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【典型案例】山东某河道水体监测——洞察受损水体,光谱遥感有一手

2022-05-14 11:01 性质:转载 作者:长光禹辰 来源:长光禹辰
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项目背景气温升高使河道环境存在污染隐患,尤其对于一些流速慢的河道水体,更易堆积污染物质,从而导致水体富营养化与黑臭污染。长光禹辰积极响应“绿水青山就是...

项目背景

气温升高使河道环境存在污染隐患,尤其对于一些流速慢的河道水体,更易堆积污染物质,从而导致水体富营养化与黑臭污染。

长光禹辰积极响应“绿水青山就是金山银山”的国家战略需求,于5月6日对山东省某河道进行了多光谱河道环境监测,旨在通过多光谱成像与反演的方式,了解该河段的水体受损情况。

1、受损水体定义

受损水体是指因水污染导致水域的生态功能和环境功能遭到破坏的水体,围绕国家生态环境监管的战略需求,生态环境部提出“修复受损水体”的总体要求。

根据目前环境治理需求,受损水体对象主要为乡村黑臭水体与富营养化河湖库水体。

乡村黑臭水体指各县(市、区)行政村(社区)范围内颜色明显异常或散发浓烈气味的水体。

富营养化河湖库水体指因河湖库水中氮、磷等营养盐堆积而导致污染的水体。

2、光谱遥感监测受损水体

水体在遭受富营养化污染与黑臭污染后,相较于正常水体会产生较大的光谱反射差异,尤其在760nm~1000nm的不可见光波段范围内会呈现明显的光谱反射特征。

光谱遥感监测受损水体,立足于水体污染机理与表征,通过多光谱成像技术与遥感模型反演的方式,自动提取黑臭与富营养化污染范围,洞察受损水体光谱曲线在不可见光波段的明显变化,避免对污染水体的误判与遗漏。

光谱波段特征

3、案例分享

3.1 外业飞行

本次监测河道位于乡村与市区交界处,河段长约1km,宽度约90m,整体流速缓慢且存在支流。

采用多光谱成像+内业反演的方式进行河道污染情况调查可全面了解并分析污染原因。监测设备采用DJI M300 RTK+AQ600 Pro多光谱相机(遥感模式)AQ600系列多光谱相机同时具备视频探测遥感拍照两种模式,均可对水质情况进行良好表征。

M300 RTK+AQ600 Pro光谱遥感系统

考虑成图效果与飞行效率,使用带状航线沿河道两侧飞行,同时保证单景影像中水体面积不超过1/3,航线设计与飞行参数见下图。

左滑查看更多

3.2 数据预处理

使用Yusense Map多光谱预处理软件对AQ600 Pro获取的河道影像进行波段配准、影像拼接与反射率校正。使用Yusense Map处理4.2GB数据仅需30min,最终得到该河段的多光谱影像正射图。

Yusense Map数据预处理软件

3.3 反演模型

将拼接完成后的影像导入Yusense Map Plus中执行水面线提取、水体富营养化与黑臭水污染反演,软件通过将反演模型以算法模块的方式封装,用户通过简单交互即可完成成果反演,应用高效率,使用低门槛。

Yusense Map Plus行业应用软件

其中水面线算法可自动提取水域范围,将水体进行精细化分割,避免手动勾画水体范围的繁琐性与主观化。

水面线-左滑查看更多

使用提取的水面线分别进行富营养化反演与黑臭水反演,得到水质富营养化分级与黑臭水污染分级结果。

富营养化-左滑查看更多

黑臭-左滑查看更多

3.4 成果分析

数据表明,该河段存在较严重的富营养化污染,无明显的黑臭污染。其中支流(河道南部支流)、河道下游(河道东部)与河道南部沿岸出现连接状污染的情况。

经实地察看,发现上述区域水体出现不同程度的藻类堆积、水体浑浊变绿的情况;同时由于河道上游与支流的水体流向推动力,支流水体不断涌入干流,上游水体流向下游,是引起该区域水体富营养化污染的主要原因。

河道富营养化监测专题图

黑臭水体监测专题图

案例总结

河道污染具有隐蔽、难判断的特点,传统水质实测的方式难以适应河道的全局污染状态分布的展示,而单独依靠可见光成像又无法准确评估水体污染情况。

光谱成像+自动反演的光谱遥感技术可洞察受损水体目视不可见信息,为水污染评估与治理提供新的解决方案。

关于我们长光禹辰成立于2017年,是一家由中国科学院长春光机所和青岛高新区联合成立的高新技术企业,公司核心团队来自长春光机所,形成了以MS600多光谱相机为代表的无人机载光谱遥感硬件产品线、以Yusense Map/Map Plus为依托的光谱数据预处理及分析软件和以Yusense Cloud为依托的端云一体化服务平台,并在农业、林业、生态、环保警用等领域开展了深入的行业应用。公司专注于无人机航空遥感与光电探测领域,持续推出革新的软硬件产品,落地更丰富的行业应用场景,致力于用技术和产品推动行业进步。

长光禹辰信息技术与装备(青岛)有限公司(简称长光禹辰)成立于2017年6月,注册资本1000万元,地点位于青岛市高新区中科研发城,是由中科院长春光机所和青岛市高新区共同投资设立的高新技术企业。公司现有员工20余人,研发人员比例85%,其中高级职称人员超过20%,硕士及以上学历近80%。

长光禹辰核心团队来自中科院长春光机所的空间光学部和航空测量部,在大口径光电侦察载荷的研发,可见光、红外、激光成像系统的研制与集成,机载、车载、船载光电稳定吊舱/平台研制,偏振、光谱成像仪器的研制等方面均具有10年以上丰富的工程经验,先后参与了921载人航天、探月工程、风云系列卫星、碳卫星等航天项目,以及多型号军用车载、机载、舰载光电侦察载荷的研制。

公司依托长光所在无人机航空遥感领域的技术优势和灾害现场信息空地一体化获取领域的核心装备,通过与国内外灾害预警、风险分析、损失评估等领域的优势单位深度合作,构建灾情信息天空地一体化管理与服务平台,利用大数据、人工智能、物联网等先进技术手段,实现灾害信息的快速获取、及时处理、定量分析和精准应用,满足灾前预警、灾中监测和灾后重建对应急信息的需求,成为国内领先的灾害应急装备供应商、灾害应急数据提供商、灾害监测预警及灾害救援信息服务商。

“原子弹、导弹中的光学设备一定要让长春光机所来做”,半个世纪前钱学森先生的这句话至今仍然回荡在长光人的耳畔;在军民融合发展的今天,长光禹辰将依托自身在光学仪器、光电装备领域的优势,着眼于解决无人机航空遥感和应急信息服务领域的应用需求,努力提升我国综合防灾减灾能力,植根青岛、立足山东、面向全国、服务世界!

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