[发明专利]一种基于支持向量机的水域含沙量反演方法

说明书

本发明公开了一种基于支持向量机的水域含沙量反演方法，属于地理信息技术与水环境监测领域，具体的操作步骤为首先利用实测数据和多光谱遥感数据构成的数据集，筛选出不同层级含沙量的敏感波段；然后以点尺度为训练和测试尺度，利用训练数据选择最佳参数，利用测试数据集，输出不同深度含沙量反演的最优模型；再将点尺度高于阈值的不同深度含沙量反演预测模型升尺度到整个水域面尺度上，计算整个水域面不同深度含沙量的空间分布。本发明不受实地监测的环境限制，解决了人工点尺度测量的局限性，可以大面积同步远程实现水域上层含沙量的反演。

技术领域

本发明属于地理信息技术与水环境监测领域，具体是一种基于支持向量机的水域含沙量反演方法。

背景技术

水体中悬浮泥沙的含量大小直接影响水体的透明度、浑浊度和水色等光学性质，也影响水体的生态条件和航道冲淤变化过程。因此，对长江口水域的悬浮含沙量有定性和定量的认识，对于长江航道的安全运行以及海岸带工程的建设都具有重要的意义。常规的调查方法是用船逐点采样、分析。但这种常规的调查方法要得出河口区域大范围的含沙量分布，就需要进行大面积的泥沙取样，调查速度慢、周期长，观测成本较大。而且这种一种点尺度的采集方式，因此只能获得在时间、空间分布上都很离散的少量点的数据。卫星遥感技术以信息覆盖面积广、多时相、多波段为优势，能够反映出水域大面积的水体情况，其瞬间的同步性号，重复获取数据的周期相对较短，能够有效地监测含沙量的分布和动态变化。另外，卫星遥感数据还可以客观真实的反映水体的信息，从而反演出悬浮泥沙的空间和时间变化规律。近年来，国内外高分辨率遥感卫星数量的增加，为反演水域悬浮泥沙浓度提供了更多数据支持。国内外众多学者利用遥感影像对不同水域的含沙量信息进行了研究，但是由于实际水体含沙量信息采集难度较大，与卫星过境拍摄时间一致性难度大，导致实测数据样本数量少，因此，很多学者通常采用线性模型、指数模型、或者不同区域的经验公式模拟水体含沙量。然而，线性模型、指数模型以及简单的非线性模型并不能准确反映水体悬浮泥沙浓度的真实空间分布关系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于支持向量机的水域含沙量反演方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于支持向量机的水域含沙量反演方法，具体操作步骤如下：

步骤1，将点尺度获得的实测含沙量数据和对应时间的高分遥感多光谱数据进行空间位置匹配，提取对应点的多谱段信息，形成不同层级含沙量和谱段信息组成的训练和测试数据集。

步骤2，基于训练数据集，采用两次格点搜索和十折交叉检验方法确定训练模型的最佳参数，并基于测试数据集输出最优的反演模型。

步骤3，以实测点所在的单个网格为计算单元，利用最优模型计算不同层级的含沙量，并进行精度验证，通过验证后，由网格单元升尺度到整个水域面上，形成水域含沙量的空间分布计算结果。

作为本发明的进一步方案：所述步骤S1包括以下具体步骤：

1)将水域实测点的经纬度输入到地理信息软件中，使得点尺度获得的实测含沙量数据和对应时间的高分遥感多光谱数据进行空间位置匹配；

2)选取实测点对应影像网格的各个波段数据，与实测的不同层的含沙量形成测试数据集；

3)采用支持向量机模型训练模型，依次去除每个波段，检查波段去除后的模型训练精度，将精度下降超过一定阈值的波段挑选出来，作为敏感波段。

作为本发明的进一步方案：所述步骤S2包括以下具体步骤：

1)依托支持向量机模型，设置两个不同区间的参数筛选区段，并采用十折交叉检查的方法获取每个参数的最佳值；

2)利用测试数据集，结合最佳参数，输出能够反演不同深度的含沙量的最优模型作为反演模型。