蔣志昊，梁文廣，石一凡，王冬梅，唐大偉，宋亞君

（1.江蘇省水利科學(xué)研究院，江蘇南京 210000；2.江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局，江蘇常州 213300）

1 研究背景

目前，利用衛(wèi)星遙感反演水質(zhì)參數(shù)和人工實(shí)測(cè)這2 種常規(guī)監(jiān)測(cè)方法為主要的湖泊水質(zhì)監(jiān)測(cè)手段。常規(guī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)耗時(shí)耗力，投入產(chǎn)出比低，難以覆蓋區(qū)域范圍內(nèi)所有地點(diǎn)水質(zhì)數(shù)據(jù)，不能滿足多樣化的監(jiān)測(cè)需求。當(dāng)前，多光譜遙感技術(shù)具有時(shí)態(tài)多、范圍廣的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于水體參數(shù)的反演研究中，但光譜波段少、光譜分辨率較低［1］，影響水質(zhì)參數(shù)反演精度。高光譜技術(shù)具有光譜波段多和連續(xù)等優(yōu)勢(shì)，海量的光譜信息可反映真實(shí)水表光譜信息，是常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)和遙感水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要補(bǔ)充，為區(qū)域性水環(huán)境監(jiān)測(cè)提供新的技術(shù)手段。曹引等［2］基于南四湖實(shí)測(cè)的高光譜數(shù)據(jù)和同步水質(zhì)采樣分析數(shù)據(jù)構(gòu)建了反演南四湖水體葉綠素a濃度的多種數(shù)學(xué)模型；鞏彩蘭等［3］利用地物光譜測(cè)量及同步配套水質(zhì)采樣分析實(shí)驗(yàn)，對(duì)黃浦江全河段水體進(jìn)行調(diào)查研究，并以TN 和懸浮物為例得出最佳反射率反演組合；包起帆等［4］利用星地同步監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)，建立長(zhǎng)江口含沙量濃度高光譜反演模型；吳廷寬等［5］以貴陽(yáng)市百花湖為例，對(duì)水體進(jìn)行光譜實(shí)測(cè)，探討湖泊水質(zhì)高光譜反射率與水質(zhì)參數(shù)濃度之間的定量關(guān)系，對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)。由上述研究成果可知，不同湖泊之間的下墊面條件有所差別，反演模型普適性較差，對(duì)典型湖泊光譜特性和水質(zhì)參數(shù)之間定量關(guān)系需單獨(dú)分析。

根據(jù)常州水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心2008—2018 年水質(zhì)監(jiān)測(cè)成果，長(zhǎng)蕩湖整體水質(zhì)基本處于劣Ⅴ類(lèi)?？紤]到長(zhǎng)蕩湖在西太湖流域中的重要過(guò)水作用和對(duì)周邊水系的影響，提高長(zhǎng)蕩湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)精度水平，實(shí)現(xiàn)全湖泊、多時(shí)段常態(tài)化管理，對(duì)改善水環(huán)境、實(shí)行長(zhǎng)效化管理意義重大。因此，本研究以常州市長(zhǎng)蕩湖為研究對(duì)象，依照《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行水質(zhì)采樣，獲取采樣點(diǎn)的水質(zhì)參數(shù)，利用高光譜掃描儀提取對(duì)應(yīng)點(diǎn)位水表光譜信息。通過(guò)水質(zhì)參數(shù)與高光譜的相關(guān)性分析，分析比較不同水質(zhì)指標(biāo)的光譜，篩選出對(duì)光譜反射率敏感的水質(zhì)參數(shù)，建立可見(jiàn)光至近紅外波長(zhǎng)范圍內(nèi)多種水質(zhì)參數(shù)-高光譜反演模型，并驗(yàn)證分析模型精度和適用性，確定適用于長(zhǎng)蕩湖的水質(zhì)高光譜監(jiān)測(cè)模型。

2 材料與方法

2.1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)蕩湖（31°33′~31°40′N(xiāo)，119°30′~119°37′E）位于江蘇省常州市境內(nèi)，地處亞熱帶季風(fēng)氣候帶，湖泊南北長(zhǎng)13.6 km，東西寬9.3 km，現(xiàn)有水域面積約84 km2，平均水深1.1~1.2 m。現(xiàn)狀湖盆地形平坦，無(wú)顯著起伏，北半部湖盆水稍深，南半部水淺，多沼澤性蘆葦淺灘，淤積嚴(yán)重。

2.2 水質(zhì)采樣及處理

為保證實(shí)驗(yàn)效果，要求采樣當(dāng)日天氣晴朗，湖泊水體流速不宜過(guò)高，以提供較為穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。研究區(qū)域選定后，在湖泊的進(jìn)出水區(qū)、中心敞水區(qū)、濱岸帶等各類(lèi)型典型區(qū)域設(shè)置一定數(shù)量的采樣點(diǎn)，于2020 年5 月4 日利用YSI 公司水質(zhì)多參數(shù)分析儀和實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)采樣化驗(yàn)分析的方式，獲取水溫、DO、ORP、電導(dǎo)率、透明度、NH3-N、NO3-N、TP、TN、CODcr、CODMn、懸浮物SS、濁度、Chl-a 和pH 等15 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)。本次采樣共設(shè)20 個(gè)點(diǎn)位，取水表0.5 m表層水，點(diǎn)位具體分布情況見(jiàn)表1。

表1 長(zhǎng)蕩湖布設(shè)點(diǎn)分布

通過(guò)傳感器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)水樣測(cè)定，長(zhǎng)蕩湖5月水質(zhì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所示。結(jié)果顯示調(diào)研區(qū)域內(nèi)各水質(zhì)參數(shù)具有顯著空間差異。根據(jù)國(guó)家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838—2001）和現(xiàn)場(chǎng)采樣實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果,當(dāng)日長(zhǎng)蕩湖CODMn、COD 全湖平均達(dá)到Ⅱ類(lèi)水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，南部水質(zhì)劣于北部，大部分達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。TP、TN 質(zhì)量濃度均低于Ⅴ類(lèi)地表水標(biāo)準(zhǔn)，湖泊水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)，溧陽(yáng)市域內(nèi)圍網(wǎng)養(yǎng)殖嚴(yán)重，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重。

表2 長(zhǎng)蕩湖水質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2.3 現(xiàn)場(chǎng)水體高光譜數(shù)據(jù)

高光譜采集與水質(zhì)參數(shù)測(cè)量同步進(jìn)行，根據(jù)布設(shè)點(diǎn)位的序號(hào)對(duì)各點(diǎn)依次進(jìn)行測(cè)量。本次實(shí)驗(yàn)使用的是美國(guó)ASD 公司生產(chǎn)的FieldSpec?4 Std-Res野外便攜式高光譜儀，波長(zhǎng)范圍350~2 500nm，能夠捕獲可見(jiàn)和近紅外光譜。在350~1 000 nm范圍內(nèi)，光譜采樣間隔為1.4 nm，光譜分辨率為3 nm，而在1 000~2 500 nm 范圍內(nèi)，光譜采樣間隔為2 nm，光譜分辨率為10nm。獲取的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)篩選，反射率計(jì)算和異常值剔除處理后，與水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行擬合分析。

2.4 光譜參數(shù)及相關(guān)性分析

將經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)15 種水質(zhì)參數(shù)和經(jīng)預(yù)處理的光譜反射率進(jìn)行相關(guān)性分析。分別采樣單波段［6-7］（Single Band，SB）、波段差值［8］（Difference of Band，DB）和波段比值（Ratio of Band，RB）［9-11］（式1~2），比較350~1 000 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)光譜反射率和各參數(shù)間的相關(guān)關(guān)系，篩選出對(duì)光譜敏感的水質(zhì)參數(shù)。式中：BD和BR分別為波段差值和波段比值；Ri和Rj為對(duì)應(yīng)i和j波段的光譜反射率。

2.5 模型構(gòu)建

利用檢測(cè)到的建模樣本，使用各種算法建立光譜數(shù)據(jù)與通過(guò)傳統(tǒng)方法檢測(cè)的屬性值之間的線性或非線性回歸模型。本次研究根據(jù)光譜相關(guān)性分析結(jié)果，參照水質(zhì)參數(shù)與光譜反射率之間關(guān)系所得規(guī)律選擇最優(yōu)波段組合,分別建立指數(shù)、線性、多項(xiàng)式、冪函數(shù)和對(duì)數(shù)模型。

2.6 模型驗(yàn)證

從所有采樣樣本中隨機(jī)選取2/3的樣本用于構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，其他1/3 的樣本用來(lái)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ蛿M合精度。選擇相關(guān)性最高的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行水質(zhì)反演，并采用F檢驗(yàn)法對(duì)模型顯著性進(jìn)行驗(yàn)證，模型的精度評(píng)價(jià)指標(biāo)為絕對(duì)誤差（Absloute Error，AE）、均方根誤差（Root Mean Squared Error，RMSE）、相對(duì)誤差（Relative Error，RE）和平均相對(duì)誤差（Mean Relative Error，MRE）來(lái)表示進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)R2、RSE、Std.Res（殘差標(biāo)準(zhǔn)差）將驗(yàn)證組樣本真實(shí)值與模型模擬值進(jìn)行對(duì)比，模型的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為R2越高，且RMSE、RE以及MRE越低，則表示模型的擬合效果越好。實(shí)測(cè)值與模擬值散點(diǎn)越接近1∶1 線，代表反演的精度越高，最終確定反演效果最佳的模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 水體光譜特征

本次實(shí)測(cè)光譜曲線在810nm 開(kāi)始下降，而由于水分子在近紅外波段對(duì)光有強(qiáng)吸收作用，波長(zhǎng)大于1 000 nm 以后反射率迅速下降并接近于0，所以選擇350~1 000 nm 波長(zhǎng)范圍進(jìn)行樣本分析。本次實(shí)驗(yàn)最終選取的20 個(gè)采樣點(diǎn)光譜處理結(jié)果如圖1 所示。根據(jù)光譜實(shí)測(cè)結(jié)果，長(zhǎng)蕩湖水體在可見(jiàn)光范圍內(nèi)共有3個(gè)反射峰值區(qū)，分別集中于550 nm、700 nm和800 nm 波長(zhǎng)附近，分別對(duì)應(yīng)可見(jiàn)光綠光、紅光波長(zhǎng)。其中，在550 nm 處的反射率對(duì)應(yīng)最高峰值，在700 nm附近出現(xiàn)2個(gè)強(qiáng)吸收帶，反射率陡降，800 nm波長(zhǎng)以外的反射率逐漸下降。

圖1 長(zhǎng)蕩湖采樣點(diǎn)光譜反射率響應(yīng)曲線

2.2 水質(zhì)參數(shù)與高光譜波段相關(guān)性分析

將2020 年5 月4 日同步獲取的上述15 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)和實(shí)測(cè)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，獲取水質(zhì)參數(shù)相關(guān)系數(shù)最佳的波段或波段組合反射率值（表3）。單波段相關(guān)性分析優(yōu)點(diǎn)在于模型構(gòu)建簡(jiǎn)單且直觀，能排除波段自相關(guān)影響，并且具有豐富的先驗(yàn)知識(shí)和理論基礎(chǔ)作為支撐；雙波段相關(guān)性分析可以一定程度上消除測(cè)量時(shí)代入人的噪聲、測(cè)量環(huán)境變化帶來(lái)的誤差和大氣的影響，達(dá)到信息增強(qiáng)與壓縮的目的，以利于更好建立水表反射率與水質(zhì)參數(shù)化驗(yàn)指標(biāo)之間的關(guān)系。本文分別采用波段差值和比值的方法進(jìn)行相關(guān)性分析。

表3 長(zhǎng)蕩湖水質(zhì)參數(shù)與350~1 000 nm范圍內(nèi)光譜反射率相關(guān)性分析

根據(jù)最優(yōu)波段相關(guān)性表，雙波段組合與光譜反射率之間的相關(guān)關(guān)系整體優(yōu)于單波段，其中波段比值與水溫之間具有最高的相關(guān)性，R=0.96；波段差值對(duì)懸浮物SS、電導(dǎo)率、水溫、濁度相關(guān)性最強(qiáng)，R=0.94；單波段對(duì)懸浮物SS 具有最高的相關(guān)性，在波長(zhǎng)為816 nm處取得，R=0.84。

將各種波段組合下最優(yōu)相關(guān)性大于0.7的水質(zhì)參數(shù)看作光譜反射率的敏感參數(shù)，進(jìn)行建模分析和對(duì)比驗(yàn)證，最終選取TP、懸浮物SS、濁度、水溫和透明度等5 項(xiàng)參數(shù)。圖2~6 為上述5 種參數(shù)分別與單波段、波段差值、波段比值任意組合的相關(guān)關(guān)系分布圖。5 種參數(shù)均在近紅外波段的波長(zhǎng)處與反射率具有較好的相關(guān)性，TP、懸浮物SS、濁度、水溫和透明度在單波段的最大相關(guān)系數(shù)分別為0.815、0.84、0.78、0.74、-0.74。圖2~6 為上述5 項(xiàng)參數(shù)與350~1 000 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，3 種波段反射率組合的相關(guān)性分布圖。單波段光譜反射率相關(guān)性最高的波段集中位于近紅外波段附近，900 nm之后伴隨強(qiáng)水汽吸收帶，相關(guān)性迅速減弱。波段差值組合的相關(guān)性分布圖具有一致的特征規(guī)律，雙波段在均位于500 nm 波長(zhǎng)范圍內(nèi)的組合與各參數(shù)相關(guān)性較弱，對(duì)應(yīng)反射率曲線為Chl-a 和黃色物質(zhì)的強(qiáng)烈吸收帶，此區(qū)間各波段反射率較低。500 nm以上時(shí)相關(guān)性較為顯著，且波長(zhǎng)差在200 nm 以內(nèi)，波段反射率差值與參數(shù)相關(guān)性較強(qiáng)，這與顆粒懸浮物的散射作用有關(guān)。波段相除組合具有相似的特征，但是當(dāng)波長(zhǎng)超過(guò)930 nm后相關(guān)性突然下降。

圖2 TP與光譜反射率相關(guān)性分析

圖3 懸浮物SS與光譜反射率相關(guān)性分析

圖4 濁度與光譜反射率相關(guān)性分析

圖5 水溫與光譜反射率相關(guān)性分析

圖6 透明度與光譜反射率相關(guān)性分析

2.3 模型構(gòu)建

經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?2-15］是通過(guò)對(duì)觀測(cè)對(duì)象表層光譜特性和水質(zhì)參數(shù)同步實(shí)測(cè)，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)分析得到水質(zhì)參數(shù)的估測(cè)算法。本次實(shí)驗(yàn)以單波段、波段差值、波段比值為自變量，分別利用指數(shù)函數(shù)、線性函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、冪函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)對(duì)長(zhǎng)蕩湖TP、懸浮物SS、濁度、水溫和透明度這5 項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行模擬（表4~8）。

表4 長(zhǎng)蕩湖水體TP高光譜擬合模型

利用單波段、波段差值和波段比值組合，利用多種數(shù)學(xué)模型，建立光譜反射率和TP質(zhì)量濃度之間的定量關(guān)系。結(jié)果顯示，比值模型整體相關(guān)性最優(yōu)，各類(lèi)函數(shù)擬合均保持R2>0.8,其中將864 nm 和914 nm處的反射率比值作為自變量，建立的一元二次多項(xiàng)式方程模擬的TP 質(zhì)量濃度具有最高的相關(guān)性，R2為0.833，并且通過(guò)F檢驗(yàn)。

利用單波段、波段差值和波段比值組合，結(jié)合多種數(shù)學(xué)模型，建立光譜反射率和懸浮物SS之間的定量關(guān)系。結(jié)果顯示，用波段差值和波段比值進(jìn)行擬合均能取得較好的效果，其中將928 nm和964 nm處的反射率比值作為自變量，建立的一元二次多項(xiàng)式方程模擬的懸浮物質(zhì)量濃度具有最高的相關(guān)性，R2為0.926，并且通過(guò)F檢驗(yàn)。

利用單波段、波段差值和波段比值組合，利用多種數(shù)學(xué)模型，建立光譜反射率和濁度之間的定量關(guān)系。結(jié)果顯示，單波段反射率與濁度在可見(jiàn)光范圍內(nèi)雖然有較好的相關(guān)性，但不適宜用本文提供的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ㄟM(jìn)行擬合。雙波段進(jìn)行擬合的效果明顯優(yōu)于單波段，并且以909 nm 和923 nm 處的反射率差值作為自變量，建立的線性方程模擬的水體濁度具有最高的相關(guān)性，R2為0.922。

利用單波段、波段差值和波段比值組合，利用多種數(shù)學(xué)模型，建立光譜反射率和水溫之間的定量關(guān)系。結(jié)果顯示，雙波段模擬效果明顯優(yōu)于單波段，將779 nm 和740 nm 處的反射率比值作為自變量，建立的線性方程和多相式方程模擬的pH 值相關(guān)性最高，R2均為0.941，并且通過(guò)F檢驗(yàn)?？紤]到線性方程式模型更加簡(jiǎn)易，最終選擇線性模型作為反演模型。

表5 長(zhǎng)蕩湖水體懸浮物SS高光譜擬合模型

表6 長(zhǎng)蕩湖水體濁度高光譜擬合模型

利用單波段、波段差值和波段比值組合，利用多種數(shù)學(xué)模型，建立光譜反射率和透明度之間的定量關(guān)系。結(jié)果顯示，利用差值組合擬合的效果最佳，其中將971 nm 和930 nm 處的反射率差值作為自變量，建立的指數(shù)方程模擬的透明度具有最高的相關(guān)性，R2為0.959，并且通過(guò)F檢驗(yàn)。

對(duì)上述5種參數(shù)最佳波段組合下的最優(yōu)模型進(jìn)行整體評(píng)價(jià)，除TP 的擬合采用的是波段比值，懸浮物、濁度、水溫和透明度均宜采用波段差值的組合。對(duì)透明度模擬的R值最高，對(duì)水溫進(jìn)行模擬后MRE取得最小值（表9）。

表9 高光譜擬合模型整體評(píng)價(jià)

2.4 模型評(píng)價(jià)

根據(jù)最優(yōu)半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)測(cè)值與TP、懸浮物SS、濁度、水溫和透明度實(shí)測(cè)值的對(duì)比，根據(jù)本文模型預(yù)測(cè)的長(zhǎng)蕩湖TP、濁度、透明度均與實(shí)測(cè)值高度吻合。TPR2=0.97，RES=0.005，std.Res=0.015；透明度R2=0.97，RES=0.069，std.Res=1.204；透明度R2=0.9，RES=-0.971，std.Res=3.69。預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值均勻分布在X=Y線的兩側(cè)且緊鄰分布。水溫和懸浮物SS的模擬相關(guān)性弱于上述3 項(xiàng)，但R2均大于0.74。整體而言，本文建立模型對(duì)長(zhǎng)蕩湖TP、懸浮物、濁度、水溫和透明度的預(yù)測(cè)均取得較好的效果。圖7為擬合效果對(duì)比圖。

圖7 長(zhǎng)蕩湖參數(shù)反演模型精度評(píng)價(jià)

3 結(jié)論與討論

本文根據(jù)實(shí)測(cè)長(zhǎng)蕩湖的光譜特征，利用同步獲取20個(gè)點(diǎn)位的15項(xiàng)常規(guī)水質(zhì)參數(shù)。通過(guò)光譜反射率和水質(zhì)參數(shù)相關(guān)性分析，篩選出TP、懸浮物SS、濁度、水溫和透明度等5項(xiàng)相關(guān)性強(qiáng)的水質(zhì)參數(shù)，建立適用于長(zhǎng)蕩湖的多種水質(zhì)-高光譜反演模型，并進(jìn)行模型驗(yàn)證和適用性分析等，得出以下結(jié)論：

（1）根據(jù)2021年5月對(duì)長(zhǎng)蕩湖15項(xiàng)水質(zhì)特征參數(shù)的采樣結(jié)果分析，當(dāng)日長(zhǎng)蕩湖CODMn、COD全湖平均達(dá)到Ⅱ類(lèi)水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，南部水質(zhì)劣于北部，大都達(dá)到Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。TP、TN 質(zhì)量濃度均低于Ⅴ類(lèi)地表水標(biāo)準(zhǔn)，湖泊水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)。受溧陽(yáng)市域內(nèi)大量圍網(wǎng)養(yǎng)殖的影響，全湖各位置懸浮物SS、濁度、Chl-a 和透明度差異較大，南部湖泊富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重。

表7 長(zhǎng)蕩湖水體水溫高光譜擬合模型

表8 長(zhǎng)蕩湖水體透明度高光譜擬合模型

（2）根據(jù)光譜實(shí)測(cè)結(jié)果，長(zhǎng)蕩湖水體在可見(jiàn)光范圍內(nèi)共有3 個(gè)反射峰值區(qū)，分別集中于550 nm、700 nm 和800 nm 波長(zhǎng)附近，分別對(duì)應(yīng)可見(jiàn)光綠光、紅光波長(zhǎng)。其中，在550 nm處的反射率對(duì)應(yīng)最高峰值，在700 nm附近出現(xiàn)2個(gè)強(qiáng)吸收帶，反射率陡降，800 nm波長(zhǎng)以外的反射率逐漸下降。

（3）在實(shí)測(cè)水表光譜的基礎(chǔ)上，分別利用單波段、雙波段差值、雙波段比值3 種組合方式與15 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果顯示，雙波段普遍比單波段具有更強(qiáng)相關(guān)性。單波段則受限于單邊自變量，相關(guān)性在給定波長(zhǎng)內(nèi)表現(xiàn)出正負(fù)性。TP、懸浮物SS、濁度、水溫和透明度在不同波段反射率組合條件下Rmax均大于0.7，表現(xiàn)出較強(qiáng)相關(guān)性，對(duì)光輻射敏感性較高。受自身作用機(jī)制和被其他水質(zhì)參數(shù)掩蓋特征的影響，另外10種水質(zhì)參數(shù)輻射特性表現(xiàn)不太顯著。

（4）基于半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停謩e利用指數(shù)、線性、多項(xiàng)式、冪函數(shù)和對(duì)數(shù)函數(shù)，篩選出最優(yōu)波段組合下的最佳反演模型。結(jié)果顯示，多項(xiàng)式模型對(duì)TP、懸浮物SS和透明度的反演效果最佳，相關(guān)系數(shù)平方分別達(dá)到R2864/914=0.92，R2928-964=0.93，R2971-930=0.96。濁度和水溫更適合用線性函數(shù)反演，兩者反演的相關(guān)系數(shù)平方分別為R2909-923=0.92，R2779-740=0.94。將上述模型帶入檢驗(yàn)集中進(jìn)行精度驗(yàn)證，均表現(xiàn)出于真實(shí)值相近的結(jié)果。TP 預(yù)測(cè)值和真實(shí)值之間R2=0.97，RES=0.005；懸浮物SSR2=0.74，RES=1.014；濁度R2=0.9，RES=0.971；水溫R2=0.80，RES=0.144；透明度R2=0.97，RES=0.069。

（5）高光譜技術(shù)在湖泊水質(zhì)參數(shù)研究中發(fā)揮重要作用，利用實(shí)測(cè)光譜和水質(zhì)參數(shù)建立的數(shù)學(xué)模型有利于提高遙感反演精度，為實(shí)際應(yīng)用和推廣建立理論依據(jù)。同時(shí)，長(zhǎng)蕩湖內(nèi)構(gòu)筑物分布復(fù)雜，具有飲用水源地、水上景觀、餐飲船聚集點(diǎn)和圍網(wǎng)養(yǎng)殖等多種功能區(qū)。現(xiàn)已在全湖開(kāi)展退圩還湖工作，高精度高光譜反演模型結(jié)合衛(wèi)星遙感可有效監(jiān)測(cè)工程實(shí)施過(guò)程中全湖水質(zhì)改善狀況，并對(duì)各功能區(qū)的分配決策給出指導(dǎo)性意見(jiàn)。