遙感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

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1、遙感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用1??水體遙感監(jiān)測(cè)的基本理論1.1??水體遙感監(jiān)測(cè)原理、特點(diǎn)。影響水質(zhì)的參數(shù)有：水中懸浮物、藻類、化學(xué)物質(zhì)、溶解性有機(jī)物、熱釋放物、病原體和油類物質(zhì)等。隨著遙感技術(shù)的革新和對(duì)物質(zhì)光譜特征研究的深入，可以監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)種類也在逐漸增加，除了熱污染和溢油污染等突發(fā)性水污染事故的監(jiān)測(cè)外，用遙感監(jiān)測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)大致可以分為以下四大類：渾濁度、浮游植物、溶解性有機(jī)物、化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)?！　±眠b感技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的主要機(jī)理是被污染水體具有獨(dú)特的有別于清潔水體的光譜特征，這些光譜特征

2、體現(xiàn)在其對(duì)特定波長(zhǎng)的光的吸收或反射，而且這些光譜特征能夠?yàn)檫b感器所捕獲并在遙感圖象中體現(xiàn)出來。如當(dāng)水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化時(shí)，浮游植物中的葉綠素對(duì)近紅外波段具有明顯的“陡坡效應(yīng)”，故而這類水體兼有水體和植物的光譜特征，即在可見光波段反射率低，在近紅外波段反射率卻明顯升高。???1.2??水質(zhì)參數(shù)的遙感監(jiān)測(cè)過程。首先，根據(jù)水質(zhì)參數(shù)選擇遙感數(shù)據(jù)，并獲得同期內(nèi)的地面監(jiān)測(cè)的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)?，F(xiàn)今廣泛使用的遙感圖象波段較寬，所反映的往往是綜合信息，加之太陽(yáng)光、大氣等因素的影響，遙感信息表現(xiàn)的不甚明顯，要對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行一系

3、列校正和轉(zhuǎn)換將原始數(shù)字圖像格式轉(zhuǎn)換為輻射值或反射率值。然后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇不同波段或波段組合的數(shù)據(jù)與同步觀測(cè)的地面數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，再經(jīng)檢驗(yàn)得到最后滿意的模型方程。2??水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)常用的遙感數(shù)據(jù)2.1??多光譜遙感數(shù)據(jù)。在水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)中常用的多光譜遙感數(shù)據(jù)，包括美國(guó)Landsat衛(wèi)星的MSS、TM、ETM+數(shù)據(jù)，法國(guó)SPOT衛(wèi)星的HRV數(shù)據(jù)，氣象衛(wèi)星NOAA的AVHRR數(shù)據(jù)，印度遙感IRS系統(tǒng)的LISS數(shù)據(jù)，日本JERS衛(wèi)星的OPS(光學(xué)傳感器)接收的多光譜圖像數(shù)據(jù)，中巴地球資源1號(hào)衛(wèi)星（CBERS-

4、-1）CCD相機(jī)數(shù)據(jù)等?！　andsat數(shù)據(jù)是目前應(yīng)用較廣的數(shù)據(jù)。1972年Landsat1發(fā)射后，MSS數(shù)據(jù)便開始被用于水質(zhì)研究中。如解亞龍等用MSS數(shù)據(jù)對(duì)滇池懸浮物污染豐度進(jìn)行了研究，明確了遙感數(shù)據(jù)與懸浮物濃度的關(guān)系；張海林等用MSS和TM數(shù)據(jù)建立了內(nèi)陸水體的水質(zhì)模型；Anne等人用TM和ETM+數(shù)據(jù)對(duì)芬蘭的海岸水體進(jìn)行了研究。SPOT地球觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)，較陸地衛(wèi)星最大的優(yōu)勢(shì)是最高空間分辨率達(dá)10m。SPOT數(shù)據(jù)應(yīng)用于水質(zhì)研究中，學(xué)者們也做了一些研究。如可以利用SPOT數(shù)據(jù)來估算懸浮物質(zhì)濃度和估

5、計(jì)藻類生物參數(shù)。AVHRR(高級(jí)甚高分辨率輻射計(jì))是裝載在NOAA列衛(wèi)星上的傳感器，每天都可以提供可見光圖像和兩幅熱紅外圖像，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)等許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如1986年，國(guó)家海洋局第二海洋研究所用NOAA數(shù)據(jù)對(duì)杭州灣懸浮固體濃度進(jìn)行了研究。2.2??高光譜遙感數(shù)據(jù)2.2.1??成像光譜儀數(shù)據(jù)。成像光譜儀也稱高光譜成像儀，實(shí)質(zhì)上是將二維圖像和地物光譜測(cè)量結(jié)合起來的圖譜合一的遙感技術(shù)，其光譜分辨率高達(dá)納米數(shù)量級(jí)。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者主要利用的有：美國(guó)的AVIRIS數(shù)據(jù)、加拿大的CASI數(shù)據(jù)、芬蘭的AISA數(shù)據(jù)、

6、中國(guó)的PHI數(shù)據(jù)以及OMIS數(shù)據(jù)、SEAWIFS數(shù)據(jù)等進(jìn)行了水體水質(zhì)遙感研究，對(duì)一些水質(zhì)參數(shù)，如葉綠素濃度、懸浮物濃度、溶解性有機(jī)物作了估測(cè)。2.2.2??非成像光譜儀數(shù)據(jù)。非成像光譜儀主要指各種野外工作時(shí)用的地面光譜測(cè)量?jī)x，地物的光譜反射率不以影像的形式記錄，而以圖形等非影像形式記錄。常見的有ASD野外光譜儀、便攜式超光譜儀等。如對(duì)我國(guó)太湖進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)，水面光譜測(cè)量就用了GRE-1500便攜式超光譜儀，光譜的響應(yīng)范圍0.30~1.1um，共512個(gè)測(cè)量通道，主要將其中0.35~0.90um的31

7、6個(gè)通道的數(shù)據(jù)用于水質(zhì)光譜分析。并且非成像光譜儀與星載高光譜數(shù)據(jù)的結(jié)合，可望研究出具有一定適用性的水質(zhì)參數(shù)反演模型。2.3??新型衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。新的衛(wèi)星陸續(xù)升空為水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)提供了更高空間、時(shí)間和光譜分辨率的遙感數(shù)據(jù)。如美國(guó)的LandsatETM+、EO--1ALI、MODIS，歐空局的EnvlsatMERIS等多光譜數(shù)據(jù)和美國(guó)的EO-1Hyperion高光譜數(shù)據(jù)。Koponen用AISA數(shù)據(jù)模擬MERIS數(shù)據(jù)對(duì)芬蘭南部的湖泊水質(zhì)進(jìn)行分類，結(jié)果表明分類精度和利用AISA數(shù)據(jù)幾乎相同；Hanna等利用

8、AISA數(shù)據(jù)模擬MODIS和MERIS數(shù)據(jù)來研究這兩種數(shù)據(jù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的可用性時(shí)發(fā)現(xiàn)；MERIS以705nm為中心的波段9很適合用來估算葉綠素a的濃度，但是利用模擬的MODIS數(shù)據(jù)得到的算法精度并不高。Sabine等把CASI數(shù)據(jù)和HyMap數(shù)據(jù)結(jié)合，對(duì)德國(guó)梅克萊堡州湖區(qū)水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，為營(yíng)養(yǎng)參數(shù)和葉綠素濃度的定量化建立了算法。3??水質(zhì)遙感存在的問題與發(fā)展趨勢(shì)3.1??存在的問題：①多數(shù)限定于定性研究，或進(jìn)行已有的航空和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)分析，卻很少進(jìn)行定量分析。②監(jiān)測(cè)精