地面光譜資料與SPOT 影像應用於水賍定量推估研究

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1、航測及遙測學刊第十卷第二期第169-182頁民國94年6月169JournalofPhotogrammetryandRemoteSensingVolume10,2,June2005,pp.169-182地面光譜資料與SPOT影像應用於水質定量推估研究112蕭國鑫吳啟南廖子毅摘要SE-590地面光譜輻射儀(Spectroradiometer)於接近同一時刻，量測德基水庫水體與標準白板的光譜輻射強度(radiance)，換算為反射率後，再與水質檢測之葉綠素A、懸浮固體與透明度等參數施行多元迴歸分析(multipleregression

2、)。另亦以德基水庫為例，利用同一天獲取的SPOT影像、SE-590高光譜資料模擬SPOT三個波段的光譜輻射值，再分別與各水質參數進行迴歸分析及評估迴歸統計資訊；結果顯示SE-590資料定量推估葉綠素A、懸浮固體與透明度水質的標準差為0.57µg/l、0.2mg/l及0.17m，SPOT資料推估之標準差為1.03µg/l、0.51mg/l及0.32m，SE-590資料模擬SPOT三個波段推估水質的標準差為1.77µg/l、0.49mg/l及0.37m。另以遙測多光譜影像之紅/綠及紅/近紅外光段比值法，定性分析水體中的葉綠素相對濃度分

3、布，並確定比值愈小，葉綠素相對含量愈高。關鍵字:遙測、光譜輻射儀、水質、營養狀態1.前言度是水質營養等級評估的重要指標，美國EPA即有此二種參數的單一變數營養等級評估標準(如表評估水質營養等級，傳統上是採用有限的水質1.1所示)；如水體中的葉綠素濃度大於12ug/λ、透採樣檢測資料，再根據各種營養等級指數(Trophic明度小於2m者，皆屬於優養水質(Lillesand，1983)。StateIndex)，如卡爾森積分法(Carlsonintegrated葉綠素在藍光段(400~420nm)及紅光段(665method)、美國EP

4、A單一變數法或生化需氧量/溶氧nm)具有較強的吸收能力(章國威，2003；如圖1.1(BOD/DO)比值等方法，以評估水庫或河川水質的所示)，此光譜特性使其定量遙測變為可行污染狀況。但得到少數分散式的點狀資料，據以論(Tassan，1987)。Lillesand(1983)曾利用Landsat多斷整個水域的水質營養狀態，顯然是以偏概全；而光譜資料評估水庫水質營養狀態；Wezernak(1976)結合少數的採樣點資料及大面積涵蓋的遙測資亦曾以兩個波段的比值模式，建立葉綠素及透明度訊，則可以進行統計迴歸分析，並快速推估廣大水對應光譜反

5、射率的關係。國內亦成功地利用空載多域的水質分佈。譜掃描影像，確定石門水庫藻華(algaeblooming)遙測多光譜資料推估水質分布，比較可行的參分佈河段(行政院環保署，1991)及分析德基水庫的數為葉綠素、懸浮固體、透明度、濁度、溫度、水藻華分佈(鄭文哲、等，1988)。由於台灣地區大部色等物理參數(Edwin，1985)。其中葉綠素及透明份水庫蓄水範圍橫斷面較小，尤其是優養化嚴重的收到日期:民國92年12月12日1工研院能資所研究員修改日期:民國93年11月17日2工研院能資所副研究員接受日期:民國93年11月19日170航測

6、及遙測學刊第十卷第二期民國94年6月水庫多屬小水庫，以目前地面解像力較粗、光譜解正)；其波長範圍通常比衛星或空載感測器的波長析力不足的衛星多光譜影像，遙測推估水庫水質並範圍寬，且每個波段的波譜解析力約為數個奈米不太合適。因此，本研究乃利用可攜式、具高光譜(nm)，所以可藉由此高光譜資料的組合，模擬衛星解析力的SE-590光譜輻射儀(光譜範圍0.373～或空載資料各波段、不同波長範圍內的光譜輻射值1.107µm)，分析建立德基水庫水質之葉綠素、透明(單位:mW/(Sr‧cm²‧nm))，進而校正接近同一時度、懸浮固體與光譜間的迴歸模

7、式及主要光譜特刻所獲取的遙測多光譜資料光譜輻射值或灰度值徵。(grayvalue)。研究中除利用同一天獲取的SPOT影光譜輻射儀經過標準光源校正後，於接近目標像，結合水質檢測資料定量推定德基水庫的水質分物獲取物體的光譜輻射強度，可視為絕對物理量布外；亦利用SE-590的高光譜量測資料，模擬(傳統遙測資料未經大氣校正，視為相對物理量；SPOT衛星三個波段波長的反射率，再與水質採樣研究中使用的光譜輻射儀沒有經過標準光源校檢測資料進行迴歸分析(行政院環保署，1999)。表1.1、卡爾森積分法與美國EPA單一變數法評估水質污染指標(Lil

8、lesand,1983)TrophicStateCarlsonmethodSinglevariablemethod(EPA)TrophicStateIndex(CTSI)Chlorophyll-A(ug/l)TotalPhosphate(ug/l)