水体污染的遥感方法及在珠江广州河段水污染监测中的应用

介绍了水体污染的遥感机理、方法，并探索在珠江广州河段水污染监测中的应用。研究表明：随着水体有机污染程度的增加，水体的可见－近红外光谱反射率逐渐降低。经比较发现，先对图像数据进行对数变换、IHS变换和KL变换后再进行密度分割及图像分类，可以更好地区分和识别水体污染。采用这一方法，制成了广州地区水体污染时空分布卫星影像图，并结合地面实际分析和调查资料，初步总结了珠江广州段水体污染的时空分布规律和污染变化趋势。通过对最新遥感数据的处理，结合区域或流域水污染的变化趋势和污染源研究，利用GIS技术建立区域或流域污染预警系统，为污染的宏观监测和研究以及水资源保护的决策提供了新的信息。     

基于欧比特高光谱影像的滇池叶绿素a浓度遥感反演研究

水体叶绿素a,即Chla (chlorophyll-a)浓度是表征水体富营养化程度的关键性指标,对于水环境评估和水质遥感监测具有重要意义。欧比特高光谱卫星是中国于2018年发射的新一代高光谱卫星,然而其在内陆水体水质遥感监测的适用性仍有待验证。本研究以高原富营养化湖泊滇池为研究区,以叶绿素a浓度为反演指标,利用滇池两次野外现场实测数据和欧比特高光谱OHS (Orbita Hyperspectral)影像,通过分析滇池水体的光学特性,构建了适用于欧比特高光谱影像的滇池水体叶绿素a浓度遥感反演模型,并通过星地同步数据验证了反演模型的有效性与可行性,获得了滇池叶绿素a浓度的空间格局。结果表明：（1）波段比值模型（B17/B9）适合于基于欧比特高光谱影像的滇池水体叶绿素a浓度的遥感反演,模型反演精度较高,决定系数（R2）为0.804,均方根误差（RMSE）和平均绝对误差百分比（MAPE）分别为6.99μg/L和6.32%;(2) 2019年4月2日滇池水体叶绿素a浓度呈现出由湖岸向湖泊中心逐渐降低的趋势,东北部与东南部呈幂函数型递减,西北部呈线性递减;（3）滇池欧比特高光谱影像的近岸4个水体像...     

水质遥感监测方法的探讨

不同水质具有不同的光谱特征,可以利用遥感技术对水质进行监测.水质监测结果是水质评价与水污染防治的主要依据,随着水体污染问题的日渐严重,水质监测成为社会经济可持续发展必须解决的重大问题,无论内陆水体还是海洋水体,其水质影响到国民生产和人们的生活用水,准确、快捷的水质监测显得尤为重要.水质遥感监测具有监测范围广、速度快、成本低和便于进行长期动态监测的特殊优势,在水体水质监测中具有巨大的应用潜力.本文主要对水质遥感监测方法进行探讨.     

滇池周边典型城镇地表覆盖分类遥感分析研究

滇池作为滇中最大高原湖泊,其水环境保护及水污染治理工作至关重要. 针对滇池周边典型城镇地表覆盖变化,发挥遥感探测技术先进性,快速了解污染源,并实时监测滇池污染治理工程进展,为及时优化治理方案提供数据支撑具有重大意义. 选取滇池周边晋宁区典型城镇为研究区,基于Landsat8影像利用遥感提取地表覆盖分类信息,运用混淆矩阵对比了最大似然法和目视解译的分类提取精度. 可知Landsat8影像通过目视解译可以快速、高效地提取城镇地表覆盖分类信息,也适用于滇池流域昆明市区、呈贡区等城镇,为滇池流域治理保护的宏观动态监测提供技术支持,为滇池流域城镇的发展、规划和治理提供决策信息.      

利用极轨气象卫星监测滇池水体变化初探

本文选用不同时相NOAA极轨气象卫星AVHRR1、2、4通道遥感图像资料,通过图像增强处理,提取与水体中藻类、泥沙等有关的信息。结果表明,利用极轨气象卫星监测滇池水体宏观动态变化,是可行的,而且具有花费少、实时性强等特点。     

基于TM/ETM+和MODIS的漓江流域生态环境遥感动态监测

为调查漓江流域近30 a来的生态环境变化，开展了基于TM/ETM+和MODIS遥感长、短周期结合的动态监测研究。通过对3期 Landsat-5/7 TM/ETM+遥感影像的信息提取、模式识别和实际调查，发现造成漓江上游生态环境退化的主要原因与漓江水源林遭人 为破坏、城市化扩展和水质污染等因素有关。通过对MODIS-NDVI和水体反射波谱分析，初步探明了流域区植被总量的季节变化规律 和漓江水体污染的遥感反射波谱特征，确定了水质遥感监测的最佳MODIS波段，得到了研究区的植被覆盖、城市扩展变化及河流水 质变化信息。     

昆承湖水质状况遥感监测与空间特征分析

针对镇域水资源常规的监测方法不能满足对水质适时、大尺度的监测评价要求等问题,该文以江苏常熟辛庄镇昆承湖为例,分析叶绿素a(Chl-a)和悬浮物(SS)浓度值与水体归一化反射光谱、一阶微分反射光谱特征的关系,运用PEARSON法分析两者之间的相关性,确定Chl-a和SS的敏感波段,利用Chl-a和SS敏感波段归一化光谱反射值和实测浓度数据建立了水质参数反演模型。采用同时相ETM遥感数据对水质参数(叶绿素a和悬浮物)浓度进行遥感定量反演,并根据反演结果分析镇域水体污染空间分布特征。结果表明,对水质参数几个最大正(负)相关的光谱值进行波段组合处理可以提高反演精度,并且模型反演值和实测浓度值之间误差较低。通过对叶绿素、悬浮物等水质参数反演实现了对昆承湖水体污染状况的快速、准确和动态的信息获取和评价,有效地实时监测镇域水体在空间和时间上的变化状况和特性。     

基于光谱曲线特征的水污染遥感监测研究

利用先进的野外光谱测试仪对德兴铜矿矿区水污染进行精细测量，分析了污染水体的波谱曲线特征。根据污染水体的波谱特征，结合ASTER卫星数据的波段特性，基于三原色机理设计假彩色合成方案，分析识别水体污染类型和污染程度，并提供了科学的水体污染波谱曲线。     

草型湖泊总悬浮物浓度和浊度遥感监测

草型湖泊水质遥感监测中水生植物会造成“水体—水生植物”混合像元问题,针对因混合像元导致草型湖泊水生植物覆盖区域水质难以直接利用遥感监测的问题,本文以草型湖泊微山湖为研究对象,提出定性和定量相结合的总悬浮物浓度和浊度分区监测方法,实现微山湖水体总悬浮物浓度和浊度的时空变化监测。基于获取的2014年7月—2015年6月覆盖微山湖的多期高分一号（GF-1） WFV和HJ-1A/1B CCD影像,利用归一化水体指数将微山湖区分为水生植物覆盖区和水体区。针对水生植物覆盖区,利用时序MODIS NDVI数据获取微山湖主要水生植物的时谱曲线,识别不同水生植物的物候特征;基于不同物候期内的水生植物对总悬浮物浓度和浊度的指示作用,对微山湖水生植物覆盖区水体总悬浮物浓度和浊度进行定性监测。针对水体区,分别构建水体总悬浮物浓度和浊度的单波段/波段比值模型和偏最小二乘模型,定量反演微山湖水体区总悬浮物浓度和浊度。研究结果表明,微山湖中水生植物以光叶眼子菜、穗花狐尾藻和菹草等沉水植物为主,其中光叶眼子菜/穗花狐尾藻和菹草的空间分布和物候特征存在明显差异,不同水生植物在不同物候期内对水质具有不同的指示作用;微山湖水体总悬浮物浓度和浊度具有显著的空间变异性,基于定性和定量相结合的方法可以有效监测微山湖水体总悬浮物浓度和浊度的时空变化规律。本文提出的定性和定量相结合的监测方法为草型湖泊水质监测的业务化应用提供了新思路。     

泥石流灾害多发区生态环境遥感监测评价

泥石流灾害对流域植被、土壤、水体等生态环境要素具有极强的破坏作用,快速有效地监测灾害影响区内生态环境的变化对防灾减灾工作有着重要意义。本文选取白龙江流域泥石流灾害为研究对象,利用多期次遥感影像提取了生态因子信息,构建了生态质量评价模型。结果表明,基于时间序列影像的遥感监测能够有效地刻画灾害发生前后的区域生态变迁过程,对地质灾害区的生态监测和修复具有实际应用价值。     

时序Sentinel-1A数据支持的长江中下游汛情动态监测

合成孔径雷达（SAR）因其对地观测全天候、全天时优势,成为多云多雨天气限制下洪水动态监测中不可或缺的数据来源之一。由于GEE（Google Earth Engine）云计算平台的兴起和短重访Sentinel-1数据的可获取性,洪水监测与灾害评估目前正面向动态化、广域化快速发展。顾及洪水淹没区土地覆盖变化的复杂性和发生时间的不确定性,基于时序Sentinel-1A卫星数据提出了针对大尺度范围、连续长期的汛情自动检测及动态监测方法。该方法首先,利用图像二值化分割时序SAR数据实现水体时空分布粗制图,逐像素计算时间序列中被识别为水体候选点的频率。然后,利用Sentinel-2光学影像对精度较粗的初期SAR水体提取结果进行校正,得到精细的水体分布图。最后,针对不同频率区间的淹没特点,采用差异化的时序异常检测策略识别淹没范围：对低频覆水区利用欧氏距离检测时序断点,以提取扰动强度大、淹没时间短的洪涝灾害区;对高频覆水区利用标准分数（Z-Score）检测时序断点,以提取季节性水体覆盖区。在GEE平台上利用该方法,实现了2020-05—10长江中下游地区全域洪水淹没范围时空信息的自动、快速、有效监测,揭示了不同区域汛情发展模式的差异性。本文提出的洪水快速监测方法对大尺度下的汛情动态监测、灾害定量评估和快速预警响应具有重要的现实意义。     

智能手机影像支持的水质监测算法与应用EI北大核心CSCD

智能手机为基于公众科学的水质监测提供了新的手段,但是目前还缺乏基于智能手机拍摄的水体影像的水质参数反演的系统性研究。针对这种情况,本文首先构建了基于水面数码照片的典型水质参数反演和水体污染识别模型,包括水色指数、透明度、营养状态等级、蓝藻水华、黑臭水体;然后,基于这些模型开发了基于智能手机安卓系统的“观水色”app,并在一些典型研究区对“观水色”app进行了应用及评价,获得了较好的水质监测精度;最后,分析了白平衡、不同数码相机设备、照片存储格式对于基于智能手机的水质监测的影响及其应对策略。本文的研究成果将有利于推动智能手机在水质监测中的广泛应用。     

连云港海州湾浒苔遥感监测研究

2007年以来,每年6月黄海海域爆发性的浒苔生长对海洋水产、海岸工程等产生了严重影响。据此,以江苏省连云港海州湾为研究区,通过Landsat-8和GF-1空间分辨率和光谱分辨率两种不同的卫星影像,针对海岸带区域特点,开展包含陆地和不含陆地两种情况下的主成分分析、植被指数NDVI和缨帽变换(Tasselled Cap Transformation,以下简称TCT)3种方法的浒苔遥感监测研究。结果表明,"PCA-2(图像中不包含陆地)"方法监测效果最佳,两种卫星影像监测结果中,条带状、点状和斑块状浒苔均能监测显示,水体清澈程度表现明显,图像对比度较高;"PCA-1(图像中包含陆地)"监测结果中的对比度相对较低,同时两种卫星影像监测结果水体清澈程度不能得以表现;NDVI监测结果对比度较高,斑块状、点状和条带状浒苔能较好监测,但是水体清澈程度不能得以表现;采用缨帽变换方法,利用两种卫星影像监测,效果均不明显,条带状、点状分布浒苔在很大程度上不能监测,水体清澈程度不能表现,图像对比度较差。     

Sentinel-2 MSI卫星数据在水体信息提取中的应用

为实现水灾发生后淹没区域的快速监测,为受灾地区的灾情评估、调查及水资源管理提供依据,借助Sentinel-2 MSI卫星对乌海湖、黄河宁夏石嘴山河段、沙湖3个研究区域2018年7—10月强降水前后水位、水体面积进行了动态监测.结果表明,乌海湖10月中旬之前水体面积持续增大,之后出现下降;黄河石嘴山部分河段在7月强降水之...     

Sentinel-3 OLCI数据的内陆湖泊有机悬浮物浓度遥感估算

有机悬浮物OSM (Organic Suspended Matter)是湖泊有机碳库的重要组成成分,对研究湖泊生态环境和初级生产力具有重要意义.本研究以太湖、巢湖、涌湖、小兴凯湖、滇池、洪泽湖、呼伦湖和南漪湖8个内陆湖泊为研究区,发展了适合内陆水体的有机悬浮物浓度遥感估算方法.基于B6、B7波段的斜率和B10、B11波...     

面向蓝藻的洱海气象监测站布局方法

针对洱海流域蓝藻预警研究所需的气象数据不足的问题,提出洱海气象监测站优化布局方法,采用环境影响统计概念模型分析了对环境产生影响的主要经济因素,根据水体污染指标将洱海各个行政区分为高污染区和低污染区,再考虑汇入洱海支流是否流经高污染区,认为在高污染区支流汇入口是蓝藻发生概率较高的区域。依据2个主要参数:区域污染程度和支流入口,部署气象监测站,该监测站能为洱海蓝藻预警研究提供必要、准确和可靠的水面气温、降雨量以及日照长度等气象参数,将对水环境的监测和研究具有重大意义和广泛应用前景。     

多源卫星遥感数据陆表水体产品生成方法研究EI北大核心CSCD

陆表水体是水资源管理、水生态治理及洪水应急监测不可缺少的基础信息,多源卫星遥感为研制陆表水体产品奠定了坚实的数据基础。论文首先对目前陆表水体制图产品和方法进行总结,构建全球地表水体产品验证样本集,分析评估全球中高分辨率陆表水体产品制图精度,基于Google Earth Engine(GEE)遥感大数据平台开展2000年和2018年中国区域陆表水体频率产品研制,提出了针对多源国产中高分辨率陆表水体智能提取方法,分析了21世纪以来中国区域陆表水体时空变化特征。     

内陆水体叶绿素a浓度反演的区域化三波段模型研究

以太湖和石头口门水库为例,建立了一种可直接计算水体叶绿素a浓度的区域化三波段模型。该模型通过对研究水体的光学特性分析,明确三波段组合与叶绿素a浓度间的函数关系参数,不仅可较好指示研究水体叶绿素a浓度水平,而且大大减小了回归算法所带来的模型不确定性。利用高精度、长时间序列的水体光学特性观测数据,建立针对不同研究水体的区域化三波段模型可为实现内陆水体叶绿素a浓度遥感监测业务化运行提供方法借鉴。     

矿区水体变化遥感监测方法研究

采用遥感技术对矿区生态环境进行动态监测,对于人类健康和资源合理开发利用具有重要意义。本文以临沂苍峄矿区为研究区,采用多时相Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像,运用单波段法、谱间关系法、水体指数法等多种方法提取水体信息。在此基础上提出一种新的水体变化信息提取流程,即运用RGB彩色合成法对不同时相影像进行合成,根据不同色调反映像元的不同变化趋势,发现并提取变化信息,实现了矿区水体信息的变化监测。     

GF-2影像中不同水体指数模型提取精度及稳定性分析

针对GF-2卫星影像数据的特点,选取了临夏回族自治州境内两个不同研究区域,分别采用单波段阈值法、归一化差分植被指数法（NDVI）及其他3种水体提取指数法（NDWI、SWI、MSWI）对两个研究区进行水体提取试验。通过分析比较各水体指数模型中阈值对水体提取精度和稳定性的影响,发现研究区1（城区）中单波段阈值法提取效果最高达到71.29,且稳定性较好。研究区2（山区）中MSWI方法提取精度最高为95.76,稳定性较单波段法次之。本文试验为GF-2影像在不同区域进行水体提取时选择不同模型及阈值时提供可靠的参考依据。