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新一代国产高光谱ZY1-02E卫星在内陆水体水质参数反演中的应用

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2021 年 12 月 26 日,我国成功发射资源一号 02E(ZY1-02E)卫星,其搭载了新一代高光谱相机(Advanced Hyperspectral Imager,AHSI),拥有 30 m空间分辨率的可见光到短波红外范围内的 166 个波段,在内陆水体水质参数反演方面具有重要潜力.本研究以北京市沙河水库和金海湖为研究区,开展基于 ZY1-02E AHSI影像数据的叶绿素 a浓度和透明度反演研究,以评价其实际应用效果.基于京津冀地区 12 个湖库的遥感反射率和叶绿素 a浓度实测数据,构建叶绿素 a 反演半经验模型.将该模型和基于准解析算法(Quasi-Analytical Algorithm,QAA)的透明度半分析模型应用于 ZY1-02E AHSI 影像,并利用在沙河水库和金海湖两个研究区获取的星地同步实测水质数据对反演结果进行精度评价.结果表明,基于 670 nm 和 705 nm波长的归一化指数的叶绿素a反演半经验模型的精度最高,拟合度和平均相对误差分别为 0.79 和 21.70%;基于 QAA-V6 的透明度半分析模型的精度最高,拟合度和平均相对误差分别为 0.93 和 13.90%.该研究结果初步证明了 ZY1-02E高光谱数据在内陆水体水质参数反演中的潜力.
Application of China's New Generation of ZY1-02E Hyperspectral Satellite in the Inversion of Water Quality Parameters in Inland Waters
The ZY1-02E satellite,launched on December 26 in 2021,carries the new-generation Advanced Hyperspectral Imager(AHSI).It has 166 bands in the visible to shortwave infrared range with a spatial resolution of 30 m,and has con-siderable potential in retrieving water quality parameters in inland waters.This study evaluated the practical application of ZY1-02E AHSI imagery in the retrieval of chlorophyll-a concentration and Secchi-disk depth in the Shahe Reservoir and Jinhai Lake in Beijing,China.Based on the measured data of remote sensing reflectance and chlorophyll-a concentration of 12 lakes and reservoirs in the Beijing-Tianjin-Hebei region,the semi-empirical models for chlorophyll-a retrieval were established.The established chlorophyll-a retrieval model and Secchi-disk depth retrieval model with the Quasi-Analytical Algorithm(QAA)were applied to the ZY1-02E AHSI images,and the accuracy assessment was conducted using the syn-chronized measured in-situ water quality data in Shahe Reservoir and Jinhai Lake.The results showed that the normalized difference index at 670 nm and 705 nm wavelengths based chlorophyll-a concentration retrieval model achieved the highest accuracy,with R2 and mean relative error to be 0.79 and 21.70%,respectively.The QAA-V6 based Secchi-disk depth retrieval model achieved the highest accuracy with R2 and mean relative error to be 0.93 and 13.90%,respectively.These findings preliminarily demonstrated the potential of ZY1-02E hyperspectral data in the retrieval of water quality parameters in inland water.

ZY1-02E satellitehyperspectral imageryinland waterchlorophyll-aSecchi-disk depth

姚华鑫、肖潇、陈品祥、周庆、郭津、刘瑶、张方方、王胜蕾、李俊生

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中国科学院空天信息创新研究院 数字地球重点实验室,北京 100094

中国科学院大学 资源与环境学院,北京 100049

可持续发展大数据国际研究中心,北京 100094

北京市测绘设计研究院,北京 100038

城市空间信息工程北京市重点实验室,北京 100038

自然资源部国土卫星遥感应用中心,北京 100048

中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049

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ZY1-02E卫星 高光谱影像 内陆水体 叶绿素 a 透明度

北京市测绘设计研究院委托项目自然资源卫星遥感技术体系建设与应用示范项目中欧科技合作"龙计划"项目

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2024

华北水利水电大学学报(自然科学版)
华北水利水电大学

华北水利水电大学学报(自然科学版)

CSTPCD北大核心
影响因子:0.558
ISSN:1002-5634
年,卷(期):2024.45(1)
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