随着我国经济发展和城市化进程的加快,城市水环境呈现出局部恶化的趋势,特别是城市黑臭水体问题日益突出,引起了全社会的广泛关注。目前黑臭水体整治已经被正式列入地方政府水污染防治的主要任务,成为我国水环境保护的重点工作。如何科学认识黑臭水体的形成机理及其变化特征,实现黑臭水体的高效监管,是城市黑臭水体整治工作的基础,也是当前我国城市水环境保护面临的重大课题。
与基于地面布点采样的物理或化学分析监测方法相比,卫星遥感监测具有范围广、频率高、成本低、时效好等优势,是对传统水环境监测方法的重要补充。针对我国大范围城市黑臭水体监测、评估和管理的迫切需求,《城市黑臭水体遥感监测技术与应用示范》作者们在王桥研究员的带领下,率先在我国开展了城市黑臭水体遥感识别方法及应用研究,先后在华北地区、西北地区、东北地区、华东地区、长江中下游地区、东南地区等不同区域的典型城市进行了黑臭水体星地同步观测试验,系统获取了不同区域城市黑臭水体的水表、水质、水体、近地面、大气和光谱等相关参数,将水体透明度、溶解氧、氧化还原电位以及氨氮浓度等重要水质参数转换成黑臭程度指数,成功构建了城市黑臭水体遥感监测、分级与评估模型,并在20多个典型城市开展实际应用,实现了城市黑臭水体大规模遥感监测、定量分级和整治情况综合评估。
《城市黑臭水体遥感监测技术与应用示范》作为上述工作的技术总结,系统阐述了城市黑臭水体遥感监测高分辨率卫星数据处理、星地同步试验的过程和方法,揭示了与黑臭水体相关生物化学参数的光学特征、城市黑臭水体表观光学特征和固有光学特征,开展了黑臭水体吸收特性的影响因素分析,提出了基于经验算法、色度指标、人工智能方法的城市黑臭水体遥感识别方法,建立了基于半分析算法的城市黑臭水体定量分级模型,初步形成了一整套城市黑臭水体遥感监测技术流程和操作规范,并给出了多个典型城市黑臭水体遥感监测、治理成效评估的具体应用实例,表明了所建立的城市黑臭水体遥感监测方法的实用性和有效性。相信《城市黑臭水体遥感监测技术与应用示范》的出版将为我国城市黑臭水体监管和水污染防治提供新的技术手段,为我国水环境遥感监管研究与应用提供有价值的参考。
随着我国经济发展和城市化进程的加快,城市水环境呈现出局部恶化的趋势,特别是城市黑臭水体问题日益突出,引起了全社会的广泛关注。目前黑臭水体整治已经被正式列入地方政府水污染防治的主要任务,成为我国水环境保护的重点工作。如何科学认识黑臭水体的形成机理及其变化特征,实现黑臭水体的高效监管,是城市黑臭水体整治工作的基础,也是当前我国城市水环境保护面临的重大课题。
与基于地面布点采样的物理或化学分析监测方法相比,卫星遥感监测具有范围广、频率高、成本低、时效好等优势,是对传统水环境监测方法的重要补充。针对我国大范围城市黑臭水体监测、评估和管理的迫切需求,本书作者们在王桥研究员的带领下,率先在我国开展了城市黑臭水体遥感识别方法及应用研究,先后在华北地区、西北地区、东北地区、华东地区、长江中下游地区、东南地区等不同区域的典型城市进行了黑臭水体星地同步观测试验,系统获取了不同区域城市黑臭水体的水表、水质、水体、近地面、大气和光谱等相关参数,将水体透明度、溶解氧、氧化还原电位以及氨氮浓度等重要水质参数转换成黑臭程度指数,成功构建了城市黑臭水体遥感监测、分级与评估模型,并在20多个典型城市开展实际应用,实现了城市黑臭水体大规模遥感监测、定量分级和整治情况综合评估。
本书作为上述工作的技术总结,系统阐述了城市黑臭水体遥感监测高分辨率卫星数据处理、星地同步试验的过程和方法,揭示了与黑臭水体相关生物化学参数的光学特征、城市黑臭水体表观光学特征和固有光学特征,开展了黑臭水体吸收特性的影响因素分析,提出了基于经验算法、色度指标、人工智能方法的城市黑臭水体遥感识别方法,建立了基于半分析算法的城市黑臭水体定量分级模型,初步形成了一整套城市黑臭水体遥感监测技术流程和操作规范,并给出了多个典型城市黑臭水体遥感监测、治理成效评估的具体应用实例,表明了所建立的城市黑臭水体遥感监测方法的实用性和有效性。相信本书的出版将为我国城市黑臭水体监管和水污染防治提供新的技术手段,为我国水环境遥感监管研究与应用提供有价值的参考。
全书共分为6章,内容由浅入深,逐步引入黑臭水体遥感监测涉及的不同方面和处理层次。第1章总体概述了当前黑臭水体的现状与研究进展、涉及的基本概念,高分辨率遥感在黑臭水体监测中的优势与发展,常用的高分辨率传感器以及遥感监测黑臭水体的总体技术框架;第2章简要介绍了高分辨率遥感数据预处理的内容,包括几何校正、大气校正、城市建成区提取、城市水系提取等;第3章详细介绍了星地同步试验点位设计,参数测量的原理、设备、方法、注意事项,测量数据的处理过程与结果以及试验数据集案例等;第4章系统阐述了城市黑臭水体的生物光学特征,包括水质参数特征、表观光学特征、固有光学特征,分析了黑臭水体吸收特性的影响因素,如颗粒物吸收特性、CDOM吸收特性;第5章重点论述了黑臭水体遥感识别和定量分级方法,从不同算法原理、算法精度分析、算法适用性分析等方面详细论述了基于经验算法、色度指标、人工智能方法、半分析算法等角度建立的不同的遥感识别模型;第6章从黑臭水体遥感监测在各地区的应用层面,举例介绍了华北地区、东北地区、西北地区、长江中下游地区、华东地区、东南地区某些城市黑臭水体的概况、过程及监管结果。
本书的出版凝聚了黑臭水体遥感监测研究团队多年的心血,第1章概论由王桥、朱利、吴传庆、申茜撰写,第2章由李家国、朱云芳、李佳琦撰写,第3章由申茜、朱利、姚月、朱学练撰写,第4章由李云梅、吕恒、王雪蕾、丁潇蕾、温爽撰写,第5章由吕恒、李云梅、丁潇蕾、吴志明撰写,第6章由朱利、侍昊、申茜、李家国、周亚明、孟斌、丁元芳、温爽撰写。张永红负责全书的统稿与修订,朱利负责全书的核稿。在此感谢所有参与数据处理与定点试验的人员,特别感谢李旭文、程乾等老师在研究过程中给予的指导,同时本书的第4章、第5章部分内容是丁潇蕾、温爽硕士毕业论文的重要组成部分。
本书力求全面又准确地介绍黑臭水体遥感监测的基本原理、方法、过程及结果,但由于水平有限,疏漏和不足之处敬请批评指正。
1 概论
1.1 主要背景
1.2 高分辨率遥感在黑臭水体监管应用中的优势
1.3 城市黑臭水体遥感常用的高分辨率传感器简介
1.4 国内外主要研究进展
1.5 遥感监测黑臭水体的总体技术框架
参考文献
2 高分辨率遥感数据预处理
2.1 高分辨率遥感数据几何校正
2.2 高分辨率数据大气校正
2.3 基于高分辨率数据的建成区提取
2.4 基于高分辨率数据的城市水系提取
参考文献
3 城市黑臭水体地面调查星地同步试验
3.1 试验设计
3.2 参数测量及数据处理
3.3 东北某城市试验方案示例
参考文献
4 城市黑臭水体生物光学特征
4.1 城市黑臭水体水质参数特征
4.2 城市黑臭水体表观光学特征
4.3 城市黑臭水体固有光学特征
4.4 黑臭水体吸收特性的影响因素分析
参考文献
5 城市黑臭水体遥感识别与定量分级方法
5.1 基于经验算法的黑臭水体遥感识别
5.2 基于色度指标的黑臭水体遥感识别
5.3 基于人工智能方法的黑臭水体遥感识别
5.4 基于半分析算法的黑臭水体遥感分级
参考文献
6 基于高分辨率影像的城市黑臭水体遥感监测应用示范
6.1 华北某城市黑臭水体遥感监管应用示范
6.2 东北某城市黑臭水体遥感监管应用示范
6.3 长江中下游某城市黑臭水体遥感监管应用示范
6.4 华东某城市黑臭水体遥感监管应用示范
6.5 西北某城市黑臭水体遥感监管应用示范
6.6 东南某城市黑臭水体遥感监管应用示范