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汤加水源被火山灰污染,水质监测可以怎么做?
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2022-01-20 18:14:03来源: 中国机器视觉网

1月14日晚,南太平洋西部岛国汤加火山喷发引发全球关注,这次喷发也被称为全球最强的火山喷发之一。首都塔布岛大街上到处都是厚厚的火山灰,“看起来像月球表面”。火山灰的影响不止在于陆地,还给水源带来了严重污染,整个汤加的水源已经被火山灰污染,所有家庭的饮用水都面临困难,整个国家的农作物遭受毁灭性打击。当下,淡水资源成为汤加当地居民的急需品。

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水源一旦出现了问题,不但会给居民的正常生活带来了巨大不便,也会对人们的身体健康产生直接危害。如何做好水源监测确保水源正常持续使用,从而保障人们正常工作与生活,不仅是汤加后面恢复不得不面对的问题,也是摆在全球水源面前的一道绕不开的难题。

目前,卫星遥感技术对水质参数的监测研究已基本成熟,但受卫星遥感影像空间分辨率、时间分辨率等因素的影响,卫星遥感无法针对小范围城市河流、湖泊的进出排水口进行实时监测。今天,就为大家介绍一些监测河湖水质状况的新技术手段,并且这些技术已经应用在我国河流湖泊的监测中。

1.基于无人机的高光谱图像数据采集

星云湖,有着湖泊云南九大高原湖泊之一的美誉,南与杞麓湖相邻,北与抚仙湖相通,是珠江流域南盘江水系的源头湖泊,灌溉了农田,也养育了一方人。然而就是这样一座重要的湖泊,近年来被列为了劣V类水质。面临类似困境的还有深圳市茅洲河,它流经深圳、东莞两市,两岸上等支流多达27条,但每一条都在经济腾飞进程中被严重污染,是深圳市污染河流中具有代表性的一条,水污染问题阻挡了当地旅游事业的发展。

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星云湖(左)和茅洲河(右)

一座湖泊一条河流,不再是单单的水域,后面护住的更是一方水土一方人,一座城一群人。治理水质污染刻不容缓,而做好水质监测则是迈出的第一步。

研究者一边在星云湖和茅洲河分别采样进行实验室分析,分析的参数包括总氮(TN)、总磷(TP)、悬浮物 (TSS)、浊度(TUB)、叶绿素 (CHL-a),采样点按3:2的比例运用含量梯度法选出建模集和检验集。一边利用DJIM600 Pro无人机,搭载高光谱成像仪GaiaSky-mini 2获取星云湖和茅洲河的高光谱图像反射率数据,构建总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素 (CHL-a)、悬浮物(TSS)、和浊度(TUB)的监测模型并研究其浓度空间分布。其中无人机高光谱影像的预处理主要包括镜像变换、黑白帧校正、场地校正等。 

研究者根据双波段组合,构建归一化指数、比值指数、差值指数,寻找合适的双波段组合构建监测模型预测水质参数。将波长从400-1000nm的所有波段反射率构建归一化指数、比值指数、差值指数分别与各水质参数进行相关分析,得到水质参数与各波段比值的相关系数分布图。以水质参数总氮为例,下图为水质参数总氮与归一化指数、比值指数、差值指数任意两波段组合的相关系数分布图。 

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总氮与双波段反射率指数相关系数分布图

最终,研究者通过在线反演可实时观察水环境的水质参数总氮、总磷、叶绿素a、悬浮物、浊度的变化,为城市河流的水质监测提供了全新的数据来源和技术手段,同时也为湖泊、河流的水环境保护及治理提供了依据。 

2.无人机多光谱成像系统,实时监测全掌握

针对光谱行业应用而来,无人机多光谱成像系统可在多个应用场景中实现实时监测,用“一张图”为用户送上第一手的信息参考,为解决用户的痛点问题提供技术支撑,包括以下领域:

· 河湖(水污染监测、疑似污染源排查、水域生态灾害监测、岸线环境调查、黑臭水体治理)

· 农业(种植状况评估、作物长势监测、作物倒伏分析、变量植保喷洒、作物产量估测)

· 林草(林木理化参数、林木结构参数、林木水肥胁迫、林木病虫害、草地产草量、草地覆盖率、草地灾害、草地退化、草地营养)

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无人机多光谱成像系统