本發(fā)明涉及一種深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

深圳市位于廣東省南部沿海，陸域范圍為22°26＇59＂——22°51＇49＂n，113°45＇44＂——114°37＇21＂，東臨大亞灣和大鵬灣，西瀕珠江口和伶仃洋，南隔深圳河與香港相望，北接?xùn)|莞和惠州；海域連接南海與太平洋，主要?jiǎng)澐譃橹榻凇⑸钲跒?、大鵬灣和大亞灣四個(gè)海區(qū)，海岸線全長(zhǎng)257公里，海域面積1145平方公里。屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，沿岸海區(qū)年均表層水溫18～28℃，近岸海域主要污染物為石油類、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽，近12年共發(fā)生赤潮62次，累積發(fā)生面積621.85km²，主要發(fā)生在2～6月，已成為該海域日益突出的生態(tài)問(wèn)題。通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)方法對(duì)深圳市大亞灣和珠江口等海區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，葉綠素和初級(jí)生產(chǎn)力的周年變化明顯呈現(xiàn)雙周期型，且珠江口的初級(jí)生產(chǎn)力遠(yuǎn)高于大亞灣。大亞灣葉綠素a與初級(jí)生產(chǎn)力在春夏季變化趨勢(shì)較一致，而大鵬澳海區(qū)卻沒(méi)有明顯的季節(jié)規(guī)律，雖然其葉綠素a含量在近岸養(yǎng)殖區(qū)較高，但季節(jié)上的變化卻十分不明顯。通過(guò)以往相關(guān)技術(shù)方法的研究可知，深圳市海域的凈初級(jí)生產(chǎn)力在自然區(qū)域上呈現(xiàn)出較大的差別，因而采用同一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深圳市海域的整體研究往往不能得到更為可靠的結(jié)果，所以適當(dāng)劃分研究海區(qū)，將深圳市海域化整為零不失為一種有效的處理手段。

現(xiàn)有技術(shù)對(duì)海洋凈初級(jí)生產(chǎn)力的估算主要集中在其估算模式、時(shí)空分布和影響因素等幾個(gè)方面，相應(yīng)的技術(shù)方法主要有較為傳統(tǒng)的黑白瓶法、同位素固碳法、基于海洋衛(wèi)星遙感的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀虢?jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、bpm(bedfordproductivitymodel)、lpcm(laboratoiredephysiqueetchimiemarines)、vgpm(verticallygeneralizedproductionmodel)等估算模型。

現(xiàn)有的方法大多采用傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方法來(lái)研究海洋凈初級(jí)生產(chǎn)力，并且其研究尺度多鎖定在大亞灣等局部海灣，采樣耗時(shí)長(zhǎng)且難以做到大面積采樣；另一方面，為了解決傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方法的效率問(wèn)題，也有一些新的技術(shù)方法涌現(xiàn)，譬如利用遙感數(shù)據(jù)來(lái)反演海洋凈初級(jí)生產(chǎn)力，雖然這些遙感反演技術(shù)的時(shí)間連續(xù)性較好且便于分析大尺度空間內(nèi)海洋凈初級(jí)生產(chǎn)力的分布特點(diǎn)，但是以vgpm模型為首的遙感反演手段的適用尺度往往差強(qiáng)人意，在面臨小尺度的近海海域問(wèn)題上往往不能得到很好的結(jié)果，再加上不但近海海域上情況復(fù)雜，連近海海域的不同海區(qū)也可能面臨遙感反演上的差異性，除此之外，長(zhǎng)時(shí)間序列的海洋凈初級(jí)生產(chǎn)力估算難度較大，參與運(yùn)算的參數(shù)繁多，模型十分復(fù)雜，因而對(duì)于以深圳海域?yàn)槔难芯繀^(qū)域而言，現(xiàn)有的技術(shù)都存在著一定的局限性?；谝陨显?，以往的相似技術(shù)方法也多選擇東海、太湖、珠江口等區(qū)域?yàn)橹饕芯繀^(qū)，而關(guān)于深圳近岸海域的相關(guān)npp遙感反演技術(shù)方法則較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明提供一種深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演方法，該方法包括如下步驟：a.輸入landsattm遙感影像數(shù)據(jù)；b.根據(jù)輸入的landsattm遙感影像數(shù)據(jù)，計(jì)算深圳海域的歸一化差分植被指數(shù)數(shù)據(jù)ndvi；c.將計(jì)算得到的ndvi數(shù)據(jù)進(jìn)行線性壓縮，得到ndvi′；d.計(jì)算上述得到的ndvi′數(shù)據(jù)的梯度值e.在深圳的四大主體海域隨機(jī)布設(shè)插值控制點(diǎn)作為一般控制點(diǎn)，其中：所述四大主體海域分別是珠江口海區(qū)、深圳灣海區(qū)、大鵬灣海區(qū)和大亞灣海區(qū)；f.按照從高到底的順序，從上述四大主體海域上選擇值較高的像元作為處理對(duì)象δp，并在δp上隨機(jī)布設(shè)插值控制點(diǎn)作為紋理控制點(diǎn)；g.對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海表溫度數(shù)據(jù)、月平均海水漫衰減系數(shù)數(shù)據(jù)、月平均海水光合有效輻射數(shù)據(jù)、月平均海水葉綠素a濃度數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算；h.對(duì)輸入的深圳海域反演時(shí)間當(dāng)日的光照周期數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算；i.根據(jù)步驟g、h中進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算的結(jié)果，利用ovgpm模型計(jì)算得到深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演結(jié)果ppeu。

其中，所述landsattm遙感影像數(shù)據(jù)包括7個(gè)譜段：b1藍(lán)綠譜段、b2綠譜段、b3紅譜段、b4近紅外譜段、b5近短波紅外譜段、b6熱紅外譜段、b7近短波紅外譜段。

所述的步驟b具體包括：

采用如下公式計(jì)算深圳海域的歸一化差分植被指數(shù)數(shù)據(jù)ndvi：

ndvi＝(b4-b3)/(b4+b3)

其中，ndvi表示歸一化差分植被指數(shù)；b3表示landsattm數(shù)據(jù)紅譜段的亮度值；b4表示landsattm數(shù)據(jù)近紅外譜段的亮度值。

所述的步驟c具體包括：

將ndvi數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)范圍由ndvi∈[-1，1]調(diào)整為ndvi∈[0，1]，線性壓縮公式為：

ndvii′＝(χi-χmin)/(χmax-χmin)，i＝1、2、3、…、n

其中，ndvi′表示線性壓縮后的ndvi值；χi表示每個(gè)像元的ndvi值；χmin表示所有像元中的ndvi的最小值；χmsx表示所有像元中的ndvi的最大值；n表示該ndvi數(shù)據(jù)的像元數(shù)量。

所述的步驟d具體包括：

利用公式：

dx(i,j)＝ndvi′(i+1,j)-ndvi′(i,j)

dy(i,j)＝ndvi′(i,j+1)-ndvi′(i,j)

其中，表示ndvi′的梯度值；ndvi′表示該像元的ndvi′值；i、j表示該像元的位置。

本發(fā)明提供一種深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括該系統(tǒng)包括輸入模塊、歸一化模塊、線性壓縮模塊、梯度值計(jì)算模塊、控制點(diǎn)模塊、插值運(yùn)算模塊以及反演結(jié)果模塊，其中：所述輸入模塊用于輸入landsattm遙感影像數(shù)據(jù)；所述歸一化模塊用于根據(jù)輸入的landsattm遙感影像數(shù)據(jù)，計(jì)算深圳海域的歸一化差分植被指數(shù)數(shù)據(jù)ndvi；所述線性壓縮模塊用于將計(jì)算得到的ndvi數(shù)據(jù)進(jìn)行線性壓縮，得到ndvi′；所述梯度值計(jì)算模塊用于計(jì)算上述得到的ndvi′數(shù)據(jù)的梯度值所述控制點(diǎn)模塊用于在深圳的四大主體海域隨機(jī)布設(shè)插值控制點(diǎn)作為一般控制點(diǎn)，其中：所述四大主體海域分別是珠江口海區(qū)、深圳灣海區(qū)、大鵬灣海區(qū)和大亞灣海區(qū)；所述控制點(diǎn)模塊還用于按照從高到底的順序，從上述四大主體海域上選擇值較高的像元作為處理對(duì)象δp，并在δp上隨機(jī)布設(shè)插值控制點(diǎn)作為紋理控制點(diǎn)；所述插值運(yùn)算模塊用于對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海表溫度數(shù)據(jù)、月平均海水漫衰減系數(shù)數(shù)據(jù)、月平均海水光合有效輻射數(shù)據(jù)、月平均海水葉綠素a濃度數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算；所述插值運(yùn)算模塊還用于對(duì)輸入的深圳海域反演時(shí)間當(dāng)日的光照周期數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算；所述反演結(jié)果模塊用于根據(jù)步驟g、h中進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算的結(jié)果，利用ovgpm模型計(jì)算得到深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演結(jié)果ppeu。

其中，所述的landsattm遙感影像數(shù)據(jù)包括7個(gè)譜段：b1藍(lán)綠譜段、b2綠譜段、b3紅譜段、b4近紅外譜段、b5近短波紅外譜段、b6熱紅外譜段、b7近短波紅外譜段。

所述的歸一化模塊具體用于：

采用如下公式計(jì)算深圳海域的歸一化差分植被指數(shù)數(shù)據(jù)ndvi：

ndvi＝(b4-b3)/(b4+b3)

其中，ndvi表示歸一化差分植被指數(shù)；b3表示landsattm數(shù)據(jù)紅譜段的亮度值；b4表示landsattm數(shù)據(jù)近紅外譜段的亮度值。

所述的線性壓縮模塊具體用于：

將ndvi數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)范圍由ndvi∈[-1，1]調(diào)整為ndvi∈[0，1]，線性壓縮公式為：

ndvii′＝(χi-χmin)/(χmax-χmin)，i＝1、2、3、…、n

其中，ndvi′表示線性壓縮后的ndvi值；χi表示每個(gè)像元的ndvi值；χmin表示所有像元中的ndvi的最小值；χmax表示所有像元中的ndvi的最大值；n表示該ndvi數(shù)據(jù)的像元數(shù)量。

所述的梯度值計(jì)算模塊具體用于：

利用公式：

dx(i,j)＝ndvi′(i+1,j)-ndvi′(i,j)

dy(i,j)＝ndvi′(i,j+1)-ndvi′(i,j)

其中，表示ndvi′的梯度值；ndvi′表示該像元的ndvi′值；i、j表示該像元的位置。

本發(fā)明針對(duì)深圳海域凈初級(jí)生產(chǎn)力的時(shí)空分布特點(diǎn)，以landsattm數(shù)據(jù)作為插值控制點(diǎn)的選擇背景，生成含有小尺度紋理信息的控制點(diǎn)集，在此基礎(chǔ)上對(duì)modis/aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)及其產(chǎn)品進(jìn)行反距離加權(quán)插值操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)粗空間分辨率遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行降尺度的處理，之后在vgpm模型的基礎(chǔ)上對(duì)其必要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，構(gòu)造出了一個(gè)在深圳海域尺度上更為精準(zhǔn)的ovgpm模型，將只適用于一類水體遙感反演的modis/aqua數(shù)據(jù)產(chǎn)品擴(kuò)展至以深圳近海海域?yàn)槔亩?jí)水體中去，首次嘗試將modis/aqua數(shù)據(jù)產(chǎn)品和小尺度的海區(qū)聯(lián)系在一起，不僅擴(kuò)展了modis/aqua數(shù)據(jù)產(chǎn)品的適用范圍，更有效地利用了現(xiàn)有技術(shù)手段和資源。除此之外，本發(fā)明還將深圳海域區(qū)域進(jìn)行分區(qū)反演處理，最大程度的適應(yīng)深圳海域凈初級(jí)生產(chǎn)力“西高東低，北強(qiáng)南弱”的分布特點(diǎn)，最終實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)、簡(jiǎn)易、快速的深圳市海域凈初級(jí)生產(chǎn)力的反演。本發(fā)明反演結(jié)果數(shù)據(jù)精度較高，反演流程簡(jiǎn)單易操作，雖然所用參數(shù)較多，但都是可以通過(guò)modis/aqua數(shù)據(jù)產(chǎn)品直接獲取的遙感數(shù)據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演系統(tǒng)的硬件架構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

參閱圖1所示，是本發(fā)明深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演方法較佳實(shí)施例的作業(yè)流程圖。

步驟s1，輸入landsattm遙感影像數(shù)據(jù)。其中：

所述landsattm遙感影像數(shù)據(jù)包括7個(gè)譜段，分別為：3個(gè)可見(jiàn)光譜段、1個(gè)近紅外譜段、2個(gè)近短波紅外譜段、1個(gè)熱紅外譜段，所述3個(gè)可見(jiàn)光譜段包括：藍(lán)綠譜段、綠譜段、紅譜段；并將所述7個(gè)譜段依次命名為：b1(藍(lán)綠譜段)、b2(綠譜段)、b3(紅譜段)、b4(近紅外譜段)、b5(近短波紅外譜段)、b6(熱紅外譜段)、b7(近短波紅外譜段)。

步驟s2，根據(jù)輸入的landsattm遙感影像數(shù)據(jù)，計(jì)算研究海域的歸一化差分植被指數(shù)數(shù)據(jù)ndvi。具體而言：

通過(guò)landsattm遙感影像數(shù)據(jù)，計(jì)算研究海域的歸一化差分植被指數(shù)數(shù)據(jù)(ndvi)，計(jì)算公式如下：

ndvi＝(b4-b3)/(b4+b3)

其中，ndvi表示歸一化差分植被指數(shù)；b3表示landsattm數(shù)據(jù)紅譜段的亮度值；b4表示landsattm數(shù)據(jù)近紅外譜段的亮度值。

步驟s3，將計(jì)算得到的ndvi數(shù)據(jù)進(jìn)行線性壓縮，得到ndvi′。具體而言：

將ndvi數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)范圍由ndvi∈[-1，1]調(diào)整為ndvi∈[0，1]，線性壓縮公式為：

ndvi′′＝(χi-χmin)/(χmax-χmin)，i＝1、2、3、…、n

其中，ndvi′表示線性壓縮后的ndvi值；χi表示每個(gè)像元的ndvi值；χmin表示所有像元中的ndvi的最小值；χmax表示所有像元中的ndvi的最大值；n表示該ndvi數(shù)據(jù)的像元數(shù)量。

步驟s4，計(jì)算上述得到的ndvi′數(shù)據(jù)的梯度值具體而言：

計(jì)算ndvi′數(shù)據(jù)的梯度grad(ndvi)，計(jì)算公式如下：

dx(i,j)＝ndvi′(i+1,j)-ndvi′(i,j)

dy(i,j)＝ndvi′(i,j+1)-ndvi′(i,j)

其中，表示ndvi′的梯度值；ndvi′表示該像元的ndvi′值；i、j表示該像元的位置。

步驟s5，在深圳的四大主體海域隨機(jī)布設(shè)插值控制點(diǎn)作為一般控制點(diǎn)。其中：所述四大主體海域分別是珠江口海區(qū)、深圳灣海區(qū)、大鵬灣海區(qū)和大亞灣海區(qū)。具體而言：

本實(shí)施例中，依據(jù)深圳海域凈初級(jí)生產(chǎn)力“西高東低，北強(qiáng)南弱”的分布特點(diǎn)，在梯度數(shù)據(jù)grad(ndvi)上劃定處理區(qū)域，處理區(qū)域包括了深圳市海域的四大主體海域，分別是珠江口海區(qū)、深圳灣海區(qū)、大鵬灣海區(qū)和大亞灣海區(qū)。在劃定好的四大主體海域，按照珠江口海區(qū)60、深圳灣海區(qū)45、大鵬灣海區(qū)100、大亞灣海區(qū)95的分配方式在各自區(qū)域上隨機(jī)布設(shè)共計(jì)300個(gè)插值控制點(diǎn)來(lái)作為一般控制點(diǎn)。

步驟s6，按照從高到底的順序，從上述四大主體海域上選擇值較高的像元作為處理對(duì)象δp，并在δp上隨機(jī)布設(shè)插值控制點(diǎn)作為紋理控制點(diǎn)。具體而言：

本實(shí)施例中，為了保留小尺度數(shù)據(jù)上的紋理信息，在劃定好的四大主體海域上選擇值最大的前10％的像元作為處理對(duì)象δp，并在δp上隨機(jī)布設(shè)100個(gè)插值控制點(diǎn)作為紋理控制點(diǎn)。本實(shí)施例中的一般控制點(diǎn)和紋理控制點(diǎn)累計(jì)共有400個(gè)，所述控制點(diǎn)均為所采用的idw算法的插值點(diǎn)位。

步驟s7，對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海表溫度數(shù)據(jù)、月平均海水漫衰減系數(shù)數(shù)據(jù)、月平均海水光合有效輻射數(shù)據(jù)、月平均海水葉綠素a濃度數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算。具體包括：

步驟s71，對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海表溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算，得到水體最大光合速率：

首先，輸入modis/aqua三級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中的月平均海表溫度數(shù)據(jù)(sst)，空間分辨率為4km×4km，根據(jù)數(shù)據(jù)頭文件將數(shù)據(jù)亮度值轉(zhuǎn)化為攝氏度(℃)；

然后，將輸入的modis/aqua月平均海表溫度數(shù)據(jù)(sst)進(jìn)行idw插值運(yùn)算，將該數(shù)據(jù)的空間分辨率由4km×4km提高至30m×30m；

最后，依據(jù)公式計(jì)算水體最大光合速率

f(sst)＝-3.27×10^-8sst⁷+3.41×10^-6sst⁶-1.35×10^-4sst⁵

+2.46×10^-3sst⁴-0.0205sst³+0.0617sst²

+0.2749sst+c3

其中，表示水體最大光合速率，以每小時(shí)每毫克葉綠素所產(chǎn)生的碳的毫克數(shù)計(jì)，單位是mg/(mg·h)；sst表示月平均海表溫度，單位是攝氏度(℃)；c1、c2、c3為常系數(shù)，通常情況下，c1可以取0，c2可以取0，c3可以取1.2958，其均為模型常量與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合值，可以根據(jù)用戶需求進(jìn)行調(diào)整。

步驟s72，對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海水漫衰減系數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算，得到真光層深度。

首先，輸入modis/aqua三級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中的月平均海水漫衰減系數(shù)數(shù)據(jù)(kd490)，空間分辨率為4km×4km，單位是m-1；

然后，將輸入的modis/aqua月平均海水漫衰減系數(shù)數(shù)據(jù)(kd490)進(jìn)行idw插值運(yùn)算，將該數(shù)據(jù)的空間分辨率由4km×4km提高至30m×30m；

最后，依據(jù)公式計(jì)算真光層深度zeu：

zeu＝c1/kd490

ρ＝rrs(488)/rrs(547)

其中，zeu表示真光層深度，單位是m；kd490表示海水漫衰減系數(shù)，單位是m-1；rrs(488)表示modis/aqua數(shù)據(jù)488nm波段亮度值；rrs(547)表示modis/aqua數(shù)據(jù)547nm波段亮度值；c1表示常系數(shù)，通?？梢匀≈?.7834，可以根據(jù)用戶實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整；c2表示常系數(shù)，通?？梢匀≈?.0166，可以根據(jù)用戶實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。

步驟s73，對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海水光合有效輻射數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算，得到表面日光合有效輻射。

首先，輸入modis/aqua三級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中的月平均海水光合有效輻射數(shù)據(jù)(par)來(lái)代替ppeu反演公式中的e0，其空間分辨率為4km×4km，單位是ein/(m²·d)；

然后，將輸入的modis/aqua月平均海水光合有效輻射數(shù)據(jù)(par)進(jìn)行idw插值運(yùn)算，將該數(shù)據(jù)的空間分辨率由4km×4km提高至30m×30m。

步驟s74，對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海水葉綠素a濃度數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算，得到垂直葉綠素a濃度。

首先，輸入modis/aqua三級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中的月平均海水葉綠素a濃度數(shù)據(jù)(chl-a)來(lái)代替ppeu反演公式中的copt，其空間分辨率為4km×4km，單位是mg/m³；

然后，將輸入的modis/aqua月平均海水葉綠素a濃度數(shù)據(jù)(chl-a)進(jìn)行idw插值運(yùn)算，將該數(shù)據(jù)的空間分辨率由4km×4km提高至30m×30m。

步驟s8，對(duì)輸入的研究區(qū)域反演時(shí)間當(dāng)日的光照周期數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算。具體而言：

輸入研究區(qū)域反演時(shí)間當(dāng)日的光照周期數(shù)據(jù)(dirr)，該數(shù)據(jù)為離散常數(shù)數(shù)值，單位是小時(shí)(h)，該數(shù)據(jù)可由當(dāng)?shù)靥煳呐_(tái)查詢獲得。

步驟s9，根據(jù)步驟s7、s8中進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算的結(jié)果，利用ovgpm模型計(jì)算得到深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演結(jié)果ppeu。具體而言：

利用ovgpm模型計(jì)算ppeu，公式如下：

其中，ppeu是海水表層到真光層的初級(jí)生產(chǎn)力，以每平方米產(chǎn)生的碳的毫克數(shù)計(jì)，單位是mg/m²；是水體最大光合速率，以每小時(shí)每毫克葉綠素所產(chǎn)生的碳的毫克數(shù)計(jì)，單位是mg/(mg·h)；e0是海水表面日光合有效輻射度，單位是mol/(m²·d)；zee是真光層深度，單位是米(m)；copt是所在深度處的葉綠素a的濃度值，可用表層葉綠素a的濃度值代替，單位是mg/m³；dirr是光照周期，單位為小時(shí)(h)；α和β為常量參數(shù)，α通常取值0.6613，β通常取值4.1102，均為模型常量與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合值。

參閱圖2所示，是本發(fā)明深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演系統(tǒng)10的硬件架構(gòu)圖。該系統(tǒng)包括：輸入模塊101、歸一化模塊102、線性壓縮模塊103、梯度值計(jì)算模塊104、控制點(diǎn)模塊105、插值運(yùn)算模塊106以及反演結(jié)果模塊107。

所述輸入模塊101用于輸入landsattm遙感影像數(shù)據(jù)。其中：

所述landsattm遙感影像數(shù)據(jù)包括7個(gè)譜段，分別為：3個(gè)可見(jiàn)光譜段、1個(gè)近紅外譜段、2個(gè)近短波紅外譜段、1個(gè)熱紅外譜段，所述3個(gè)可見(jiàn)光譜段包括：藍(lán)綠譜段、綠譜段、紅譜段；并將所述7個(gè)譜段依次命名為：b1(藍(lán)綠譜段)、b2(綠譜段)、b3(紅譜段)、b4(近紅外譜段)、b5(近短波紅外譜段)、b6(熱紅外譜段)、b7(近短波紅外譜段)。

所述歸一化模塊102用于根據(jù)輸入的landsattm遙感影像數(shù)據(jù)，計(jì)算研究海域的歸一化差分植被指數(shù)數(shù)據(jù)ndvi。具體而言：

所述歸一化模塊102通過(guò)landsattm遙感影像數(shù)據(jù)，計(jì)算研究海域的歸一化差分植被指數(shù)數(shù)據(jù)(ndvi)，計(jì)算公式如下：

ndvi＝(b4-b3)/(b4+b3)

其中，ndvi表示歸一化差分植被指數(shù)；b3表示landsattm數(shù)據(jù)紅譜段的亮度值；b4表示landsattm數(shù)據(jù)近紅外譜段的亮度值。

所述線性壓縮模塊103用于將計(jì)算得到的ndvi數(shù)據(jù)進(jìn)行線性壓縮，得到ndvi′。具體而言：

所述線性壓縮模塊103將ndvi數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)范圍由ndvi∈[-1，1]調(diào)整為ndvi∈[0，1]，線性壓縮公式為：

ndvii′＝(χi-χmin)/(χmax-χmin)，i＝1、2、3、…、n

其中，ndvi′表示線性壓縮后的ndvi值；χi表示每個(gè)像元的ndvi值；χmin表示所有像元中的ndvi的最小值；χmax表示所有像元中的ndvi的最大值；n表示該ndvi數(shù)據(jù)的像元數(shù)量。

所述梯度值計(jì)算模塊104用于計(jì)算上述得到的ndvi′數(shù)據(jù)的梯度值具體而言：

所述梯度值計(jì)算模塊104計(jì)算得到ndvi′數(shù)據(jù)的梯度grad(ndvi)，計(jì)算公式如下：

dx(i,j)＝ndvi′(i+1,j)-ndvi′(i,j)

dy(i,j)＝ndvi′(i,j+1)-ndvi′(i,j)

其中，表示ndvi′的梯度值；ndvi′表示該像元的ndvi′值；i、j表示該像元的位置。

所述控制點(diǎn)模塊105用于在深圳的四大主體海域隨機(jī)布設(shè)插值控制點(diǎn)作為一般控制點(diǎn)。其中：所述四大主體海域分別是珠江口海區(qū)、深圳灣海區(qū)、大鵬灣海區(qū)和大亞灣海區(qū)。具體而言：

本實(shí)施例中，依據(jù)深圳海域凈初級(jí)生產(chǎn)力“西高東低，北強(qiáng)南弱”的分布特點(diǎn)，在梯度數(shù)據(jù)grad(ndvi)上劃定處理區(qū)域，處理區(qū)域包括了深圳市海域的四大主體海域，分別是珠江口海區(qū)、深圳灣海區(qū)、大鵬灣海區(qū)和大亞灣海區(qū)。在劃定好的四大主體海域，按照珠江口海區(qū)60、深圳灣海區(qū)45、大鵬灣海區(qū)100、大亞灣海區(qū)95的分配方式在各自區(qū)域上隨機(jī)布設(shè)共計(jì)300個(gè)插值控制點(diǎn)來(lái)作為一般控制點(diǎn)。

所述控制點(diǎn)模塊105還用于按照從高到底的順序，從上述四大主體海域上選擇值較高的像元作為處理對(duì)象δp，并在δp上隨機(jī)布設(shè)插值控制點(diǎn)作為紋理控制點(diǎn)。具體而言：

本實(shí)施例中，為了保留小尺度數(shù)據(jù)上的紋理信息，在劃定好的四大主體海域上選擇值最大的前10％的像元作為處理對(duì)象δp，并在δp上隨機(jī)布設(shè)100個(gè)插值控制點(diǎn)作為紋理控制點(diǎn)。本實(shí)施例中的一般控制點(diǎn)和紋理控制點(diǎn)累計(jì)共有400個(gè)，所述控制點(diǎn)均為所采用的idw算法的插值點(diǎn)位。

所述插值運(yùn)算模塊106用于對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海表溫度數(shù)據(jù)、月平均海水漫衰減系數(shù)數(shù)據(jù)、月平均海水光合有效輻射數(shù)據(jù)、月平均海水葉綠素a濃度數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算。具體包括：

對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海表溫度數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算，得到水體最大光合速率；

對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海水漫衰減系數(shù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算，得到真光層深度；

對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海水光合有效輻射數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算，得到表面日光合有效輻射；

對(duì)輸入的modis/aqua數(shù)據(jù)中的月平均海水葉綠素a濃度數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算，得到垂直葉綠素a濃度。

所述插值運(yùn)算模塊106還用于對(duì)輸入的研究區(qū)域反演時(shí)間當(dāng)日的光照周期數(shù)據(jù)，進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算。具體而言：

輸入研究區(qū)域反演時(shí)間當(dāng)日的光照周期數(shù)據(jù)(dirr)，該數(shù)據(jù)為離散常數(shù)數(shù)值，單位是小時(shí)(h)，該數(shù)據(jù)可由當(dāng)?shù)靥煳呐_(tái)查詢獲得。

所述反演結(jié)果模塊107用于根據(jù)所述插值運(yùn)算模塊106進(jìn)行反距離加權(quán)插值運(yùn)算的結(jié)果，利用ovgpm模型計(jì)算得到深圳海域初級(jí)生產(chǎn)力遙感反演結(jié)果ppeu。具體而言：

利用ovgpm模型計(jì)算ppeu，公式如下：

其中，ppeu是海水表層到真光層的初級(jí)生產(chǎn)力，以每平方米產(chǎn)生的碳的毫克數(shù)計(jì)，單位是mg/m²；是水體最大光合速率，以每小時(shí)每毫克葉綠素所產(chǎn)生的碳的毫克數(shù)計(jì)，單位是mg/(mg·h)；e0是海水表面日光合有效輻射度，單位是mol/(m²·d)；zeu是真光層深度，單位是米(m)；copt是所在深度處的葉綠素a的濃度值，可用表層葉綠素a的濃度值代替，單位是mg/m³；dirr是光照周期，單位為小時(shí)(h)；α和β為常量參數(shù)，α通常取值0.6613，β通常取值4.1102，均為模型常量與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合值。

本發(fā)明對(duì)vgpm模型的主要輸入?yún)?shù)進(jìn)行優(yōu)化，將只適用于一類水體遙感反演的modis/aqua數(shù)據(jù)產(chǎn)品擴(kuò)展至以深圳近海海域?yàn)槔亩?jí)水體中去，首次嘗試將modis/aqua數(shù)據(jù)產(chǎn)品和小尺度的海區(qū)聯(lián)系在一起，不僅擴(kuò)展了modis/aqua數(shù)據(jù)產(chǎn)品的適用范圍，更有效地利用了現(xiàn)有技術(shù)手段和資源，為深圳市近海海域環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了廉價(jià)、高效、簡(jiǎn)易的技術(shù)服務(wù)支持。

雖然本發(fā)明參照當(dāng)前的較佳實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述較佳實(shí)施方式僅用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，任何在本發(fā)明的精神和原則范圍之內(nèi)，所做的任何修飾、等效替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍之內(nèi)。