CN112232234A - 基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法和装置，属于水体污染监测领域。本发明通过遥感影像获取蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积，并综合蓝藻水华面积占比、蓝藻水华暴发对于城镇的影响情况以及蓝藻水华暴发对于饮用水水源地取水口的影响情况对蓝藻水华强度进行评价，凸显了蓝藻水华暴发程度以及蓝藻水华暴发时对湖库周边人类活动区域与供水水源地取水口的影响的问题，为湖库水环境管理提供了科学的依据。

Description

基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法和装置

技术领域

本发明涉及水体污染监测领域，特别是指一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法和装置。

背景技术

随着我国社会主义进程的发展与现代化、工业化进程的推进，目前我国的内陆湖库的污染问题越来越严重，富营养化问题日益凸显。蓝藻水华作为严重富营养化最明显的一个表征，在我国内陆湖库中普遍存在，蓝藻水华致使湖库水体变臭，影响湖库生态景观。此外，蓝藻水华产生的藻毒素通过食物链进入到生物和人体当中，还会威胁人类健康。

传统的地面蓝藻水华监测主要是实地进行水样的采集，带回实验室通过显微镜对水样中藻类的个数和形态进行观测和识别。受限于采样方式，该种方法对于小型湖库较为适用，对于大面积湖库较难普及使用。同时由于检测人员水平参差不齐，导致镜检法时所统计藻密度数量存在一定误差。遥感则具有大范围、快速、连续、可视、客观等特点，利用遥感技术对于大型内陆湖库蓝藻水华进行识别，可以较好的反映蓝藻水华的空间分布范围以及时空动态变化等。

现有技术中利用遥感对蓝藻水华的研究都是从遥感或地面的角度尝试分析评价湖库内蓝藻水华强度评价，但是都未评价蓝藻水华对于湖库周边人类活动区域的影响，也未凸显蓝藻水华暴发时对于供水水源地取水口的威胁。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法和装置，本发明凸显了蓝藻水华暴发程度以及蓝藻水华暴发时对湖库周边人类活动区域与供水水源地取水口的影响的问题，为湖库水环境管理提供了科学的依据。

本发明提供技术方案如下：

一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法，包括：

S1：获取覆盖湖库区域的遥感影像；

S2：对所述遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，所述预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正；

S3：从所述遥感反射率影像上获取湖库区域的遥感反射率影像；

S4：采用归一化植被指数法，提取湖库区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图，所述归一化植被指数通过如下公式得到：

其中NDVI为归一化植被指数，ρ_Red、ρ_NIR分别是红波段、近红外波段的遥感反射率；

S5：将归一化植被指数分布图的每个像元值与设定的阈值进行比较，若比较通过，则标记该像元为蓝藻水华像元；

S6：根据标记的所有蓝藻水华像元以及遥感影像的空间分辨率计算得到蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积；

S7：根据蓝藻水华面积以及湖库区域的面积计算蓝藻水华面积占比，并根据所述蓝藻水华面积占比设置蓝藻水华面积指数；

S8：获取城镇土地利用类型分布图，并根据蓝藻水华的分布范围与周边城镇的距离、人类目视距离、蓝藻水华气味散逸漂浮距离和/或周边城镇的人类活动范围设置蓝藻水华对城镇影响指数；

S9：获取湖库区域内饮用水源地取水口分布位置，并根据蓝藻水华的分布范围与饮用水源地取水口的距离设置蓝藻水华对水源地影响指数；

S10：将所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数按照设定的加权系数进行加权求和，得到蓝藻水华强度指数，根据所述蓝藻水华强度指数对蓝藻水华强度进行评价。

进一步的，根据如下对应关系设置蓝藻水华面积指数p：

其中，P为蓝藻水华面积占比，p为蓝藻水华面积指数。

进一步的，根据如下对应关系设置蓝藻水华对城镇影响指数l₁：

其中，L1为蓝藻水华的分布范围在下风向时对周边城镇的影响距离，ln(L1)＝b*L+ln a，L为蓝藻水华分布范围与城镇的最近距离(km)，a,b为根据风速设定的常数，l₁为蓝藻水华对城镇影响指数。

进一步的，根据如下对应关系设置蓝藻水华对水源地影响指数l₂：

其中，t为蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间，t＝Min(L2_i/(V*cosθ_i))，L2_i为蓝藻水华与各个取水口i的直线距离，V为蓝藻水华的扩散速度，θ_i为蓝藻水华扩散方向与直线L2_i的夹角，l₂为蓝藻水华对水源地影响指数。

进一步的，所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数的加权系数通过层次分析法确定；

所述蓝藻水华强度指数Y通过如下公式计算得到：

Y＝0.44p+0.17l₁+0.39l₂。

一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价装置，包括：

遥感影像获取模块，用于获取覆盖湖库区域的遥感影像；

预处理模块，用于对所述遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，所述预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正；

湖库区域影像获取模块，用于从所述遥感反射率影像上获取湖库区域的遥感反射率影像；

归一化植被指数计算模块，用于采用归一化植被指数法，提取湖库区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图，所述归一化植被指数通过如下公式得到：

其中NDVI为归一化植被指数，ρ_Red、ρ_NIR分别是红波段、近红外波段的遥感反射率；

比较模块，用于将归一化植被指数分布图的每个像元值与设定的阈值进行比较，若比较通过，则标记该像元为蓝藻水华像元；

蓝藻水华确定模块，用于根据标记的所有蓝藻水华像元以及遥感影像的空间分辨率计算得到蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积；

蓝藻水华面积指数获取模块，用于根据蓝藻水华面积以及湖库区域的面积计算蓝藻水华面积占比，并根据所述蓝藻水华面积占比设置蓝藻水华面积指数；

蓝藻水华对城镇影响指数获取模块，用于获取城镇土地利用类型分布图，并根据蓝藻水华的分布范围与周边城镇的距离、人类目视距离、蓝藻水华气味散逸漂浮距离和/或周边城镇的人类活动范围设置蓝藻水华对城镇影响指数；

蓝藻水华对水源地影响指数获取模块，用于获取湖库区域内饮用水源地取水口分布位置，并根据蓝藻水华的分布范围与饮用水源地取水口的距离设置蓝藻水华对水源地影响指数；

蓝藻水华强度指数计算模块，用于将所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数按照设定的加权系数进行加权求和，得到蓝藻水华强度指数，根据所述蓝藻水华强度指数对蓝藻水华强度进行评价。

进一步的，根据如下对应关系设置蓝藻水华面积指数p：

其中，P为蓝藻水华面积占比，p为蓝藻水华面积指数。

进一步的，根据如下对应关系设置蓝藻水华对城镇影响指数l₁：

其中，L1为蓝藻水华的分布范围在下风向时对周边城镇的影响距离，ln(L1)＝b*L+ln a，L为蓝藻水华分布范围与城镇的最近距离(km)，a,b为根据风速设定的常数，l₁为蓝藻水华对城镇影响指数。

进一步的，根据如下对应关系设置蓝藻水华对水源地影响指数l₂：

其中，t为蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间，t＝Min(L2_i/(V*cosθ_i))，L2_i为蓝藻水华与各个取水口i的直线距离，V为蓝藻水华的扩散速度，θ_i为蓝藻水华扩散方向与直线L2_i的夹角，l₂为蓝藻水华对水源地影响指数。

进一步的，所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数的加权系数通过层次分析法确定；

所述蓝藻水华强度指数Y通过如下公式计算得到：

Y＝0.44p+0.17l₁+0.39l₂。

本发明具有以下有益效果：

本发明通过遥感影像获取蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积，并综合蓝藻水华面积占比、蓝藻水华暴发对于城镇的影响情况以及蓝藻水华暴发对于饮用水水源地取水口的影响情况对蓝藻水华强度进行评价，凸显了蓝藻水华暴发程度以及蓝藻水华暴发时对湖库周边人类活动区域与供水水源地取水口的影响的问题，为湖库水环境管理提供了科学的依据。

附图说明

图1为本发明的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法流程图；

图2为本发明的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价装置示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1：

本发明实施例提供一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法，如图1所示，该方法包括：

S1：获取覆盖湖库区域的遥感影像。

本步骤中，选取具有红光(630nm～690nm)和近红外(760nm～900nm)波段的卫星遥感影像数据。遥感影像的空间分辨率应取决于湖库区域的大小，湖库区域面积越小，空间分辨率要求越高。遥感影像数据至少覆盖湖库区域90％以上面积；在湖库区域内，云覆盖率小于50％。

S2：对遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正。

几何校正：遥感成像的时候，由于飞行器的姿态、高度、速度以及地球自转等因素的影响，造成图像相对于地面目标发生几何畸变，这种畸变表现为像元相对于地面目标的实际位置发生挤压、扭曲、拉伸和偏移等，针对几何畸变进行的误差校正就叫几何校正。

进行几何校正时，基于参考影像或空间几何信息，开展影像几何精度校正和空间投影转换，精度控制在1个像元内。

空间裁剪：依据监测湖库区域的左上角和右下角经纬度，对所选取的遥感影像进行空间裁剪，范围要略大于湖库水体区域。

辐射定标：辐射定标根据遥感器的定标公式及各波段定标系数进行，辐射定标的公式为：

L＝Gain*DN+Offset

其中，L为表观辐亮度，单位为W·m^-2·sr^-1·μm^-1；

DN为遥感影像的数字灰度值；

Gain为绝对定标系数的增益量，单位为W·m^-2·sr^-1·μm^-1；

Offset为绝对定标系数的偏移量，单位为W·m^-2·sr^-1·μm^-1，空缺值为0。

表观反射率计算：根据辐射定标获得的各波段表观辐亮度，按照如下公式计算各波段的表观反射率：

其中，ρ_TOA为大气层顶表观反射率(无量纲)；

D为实际日地距离与平均日地距离的比值；

F₀为平均日地距离处的大气层顶太阳谱照度，单位为W·m^-2·μm^-1；

θs为太阳天顶角。

大气校正：可见光波段和近红外波段的卫星遥感大气校正主要针对大气分子散射、气溶胶散射及水汽吸收的影响。可采用基于辐射传输模型的方法(如6S模型、Flaash大气校正模型等)进行大气校正，得到各波段地表反射率，也称为大气层底反射率ρ_BOA。

S3：从遥感反射率影像上获取湖库区域的遥感反射率影像。

本步骤中，可以根据已知的湖库区域的边界在遥感反射率影像上进行剪裁，得到湖库区域的遥感反射率影像。

还可以通过如下方法从遥感反射率影像上获取湖库区域的遥感反射率影像：

步骤31：对遥感反射率影像进行水陆分离，得到初步确定的湖库区域的遥感反射率影像。

本步骤中，利用特定波段的信息，对影像进行边缘检测，检测出岛礁和大陆的轮廓，进行裁剪，完成水陆分离。

步骤32：对初步确定的湖库区域的遥感反射率影像的边缘进行掩膜运算，得到湖库区域的遥感反射率影像。

水陆分离后可能存在边缘不精确的问题，边缘掩膜能够对初步确定的湖库区域的边缘进行修正，减少因水陆边界分离不精确而导致的检测错误的问题。

S4：采用归一化植被指数法，提取湖库区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图，归一化植被指数通过如下公式得到：

其中NDVI为归一化植被指数，ρ_Red、ρ_NIR分别是红波段、近红外波段的遥感反射率。

卫星遥感影像数据监测蓝藻水华主要是基于正常水体光谱与发生蓝藻水华水体光谱的差异。蓝藻水华暴发时，藻类聚集在水体表面，因其对红光波段的强吸收导致产生的红光波段反射率较低，在近红外波段具有类似于植被光谱曲线特征的“反射峰平台效应”，近红外波段反射率较高。而正常水体对近红外波段有强烈的吸收作用，导致反射率较低。因此，通过计算植被指数，利用蓝藻水华在水体中归一化植被指数(NDVI)值高于正常水体的特性，可以区分蓝藻水华和正常水体，进行蓝藻水华的提取。

S5：将归一化植被指数分布图的每个像元值与设定的阈值进行比较，若比较通过，则标记该像元为蓝藻水华像元。

蓝藻水华的NDVI值要高于正常水体，NDVI值高于阈值的为蓝藻水华，否则为正常水体，示例性的，该阈值可以设为0，NDVI值高于0的像元为蓝藻水华，蓝藻水华像元赋值为1进行标记，其他地物(包括正常水体、云、陆地等)像元赋值为0，获得蓝藻水华二值图。

S6：根据标记的所有蓝藻水华像元以及遥感影像的空间分辨率计算得到蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积。

所有蓝藻水华像元组成的图像块即为蓝藻水华的分布范围。基于前述的蓝藻水华二值图统计蓝藻水华像元总数，乘以每个像元对应的实际面积，即可计算得出蓝藻水华面积A₁，每个像元对应的实际面积通过遥感影像的空间分辨率确定。例如空间分辨率为8m，蓝藻水华像元的个数为100，则每个像元对应的实际面积为8*8＝64m，蓝藻水华面积A₁为8m*8m*100＝6400m²。

S7：根据蓝藻水华面积以及湖库区域的面积计算蓝藻水华面积占比P，并根据蓝藻水华面积占比设置蓝藻水华面积指数，其中，蓝藻水华面积占比P越大，蓝藻水华面积指数T1也越大。

S8：获取城镇土地利用类型分布图，并根据蓝藻水华的分布范围与周边城镇的距离、人类目视距离、蓝藻水华气味散逸漂浮距离和/或周边城镇的人类活动范围设置蓝藻水华对城镇影响指数。

根据生态环境部“全国生态环境十年变化调查”的划分标准，利用解译手段将土地覆盖、生态系统分为9大类，分别为“森林、灌丛、草地、湿地、农田、城镇、荒漠、冰川/永久积雪、裸地”，将其中的城镇土地利用类型提取出来，即可得到城镇土地利用类型分布图。

前述通过遥感手段获得蓝藻水华暴发时蓝藻水华在湖库的分布范围，根据人类目视距离、气味散逸漂浮距离、人类自身活动范围，由此对遥感监测到的蓝藻水华范围做一定距离的缓冲区，为该缓冲区内城镇与蓝藻水华的分布范围不同的距离设置不同的蓝藻水华对城镇影响指数，进行蓝藻水华暴发时对于周边城镇的影响情况评估。

S9：获取湖库区域内饮用水源地取水口分布位置，并根据蓝藻水华的分布范围与饮用水源地取水口的距离设置蓝藻水华对水源地影响指数。

饮用水源地取水口分布位置从地方管理部门获得，为保障居民用水安全，地方政府部门会将饮用水水源地取水口设置于远离湖库岸边位置，通过地方获取饮用水水源地取水口位置。由此对遥感监测到的蓝藻水华范围做一定距离的缓冲区，为该缓冲区内取水口与蓝藻水华的分布范围不同的距离设置不同的蓝藻水华对水源地影响指数，进行蓝藻水华暴发时对于饮用水水源地取水口的影响情况评估。

S10：将蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数按照设定的加权系数进行加权求和，得到蓝藻水华强度指数，根据蓝藻水华强度指数对蓝藻水华强度进行评价。

为消除人为影响，将前述的蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数按权重加和，得出来蓝藻水华强度指数。依据最后蓝藻水华强度得分高低进行蓝藻水华强度评估。

随着流域生态环境保护工作的深化和管理部门针对水环境管理需求的不断提高，着眼以人为本、以人民生活切身感受为出发点，迫切的需要从景观、生态、供水三方面提出一套科学、可行的蓝藻水华强度评价体系，以满足人民群众对优美生态环境的需求。

本发明通过遥感影像获取蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积，并综合蓝藻水华面积占比、蓝藻水华暴发对于城镇的影响情况以及蓝藻水华暴发对于饮用水水源地取水口的影响情况对蓝藻水华强度进行评价，凸显了蓝藻水华暴发程度以及蓝藻水华暴发时对湖库周边人类活动区域与供水水源地取水口的影响的问题，为湖库水环境管理提供了科学的依据。

本发明中，对蓝藻水华面积占比进行强度分级，由低到高分成1-5级，对应的蓝藻水华面积指数如下：

其中，P为蓝藻水华面积占比，p为蓝藻水华面积指数。

本发明根据如下对应关系设置蓝藻水华对城镇影响指数l₁：

其中，L1为蓝藻水华的分布范围在下风向时对周边城镇的影响距离，ln(L1)＝b*L+ln a，L为蓝藻水华分布范围与城镇的最近距离(km)，a,b为根据风速设定的常数，l₁为蓝藻水华对城镇影响指数。

本发明通过蓝藻水华的分布范围在下风向时对周边城镇的影响距离L1确定蓝藻水华对城镇影响指数l₁，L1主要考虑蓝藻水华的味道对周边城镇的影响距离，其根据蓝藻水华分布范围与城镇的最近距离L以及与风速有关的常数a,b确定。

本发明根据如下对应关系设置蓝藻水华对水源地影响指数l₂：

其中，t为蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间，t＝Min(L2_i/(V*cosθ_i))，L2_i为蓝藻水华与各个取水口i的直线距离，V为蓝藻水华的扩散速度，θ_i为蓝藻水华扩散方向与直线L2_i的夹角，l₂为蓝藻水华对水源地影响指数。

蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间t为蓝藻水华扩散到各个取水口的最短时间，通过蓝藻水华与各个取水口直线距离L2_i、蓝藻水华扩散速度V以及蓝藻为水华扩散方向与直线L2_i的夹角θ_i计算蓝藻水华扩散到各个取水口的时间，选取扩散到各个取水口时间的最小值作为蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间t。

考虑一般蓝藻水华扩散较快，将蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间t按照一天24小时进行划分分级，根据如上对应关系为每个级别设置不同的l₂。

在加权求和时，蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数的加权系数通过层次分析法确定。

将蓝藻水华面积指数p、蓝藻水华对城镇影响指数l₁、蓝藻水华对水源地影响指数l₂三个指标进行层次分析法。

针对指标进行两两比较，构造判断矩阵，判断矩阵中得分越高则说明该指标相对于另一个指标越重要。判断矩阵如下表所示：

通过计算得知，蓝藻水华面积指数p、蓝藻水华对城镇影响指数l₁、蓝藻水华对水源地影响指数l₂三个指标的权重分别为：0.44、0.17、0.39。蓝藻水华面积指数p权重最大，表明蓝藻水华面积指数是判断蓝藻水华强度最重要的一个指标，蓝藻水华对水源地影响指数l₂次之，蓝藻水华对城镇影响指数l₁相对来说最弱。

根据一致性RI表格查表得知，3阶判断矩阵RI值为：0.52。此次水华强度3阶判断矩阵的CI值为0.0091，计算得到CR值为0.018，远小于0.1，说明权重的计算具有可靠性，该研究判断矩阵满足一致性检验，计算权重具有科学性。

根据上述得到的权重，所述蓝藻水华强度指数Y通过如下公式计算得到：

Y＝0.44p+0.17l₁+0.39l₂。

实施例2：

本发明实施例提供一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价装置，如图2所示，其包括：

遥感影像获取模块1，用于获取覆盖湖库区域的遥感影像。

预处理模块2，用于对所述遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，所述预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正。

湖库区域影像获取模块3，用于从所述遥感反射率影像上获取湖库区域的遥感反射率影像。

归一化植被指数计算模块4，用于采用归一化植被指数法，提取湖库区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图，所述归一化植被指数通过如下公式得到：

其中NDVI为归一化植被指数，ρ_Red、ρ_NIR分别是红波段、近红外波段的遥感反射率。

比较模块5，用于将归一化植被指数分布图的每个像元值与设定的阈值进行比较，若比较通过，则标记该像元为蓝藻水华像元。

蓝藻水华确定模块6，用于根据标记的所有蓝藻水华像元以及遥感影像的空间分辨率计算得到蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积。

蓝藻水华面积指数获取模块7，用于根据蓝藻水华面积以及湖库区域的面积计算蓝藻水华面积占比，并根据所述蓝藻水华面积占比设置蓝藻水华面积指数。

蓝藻水华对城镇影响指数获取模块8，用于获取城镇土地利用类型分布图，并根据蓝藻水华的分布范围与周边城镇的距离、人类目视距离、蓝藻水华气味散逸漂浮距离和/或周边城镇的人类活动范围设置蓝藻水华对城镇影响指数。

蓝藻水华对水源地影响指数获取模块9，用于获取湖库区域内饮用水源地取水口分布位置，并根据蓝藻水华的分布范围与饮用水源地取水口的距离设置蓝藻水华对水源地影响指数。

蓝藻水华强度指数计算模块10，用于将所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数按照设定的加权系数进行加权求和，得到蓝藻水华强度指数，根据所述蓝藻水华强度指数对蓝藻水华强度进行评价。

具体的，根据如下对应关系设置蓝藻水华面积指数p：

其中，P为蓝藻水华面积占比，p为蓝藻水华面积指数。

根据如下对应关系设置蓝藻水华对城镇影响指数l₁：

其中，L1为蓝藻水华的分布范围在下风向时对周边城镇的影响距离，ln(L1)＝b*L+ln a，L为蓝藻水华分布范围与城镇的最近距离(km)，a,b为根据风速设定的常数，l₁为蓝藻水华对城镇影响指数。

根据如下对应关系设置蓝藻水华对水源地影响指数l₂：

其中，t为蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间，t＝Min(L2_i/(V*cosθ_i))，L2_i为蓝藻水华与各个取水口i的直线距离，V为蓝藻水华的扩散速度，θ_i为蓝藻水华扩散方向与直线L2_i的夹角，l₂为蓝藻水华对水源地影响指数。

在加权求和时，蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数的加权系数通过层次分析法确定；

所述蓝藻水华强度指数Y通过如下公式计算得到：

Y＝0.44p+0.17l₁+0.39l₂。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例1中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法，其特征在于，包括：

S1：获取覆盖湖库区域的遥感影像；

S2：对所述遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，所述预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正；

S3：从所述遥感反射率影像上获取湖库区域的遥感反射率影像；

S4：采用归一化植被指数法，提取湖库区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图，所述归一化植被指数通过如下公式得到：

其中NDVI为归一化植被指数，ρ_Red、ρ_NIR分别是红波段、近红外波段的遥感反射率；

S5：将归一化植被指数分布图的每个像元值与设定的阈值进行比较，若比较通过，则标记该像元为蓝藻水华像元；

S6：根据标记的所有蓝藻水华像元以及遥感影像的空间分辨率计算得到蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积；

S7：根据蓝藻水华面积以及湖库区域的面积计算蓝藻水华面积占比，并根据所述蓝藻水华面积占比设置蓝藻水华面积指数；

S8：获取城镇土地利用类型分布图，并根据蓝藻水华的分布范围与周边城镇的距离、人类目视距离、蓝藻水华气味散逸漂浮距离和/或周边城镇的人类活动范围设置蓝藻水华对城镇影响指数；

S9：获取湖库区域内饮用水源地取水口分布位置，并根据蓝藻水华的分布范围与饮用水源地取水口的距离设置蓝藻水华对水源地影响指数；

S10：将所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数按照设定的加权系数进行加权求和，得到蓝藻水华强度指数，根据所述蓝藻水华强度指数对蓝藻水华强度进行评价。

2.根据权利要求1所述的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法，其特征在于，根据如下对应关系设置蓝藻水华面积指数p：

其中，P为蓝藻水华面积占比，p为蓝藻水华面积指数。

3.根据权利要求2所述的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法，其特征在于，根据如下对应关系设置蓝藻水华对城镇影响指数l₁：

其中，L1为蓝藻水华的分布范围在下风向时对周边城镇的影响距离，ln(L1)＝b*L+lna，L为蓝藻水华分布范围与城镇的最近距离(km)，a,b为根据风速设定的常数，l₁为蓝藻水华对城镇影响指数。

4.根据权利要求3所述的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法，其特征在于，根据如下对应关系设置蓝藻水华对水源地影响指数l₂：

其中，t为蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间，t＝Min(L2_i/(V*cosθ_i))，L2_i为蓝藻水华与各个取水口i的直线距离，V为蓝藻水华的扩散速度，θ_i为蓝藻水华扩散方向与直线L2_i的夹角，l₂为蓝藻水华对水源地影响指数。

5.根据权利要求4所述的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价方法，其特征在于，所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数的加权系数通过层次分析法确定；

所述蓝藻水华强度指数Y通过如下公式计算得到：

Y＝0.44p+0.17l₁+0.39l₂。

6.一种基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价装置，其特征在于，包括：

遥感影像获取模块，用于获取覆盖湖库区域的遥感影像；

预处理模块，用于对所述遥感影像进行预处理，得到遥感反射率影像，所述预处理包括几何校正、空间裁剪、辐射定标、表观反射率计算和大气校正；

湖库区域影像获取模块，用于从所述遥感反射率影像上获取湖库区域的遥感反射率影像；

归一化植被指数计算模块，用于采用归一化植被指数法，提取湖库区域的遥感反射率影像的归一化植被指数NDVI，得到归一化植被指数分布图，所述归一化植被指数通过如下公式得到：

其中NDVI为归一化植被指数，ρ_Red、ρ_NIR分别是红波段、近红外波段的遥感反射率；

比较模块，用于将归一化植被指数分布图的每个像元值与设定的阈值进行比较，若比较通过，则标记该像元为蓝藻水华像元；

蓝藻水华确定模块，用于根据标记的所有蓝藻水华像元以及遥感影像的空间分辨率计算得到蓝藻水华的分布范围和蓝藻水华面积；

蓝藻水华面积指数获取模块，用于根据蓝藻水华面积以及湖库区域的面积计算蓝藻水华面积占比，并根据所述蓝藻水华面积占比设置蓝藻水华面积指数；

蓝藻水华对城镇影响指数获取模块，用于获取城镇土地利用类型分布图，并根据蓝藻水华的分布范围与周边城镇的距离、人类目视距离、蓝藻水华气味散逸漂浮距离和/或周边城镇的人类活动范围设置蓝藻水华对城镇影响指数；

蓝藻水华对水源地影响指数获取模块，用于获取湖库区域内饮用水源地取水口分布位置，并根据蓝藻水华的分布范围与饮用水源地取水口的距离设置蓝藻水华对水源地影响指数；

蓝藻水华强度指数计算模块，用于将所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数按照设定的加权系数进行加权求和，得到蓝藻水华强度指数，根据所述蓝藻水华强度指数对蓝藻水华强度进行评价。

7.根据权利要求6所述的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价装置，其特征在于，根据如下对应关系设置蓝藻水华面积指数p：

其中，P为蓝藻水华面积占比，p为蓝藻水华面积指数。

8.根据权利要求7所述的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价装置，其特征在于，根据如下对应关系设置蓝藻水华对城镇影响指数l₁：

其中，L1为蓝藻水华的分布范围在下风向时对周边城镇的影响距离，ln(L1)＝b*L+lna，L为蓝藻水华分布范围与城镇的最近距离(km)，a,b为根据风速设定的常数，l₁为蓝藻水华对城镇影响指数。

9.根据权利要求8所述的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价装置，其特征在于，根据如下对应关系设置蓝藻水华对水源地影响指数l₂：

其中，t为蓝藻水华扩散到饮用水源地取水口的时间，t＝Min(L2_i/(V*cosθ_i))，L2_i为蓝藻水华与各个取水口i的直线距离，V为蓝藻水华的扩散速度，θ_i为蓝藻水华扩散方向与直线L2_i的夹角，l₂为蓝藻水华对水源地影响指数。

10.根据权利要求9所述的基于遥感的内陆湖库蓝藻水华强度评价装置，其特征在于，所述蓝藻水华面积指数、蓝藻水华对城镇影响指数和蓝藻水华对水源地影响指数的加权系数通过层次分析法确定；

所述蓝藻水华强度指数Y通过如下公式计算得到：

Y＝0.44p+0.17l₁+0.39l₂。

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