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陆基遥感+机器学习 精准扫描复杂水环境

版次:11 来源:新华日报      2021年09月15日

本报讯 (记者 蔡姝雯) 如何利用新的技术手段和方法,准确快速地监测地表水环境?中国科学院南京地理与湖泊研究所张运林研究组,联合杭州海康威视数字技术股份有限公司、南京中科深瞳科技研究院有限公司,用3年时间首创出“近水面非接触式陆基(地基、岸基)高光谱、多参数水质遥感监测仪”,解决了以往水下探头易污染、难维护、精度低,卫星遥感监测中时间和光谱分辨率低、易受天气和大气尘埃干扰等难题。

“高时空分辨率、自动化和智能化是该监测仪的特点。”研究组科研人员告诉记者,监测仪集成了高光谱采集、视频监控、毫米波雷达水位测定、水质参数反演和深度学习等技术,可以实现复杂天况下总氮、总磷、叶绿素、高锰酸盐指数、悬浮物、透明度和有色可溶性有机物吸收等11个关键水质参数的实时秒-分钟尺度高频监测。

据介绍,相比于航空、航天、近地无人机载的水环境遥感,陆基水环境遥感由于离水面比较近(5-10m),离水辐射信号强,大气的影响基本上可以忽略,无需进行大气校正,因此可以实现阴天、多云和晴朗及更复杂天况下更高精度的水环境遥感监测。同时,陆基遥感监测仪还可覆盖400-1000nm可见光和近红外波段,光谱分辨率为1nm,为地表水质监测提供了更多的光谱通道,可以应用于包括水色参数在内的更多水质参数更精准的遥感反演和监测。

陆基(地基、岸基)遥感与机器学习算法相结合,在监测内陆水域的水质方面已展现出巨大潜力。

该监测仪可广泛应用于全国地表水监控断面、集中式饮用水源地及其他敏感水域开展连续高频水环境监测,仪器安装简单方便、可移动,并可开发手持式移动观测以及船载和无人机载观测系列产品及成像系统,支撑全国地表水体水环境监测与应用研究。目前,该成果已在江苏太湖、陕西西安、江西赣州、广东深圳、浙江杭州和浙江安吉等地河流湖库投入使用。

未来,研究团队还将继续开展大范围陆基高光谱遥感同步实验,积累覆盖范围更宽的反射率和水质数据集,优化和提升现有算法精度和适用性,构建更多水质参数深度学习算法,如颗粒和溶解性有机碳等,支撑河流湖库碳输移和迁移转化过程监测,服务于国家“双碳”计划。

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