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湖南省推进遥感监测技术在生态环境监测领域的应用研究

科技动态 2021-02-08

城市黑臭水体是水体污染的一种极端现象,是目前较为突出的城市环境问题。传统黑臭水体监测主要依靠地面人工测量,耗时费力,采样点位布置数量和监测频率有限;卫星遥感可以进行快速、动态、全局性监测,在黑臭水体监测中可以发挥重要作用。

为夯实生态环境保护的基础,积极响应《生态环境监测规划纲要 (2020-2035年)》要求,充分发挥生态遥感成本低、效率高、信息量大等优势特点,湖南省监测中心加快推进遥感监测技术在生态环境监测领域的应用研究。

利用针对湖南省邵阳市黑臭水体识别方法进行探究,构建基于高分影像的城市黑臭水体遥感识别方法,就能为黑臭水体监管提供技术支持。利用 ENVI5.3 软件对影像进行正射校正、辐射定标、大气校正等操作。大气校正采用 ENVI自带 FLAASH 大气校正模块,输入影像成像时间以及传感器参数等信息,获取影像的地表反射率,构建黑臭水体模型,开展水质类别解译繁衍。

下一步工作计划

1、进行野外水体采样。按照上述分类结果进行样点设置,利用无人船、无人机、地物光谱仪等进行实地监测对比,对一般水体和黑臭水体进行光谱特征分析。

2、结合遥感算法,确定黑臭水体的反射率阈值,校正模型,提高分类精度。

遥感监测是利用遥感技术进行监测的技术方法,主要有地面覆盖、大气、海洋和近地表状况等。遥感监测技术是通过航空或卫星等收集环境的电磁波信息对远离的环境目标进行监测识别环境质量状况的技术,它是一种先进的环境信息获取技术,在获取大面积同步和动态环境信息方面“快”而“全”,是其他检测手段无法比拟和完成的。因此,得到日益广泛的应用,如大气、水质遥感监测,海洋油污染事故调查,城市热环境及水域热污染调查,城市绿地、景观和环境背景调查,生态环境调查监测等。

遥感监测技术是通过航空或卫星等收集环境的电磁波信息对远离的环境目标进行监测识别环境质量状况的技术,它是一种先进的环境信息获取技术,在获取大面积同步和动态环境信息方面“快”而“全”,是其他检测手段无法比拟和完成的。因此,得到日益广泛的应用,如大气、水质遥感监测,海洋油污染事故调查,城市热环境及水域热污染调查,城市绿地、景观和环境背景调查,生态环境调查监测等。2012年11月19日我国在太原卫星发射中心又成功发射了环境一号C星,获取了高质量合成孔径雷达影像图。随着遥感地理信息系统及全球定位系统等空间技术的快速发展,环境监测已从地面发展到空间,发展到天地协同监测。

为了研究的需要,一般选择影像清晰、反差适中、时相好、各项指标均能符合要求、容易辨别地类地物的遥感影像数据。对于所获取的遥感影像数据,需要进行预处理才能正式使用。常用的Landsat TM影像在地面接收站即进行过较粗的辐射校正和几何校正,除高精度的定量应用外,TM影像一般只需要进行几何校正即可,校正后,进行图像增强处理、波段合成及图像拼接、裁剪处理,以期进一步发掘遥感影像的潜在信息,突出和显示目标物的所需专题特征信息。根据不同土地利用类型的光谱反映特征建立翻译标志,采用目视解译法识别影像的特征属性,并结合野外调查资料对影像进行监督分类,得到遥感分类图,比较各时相的遥感分类图,完成检测区的详细制图。

地表水或海水中存在的污染物会影响和改变水面的反向散射特性。传感器监测时经水面反射到传感器中的能量光谱信号变化的能力决定了测量水质参数的遥感应用。特定波长的能量可以表示水中污染物的存在和浓度。因此,用来监测不同水质参数的最佳波段,取决于被测物质和传感器的特性。

水中光是太阳辐射经过折射、散射进入水体的部分,水中光、水面反射光、天空散射共同被空中探测器所接收,探测结果是波长高度、入射角、观测角的函数,其中前面部分包含有水的信息,因而可以通过高空遥感手段探测水中光和水面反射光,以获得水色、水流、水面形态等信息,并由此推测有关浮游生物、浑浊水、油污、污水等的质量和数量以及水面风浪等有关信息。因此,通过遥感系统测量并分析由水体吸收和散射太阳辐射而形成的光谱(包括可见光与近红外光)是水环境遥感监测的基础。

指标体系

根据污染水的光普效应、水污染的遥感影像特征以及国内外遥感监测研究现状,我国水环境遥感监测指标体系,包括空间、物理、化学、生物、综合5大类15项指标。目前,国内外对水环境的遥感应用主要是为具有光学机理基础的一些水质参数的提取,包括叶绿素a、悬浮物、CDOM、DOC、水温、透明度、油污等,而其应用目标主要为大洋水体,因为大洋水体面积大,成分比较稳定,水体遥感图像的大气校正处理比对比较完善;对于其他无光学机理、需利用数学相关模型或者间断手段提取的部分水质指标,其精度还远远达不到实际应用的需要,因此国外相关业务部门都没有采用。

根据我国国情,从卫星遥感的角度讲,河流和中、小型湖泊受卫星遥感时间、空间分辨率的限制而无法进行有效的监测。基于目前我国能获取遥感数据的时间、空间分辨率和信噪比,我国可进行业务遥感的水体为太湖和近海。

新闻来源:湖南省生态环境厅

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