【摘要】：城市黑臭水體是指顏色為黑色或深灰色,氣味刺鼻、惡心,基本喪失生態(tài)功能的城市水體。近年來,我國(guó)城市化步伐加快,產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,人民生活水平提高。但隨之而來的生活廢水、工業(yè)污水的過量排放,嚴(yán)重影響了河流生態(tài)系統(tǒng),為人民生活帶來不便。當(dāng)前開展的關(guān)于遙感監(jiān)測(cè)黑臭水體的研究多從水色指標(biāo)變化的角度,利用遙感反射率識(shí)別黑臭水體。由于水面遙感反射率受水體吸收、散射等固有光學(xué)特性影響,因此,水體固有光學(xué)特性的變化更加能夠直接反映水色的差異。本研究以水體吸收系數(shù)為主要指標(biāo),探索水色差異的最佳表征參數(shù),構(gòu)建黑臭水體識(shí)別和分級(jí)模型。以南京、無(wú)錫、揚(yáng)州和長(zhǎng)沙市的城市河道水體為研究對(duì)象,利用野外實(shí)測(cè)水體數(shù)據(jù)分析了城市河道黑臭水體的光學(xué)特征,構(gòu)建了基于吸收系數(shù)的黑臭水體識(shí)別、分級(jí)算法。建立了基于高光譜數(shù)據(jù)的總顆粒物、CDOM吸收系數(shù)估算模型,并將模型應(yīng)用于南京市無(wú)人機(jī)高光譜影像,對(duì)城市河段進(jìn)行黑臭程度分級(jí)。論文主要得出以下結(jié)論:(1)不同黑臭程度的水體光學(xué)特性差異分析重度黑臭水體的遙感反射率值低于0.03sr-1,其平均值在各類水體最小,一般水體(即非黑臭水體)遙感反射率值總體最高。在400～550nm,重度黑臭水體的遙感反射率斜率值最低,輕度黑臭水體次之。在550～580nm,重度黑臭水體的波峰寬度大于其他類型水體,且峰值最低。不同黑臭程度的城市水體,其吸收系數(shù)存在差異。重度黑臭水體的非色素顆粒物吸收系數(shù)、色素顆粒物吸收系數(shù)與CDOM吸收系數(shù)均不同程度地高于輕度黑臭水體和一般水體。在440nm處,重度黑臭水體的色素吸收系數(shù)大致為輕度黑臭水體的1.1倍、一般水體的1.3倍;重度黑臭水體的非色素平均吸收系數(shù)大致為輕度黑臭的1.4倍、一般水體的1.8倍;重度黑臭水體的CDOM平均吸收系數(shù)大致為輕度黑臭的1.0倍,一般水體的1.4倍。(2)黑臭水體識(shí)別及分級(jí)指數(shù)黑臭水體的高CDOM吸收特性在黑臭水體的識(shí)別與監(jiān)測(cè)方面具有應(yīng)用潛力。CDOM吸收系數(shù)參數(shù)化模型在不同波段范圍內(nèi)擬合得到的斜率值S對(duì)黑臭水體與一般水體具有一定的區(qū)分性。不同波段范圍擬合的斜率值對(duì)黑臭水體和一般水體的區(qū)分度隨著波長(zhǎng)的增加而降低:斜率S1值(擬合范圍為275～295nm)、斜率S2值(擬合范圍為350～400nm)的精度分別為79.39%、72.12%。而ag(440)區(qū)分黑臭水體的精度也較高,達(dá)到76.36%。重度黑臭水體的總顆粒物吸收與輕度黑臭水體差異顯著,重度黑臭水體的高顆粒物吸收特性對(duì)黑臭水體的分級(jí)起著重要作用�？傤w粒物吸收系數(shù)在400～500nm波段范圍內(nèi)的下降速率K400-500、在400～500nm波段范圍內(nèi)的曲線面積積分SA(400-500)和總顆粒物在440nm處的吸收系數(shù)ap(440)對(duì)不同黑臭程度的水體的區(qū)分度均大于80%,其中曲線面積積分SA(400-500)和總顆粒物吸收系數(shù)ap(440)的分級(jí)效果最好,均達(dá)到87.65%。考慮到實(shí)際反演過程的簡(jiǎn)潔性與可操作性,選取440nm處的CDOM吸收系數(shù)(閾值為1.25 m-1)作為黑臭水體與非黑臭水體的識(shí)別指數(shù),440nm處的總顆粒物吸收系數(shù)(閾值為7m-1)作為輕度黑臭與重度黑臭水體的分級(jí)指數(shù)。(3)黑臭水體吸收系數(shù)的遙感反演選取720nm與560nm的遙感反射率比值,建立一元線性經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸浪憧傤w粒吸收系數(shù),估算值與實(shí)測(cè)值均方根誤差為2.14m-1,平均絕對(duì)百分比誤差為27.26%。選取665nm/720nm、560nm/665nm的遙感反射率比值與440nm處的CDOM吸收系數(shù)建立起的多元回歸方法,估算的CDOM吸收系數(shù)的均方根誤差為0.30m-1,平均絕對(duì)誤差百分比為45.27%。采用改進(jìn)后的QAA-640算法反演吸收系數(shù),得到總顆粒物吸收系數(shù)均方根誤差2.67m-1,平均絕對(duì)百分比誤差為54.34%,CDOM吸收系數(shù)的均方根誤差0.73m-1,平均絕對(duì)百分比誤差為51.81%。因此,對(duì)于城市黑臭水體而言,經(jīng)驗(yàn)算法的效果優(yōu)于QAA半分析算法。(4)基于無(wú)人機(jī)高光譜數(shù)據(jù)的黑臭水體識(shí)別與分級(jí)基于2017年12月22日、2018年9月27日無(wú)人機(jī)遙感影像,利用經(jīng)驗(yàn)算法對(duì)吸收系數(shù)進(jìn)行反演,根據(jù)識(shí)別與分級(jí)指數(shù)的閾值對(duì)河道的水體進(jìn)行分級(jí),在所識(shí)別的4段河流中,金川河、龍園西路河、玄武湖僅為一般水體。屯糧河被分為三段,這三段河流的水質(zhì)情況差異較大。最南部為輕度黑臭與重度黑臭混合的類型;中部水質(zhì)較好,為一般水體;北部河段水質(zhì)最差,基本為重度黑臭水體。
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X87;X52
【圖文】：

圖１．１技術(shù)路線圖逡逑１．５論文結(jié)構(gòu)逡逑本論文共包括六章：逡逑第一章為緒論，主要闡述了論文的選題背景及研究意義，簡(jiǎn)述了關(guān)于城市黑逡逑６逡逑

圖２．邋３作業(yè)實(shí)況圖逡逑

圖２．邋２無(wú)人機(jī)載高光譜成像儀整套設(shè)備逡逑

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