水体营养状态监测方法、装置、计算机设备及存储介质与流程

本发明涉及水质监测，具体涉及一种水体营养状态监测方法、装置、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、水体营养化是湖泊中有机物生产能力增加的自然过程，在非人为干预情况下，自然水体的营养化和群落演替非常缓慢，往往是以地质年代为单位进行计算的；但是由于人类活动直接或间接地往水体中排放大量的磷盐和氮盐，水生态系统的生产力急剧增加，这便是人为的富营养化，这种影响在演化时间和强度上都超过自然状态下的变化。因此，对于水体营养状态进行评价对于社会经济发展、城市景观、生态环境建设具有重要意义和价值。

2、目前针对水体营养状态(trophic status index，tsi)的监测技术主要包含基于遥感反演的水质参数监测方法、基于水生植物的监测方法、基于水体光谱的监测方法。基于遥感反演的水质参数的营养状态监测方法，其核心点在于准确的反演水质参数，进而计算tsi，但通常单一水质参数会带来较大偏差，通常需要反演多种水质参数进行营养状态评价。然而，目前水质参数反演的精度整体不高，进一步计算tsi存在显著的误差传播，会影响最终的评价结果。此外，囿于光学遥感能够有效监测的水质参数有限，总氮、总磷等非光学活性参数需要通过与光学活性参数(如悬浮颗粒物和叶绿素a)建立起稳健的关系；而这一关系在不同水体中差异较大，导致总氮、总磷的反演精度较差，模型不够稳健。基于水生植物的监测方法。内陆水体富营养化的特征之一是沉水植物的消亡和浮游植物群落的变化，可以基于此评价营养状态(例如，利用水体在近红外和短波红外波段强吸收的特点，可以采用短波红外区分藻华和挺水植物等)。虽然挺水植物和沉水植物的群落演替是反映水体富营养化的指征之一，但是基于此进行营养状态监测的遥感方法较少，研究基础缺乏。基于水体光谱的监测方法，依据是水体营养状态变化会使得水体光学参量发生变化，包括水体透明度、水体颜色、水体吸收系数、真光层深度等，因此水体光谱也能反映这一种变化。近年来，陆续有学者发现了一些与水体营养状态紧密相关的光学参量，如水色指数，水体总吸收系数。但目前所提出的基于水体光谱的监测方法较为复杂且泛化能力差，尤其是不能适用于营养状态相差较大的不同区域。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种水体营养状态监测方法、装置、计算机设备及存储介质，以解决现有监测方法不能用于营养状态相差较大的不同区域的技术问题。

2、第一方面，本发明提供了一种水体营养状态监测方法，包括：根据大气层顶影像获取水体遥感反射比影像；根据所述水体遥感反射比影像计算水体的水体总吸收系数、水色指数和色度角；根据所述水色指数的大小，选择根据所述色度角和所述水体总吸收系数计算水体营养状态，或根据所述水色指数和所述水体总吸收系数计算水体营养状态，或根据所述水体总吸收系数计算水体营养状态。

3、本发明实施例根据大气层顶影像获取水体遥感反射比影像，并计算水体的水体总吸收系数、水色指数和色度角来评估水体的营养状态，采用水体总吸收系数、水色指数和色度角来综合评估水体的营养状态，可以使评估更加准确，根据水色指数的大小，选择使用不同的光学参量组合来计算水体的营养状态，进而可以对不同浑浊度的水体按照不同的方式计算水体营养状态，降低算法的复杂程度且提高了泛化能力，对于营养状态相差较大的不同水体具有良好的估测准确度。

4、在一种可选的实施方式中，所述根据大气层顶影像获取水体遥感反射比影像，包括：对大气层顶影像依次进行辐射定标、大气校正、临近效应校正、云雾及冰雪掩膜、水体提取、水体边界内向腐蚀、浮水植物和藻类掩膜以及负遥感反射比掩膜得到水体遥感反射比影像。

5、通过对大气层顶影像进行一系列处理步骤，可以消除大气和其他干扰因素对遥感图像的影响，获得精确的水体遥感反射比影像。

6、在一种可选的实施方式中，根据所述水体遥感反射比影像计算水体的水体总吸收系数，包括：根据所述水体遥感反射比影像获取水体遥感反射比；根据所述水体遥感反射比，通过qaa算法得到水体总吸收系数。

7、通过使用qaa算法，可以根据水体遥感反射比影像计算水体的水体总吸收系数。通过计算水体的水体总吸收系数，可以更准确地评估水体中的营养物质含量。

8、在一种可选的实施方式中，根据所述水体遥感反射比影像计算水体的水色指数和色度角，包括：根据所述水体遥感反射比计算得到三原色刺激值；对所述三原色刺激值进行归一化得到色度坐标；将所述色度坐标转换到极坐标中，得到色度角；根据所述色度角，通过水色指数查找表获取水色指数。

9、通过计算水色指数和色度角，可以获得水色变化，为评估水体中的营养状态提供数据支撑。

10、在一种可选的实施方式中，在根据所述水体遥感反射比影像计算水体的水体总吸收系数、水色指数和色度角之后，还包括：对水体总吸收系数、水色指数和色度角进行质量控制和数据清洗。

11、通过质量控制和数据清洗，确保计算结果的准确性和可靠性，并排除可能的干扰因素和数据误差。

12、在一种可选的实施方式中，根据所述水色指数的大小，选择根据所述色度角和所述水体总吸收系数计算水体营养状态，或根据所述水色指数和所述水体总吸收系数计算水体营养状态，或根据所述水体总吸收系数计算水体营养状态，包括：判断所述水色指数是否小于第一阈值，若小于书第一阈值，则根据所述色度角和所述水体总吸收系数计算水体营养状态；判断所述水色指数是否大于或等于所述第一阈值且小于或等于第二阈值，若大于或等于所述第一阈值且小于或等于所述第二阈值，则根据所述水色指数和所述水体总吸收系数计算水体营养状态；判断所述水色指数是否大于所述第二阈值，若大于所述第二阈值，则根据所述水体总吸收系数计算水体营养状态；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。

13、根据所述第一阈值和第二阈值进行分类判断，可以更准确地将水体分为不同的范围区间，对不同范围区间内的水体选择对应的光学参数计算水体营养状态，可以更准确地评估水体的营养状态。

14、在一种可选的实施方式中，根据所述水色指数的大小，选择根据所述色度角和所述水体总吸收系数计算水体营养状态，或根据所述水色指数和所述水体总吸收系数计算水体营养状态，或根据所述水体总吸收系数计算水体营养状态的计算模型为：

15、

16、其中，tsi为水体营养状态，fui为水色指数，at-w(674)为水体总吸收系数。

17、通过水色指数将水体划分在不同范围区间，对不同范围区间内的水体构建各自的计算模型，降低算法的复杂程度且提高了泛化能力，对于营养状态相差较大的不同水体具有良好的估测准确度。

18、第二方面，本发明提供了一种水体营养状态监测装置，包括：水体影像获取模块，用于根据大气层顶影像获取水体遥感反射比影像；光学量计算模块，用于根据所述水体遥感反射比影像计算水体的水体总吸收系数、水色指数和色度角；营养状态计算模块，用于根据所述水色指数的大小，选择根据所述色度角和所述水体总吸收系数计算水体营养状态，或根据所述水色指数和所述水体总吸收系数计算水体营养状态，或根据所述水体总吸收系数计算水体营养状态。

19、第三方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行上述第一方面中任一实施方式的水体营养状态监测方法。

20、第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行上述第一方面中任一实施方式的水体营养状态监测方法。