIE,1932)被转换为新坐标(,y)如公式：X=X/(X+Y+Z)y=Y/(X+Y+Z)z=Z(X+Y+Z)由于x+y+z=l,用X和y的值即可确定一个具体的FUI水色等级。在图中，设定x与y轴交点为等能光点，士标值为(0.3333,0.3333J,表示R

10、GB三原色等量混合。本文对于色度角的定义为：从x轴的负轴开始为0。出发，以顺时针旋转回x轴负方向为360。色度角的计算公式如下所示：a=ARCTAN2(-0,3333,y-0.3333)17根据色度角与FUl值的查找表即可根据查找到对应的FUI值,FlMfx a forfe 该值即为对应的水色。(35.4XS3(42SI.49,O2(49.02.6001)(6001.79.D)(T9.2J.I06.MIUga.137.03)(U73.160971(l097.175.911(11598.IM6T(IM.67.19S.44)(19S.44.20工05)(20205.)7.2(2071X21347)

11、(21)J7.21934)(2I9J4,224.17)(224.17.2JOn)(D0.23.235.09(2338.2WM)(口9、.”3牌)(243.66.WS)(247JS.2S2M)图5CIE色度图与FUl指数颜色根据色度坐标划分示意图4 .建立色度角与TSl的关系，评价水体管泰状患TSI基于浮游植物生物量的管养状忠指教，对水体富塔、养化程度此行了0Ioo的量化，来对湖洎的聋养状志进行评价。作为自变量，TSI视为因变量，利用随机抽样选取的实测透明度和逢感反射率数据，泉用最小二乘法确定模型参数，建立水体管系状志遥感评估模型，公式如下：TSI=a+b(a,b为模型条数)可将水体的营养状思模

12、以下方式分类：TSI30为贫营养状去、30TSI50为中营养状杰、TSI50为富营养状太。富营养状去又可分为轻度富塔，养化(50TSI60J,中度富营养化C6070J1131o三、参考文献：王晓军,郭尊.钱塘江流域水环境质量综合评价指标体余研究臼江拣科技信.1,2021,38(05):76-80.2钱塘江流域沉积物中有机氯农药的对映体选择性戌留及生志风险，方雅琪，董矫，陈晓兰，魏思溢，李熠潇，杨华云，杭州师范大学钱江学院3戴逸琼.钱塘江水污染分析与小城镇污水治理对策J.给水排水4贵宾,陈志雄,张海卿.永济源治理公共政策效应评价以钱塘江“五水共治”为例J.中国农忖水利水电,2021(05):10

13、2-107.5钱塘江流域水质评价与突发性水污染预警方决研究，金剑,杭州电子科技大学6毕晓给,马万林,毕京鹏,史园莉，申文明,郭艳给.水体水色异蜜遥感监查条统设计与应用J测绘通报，202：L(SD：282-286+10.13474ki.ll-2246.2021.0564.7李给给.基于水色分类的城市河流黑臭遥感分级方法研究D.南京师范大学40.27245d.2021.000263.8杨先乐.水产养通水色的调控和管理J,科学养,2020(05):10.14184/j.l004-843x.2020.05.007.9王芳,青松,刘楠,郝艳玲,包玉海.基于色度角的价诲水体詈养状志遥感评估JOL.湖洎科学

14、:1-152022-05-26.10太湖水色特征多源卫星遥感产品对比分析11王一飞,宣兆宇,张园,苏朔.基于多源传感器的FUI水色指数提取与应用J.自然资源遥感,2021,33(03):262-271.12基于MODIS数据的二类水体叶绿素反演算法理论及其实现，长家洁13王芳,青松,刘桐郁艳年包玉诲.基于色度角的价诲水体营养状去遥感评估JOL.湖洎科学1-152022-05-26.14乐成峰，李云梅，孙德勇，王海君，2007.基于季节分异的大湖叶绿素浓度反演模型研究，遗感学报，11(4J：473-48015李云梅,越焕,毕顺，吕恒.基于水体光学分类的二类水体水环境参数遥感监测选展臼遥感学,2022,26(01):19-31.16严静，西溪混地水体色度特征季节变化分析.17潘浩博，太湖水色特征多源卫星遥感产品对比分析.