一种基于高光谱成像的矿区环境监测方法及系统与流程

本发明涉及矿区高光谱成像测定，更具体地说，本发明涉及一种基于高光谱成像的矿区环境监测方法及系统。

背景技术：

1、矿区环境监测是保障生态安全与矿产可持续开发的关键，现有cn119147481a专利提出的空地一体化高光谱监测方案，虽实现了高光谱数据的空地协同采集，但仍存在显著技术局限。该方案未建立多源数据深度融合机制，仅依赖高光谱数据开展监测，未整合气象、水文及土壤理化等关键辅助数据，难以支撑污染物跨介质迁移规律分析；光谱解混采用常规算法，未针对污染物设定优先级权重，易受土壤、植被等背景信号干扰，导致纯污染物光谱提取精度不足；且污染物反演呈单一要素孤立计算模式，缺乏多要素耦合关联分析，同时仅能实现静态浓度监测，未具备时空动态风险预测能力，无法预判污染扩散趋势，导致预警响应滞后；系统模块间数据流转与功能协同性不足，难以适配矿区复杂场景下的精准防控需求，因此亟需一种兼顾多要素耦合、动态预测与高效协同的创新监测技术方案。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于高光谱成像的矿区环境监测方法，包括以下步骤：

2、步骤一：多源数据协同采集，获取矿区高光谱数据、气象数据、水文数据及土壤理化基础数据；所述高光谱数据通过空基无人机与地基固定式高光谱站联合采集，所述气象数据含风速、风向、降雨量，所述水文数据含水体流速、水深，所述土壤理化基础数据含孔隙度、含水率；

3、步骤二：多源数据时空配准与光谱干扰解混，基于矿区gis地图实现数据时空对齐，采用改进型非负矩阵分解算法，通过设定污染物端元权重（0.4）高于土壤、水体、植被（均为0.2），迭代优化提取纯污染物光谱，直至提取误差小于；

4、步骤三：多要素污染物耦合反演，结合解混后的污染物光谱与辅助数据反演浓度，大气污染物浓度引入风速、温度校正为）；土壤污染物浓度关联光谱反射率与土壤理化参数，考虑深度衰减为；同步计算大气干湿沉降通量、水体扩散系数；

5、步骤四：多要素耦合动态风险预测，采用时空注意力lstm模型，输入近48小时参数计算动态风险指数，预测未来72小时风险，公式为：

6、（其中为三类污染物浓度，为空间权重，为功能区风险系数，为时间权重，为时间衰减系数）；

7、步骤五：风险可视化与预警输出，生成时空动态风险图谱，当时触发预警，输出污染物迁移路径预警图。

8、在一个优选地实施方式中，步骤一中所述空基无人机搭载短波红外高光谱相机（400-2500nm，光谱分辨率2.5nm），地基高光谱站采样频率1次/30min；气象、水文数据分别通过自动气象站、多普勒流速仪获取，土壤理化数据通过实验室测定。

9、在一个优选地实施方式中，步骤三中所述大气浓度校正公式中，为吸光度，为污染物吸收特性系数，、为校正系数，为风速，为温度偏差；土壤浓度公式中、为拟合系数，为反射率，为孔隙度，为含水率，为衰减系数，为土壤深度。

10、在一个优选地实施方式中，步骤四中所述按功能区设定（尾矿库0.9、采矿区0.8、生活区0.2），取值为尾矿库1.5、采矿区1.2、生活区0.5；随时间递减（近6小时1.0、48小时前0.3），为24小时0.9、72小时0.7。

11、一种基于高光谱成像的矿区环境监测系统，其特征在于，包括：

12、多源数据融合模块，用于多源数据时空配准与改进型nmf光谱解混；

13、污染物迁移模拟模块，用于运行步骤三中计算，获取浓度、沉降通量及扩散系数；

14、动态风险预测模块，用于部署时空注意力lstm模型，计算风险指数，生成72小时动态图谱；

15、预警输出模块，用于时触发预警，输出迁移路径预警图。

16、本发明的技术效果和优点：

17、本发明通过多源数据协同采集与时空配准、改进算法提取纯污染物光谱，结合多要素污染物耦合反演实现大气、土壤、水体污染关联分析，搭配时空注意力模型完成动态风险预测，系统各模块高效协同，解决传统矿区监测孤立、静态的痛点，兼顾监测精度与实操性，为矿区生态环境保护与风险防控提供创新且可靠的技术支撑。

1.一种基于高光谱成像的矿区环境监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于高光谱成像的矿区环境监测方法，其特征在于：步骤一中所述空基无人机搭载短波红外高光谱相机（400-2500nm，光谱分辨率2.5nm），地基高光谱站采样频率1次/30min；气象、水文数据分别通过自动气象站、多普勒流速仪获取，土壤理化数据通过实验室测定。

3.根据权利要求1所述的一种基于高光谱成像的矿区环境监测方法，其特征在于：步骤三中所述大气浓度校正公式中，为吸光度，为污染物吸收特性系数，k1=0.02、k2=0.015为校正系数，通过 modtran 大气校正模型与实地采样数据拟合校准，为风速，为温度偏差；土壤浓度公式中a=-520、b=120 为拟合系数，通过矿区 30 个土壤剖面样品实测数据回归标定，附标定残差 < 3%，为反射率，为孔隙度，为含水率，为衰减系数，为土壤深度。

4.根据权利要求1所述的一种基于高光谱成像的矿区环境监测方法，其特征在于：步骤四中所述按功能区设定（尾矿库0.9、采矿区0.8、生活区0.2），取值为尾矿库1.5、采矿区1.2、生活区0.5；随时间递减（近6小时1.0、48小时前0.3），为24小时0.9、72小时0.7。

5.一种基于高光谱成像的矿区环境监测系统，其特征在于，包括：