方案推荐| 基于无人机高光谱遥感影像的城市河道监测方案

方案推荐| 基于无人机高光谱遥感影像的城市河道监测方案

水是人类赖以生存和发展的基本条件，是维系自然生态系统功能和支撑社会经济系统发展不可替代的基础性自然资源和战略资源，特别是内陆淡水资源与人类生产生活息息相关。近年来，随着我国经济社会快速发展和流域污染负荷显著增加，城市河道、湖泊河流等地表水体水污染、水环境和水生态问题日益严峻，当前亟需开展快速有效的内陆水环境水质动态监测。

图片源自网络*

水环境一线业务涉及的黑臭水体筛查、河湖水质变化实时感知、水环境项目运营监督、预警、整治效果评价，都迫切需要遥感大范围动态监测提供技术支撑。20世纪70年代业内专家们开始了遥感水质反演的技术研究，它是一种通过量测从陆地表面获取的电磁辐射而推断地表参数的过程。其中，高光谱成像技术具有大范围、快速、动态监测等优势，提供了一种客观监测大面积水体污染状况的方法，是水环境监测体系发展的趋势。高光谱遥感技术具有快速、宏观、动态等显著特点，高光谱遥感和无人机技术让大数据河水管理工具完美地融合起来，无人机高光谱反演方法已经逐渐成为内陆水体水质监测评价的重要技术手段，应用该技术对水环境监测进行监测，可快速获取城市水体（包含湖泊、河道等）水质分布情况，对城市水体环境治理具有重要意义。

沙坪河河道图*

沙坪河流域水系示意图*

由于城市河流宽度较窄，水体识别需使用高分辨率遥感影像，传统的卫星遥感在水体识别方面存在限制：即使不考虑时间分辨率，卫星过境时受天气影响，难以及时获取研究区域数据；传感器获取水体信号，约90%源于大气影响，不到10%是水体信息；而以人工监测的方式在沿河流域布置不同的水质监测站周期长、成本高且不能多维度、连续、动态全面反应河道水质、水量随时空变化的情况。

奥谱天成作为国内光谱企业领头羊，致力于研发全光谱水质监测设备解决水质监测痛点，并且着力推出无人机高光谱监测技术对江河湖等水质情况进行全流域分析。

奥谱天成的无人机高光谱遥感影像的城市河道监测方案，基于高光谱的水质监测技术研究主要是通过卫星或者无人机等手段，采用高光谱成像仪进行水体高光谱数据采集，获得水体的辐射亮度DN 值数据，根据同步进行的水体采样分析实验的实测数据，建立不同波段光谱反射率与水质指标之间的模型，用于高光谱水质指标反演，从而实现河道检测。

技术思路和主要内容：

1、利用地物光谱仪对河流样本点数据进行光谱采集，样本点应该分布均匀且具有针对性，其分布如下图所示。然后对采集的样点进行SG平滑去噪、高光谱光谱反射率模拟、相关性分析等处理（对样点光谱与水体采样点水质参数进行相关性分析）。最后利用最佳波段或组合波段与水质参数建立水质参数反演模型，并评价不同模型的反演结果，确定最佳的水质参数反演模型。

采样点分布图*

2、对外业采集到的无人机高光谱数据进行图像辐射校正、SG滤波、影像拼接等前期图像预处理工作，然后对影像上的水体进行阈值提取，确定污染水体区域，最后将最优的水质参数反演模型应用到高光谱图像中，得到整条城市河道的污染水体参数反演结果，各参数反演结果支持一键专题地图成图或者大屏“一张图”展示(如下图所示）

应用实例：

奥谱天成利用全国产化的高光谱成像仪和地物光谱仪对城市河道污染水体进行识别，受天气影响小、距地面近获取水体信号强、且空间分辨率高，因此能有效克服上述星载数据的制约，更适合城市水体的快速监管；具体过程如下。

——飞行服务具体实施过程

——前期准备阶段

——数据处理及项目成果交付

支流：

全流域：不同水质指标反演结果

——反演结果精度评价

通常反演的模型都采用决定系数R2和RMSE来评价水质各参数反演结果的好坏，R2越高，RMSE越小，表明反演效果越好。流域个水质参数拟合效果图如下（反演值和真值偏差）：

反演指标拟合度*

综上反演结果可知，目前化学需氧量、氨氮、总氮、总磷反演精度较理想，各指标的反演误差绝对值介于1.01%~35.81% 之间，反演结果很好地呈现了河道水质空间分布，为城市水环境治理提供了直观的数据分析基础。

如您对以上方案感兴趣，或想了解更多方案设计细节，欢迎致电4008-508-928咨询