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摘要:中国城市黑臭水体情况严重,基于遥感监测黑臭水体刚刚起步,很多问题待解决.以沈阳市城市建成区内主要河流为研究区,于2015年-2016年开展地面调查,获取了浑河和蒲河46个一般水体的样点,和辉山明渠、满堂河、细河以及微山湖路附近、丁香湖北部50个黑臭水体的样点数据,包括水面光谱和主要水质参数.分析了黑臭水体与一般水体的光谱特征,发现城市黑臭水体反射率光谱在绿光一红光波段变化比一般水体平缓,基于这一特点提出了一种基于反射率光谱指数BOI(Black and Odorous water Index)的黑臭水体识别模型,并将其与红绿波段比值指数进行对比,具有更好的识别精度.结果表明:(1)基于遥感反射率(Rrs)计算的BOI小于0.065时,可判为黑臭水体.(2)由于GF2水体图像精确大气校正存在困难,可以利用瑞利散射校正反射率(Rrc)替代Rrs,BOI小于阈值0.05时,可判别为黑臭水体;同时模拟证明,当气溶胶光学厚度逐渐增大时,黑臭水体与一般水体的光谱差异将逐渐减小,因此这种方法主要适用于比较清晰的图像、气溶胶光学厚度比较小(如AOT(550)≤0.5时).(3)基于Rrc的BOI模型可以较好的应用于GF2图像上,具有较好的识别精度.对201 5年-2016年3景GF-2影像提取的结果显示,满堂河和新开河黑臭现象得到逐步改善,辉山明渠黑臭现象依然严峻.本文发展的黑臭水体遥感识别算法主要是基于沈阳黑臭水体的光谱特征,仅在沈阳市进行了验证,将来还需在其他城市进一步验证,并且需要更多地考虑多种因素对水体反射率的影响....
[硕士论文] 姚月
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,城市化快速发展使得大量生活污水和工业废水被排放至城市河道中,河道中有机污染负荷增大且河流的自净能力不足,造成城市河流水质的日益恶化。目前在中国大部分城市河道中,水体几乎都受到了不同程度的污染,城市水体黑臭现象尤为突出。随着遥感技术发展,其便捷、高效、连续、覆盖广的优势逐渐弥补了黑臭水体传统监测方法的不足。利用卫星遥感识别城市黑臭水体,并通过长期监测可以得到黑臭水体的分布情况及变化规律,并对其治理成效进行评价。我国GF系列高分辨率卫星的快速发展,使得通过遥感手段监测黑臭水体成为可能,这对国家监管和评估黑臭水体具有重要的意义。
  本文以中国七个典型城市黑臭水体为研究区,设计并进行多次野外水体遥感综合试验,获取了大量的黑臭水体的水质参数、表观光学量和固有光学量等数据。城市黑臭水体复杂多变,所以从遥感业务化监测城市黑臭水体的角度出发,进行了城市水体的遥感分类。在分类的基础上分析了利用GF多光谱卫星识别黑臭水体的局限性,并根据其光谱特征建立了BOI指数识别城市黑臭水体。针对GF多光谱影像识别黑臭的业务化需求,提出了一种快速、准确的GF多光谱数据预处理流程,并以沈阳市和北京市重点区域为示范区,应用GF多光谱数据预处理流程和城市黑臭水体识别BOI模型,实现了对两区域2015~2017年城市黑臭水体的监测。
  本文主要取得的研究成果和结论是:
  1)建立了城市水体的遥感分类体系,包括两类一般水体、三类轻度黑臭水体和三类重度黑臭水体。通过分类体系分析了八种水体的光谱特征,其中两种一般水体分别具有清洁水体和富营养化水体的光谱特征;反射率特征与一般水体相似的轻度和重度黑臭水体具有富营养化水体的光谱特征;反射率较高的轻度和重度黑臭水体具有浑浊水体的光谱特征;反射率极低的轻度和重度黑臭水体具有黑臭水体特殊的光谱特征,即没有明显水的光谱特征。
  2)为了实现城市黑臭水体的遥感识别,根据城市水体的遥感分类体系进行了基于GF多光谱的水体分类,包括一般水体和三类黑臭水体。通过分类结果分析得到了GF多光谱卫星识别黑臭的局限性:受GF多光谱卫星宽波段传感器和波段设置等因素的影响,难以区分重度黑臭水体和轻度黑臭水体,并且难以区分一般水体和与富营养化水体相似的黑臭水体。
  3)利用实测遥感反射率数据模拟GF多光谱数据,通过对比发现黑臭水体具有在红-绿光波段反射率变化比一般水体更为平缓的光谱特征,提出了一种可以快速识别黑臭水体的归一化比值模型BOI(Black and Odorous water Index)模型,精度较高。
  4)GF多光谱数据受数据本身原因的影响在实际应用中存在一定的问题,本文提出了针对GF数据的预处理流程:包括复原融合、几何校正、大气校正。并将BOI模型应用到预处理后的2015~2017年沈阳市和北京市重点区域的影像数据当中,得到两个城市的黑臭水体现象逐年减少的变化趋势,这与政府的整治监管有着直接的联系。
  本论文在水色遥感专家知识分类的基础上,建立了城市水体遥感分类体系,并在此基础上提出了基于GF多光谱影像对城市黑臭水体进行识别的方法,为有效监管黑臭水体提供技术支持。
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