黄浦江上游水域的多光谱遥感水质监测与反演模型

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第31卷第10期武汉大学学报·信息科学版Vo1．31NO．102006年1O月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityOct．2OO6文章编号：1671-8860(2006)1O-085卜O4文献标志码：A黄浦江上游水域的多光谱遥感水质监测与反演模型童小华谢欢仇雁翎。赵建夫。(1同济大学测量与国土信息工程系．上海市四平路1239号，200092)(2武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞喻路129号。430079)(3同

2、济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海市四平路1239号，200092)摘要：运用遥感、GPS定位技术对黄浦江上游淀山湖及支干流水环境质量中的水质污染进行了监测，探讨了以实际监测数据与遥感多光谱特征数据建立溶解氧和透明度两种水质参数的遥感反演数学模型。结果表明，利用遥感技术和数据能有效地监测水质污染状况与分布情况，是一种较为快速、可行的监测手段。关键词：黄浦江；TM影像；水质监测；反演模型中图法分类号：TP751；P237．9黄浦江上游是上海市的水源保护区，近年来，布在淀山湖内。水质点采样试验在当天进行，与该区域的水质状况

3、与功能定位相差甚远_】]，因此，图像的时间差不超过4h，基本可认为与影像获对其开展监测研究具有重要的现实意义。多数据取同步。在这些点上，测量了五种典型水质参数：源、多水质参数的定量遥感是当前水质遥感监测总磷(TP)、高锰酸钾指数(CODmn)、溶解氧发展的前沿[2]，包括各种多光谱遥感、高光谱遥(D())、总氮(TN)和淀山湖区域的透明度(SD)，感、水色卫星以及它们的综合运用，采用多元回其中，透明度单位为cm，其余水质参数的单位均归、灰色模型、神经网络等多种数学方法建立水质为mg／L，同时用GPS测量了这些点的经纬度坐参数的反演

4、模型，用于监测海洋、湖泊及河口地带标。图l是在经几何精纠正后的TM影像上提等[3。国内应用遥感技术开展了监测珠江、太湖、取的水体及l9个水质参数点的分布图。滇池、杭州湾、黄河口等水域的尝试，而应用遥感技术来分析监测黄浦江上游区域水环境质量以及时空分布规律的研究成果还不多见。基于此，本文探讨了黄浦江上游水质的遥感监测方法，建立了典型水质参数的遥感反演模型。1水体遥感图像处理1．1地面监测数据和遥感数据遥感数据包括黄浦江上游区域Landsat5TM影像，获取时间为2003年8月2日上午，代图l黄浦江上游TM影像水体图及水质采样点分布表

5、了夏季特征的水质。地面监测数据为该区域内Fig．1WaterAreaMapandMonitoringPointson19个采样点的水质参数和地理坐标，其中7个点HuangpuRiverandDianshanLake分布在黄浦江上游干支流，另外l2个点均匀地分收稿日期：2006～07—29。项目来源：国家自然科学基金资助项目(40301043)；上海市科委科技攻关资助项目(04DZ12028)；上海市青年科技启明星计划资助项目(05QMX1456)。维普资讯http://www.cqvip.com武汉大学学报·信息科学版2006年1

6、0月1．2遥感图像预处理的鱼池等，因此，要想把感兴趣的水域位置提取出1．2．1传感器定标来，单纯的阈值法很难满足需要。将数字图像中的DN(digitalnumber)值转化为辐射率，以得到传感器人口处的准确辐射值。辐射率与DN值一般存在线性关系，表1所示为当日TM影像每个波段的增益(G)和偏置(B)值，由此可计算得各个波段的辐射率为：L一DN×G+B(i一1，2，⋯，7)(1)式中，L为波段辐射率。图2黄浦江上游假彩色TM影像(波段543一RGB)表1TM影像各波段传感器的定标系数Fig。2ColorizedTMImageofHu

7、angpuRiverTab．1SensorCalibrationCoefficientsforLandsat5UpperStream(Band543一RGB)TMRef1ectivPBandS波段号增益值偏置值本文首先计算归一化水体指数NDWI一0．0100(Green—NIR)／(Green+NIR)，其中，Green为0．02320．0078绿波段，即TM2；NIR为近红外波段，选择TM5。0．0l93计算黄浦江上游区域的NDWI后，通过观察ND—0．0080wI图的灰度直方图，最终选定NDWI一0．64作0．0040为阈值，

8、即凡是NDWI>0．64的认为是水体。然1．2．2几何精纠正后利用密度分割的方法，最小连通区域大小为通过GPS实地测量黄浦江沿岸17个特征点10000像素，连通方法为8连通，提取出来的水体的经纬度，并在影像上对其同名点(GCP)进行了如图1所示。可