面向OLI影像的自动化水体提取方法对比研究

水体边界的精确提取在水资源调查和检测中具有重要意义.由于各种水体提取方法设计时基于不同的多光谱传感器和不同的区域类型,因此研究其在相同影像的适用性很有必要.研究基于Landsat 8 OLI影像数据,以北京及周边为研究区,选取4类常见水体区域类型,即面状水体的水库区域、条带状水体的河道区域、山区阴影水体的山区区域、规则划分水体的规则水体区域,进行水体提取方法研究.通过比较谱间关系法(MSR)、归一化差异水体指数(NDWI)、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)、波段特征指数(PRWI)、增强型水体指数(EWI)、城镇水体指数(CIWI)、高斯归一化水体指数(GNDWI)、自动水体提取指数(AWEI)共8类水体提取方法在4个常见水体提取特征区域的一致性及误差.研究得出,水库区域最佳方法为MNDWI、河道区域最佳方法为CIWI、山区区域最佳方法为MNDWI、规则水田区域最佳方法为MSR,以及在4个水体区域综合最佳方法为PRWI.此外,在水体面积较小的研究区域中使用EWI提取水体,可以取得较高的一致性.AWEI方法不适合地形多变的研究区;而在GNDWI方法中水的值域有2段,即需要4个阈值才能将水提出,相较于其他水体指数增加了误差,同时造成该方法在本研究区精度较低.     

镜湖富营养化污染及其治理的初步研究Ⅱ--镜湖水体污染现状评述

对镜湖水质富营养化的研究结果表明,镜湖水体溶氧丰富,五日生化需氧量(BOD5) 、化学需氧量(COD)、总磷(TP)、总氮(TN)、叶绿素a(Chla)严重超标.对单项污染指数(Ii)、卡尔森富营养化指标(TSI)的测算和评价也表明镜湖水体处于富营养化状态 .本文并提出了治理的初步措施.     

城市景观水体的富营养化研究

通过对水样pH值、电导率(EC)、总溶解固体量(TDS)、溶解氧(DO)、氨氮、化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(chla)、透明度(SD)等指标的测定,采用综合营养指数法对桐城市龙眠河市区段水体的富营养化情况进行了研究。结果表明:水体为Ⅲ类水,水体富营养化综合指数在37.2~50.8之间,没有达到富营养水平,部分区域达到了轻度富营养化的水平,主要污染因子为TN和叶绿素a和SD。     

喀斯特湿地空心莲子草入侵迹地水质时空变化特征

为了解威宁草海湿地空心莲子草入侵迹地水质时空变化特征,于2018年1月(冬)、2018年4月(春)、2018年7月(夏)及2018年10月(秋),在草海湿地空心莲子草入侵迹地,根据空心莲子草入侵状态分别采集水体样品,测定pH值、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N) 、总磷(TP)、高锰酸盐指数(CODMn )和叶绿素a(Chl.a)等水质指标,对空心莲子草入侵迹地水体富营养化状态及水质时空变化特征进行分析。结果表明：（1）草海湿地空心莲子草入侵迹地水质pH、TN、NH4+-N、TP、CODMn、Chl.a季节性差异显著（p<0.05）,TN、NH4+-N、TP、CODMn和Chl.a随水域变化从上游至下游呈降低趋势。TN、NH4+-N、TP、Chl.a随入侵程度的增加呈显著降低趋势（p<0.05）;（2）空心莲子草入侵迹地水体综合营养指数随季节变化呈下降趋势,春季水质最差。随水域变化综合营养指数沿上游到下游呈降低趋势,上游水质最差。草海湿地空心莲子草入侵迹地水体总体处于中度富营养化状态;（3）草海湿地空心莲子草入侵迹地属于磷限制型,通过限制磷元素的输入可有效降低水体富营养化程度。     

基于NDVI-MNDWI特征空间的水体信息增强方法研究

以新疆吐鲁番为研究区域,以Landsat8/OLI影像为主要数据源,通过分析水体与地形阴影区以及建筑用地等典型地类在改进后归一化差异水体指数(MNDWI)与归一化植被指数(NDVI)所构成的二维特征空间中的表现特征,提出一种能够有效凸显水体影像特征的复合型水体指数(CNDWI),并据此进行水体信息的遥感自动提取实验.研究结果表明:CNDWI指数不仅明显增加研究区内的水体与山体阴影区之间的区分度,同时还保持了其他水体指数所具有的以极大值表达水体以及水体与建筑用地和植被等地物之间存在明显差异性的优点.     

城市化地区Landsat水体指数适用性分析

遥感水体指数是地表生态环境分析的重要基础，在大规模水体提取与水文监测中起关键作用.多种水体指数研究集中于大尺度、短历时、非城市化为主的区域，而对于城市化地区的水体指数适用性问题却一直困扰着城市水体的提取.针对常用水体指数(TCW、NDWI、MNDWI)和改进的新型水体指数(WI2015、AWEInsh、ANDWI、MBWI、WI2020),搜集深圳市1986～2020年逐月Landsat影像，以建筑阴影、亮建筑、暗建筑、滩涂噪声和山体阴影5种案例区为例，分析不同水体指数在城市地表覆被噪声区的解译能力.结果表明：(1)水体指数的生产者精度与用户精度呈负相关(Otsu阈值),TCW、NDWI、ANDWI、AWEInsh可有效过滤建筑类噪声和山体阴影，但无法识别细小河流水体，MNDWI、WI2015、MBWI、WI2020则相反；(2)光谱变换型和差值型水体指数考虑多波段的绝对值，可分离度较低，适用于高质量影像制图，比值型和逻辑运算型水体指数计算多波段的相对值，更适用于长序列监测；(3)多案例、多时相的案例区抽样验证方法有效突显出水体指数的解译能力和阈值适用性，城市地区NDWI适用性最强，非...     

水体遥感指数研究进展

水体遥感指数是当前全球和大区域水体分布和面积估算采用的主要技术.文中对近20多年来提出的水体遥感指数进行总结,分析指数构建原理并比较两种主要指数类型(比值型和差值型)的区别,讨论水体遥感指数应用中的几个主要问题.总的看来,比值型指数对水和非水信息的分离度较强,并能抵消地形的影响,因此可以较好地去除云和阴影的影响.加上比值型指数的变量通常不带系数,因此普适性较强.现有的水体指数中还鲜有被证明可以不用选取阈值就能高精度提取水体的指数.但好的水体指数阈值选取简单,稳定性较强.常用的OTSU法(大律法)获得的阈值已被许多研究证明并不可靠,因此不宜基于OTSU获取的阈值进行水体信息提取及其方法对比.     

鲢对富营养化水体的消减作用研究

以鲢为对象,通过设计室内试验,控制水体总磷(TP)和叶绿素a(Chl a)的初始浓度(0.355mg/L,57μg/L),改变总氮(TN)浓度(2.892mg/L和3.714mg/L浓度梯度),研究了鲢对设定富营养化水体的消减作用.结果表明,向100L实验水体中投入(10±1)g鲢(1尾)后,两种处理组水体中TP、TN和Chl a均降低,但初始TN浓度为3.714mg/L时鲢对富营养化水体的作用效果比TN浓度为2.892mg/L显著,表明鲢对富营养化水体的治理与TN浓度相关.     

基于简单比值型水体指数(SRWI)的水体信息提取研究

以闽江口Landsat TM影像为研究对象,通过研究水体及其背景地物光谱特征,根据水体在绿光波段(TM2)的亮度值高于中红外波段(TM5),而水体背景地物在绿光波段(TM2)亮度值低于中红外波段(TM5)的特点,提出了简单比值型水体指数(SRWI).该指数中的水体与其背景地物具有较好的可分性,将本依据应用用于不同类型的水体提取上,均取得了良好的效果.实验表明SRWI方法适用于多源遥感数据的水体提取,且操作简单方便,对水体信息快速提取有较强的应用意义.     

基于综合权重水体指数的水体提取研究——以鄱阳湖为例

Landsat TM/ETM+影像具有时空分辨率高(16 d,30 m)的特点,并且水体信息丰富,被广泛用于水体提取和水资源实时监测。近年来,构建水体指数是Landsat TM/ETM+影像提取水体信息成熟有效的方法。从现有水体提取指数出发,以鄱阳湖地区作为试验区,构建综合权重水体指数(Comprehensive weight water index,CWWI)。通过实验,利用归一化水体指数(NDWI)、新型水体指数(NWI)、改进的归一化水体指数(MNDWI)和综合权重水体指数(CWWI)四种水体指数进行鄱阳湖地区的水体提取,影像整体水体提取的精度分别为89.00%,91.00%,90.50%,93.00%。结果表明,综合权重水体指数能够用于进行水体提取,并且水体提取综合精度最高。     

广州市谷河轮虫群落结构及水体黑臭水平

珠江支流谷河表观上可定义为城市黑臭水体。轮虫作为重要的指示生物,在评价水体营养和污染状态等方面得到广泛应用,但轮虫与黑臭水体关系的研究基本为空白。于2017年11月至2018年3月对广州谷河中大河段进行了轮虫与水体黑臭的3次调研。通过轮虫污染指示性种类组成、E/O指数、Q_(B/T)指数和香农多样性指数(H′)对水质进行富营养化评价,采用黑臭多因子加权指数法(I_B)对谷河进行黑臭评价。结果表明,谷河中大河段的轮虫共计35种,隶属10科16属,其中污染指示种23种。根据E/O指数和Q_(B/T)指数均判定谷河达到富营养化水平。H′指数判定谷河为α-中污型和β-中污型。Pearson相关性分析表明轮虫种类数、丰度与水温、COD_(Mn)、DO、Chl a呈显著相关(P﹤0.05)。典范对应分析显示,藻类丰度、Chl a、水温、COD_(Mn)等是影响谷河群落结构变化的重要因素,前翼轮虫、晶囊轮虫与I_B呈相关性显著,可作为谷河水体污染加重的指示生物。但轮虫总丰度、臂尾轮虫总丰度、臂尾轮虫组成比例与I_B没有显著相关性。研究表明轮虫可作为有效的水体污染指示生物来评价谷河水体营养状况,但用来评价水体黑臭状况还有待后续的深入研究。     

基于高分一号的农田植被区土壤湿度反演研究

以国产高分一号(GF-1)遥感数据为数据源,以荆州市公安县为实验区,选择垂直干旱指数(PDI)、改进型的垂直干旱指数(MPDI)和植被调整垂直干旱指数(VAPDI),对土壤湿度指数反演的效果进行比较和验证,同时为减少水体对地表反射率的干扰,采用归一化差异水体指数法(NDWI)对水体进行掩膜处理.研究结果表明,PDI、MPDI和VAPDI分别反演得到的土壤湿度值与实测值的相关系数为0. 520 5、0. 697 2、0. 687 2,实测土壤含水量验证精度评价也表明各模型均能满足反演的精度要求;在植被覆盖较好的农区,MPDI和VAPDI能够在一定程度上克服混合像元对土壤湿度光谱信息的影响,模型拟合效果优于PDI.研究结果可为江汉平原大范围和动态监测表层土壤湿度指数提供理论基础和实践参考.     

3种浮床植物系统对富营养化水体中藻类的抑制效果

以叶绿素a、藻类密度表征水体藻类含量,通过静态试验,研究风车草(Cyperus alterni folius)、菖蒲(Acorus clamus)和富贵竹(Dracaena sanderiana)3种浮床植物系统对富营养化水体中藻类的抑制效果.结果表明:风车草、菖蒲和富贵竹对叶绿素a的平均抑制率分别为42.6%,36....     

基于TM影像的水体信息提取方法研究(英文)

以高邮湖为研究区,TM(Thematic Mapper)影像为数据源,结合常规调查数据,分别运用单波段阈值法、谱间关系法、比值法、归一化差异水体指数(NDWI)法、改进的归一化差值水体指数(MNDWI)法和混合水体指数(CIWI)法进行水体信息提取研究。并通过实验比较6种方法的优缺点,确定出最佳水体提取方法。结果表明,谱间关系法易于消除由于建筑物阴影所造成的水体误提;CIWI易于消除建筑用地所造成的水体误提;基于谱间关系法和CIWI模型,可取得较高的水体提取精度,有效地减少水体误提现象,提高水体识别的精度。研究表明,基于谱间关系法和CIWI模型相结合所提取的水体信息精度可达到95.2%。     

“十三五”期间海宁盐官下河水源地水质监测及其健康风险评价

采用单因子和内梅罗污染指数评价法对“十三五”期间盐官下河饮用水水源地进行水质评价,结合美国国家环境保护署推荐的健康风险评价模型,开展水质健康风险评价.结果显示,盐官下河各断面水质整体好转,污染指数逐年下降,其中氨氮指标变化较为显著.流域内杭申公路桥、泰山桥、盐官枢纽3个断面氨氮单因子污染指数C_i分别从1.571、1.496、1.105降至0.828、0.148、0.329.3个监测断面的内梅罗污染指数P_j值分别从1.445、1.363、1.049降至1.192、0.759、0.798.水质健康风险评价表明,水源地水体中非致癌物引起的年均健康风险值TP (1.07×10^-9/a)>NH₃-N (3.35×10^-10/a)>COD (1.16×10^-10/a),总风险值1.52×10^-9/a.水体的非致癌物风险值低于国际辐射防护委员会的最大可接受风险水平(5.00×10^-5/a),整体健康风险较小,但仍需...     

漓江水系底栖硅藻的水质评价

以漓江中上游为示范流域,研究硅藻的Shannon、Simpson、Marglef、TDI和PTI指数与我国现有河流物化监测的相关性,并对漓江生态健康状况进行评估.从种群结构上分析,有5个位点以Achnanthes minutissima为优势种,指示较为清洁的水体.理化指标(TP、NH4-N)显示所调查的漓江区域基本为Ⅱ级及Ⅱ级以上水体,与Simpson指数的评价结果趋于一致.在Spearman相关性分析中,物种数(r=0.677,p=0.032)、Margalef(r=0.733,p=0.016)、TDI指数(r=0.687,p=0.028)与电导率显著正相关,PTI指数(r=-0.685,p=0.029)与电导率显著负相关.样点硅藻数量(r=-0.839,p=0.002)与Mg2+显著负相关.Margalef指数(r=0.638,p=0.047)与Ca2+显著相关.TDI指数与亚硝酸(r=0.670,p=0.034)显著正相关.结果表明,TDI和PTI指数是潜在的评价漓江水体生物学质量的硅藻指数.     

呈贡大学城部分水域污染指标与微核技术相关性研究

采用蚕豆根尖微核技术与常规的物理化学相结合方法来检测水质,对昆明呈贡大学城部分水域污染情况进行了研究.利用蚕豆微核技术对各水样进行监测统计蚕豆根尖细胞对微核千分率(MCN)及污染指数(PI),并与水体中COD_(cr)、BOD_5、DO水体污染指标进行了相关性比较;蚕豆根尖微核技术监测结果与水体污染指标的综合评价结果相一致.水体的污染程度与蚕豆的微核率、污染指数呈正相关;蚕豆微核率与COD_(cr)水体指标呈正相关的关系,与DO水体指标呈负相关的关系,与BOD_5水体指标的相关性不明显.水体中COD_(cr)、DO、BOD_5等含量,对蚕豆微核的形成会起到直接或间接的促进作用,水体的污染程度也直接影响了蚕豆微核的形成.     

基于深度学习的高分六号影像水体自动提取

为了探究高分六号(GF-6)卫星多光谱相机(PMS)影像提取水体的潜力,分别构建全卷积神经网络(FCN-8s)、U-Net及U-Net优化(VGGUnet1、VGGUnet2)4种神经网络进行了水体提取研究.基于水体提取结果对比分析,确定优选模型为VGGUnet1;提出基于组合损失函数FD-water loss(focal-dice-water loss)的VGGUnet1网络模型,并与归一化差分水指数(norma-lized water index,NDWI)阈值法、最大似然分类法、支持向量机分类法等方法比较.结果表明:基于FD-water loss损失函数的VGGUnet1网络模型能有效提取水体目标,增强小面积水体识别能力,减少水体错分、漏分现象,提高水体提取效果.可见全卷积神经网络在GF-6遥感影像水体提取方面具有可行性,为后续该领域的进一步研究应用提供了参考.     

面向GF-5卫星高光谱传感器的浑浊水体叶绿素a浓度反演算法研究——以鄱阳湖为例

为了分析即将发射的高分5号卫星(GF-5)的高光谱数据在内陆水体水色遥感中的应用潜力,以鄱阳湖为研究区域,利用2009年、2011年和2016年共134组现场实测光谱及其对应的叶绿素a、总悬浮物浓度数据,考虑高浑浊水体引起的叶绿素a浓度变化的光谱响应差异,在进行水体光学分区基础上通过光谱模拟与差分处理开展了叶绿素a浓度跨阶分高光谱反演研究.结果表明：1)进行光学分区有利于提高反演精度,非高浑浊水体(NDCI≥0.06)区域,反演模型判定系数R2达到0.82,均方根误差RMSE为1.12,平均相对误差MRE为0.32,而不进行光学分区的全湖区反演建模R2仅为0.37;2) 相较于鄱阳湖前期研究得到的最优多波段反演模型(R2＝0.76),利用495、591、675、679、684、688、692和696 nm等波长的原始光谱以及差分光谱(一阶差分、二阶差分)建立的跨阶分多波段组合模型可以更有效地反演非高浑浊水体叶绿素a浓度(R2＝0.82),但对于高浑浊水体(NDCI<0.06),叶绿素a浓度的高光谱反演能力还需要进一步挖掘.     

武汉市沙湖纳污口水环境研究

参照国内外有关湖泊水环境状况的研究,对湖北大学纳污口(排入沙湖)和沙湖水质进行实验监测研究,分析沙湖各水质参数之间的定量关系,并参照《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)对湖北大学纳污口所排污水水质作了定量的评价,以及应用综合营养状态指数法对沙湖水体的富营养化程度进行评价.结果表明:(1)湖北大学纳污口所排出废水的各项主要指标均超标,特别是氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、化学需氧量(CODcr)指标均严重超标;(2)沙湖水体的化学需氧量、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮、总氮(TN)、总磷(TP)等指标严重超标,有的已达Ⅴ类、甚至是劣Ⅴ类水质,这与沙湖的功能区划的Ⅳ类水质不相符合;(3)沙湖中总磷(TP)平均浓度与生物量的代表参数叶绿素a(ch1 a)之间存在明显的正相关关系;(4)沙湖水体已达中度富营养化,水质情况比较差,尤其是枯水期的富营养化程度明显比平水期、丰水期严重.