李燕萍

(青海省水文水資源測報中心，青海 西寧 810000)

在遙感系統(tǒng)影像中，地表水水體經(jīng)常處于一種“低灰階區(qū)域”，導致整體像元亮度始終處于偏低的狀態(tài)，這無疑降低了亮度變化范圍，導致亮度變化主要集中于黑色、灰色兩種顏色。另外，水體內部所包含的信息種類較少，不利于地表水水質調重工作的有效開展。但是，在某些特定的情況下，地表水水體顏色通常會出現(xiàn)比較明顯的變化，如結冰、污染。所以，通過綜合運用遙感檢測技術，可以實現(xiàn)對地表水水質的規(guī)范化和標準化檢測和管理，從而進一步提高地表水水體質量。因此，在遙感技術的應用背景下，如何科學地檢測地表水水質是技術人員必須思考和解決的問題。

1 地表水水質遙感檢測相關技術

1.1 水質遙感檢測相關儀器與設備

本次檢測中，所用到的水質遙感檢測儀器：UPW-T700N多參數(shù)水質測定儀，深圳市昌鴻科技有限公司；TE-5100G連續(xù)流動水質分析儀，北京吉天儀器有限公司；LB-8000K水質采樣器，青島路博建業(yè)環(huán)保有限公司。

1.2 水質遙感檢測原理

地物不同，所具有的光譜特性也存在一定的差異。這是由于地表水水體在實際檢測期間，經(jīng)常表現(xiàn)出一定的光吸收特性和光散熱特性，造成當?shù)乇硭w含有的組分不同時，通常會表現(xiàn) 出一定的光譜特征；同時，還利用遙感技術，并借助衛(wèi)星傳感器，對地表水、水質進行科學化檢測。將波段設置為400～900 nm，利用所接收 的輻亮度值，對地表水水體各組分濃度進行反演處理，從而獲得如圖1所示的衛(wèi)星傳感器接收信號示意圖。

圖1 衛(wèi)星傳感器接收信號示意圖Fig.1 Schematic diagram of receiving signal by satellite sensor

從圖1可以看出，通過利用衛(wèi)星傳感器，所獲得的輔亮度主要由3個部分組成：(1)當大氣散射結束后，需要借助傳感器，對太陽輻射進行全面化接收；(2)當水表面反射結束 后，需要利用傳感器，對太陽輻射情況進行全面地分析和接收；(3)當?shù)乇硭?水體 經(jīng)過散射處理后，需要借助傳感器，對太陽輻射進行科學化輻射處理，并將最終的處理結果設置為對應的離水輻亮度。離水輻亮度內包含大量的光譜信息，因此，離水輻亮度的出現(xiàn)和應用可以直接反饋處理水質參數(shù)濃度，從而保證最終遙感檢測結果的精確性和真實性。最后，還要根據(jù)衛(wèi)星傳感器的實際接收情況，利用水質參數(shù)濃度和離水輻亮度兩種參數(shù)，構建出相應的函數(shù)關系，便于后期技術人員 更好地利用遙感技術 ，檢測水質參數(shù)濃度。

1.3 水質遙感檢測指標

地表水水質通常表現(xiàn)出較強的綜合特性，可以將水和水中其他物質特點進行有效地反映。地表水水質在實際檢測期間，主要利用所設置好的水質指標進行檢測。隨著水體各組分光譜應用技術不斷發(fā)展，地表水水質遙感檢測逐漸從定性化檢測轉變?yōu)槎炕瘷z測；同時，還要利用遙感技術，對葉綠素a濃度、水溫和總懸浮物濃度等參數(shù)進行全面化檢測和整理，為后期水質遙感檢測指標重點統(tǒng)計和分析打下堅實的基礎。

1.4 水質遙感檢測數(shù)據(jù)

多光譜遙感數(shù)據(jù)波段有限，光譜分辨率低，基于多光譜數(shù)據(jù)源水質遙感監(jiān)測多采用經(jīng)驗方法，時空移植性較差。隨著對水質參數(shù)光譜特征的研究的深入，如何利用多光譜數(shù)據(jù)構建具有時空移植性的水質參數(shù)反演模型越來越受到重視。

2 地表水水質檢測方法運用

在全面結合地表水水質遙感檢測相關方法、模型、體系的基礎上，調查和了解以下3種信息：(1)水質參數(shù)。水質參數(shù)主要是指通過采用反演預處理的方式，全面地獲取和整理遙感圖像內部相關各種水質參數(shù)；(2)污染狀況。污染狀況主要是指通過對污染信息進行全面化提取，從而提取出相應的水體污染物的分布情況；(3)水體狀況。水體狀況主要是指通過采用報告生產(chǎn)的方式，將水質參數(shù)信息以及水體污染相關信息形象、直觀地呈現(xiàn)在用戶面前，從而構建出相應的專題報告，便于后期水質檢測業(yè)務的有效開展。在遙感技術的應用背景下，為了確保本文所提出的地表水水質檢測方法能夠更好地運用于地表水水質檢測領域中，技術人員要嚴格按照如圖2所示的地表水水質檢測流程，保證其檢測結果的精確性，為后期水質治理工作的開展提供重要的依據(jù)和參考。

圖2 地表水水質檢測流程Fig. 2 Surface water quality testing process

2.1 水體分布提取

水體分布提取作為地表水水質遙感監(jiān)測工作的首要環(huán)節(jié)，一旦落實不到位，將會直接影響水體污染區(qū)域界限劃分結果。因此，為了實現(xiàn)對水體污染區(qū)域界限的科學劃分，需要在充分結合水體特征的基礎上， 根據(jù)如圖3所示的歸一化反射率曲線，精確地計算出以下2個參數(shù)之間的相關系數(shù)。這2個參數(shù)分別是遙感反射率和葉綠素a濃度，并確定出最佳波段；然后，對該區(qū)域所對應的波段進行科學化、規(guī)范化分析，從而獲得水體特征指數(shù)模型。

圖3 歸一化反射率曲線Fig. 3 Normalized reflectance curve

利用該指數(shù)模型，對以下3種指數(shù)進行獲取，分別是 歸一化水體指數(shù)、自動化水體指數(shù)、詭異化植被指數(shù)。同時，還要采用閾值分割的方式 ，對地表水 水體信息進行全面獲取和分析。此外，還要在綜合考慮外部大氣、氣候、觀測角度、下墊面性質等相關信息的基礎上，精確地統(tǒng)計和整理最佳閾值變化范圍以及圖像閾值。此外，通過綜合利用計算機自動技術，對水體分布情況進行全面地分析和提??；但是，由于這些水體分布信息具有一定的復雜度，導致提取效果難以得到保證，不利于該提取方式的后期推廣和普及。為了解決這一問題，技術人員要對以上水體提取方式進行科學地簡化和改進，使得計算方式的復雜度不斷下降，從而提高計算操作的高效性和精確性。此外，還要在綜合考慮地表水水體光譜指數(shù)設置情況的前提下，對水體分布信息參數(shù)進行全面地獲取和整理，或者，采用采用代替處理的方式，不斷地拓展和擴大粗提取區(qū)域，從而確保區(qū)域選擇的有效性。另外，還要采用限定研究的方式，不斷提高閾值的穩(wěn)定性。由于經(jīng)驗閾值主要集中于比較合理的范圍內，因此，技術人員可以采用有效搜索的方式，對水體光譜指數(shù)信息進行全面地搜索和整理，從而獲得比較精確的閾值，為后期更好地提取和管控水體相關參數(shù)打下堅實的基礎。最后，還要加強對地表水水體分布信息的有效化獲取和整理，避免因此這些信息收集不完整，對空間分辨率產(chǎn)生不良的影響。

2.2 水體基礎參數(shù)的遙感檢測

地表水水體主要包含以下2個基礎參數(shù)，分別是水位、面積。在傳統(tǒng)管理模式下，通過采用現(xiàn)場觀測的方式，可以實現(xiàn)對水體水位、面積等參數(shù)的有效獲取和整理；但是，由于受內外因素的影響，仍然存在部分區(qū)域無法有效、順利地開展實地觀測工作，導致水體相關參數(shù)無法得以精確化、全面化獲取。目前，國內高分衛(wèi)星得以成功研制和發(fā)射，在遙感技術的不斷發(fā)展和普及下，技術人員要借助遙感檢測體系，加強對地表水水體相關參數(shù)的全面化獲取和分析，并將最終的獲取和分析結果安全、可靠地存儲于衛(wèi)星檢測數(shù)據(jù)庫內。另外，對于地表水水體而言，通過全面地分析和整理地表水水量變化情況，可以實現(xiàn)對相關參數(shù)數(shù)據(jù)的全面化掌握和分析。最后，還要利用遙感檢測系統(tǒng)，全面檢測多種水體所對應的序列面積，便于工作人員更好地了解和掌握水體變化趨勢。

2.3 水體水質參數(shù)的遙感檢測

通過對地表水水體內葉綠素a濃度變化情況進行全面地檢測和分析，可以直觀、形象地了解和掌控水體藻類生物總量以及浮游植物總量。此外，通過科學地分析和評價葉綠素a含量，可以更好地確定色素類型，為后期科學地評價地表水水體 營養(yǎng)狀態(tài)打下堅實的基礎 。地表水水體特性主要包含區(qū)域、季節(jié)、環(huán)境等因素，因此，該特性通常會表現(xiàn)出一定的復雜性，導致技術人員無法根據(jù)地表水水體變化情況，完成對水體組分濃度相關模型構建。為了解決以上不良問題，技術人員要重視對多種分類反演模型的科學構建和應用；同時，還要在全面結合不同類型水體特點的基礎上，采用反演推算的方式 ，盡可能地避免對地表水水體分布特征產(chǎn)生不良的影響。另外，由于反演法具有精確度高、安全可靠性強、邊界平滑等特點，通過利用反演法，可以針對地表水水體的類型，實現(xiàn)對相關反演算法的科學化優(yōu)化和完善；同時，還要采用最優(yōu)算法，對邊界兩側算法進行加權融合處理，從而進一步解決數(shù)值跳躍問題。

在測量水體懸浮物濃度期間，需要采用遙感檢測方式，全面地分析和評價地表水水體內含有的固體物質。該固體物質具有較高的不溶解特性，懸浮物濃度的高低變化，在某種程度上可以直觀、形象地反映出地表水水體透明度以及顏色等特性，直接決定了地表水水體所對應的初級生產(chǎn)力。另外，通過采用半解析的方式，可以實現(xiàn)對地面水體光學特性相關數(shù)據(jù)的全面化獲取和檢測，并利用生物光學相關模型，完成對所需要重要信息數(shù)據(jù)的科學化、規(guī)范化推導。

2.4 水體營養(yǎng)狀態(tài)的遙感檢測

對于地表水而言，其水體內往往含有大量的營養(yǎng)物質。隨著時間的推移，這些營養(yǎng)物質呈現(xiàn)出不斷增長地趨勢，為各種藻類水生生物的健康成長提供良好的生長條件。地表水水體通常表現(xiàn)出一定生態(tài)性、功能性，為促進水體向富營養(yǎng)化方向不斷發(fā)展打下堅實的基礎 。在對地表水水體營養(yǎng)狀態(tài)進行檢測期間，技術人員要做好對水體水質參數(shù)的全面化獲取，便于后期水體富營養(yǎng)評價工作的順利開展；但是，這種檢測方式存在一定的弊端，即無法大規(guī)模地檢測地表水水體質量。為了解決這一問題，技術人員要加強對水體顏色信息的全面利用，從而實現(xiàn)對地表水水體狀態(tài)的科學化分析和評價，這是由于水體顏色主要是陽光與水2種物質經(jīng)過相互作用后所形成的；同時，與各個水色組分要素之間存在著比較密切的聯(lián)系，便于作業(yè)人員更加全面地了解和把握地表水水體水質特征。最后，通過利用水色指數(shù)遙感，對影響水體質量因素進行全面地獲取和整理，并利用傳感器，完成對相關數(shù)據(jù)的科學化轉換處理。只有這樣，才能確保地表水水體檢測工作能夠正常、有序、順利地開展。

2.5 水體透明度的遙感檢測

水體渾濁程度在某種程度上可以通過借助水體透明度進行形象、直觀地表現(xiàn)，通常情況下，現(xiàn)場檢測人員在對地表水水體進行檢測期間，要重視對塞氏盤法的運用。具體操作：在水體表面處，通過采用塞氏盤法，全面檢測水體的垂直深度，其垂直深度大小可以直觀、形象地反映出地表水水體的透明度，該透明度又被稱為“塞氏盤深度”。此外，通過利用半經(jīng)驗模型，可以精確地分析和了解該模型存在的不確定性問題。模型類型不同，所對應的精確度也存在一定的差異，為了解決這一問題，技術人員要根據(jù)地表水水體檢測需求，構建出水體透明度估算模型；然后，全面地分析和評估水體透明度空間分布情況，便于后期工作人員更好地追蹤和把控水體透明度總體變化趨勢。

3 結語

綜上所述，為了確保將感技術更好地應用于地表水水質檢測領域中，技術人員需要加強對相關檢測儀器的全面化檢測和分析，從而全方位地了解和掌握地表水水質相關信息。在此基礎上，還要利用遙感技術，對現(xiàn)有的各種遙感數(shù)據(jù)進行不斷地拓展和完善，確保地表水水質遙感檢測工作能夠正常、有序、順利地開展；同時，還要構建和應用系統(tǒng)化、完整化的地表水水質遙感檢測體系，為最大限度地提高地表水水質管理水平提供有力的保障。