目标海域无机氮浓度遥感反演方法、装置、设备和介质与流程

本申请涉及遥感影像处理，尤其涉及一种目标海域无机氮浓度遥感反演方法、装置、设备和介质。

背景技术：

1、遥感技术以其宏观、快速、实时和空间连续等独特优势，广泛应用于资源环境、社会经济等各个领域，特别是在宏观尺度上，遥感技术对生态环境变化监测极具优势。

2、水色是一种人眼可见的水体“表观指标”，水质则是一种人眼无法直接察觉的水体“内在指标”，在近岸海域两者均与陆源径流输入、底层沉积物再悬浮等因素有关，因此，水色与水质存在某种必然的关联性，这为利用水体颜色参数遥感探测水质参数（氮磷等）开辟了全新的思路与方向。

3、表观可视波长（apparent visible wavelength, avw）能够有效量化水体颜色特征，将其作为关键指示因子，可为近岸海域无机氮浓度遥感反演提供新的技术途径，具有显著的应用前景。相较于色度角、主波长、水色指数以及传统波段比值等指示因子，表观可视波长对无机氮浓度反演表现出更高的敏感性。目前，基于表观可视波长开展近岸水体无机氮浓度遥感反演的相关研究仍未见报道。

技术实现思路

1、本申请提供一种目标海域无机氮浓度遥感反演方法、装置、设备和介质，旨在解决现有技术中尚未出现基于表观可视波长开展近岸水体无机氮浓度遥感反演的技术方案，以及多光谱遥感数据因波段离散化设置导致表观可视波长计算结果存在系统偏差而影响反演精度的问题。本申请通过对遥感影像数据中多个可见光波段的遥感反射率进行计算得到多光谱表观可视波长，并根据不同卫星数据来源采用相应的偏差校正方程将多光谱表观可视波长校正为高光谱表观可视波长，以消除多光谱数据与高光谱数据之间的系统偏差，再利用高光谱表观可视波长与无机氮浓度之间的定量反演模型计算得到无机氮浓度，从而实现目标海域无机氮浓度的大范围、快速、高精度遥感监测，为近岸海域水质评估和生态环境常态化巡查监管提供可靠的技术支撑。

2、第一方面，本申请提供一种目标海域无机氮浓度遥感反演方法，所述方法包括：

3、获取目标海域的遥感影像数据，所述遥感影像数据包括多个可见光波段的遥感反射率数据；

4、根据所述多个可见光波段的遥感反射率计算多光谱表观可视波长；

5、根据所述多光谱表观可视波长进行偏差校正，计算得到高光谱表观可视波长；

6、根据所述高光谱表观可视波长进行无机氮浓度遥感反演，得到无机氮浓度。

7、在一种可能的设计中，根据所述多个可见光波段的遥感反射率，通过如下公式计算多光谱表观可视波长：

8、

9、式中，表示多光谱表观可视波长；、、、、、、、、、、e分别表示可见光波段中第一至第十一波段的遥感反射率。

10、在一种可能的设计中，当所述遥感影像数据为sentinel-3a olci数据时，根据所述多光谱表观可视波长进行偏差校正，采用以下偏差校正方程计算高光谱表观可视波长：

11、

12、式中，表示高光谱表观可视波长。

13、在一种可能的设计中，当所述遥感影像数据为sentinel-3b olci数据时，根据所述多光谱表观可视波长进行偏差校正，采用以下偏差校正方程计算高光谱表观可视波长：

14、

15、式中，表示高光谱表观可视波长。

16、在一种可能的设计中，根据所述高光谱表观可视波长进行无机氮浓度遥感反演，采用以下无机氮浓度遥感反演模型计算无机氮浓度：

17、

18、式中，表示无机氮浓度。

19、在一种可能的设计中，在得到所述无机氮浓度之后，所述方法还包括：根据所述无机氮浓度绘制目标海域无机氮浓度的遥感专题图。

20、在一种可能的设计中，根据所述无机氮浓度绘制目标海域无机氮浓度的遥感专题图时，无效值区域以白色表示；无机氮浓度以颜色框表示，用于代表无机氮浓度的高低；所述遥感专题图中还标注有指北针、比例尺、坐标系、数据源和成像日期信息。

21、第二方面，本申请提供一种目标海域无机氮浓度遥感反演装置，所述装置包括：

22、数据获取模块，被配置为获取目标海域的遥感影像数据，所述遥感影像数据包括多个可见光波段的遥感反射率数据；

23、第一波长计算模块，被配置为根据所述多个可见光波段的遥感反射率计算多光谱表观可视波长；

24、第二波长计算模块，被配置为根据所述多光谱表观可视波长进行偏差校正，计算得到高光谱表观可视波长；

25、无机氮浓度反演模块，被配置为根据所述高光谱表观可视波长进行无机氮浓度遥感反演，得到无机氮浓度。

26、第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器；所述存储器存储计算机执行指令；所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法。

27、第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当处理器执行所述计算机执行指令时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法。

28、第五方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上第一方面以及第一方面各种可能的设计所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法。

29、本申请提供的目标海域无机氮浓度遥感反演方法、装置、设备和介质，其至少具有如下有益效果：

30、本申请首次提出基于表观可视波长的目标海域无机氮浓度遥感反演方法，通过构建多光谱表观可视波长与高光谱表观可视波长之间的偏差校正方程，可有效消除多光谱遥感数据因波段离散化设置所导致的系统计算偏差，使得基于多光谱卫星数据即可获得接近高光谱精度的表观可视波长计算结果，在无需依赖高光谱卫星数据的前提下即可显著提升表观可视波长的计算精度；同时，本申请基于表观可视波长与无机氮浓度之间的高敏感性特征，结合现场实测同步数据构建无机氮浓度遥感定量反演模型，可实现从遥感反射率到多光谱表观可视波长、再到高光谱表观可视波长、最后到无机氮浓度的完整数据处理链条，较之传统的色度角、主波长、水色指数及波段比值等指示因子，表观可视波长对无机氮浓度具有更高的敏感性，可有效提升反演精度，且能够较好地呈现目标海域无机氮浓度由近岸至离岸逐渐降低的空间分布梯度特征；本申请仅需常规多光谱遥感影像数据即可实现目标海域无机氮浓度的大范围、快速、常态化监测，无需现场逐点采样化验，可大幅降低监测成本，提高监测效率，为目标海域水质评估和海洋生态环境的常态化巡查监管提供可靠的技术手段。

1.一种目标海域无机氮浓度遥感反演方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法，其特征在于，根据所述多个可见光波段的遥感反射率，通过如下公式计算多光谱表观可视波长：

3.根据权利要求1所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法，其特征在于，当所述遥感影像数据为sentinel-3a olci数据时，根据所述多光谱表观可视波长进行偏差校正，采用以下偏差校正方程计算高光谱表观可视波长：

4.根据权利要求1所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法，其特征在于，当所述遥感影像数据为sentinel-3b olci数据时，根据所述多光谱表观可视波长进行偏差校正，采用以下偏差校正方程计算高光谱表观可视波长：

5.根据权利要求1所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法，其特征在于，根据所述高光谱表观可视波长进行无机氮浓度遥感反演，采用以下无机氮浓度遥感反演模型计算无机氮浓度：

6.根据权利要求1所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法，其特征在于，在得到所述无机氮浓度之后，所述方法还包括：根据所述无机氮浓度绘制目标海域无机氮浓度的遥感专题图。

7.根据权利要求6所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法，其特征在于，根据所述无机氮浓度绘制目标海域无机氮浓度的遥感专题图时，无效值区域以白色表示；无机氮浓度以颜色框表示，用于代表无机氮浓度的高低；所述遥感专题图中还标注有指北针、比例尺、坐标系、数据源和成像日期信息。

8.一种目标海域无机氮浓度遥感反演装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，所述计算机执行指令被处理器执行时用于实现如权利要求1-7中任一项所述的目标海域无机氮浓度遥感反演方法。