【摘要】：城市黑臭水体是指颜色为黑色或深灰色,气味刺鼻、恶心,基本丧失生态功能的城市水体。近年来,我国城市化步伐加快,产业发展迅速,人民生活水平提高。但随之而来的生活废水、工业污水的过量排放,严重影响了河流生态系统,为人民生活带来不便。当前开展的关于遥感监测黑臭水体的研究多从水色指标变化的角度,利用遥感反射率识别黑臭水体。由于水面遥感反射率受水体吸收、散射等固有光学特性影响,因此,水体固有光学特性的变化更加能够直接反映水色的差异。本研究以水体吸收系数为主要指标,探索水色差异的最佳表征参数,构建黑臭水体识别和分级模型。以南京、无锡、扬州和长沙市的城市河道水体为研究对象,利用野外实测水体数据分析了城市河道黑臭水体的光学特征,构建了基于吸收系数的黑臭水体识别、分级算法。建立了基于高光谱数据的总颗粒物、CDOM吸收系数估算模型,并将模型应用于南京市无人机高光谱影像,对城市河段进行黑臭程度分级。论文主要得出以下结论:(1)不同黑臭程度的水体光学特性差异分析重度黑臭水体的遥感反射率值低于0.03sr-1,其平均值在各类水体最小,一般水体(即非黑臭水体)遥感反射率值总体最高。在400～550nm,重度黑臭水体的遥感反射率斜率值最低,轻度黑臭水体次之。在550～580nm,重度黑臭水体的波峰宽度大于其他类型水体,且峰值最低。不同黑臭程度的城市水体,其吸收系数存在差异。重度黑臭水体的非色素颗粒物吸收系数、色素颗粒物吸收系数与CDOM吸收系数均不同程度地高于轻度黑臭水体和一般水体。在440nm处,重度黑臭水体的色素吸收系数大致为轻度黑臭水体的1.1倍、一般水体的1.3倍;重度黑臭水体的非色素平均吸收系数大致为轻度黑臭的1.4倍、一般水体的1.8倍;重度黑臭水体的CDOM平均吸收系数大致为轻度黑臭的1.0倍,一般水体的1.4倍。(2)黑臭水体识别及分级指数黑臭水体的高CDOM吸收特性在黑臭水体的识别与监测方面具有应用潜力。CDOM吸收系数参数化模型在不同波段范围内拟合得到的斜率值S对黑臭水体与一般水体具有一定的区分性。不同波段范围拟合的斜率值对黑臭水体和一般水体的区分度随着波长的增加而降低:斜率S1值(拟合范围为275～295nm)、斜率S2值(拟合范围为350～400nm)的精度分别为79.39%、72.12%。而ag(440)区分黑臭水体的精度也较高,达到76.36%。重度黑臭水体的总颗粒物吸收与轻度黑臭水体差异显著,重度黑臭水体的高颗粒物吸收特性对黑臭水体的分级起着重要作用。总颗粒物吸收系数在400～500nm波段范围内的下降速率K400-500、在400～500nm波段范围内的曲线面积积分SA(400-500)和总颗粒物在440nm处的吸收系数ap(440)对不同黑臭程度的水体的区分度均大于80%,其中曲线面积积分SA(400-500)和总颗粒物吸收系数ap(440)的分级效果最好,均达到87.65%。考虑到实际反演过程的简洁性与可操作性,选取440nm处的CDOM吸收系数(阈值为1.25 m-1)作为黑臭水体与非黑臭水体的识别指数,440nm处的总颗粒物吸收系数(阈值为7m-1)作为轻度黑臭与重度黑臭水体的分级指数。(3)黑臭水体吸收系数的遥感反演选取720nm与560nm的遥感反射率比值,建立一元线性经验模型估算总颗粒吸收系数,估算值与实测值均方根误差为2.14m-1,平均绝对百分比误差为27.26%。选取665nm/720nm、560nm/665nm的遥感反射率比值与440nm处的CDOM吸收系数建立起的多元回归方法,估算的CDOM吸收系数的均方根误差为0.30m-1,平均绝对误差百分比为45.27%。采用改进后的QAA-640算法反演吸收系数,得到总颗粒物吸收系数均方根误差2.67m-1,平均绝对百分比误差为54.34%,CDOM吸收系数的均方根误差0.73m-1,平均绝对百分比误差为51.81%。因此,对于城市黑臭水体而言,经验算法的效果优于QAA半分析算法。(4)基于无人机高光谱数据的黑臭水体识别与分级基于2017年12月22日、2018年9月27日无人机遥感影像,利用经验算法对吸收系数进行反演,根据识别与分级指数的阈值对河道的水体进行分级,在所识别的4段河流中,金川河、龙园西路河、玄武湖仅为一般水体。屯粮河被分为三段,这三段河流的水质情况差异较大。最南部为轻度黑臭与重度黑臭混合的类型;中部水质较好,为一般水体;北部河段水质最差,基本为重度黑臭水体。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X87;X52
【图文】：
图１．１技术路线图逡逑１．５论文结构逡逑本论文共包括六章：逡逑第一章为绪论，主要阐述了论文的选题背景及研究意义，简述了关于城市黑逡逑６逡逑
图２．邋３作业实况图逡逑
图２．邋２无人机载高光谱成像仪整套设备逡逑
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