摘要:
高光譜技術(shù)由于滿足連續(xù)性與光譜可分性的要求,具有能夠區(qū)別同一種地物不同類別的能力,且光譜數(shù)據(jù)獲取速度快,操作簡易,在監(jiān)測水體分布狀況、水體指標(biāo)上具有突出成就.生化需氧量BOD是評價水污染的重要指標(biāo),現(xiàn)行常規(guī)的測量方法為五日培養(yǎng)法,這種方法消耗試劑、操作復(fù)雜、受干擾因素多、測定時間長、不能及時反映水質(zhì)變化、無法及時有效地預(yù)警突發(fā)水污染事件,鑒于傳統(tǒng)方法的缺點,探索基于高光譜技術(shù)的水體BOD含量的估算和反演對水質(zhì)評定具有重要意義.以西安地區(qū)三處地表水為研究區(qū),共計60處試驗點,每處試驗點重復(fù)測定10次光譜與BOD值,取平均值作為原始光譜,利用Person相關(guān)系數(shù)法篩選光譜與BOD值的敏感波段,并使用主成分分析與最小二乘法消除光譜指標(biāo)的多重共線性,建立水質(zhì)BOD指標(biāo)的多元線性回歸模型與偏最小二乘回歸模型.研究結(jié)果如下:(1)BOD敏感波段大體分布于600~900 nm,共篩選出了35個顯著相關(guān)的原始光譜指標(biāo),其中758 nm相關(guān)系數(shù)絕對值最高(0.418);(2)經(jīng)由主成分分析降維得出的Z1和Z2與BOD指標(biāo)的多元線性回歸模型精度較好(R2=0.565,RMSE=0.007),且主成分分析中可以明顯區(qū)分0~0.2與0.4~0.6 mol·L-1 BOD濃度;(3)光譜指標(biāo)與BOD指標(biāo)構(gòu)建偏最小二乘回歸模型的精度R2高達0.896,RMSEP=0.7469(留一交叉法均方根誤差);jack.test檢驗發(fā)現(xiàn)628 nm對反演水體BOD含量的影響極其顯著,889與893 nm波段對其影響較為顯著;(4)根據(jù)模型擬合精度,篩選的最優(yōu)的BOD反演模型為偏最小二乘回歸模型,對偏最小二乘模型進行精度檢驗,精度較好(R2=0.81).基于以上試驗結(jié)果,提出了一種基于偏最小二乘法高光譜水質(zhì)BOD參數(shù)的反演方法,為水質(zhì)BOD參數(shù)動態(tài)檢測提供了新方法.