水体研究 | 高光谱在水环境监测方面的应用

应用方向：水体监测、海洋环境保护、河道巡检

我国水资源丰富，有着众多河流、湖泊，内海和边海的水域面积约 470 多万平方千米。伴随经济的高速发展，人类活动的增强，河流、湖泊水质和污染问题和海洋生态破坏问题日益严重。因此需要利用技术手段展开对水环境开展全面的研究和保护。

传统的水环境调查都是采用人工实地采样和实验室采样分析。这样的方法，需要定点、定剖面进行采样，通过常年累月的监测、记录和实验室分析，虽然能够达到一定的数据精度，但是不能反映水环境的总体时空状况，且费时费力、监测区域有限。高光谱图像具有图谱合一的特点，包含了几百个连续的波段数。由于其高精度、多波段、信息量大等优势被广泛可以被应用于遥感水环境监测，提高了水质参数的估测精度。

 图1. 巡谱 HSG-1 高光谱云台成像仪

杭州光寻智能科技有限公司设计的巡谱 HSG-1 高光谱云台成像仪，是一款专门为无人机遥感设计的小型高性能高光谱相机。高集成、小型化的设计，保证 HSG-1 可以兼容市面上各类型的无人机。可以应用与河道巡检、湖泊监测、海洋遥感等各种场景。

相关应用案例

海南万宁海域珊瑚高光谱图像采集，对珊瑚生长情况探查，保护海洋生态稳定。

图2. 目标测区海岸正射影像图

将采集的高光谱数据进行分类处理，可以对珊瑚进行快速识别，计算珊瑚的生长面积，并且可以了解珊瑚的生长环境，可以有针对性的进行保护和研究。

图3. 珊瑚礁高光谱图像及珊瑚礁分类图

（绿色：树木、黄色：岩石、红色：沙滩水上部分、蓝色：沙滩水下部分、黑色：珊瑚礁生长区域、白色：海底土质）

涠洲岛海域珊瑚礁现场调查，使用巡谱 HSG-1 云台高光谱成像仪采集水下珊瑚的光谱数据，通过对数据的处理分析，获得活珊瑚的覆盖面积、分布密度、健康状态和白化珊瑚分布等相关信息。

图4. 无人机高光谱航拍影像拼接图 

长江口悬沙检测，通过高光谱采集长江口悬沙高光谱信息，进行分析研究。

 图5. 长江口高光谱图像

内陆河道水质检测。为助力水务部门快速高效的进行河道水质监测，利用 HSG-1 高光谱云台成像仪，搭载高效的水质反演算法，可以分析水体的悬浮物浓度、叶绿素 a 浓度、总氮、总磷等参数。

 图6. 厂区河道水质浑浊度分析

 图7. 厂区河道水质悬浮物含量分析

 图8. 厂区河道水质叶绿素a含量分析图。

无人机高光谱技术结合了无人机的灵活、稳定、安全和高光谱信息丰富全面，通用性、可靠性强的特点，实现大面积的水体数据采集。通过反演可得到水环境的水质参数总氮、总磷、叶绿素 a、悬浮物、浊度等，为水质监测、海洋水环境研究提供了全新的数据来源和技术手段，为水环境保护及治理提供了依据。