基于无人机高光谱遥感技术对内陆养殖池塘水质监测的研究

为准确、快速、全面获取内陆养殖小区池塘及尾水处理池水体水质变化情况,建立养殖水环境实时预警调控及数字化管控机制,选择浙江湖州市集中连片的养殖小区为试验区,于2020年12月采用搭载GaiaSky-mini高光谱相机的无人机进行试验区近地遥感图像采集,并进行图像拼接、辐射校正和几何校正等预处理;然后对反射波段进行差值、比...     

珠江口河网水体非光学活性水质参数高光谱反演

以粤港澳大湾区中山市及其邻近水域河网水体为试验区, 同步采集现场光谱及水质数据, 研究受测水体的高光谱反射率特征, 并分析非光学活性参数中化学需氧量(COD_Cr)、总磷(TP)浓度与高光谱反射率的相关性。结果显示, 各河流水体光谱反射率主要受悬浮颗粒物和叶绿素a的影响; 在500~680nm波段范围内, 水体光谱反射率大小与COD_Cr、TP浓度呈负相关关系; 与单波段相比, 特定波段的反射率比值与COD_Cr、TP浓度值的相关性较高, 与COD_Cr、TP浓度值相关性最高的反射率比值波段组合分别为R₆₇₅/R₇₉₄、R₆₉₀/R₈₁₅。选择上述波段组合建立的水质反演模型具有良好的估算精度, 模型估算平均相对误差分别为27.2%、32.1%, 表明高光谱技术在珠江口河网水体非光学活性参数COD_Cr、TP浓度反演上具有较大的应用潜景。     

无人机多光谱遥感的水质参数反演研究

无人机多光谱遥感技术具有快速、大范围、动态监测等优势,为水环境监测和管理提供了新的研究手段。利用无人机多光谱遥感平台,进行水质参数定量反演研究。围绕红边和近红外光谱波段提出和构建了7种水体指数,结合采样点实测浊度、透明度数据,建立水质参数反演模型,并进行模型精度分析,得出试验区域水体浊度和透明度空间分布图。试验证明：水体指数RENDWI的反射值与浊度参数相关性较高(r=0.821),采用RENDWI构建指数函数模型对于浊度的反演效果较好(R²=0.711,RMSE=2.013度);水体指数RDWI反射值与透明度相关性较高(r=0.844),采用RDWI构建二次多项式模型对于透明度的反演效果较好(R²=0.748,RMSE=7.163 cm)。本文提出的水体指数与水质参数反演模型,可以定量获取河流水质分布情况,实现水质参数快速监测,为中小型地表水污染防治提供技术支撑。     

高光谱影像反射率反演方法的研究

高光谱影像的反射率反演对于高光谱数据的定量化应用非常重要。介绍了三类应用于高光谱影像的反射率反演方法,比较了相关的优缺点,实现了经验线性法,并给出了试验结果。     

基于航空高光谱数据的近岸水体信息提取

近岸水体与人类生产、生活密切相关,航空高光谱遥感以其高分辨率、灵活等优点在环境监测中颇具潜力,尤其是在近岸水色、海岸带环境的实时监测中更具优势。基于与中国海监南海航空支队合作开展的航空高光谱遥感飞行实验资料,以湛江东海岛陆海区域为例,开展该海域水体遥感信息提取及分类研究。以不同地物遥感反射率信息为特征,通过光谱信息直方图进行了该海域水体信息提取方法探索。研究结果表明,湛江港及近海水体与陆地在近红外区域有较大区分度,直方图统计获得的最佳分离阈值可以很好地提取水体信息,但在水陆交界区域提取精度较低。在近红909.7 nm处,遥感反射率分割阈值为10.27%,水体提取精度为84%,kappa系数为0.686 2。     

基于成像高光谱数据的高低潮潮位线提取方法研究

以蓬莱西海岸西庄至栾家口岸段作为研究区,利用机载成像高光谱数据,对比航空垂直影像图和野外调查结果,通过分析砂质、黑泥砂质和黄泥砂质3种海岸类型的光谱特征,建立分类识别模型,完成了对3种海岸类型的分类处理,确定出湿滩和干滩范围,并进一步提取出高潮潮位线和低潮潮位线。     

基于组分反演的高光谱潮间带表层沉积物自动分类研究

利用星载高光谱遥感影像数据Hyperion并结合现场采样粒度分析资料,对潮间带表层沉积物类型的自动分类进行了研究.根据低潮位下沉积物的短波红外光谱反射率与沉积物组分(沙、粉砂、黏土)含量之间的强相关关系,选择2102nm为特征波段,建立了高光谱定量遥感反演模型,获取初步的逐像元沙、粉砂和黏土含量,然后采用线性均衡化处理方法对初步反演结果进行修正,并结合Shepard三角分类法建立对照表,自动确定出每一像元对应的沉积物类型,得到研究区潮间带表层沉积物的空间分布特征,总体分类验证精度为87.9%.研究结果表明,研究区分布着三种沉积物,分别为粉砂质砂、砂质粉砂和粉砂,所占比例分别为18.9%,64.6%和16.5%,它们的空间分布趋势与研究区内的植被分布状况、水动力条件以及沉积物来源密切相关.     

基于HJ-1A高光谱的黄河口碱蓬和柽柳盖度反演模型研究

碱蓬和柽柳是黄河口湿地典型的盐生植物类型,是多种保护珍禽的主要栖息地,具有景观尺度较小、分布广且多混生的特点。应用覆盖黄河口北部潮滩的HJ-1A高光谱遥感影像,基于现场测量的端元光谱和从遥感影像中使用顺序最大角凸锥法(SAMCC)自动提取的端元光谱,应用线性光谱分解法(LSU)、正交子空间投影法(OSP)、匹配滤波法(MF)、最小能量约束法(CEM)和自适应一致估计法(ACE)5种不同光谱解混方法进行混合像元光谱解混,对比两种方法得到的端元光谱分别对碱蓬和柽柳盖度的反演能力,并给出相应的反演模型。结果显示:(1)现场测量端元光谱取得了较好的碱蓬和柽柳盖度反演结果,其中应用LSU方法的光谱解混结果与现场测量盖度的决定系数对于碱蓬和柽柳分别达到了0.88和0.95;(2)两种端元获取方式的光谱解混结果中,LSU和OSP方法均获得了较高的相关性,ACE解混方法的相关性都最低;(3)SAMCC方法提取端元光谱对柽柳的分解结果与现场测量盖度的相关性远高于碱蓬。     

基于高光谱数据的赤潮检测方法

在讨论海水高光谱数据波形波峰和波谷产生机理的基础上,通过对高光谱数据波形结构形态的分析,提出了一组描述吸收峰和反射峰的特征参数,并且设计了一种计算这组特征参数的算法,然后基于其中的中心波长、强度和对应中心波长的值提出了3种赤潮识别的方法。试验证明这种方法可以成功地提取出吸收峰和反射峰的特征参数,3种赤潮识别方法可以进行赤潮的识别与预测。     

基于高光谱数据的珠江口表层水体悬浮泥沙遥感反演模式

利用2006年12月4日珠江口海域实测的高光谱遥感反射率数据及悬浮泥沙质量浓度数据,进行了该海域表层水体悬浮泥沙遥感反演模式的研究。研究结果表明,悬浮泥沙质量浓度与Rrs(λ1)/Rr s(λ2)-Rrs(λ1)/Rrs(λ3)的相关性较好,其中Rrs(λ)代表遥感反射率,λ代表波长,λ1=762.6 nm,λ2=559.09 nm,λ3=772.78 nm,建立了悬浮泥沙质量浓度定量遥感反演模式,该模式的均方根误差为4.67 mg/L,可以用于珠江口海域的悬浮泥沙质量浓度的遥感监测。     

基于SSA和AR模型的海面变化预测试验

以吴淞站1955-2001年月平均潮位序列为基础,采用奇异谱分析(SSA)与自回归模型(AR)相结合的方案(SSA AR),进行了月平均潮位预测试验。基本思路是对SSA分析的结果选择若干有意义的分量进行序列重建,借助于自回归模型进行分量预测,再对它们进行叠加,从而建立预测模型。本文以1955-1996年数据为基础建立模型,1997-2001年数据作为验证,检验结果表明,两种方法的结合使用显示了较好的效果。     

海水碳酸盐体系缓冲模型在水质预测中的应用

采用二维浅水潮波方程数值模拟了深圳湾及其邻近海域的潮流，在此基础上引入了海水碳酸盐体系的缓冲容量数学模型和二维水质联合模型，进行了电厂海水脱硫冷却水对海水中pH值的影响预测。研究表明，电厂排放的冷却水对海水中pH值的影响面积很小，不会给周围海水水质造成不良影响，几乎不影响深圳湾的水质。     

不同生长阶段红鳍东方鲀(Takifugu rubripes)循环水养殖系统的水质调控和氮磷收支研究

循环水养殖系统具有节水、省地、环保等优点,目前在国内外水产养殖中得到广泛应用,养殖过程中水质的动态变化反映鱼类养殖生长环境状况,氮磷收支规律反馈养殖系统是否具有高效性,二者可评估特定养殖生物在特定养殖条件下的养殖效果。为了了解循环水养殖系统水质变化与氮磷收支规律,通过对不同生长阶段(一龄与二龄)红鳍东方鲀循环水养殖系统的水质、鱼体及饲料中氮、磷的定期采样,计算氮、磷的输入与输出量,比较了系统水质变化与氮磷收支规律。结果显示,一龄和二龄的红鳍东方鲀养殖系统分别在投喂后2、4、10、14 h和2、4、14、18 h出现营养盐浓度高值点,建议针对处于不同生长阶段的红鳍东方鲀养殖系统需对不同时间段进行水质重点监测,主成分分析表明亚硝酸盐氮和硝酸盐氮参数可作为红鳍东方鲀循环水养殖水质的指示因子。一龄和二龄的红鳍东方鲀养殖系统中用于鱼体生长发育的氮元素分别占总输出的25.16%和28.41%,用于鱼体生长发育的磷元素分别占总输出的47.37%和51.66%,二龄的红鳍东方鲀养殖系统与一龄养殖系统的氮磷吸收率相比有显著性提高(P<0.05)。实际生产中可通过增加二龄红鳍东方鲀专用饲料蛋白质与磷...     

博斯腾湖小湖区出水水质矿化度模型与预测

根据１９９０－１９９４年博斯腾湖小湖区出入湖水质矿化度监测和开都河西支入湖水量和出湖水量观测资料，采用水量平衡和盐量平衡关系推导出博斯腾湖小湖区出湖水质矿化度模型。     

珠江三角洲一维河网与三维河口耦合水质模型模拟与验证

在一维与三维耦合水动力、悬沙模型的基础上,构建了珠江三角洲一维与三维耦合水质模型。模型中包括浮游植物-氮-磷-碳-溶解氧循环,并考虑颗粒物在底泥与水体界面的再悬浮过程。选择了三个代表性时段(1999年1月、1999年7月与2000年)进行水质模拟,并采用相应水期的实测资料进行验证。结果表明,耦合水质模型计算效果良好,较好地再现了整个研究区域内各水质要素的时空分布规律,成功描述了珠江三角洲河网与河口区的动力与生物化学变化过程。     

电厂冷却系统对水环境生物影响的数值预测方法研究

分析了冷却系统内热冲击、卷载冲击、化学冲击对生物的致死影响，以及小生物在海水中的运动机制，从而导出小生物迁移运动微分方程和生物损失率控制微分方程，给出了数值求解生物损失率数学模型的方法，并应用该模型预测了海南某电厂冷却系统冲击效应对海洋水环境生物的影响。     

长江口无机氮和活性磷酸盐水质基准研究

河口营养物基准是河口营养状态参数对生态环境不产生不良或有害影响的最大阈值。本文首先基于2015—2018年长江口环境现场调查数据开展河口内部分区,再通过主成分分析、相关性分析和线性回归分析等方法,筛选长江口营养物基准关键指标,之后采用频数分布法和压力-响应模型法得出基准推荐值,最后将赤潮优势藻培养实验得到的生态响应值作为参考。结果表明:根据盐度分布与地形特征,长江口可分为口门区和口外区两个生态区。可溶性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)和可溶性活性磷酸盐(soluble reactive phosphorus,SRP)是制定长江口营养物基准的关键指标。口门区DIN和SRP的基准推荐值分别为0.614和0.029mg/L,口外区基准推荐值分别为0.295和0.008 mg/L。该结果有望为长江口富营养化评估和营养物标准制定等环境管理工作提供科学依据。