上海市黑臭水体光谱特征分析及遥感识别方法探究

黑臭水体识别对全面开展黑臭水体整治及长效监管具有重要意义.为探究上海市黑臭水体的识别方法,以其2017年黑臭水体名录为研究对象,选取105条段河道样本,于2018年7—8月进行现场调查,开展水质监测、光谱测量、光谱分析、遥感识别及验证.结果表明:（1）依据上海市中小河道黑臭地方判定标准,样本中共有49个黑臭水体,56个一般水体.（2）将遥感反射率(R_rs)作为光谱分类的主要依据,光谱数据预处理后,共得到4个主要反射峰（F）和3个主要吸收谷（G）,根据波峰波谷位置特征,可将样本分为三类一般水体（GW）、三类黑臭水体（BOW）.（3）R_rs平均值光谱曲线显示,BOW1、BOW3两类水体在550～700 nm处的光谱曲线与其他四类水体存在明显差异,更易识别和区分,而BOW2与GW2两类水体的光谱曲线形态差异较小,增加了识别难度.（4）根据拟合多光谱曲线,提出角度α1法和比值法组合成的角度-比值联合法,经识别验证,黑臭水体的综合识别率为95.92%,对一般水体的误判率为39.29%.（5）将归一化比值模型（BOI法）、黑臭水体斜率指数（SBWI法）、...     

黄河三角洲典型植被地物光谱特征分析与可分性查找表

通过实地测量黄河三角洲的6种典型植被的现场光谱,开展了基于反射率光谱的植被特征光谱分析和提取,该工作在原始反射率光谱曲线和经过包络线去除法变换后的曲线上分别开展。论文主要工作和结论包括:(1)通过分析建立了黄河三角洲6种典型植被类型的光谱特征波段查找表,并给出了每一种植被区别于其它5种植被类型的特征波段分布范围;(2)分析了包络线去除变换对上述6种植被光谱可分性的影响,发现柽柳由不可分变为可分,碱蓬、棉花、刺槐和天然柳树的可分性光谱波段明显增多和展宽。     

基于光谱分析的生物结皮提取研究——以毛乌素沙地为例

利用典型地物高光谱数据和TM遥感影像,对毛乌素沙地处于旺盛生长期(7-9 月)的由苔藓结皮主导的生物结皮进行了提取研究.结果表明:① 苔藓结皮在生长期具有与绿色植物相似的光谱曲线变化趋势;红边参数显示,二者除红边位置非常接近外,红边振幅、红边宽度和红边面积差异均较大;在近红外区域,苔藓结皮比绿色植物的反射率低很多;苔藓结皮无明显的553 nm反射峰;低盖度苔藓结皮(33%)、藻类结皮和植被枯落物在整个波段光谱曲线比较接近,与裸沙相比,三者反射率均较低.② 基于TM影像,用生物结皮指数(BSCI)、归一化植被指数(NDVI)、监督分类和坡度分级相结合的方法提取生物结皮,发现苔藓结皮的像元面积为0.72×10⁴ km²,占研究区总面积的6.43%.     

博斯腾湖夏季水下光场特征分析及影响因素探讨

2011年8月,在新疆博斯腾湖17个站点进行水样采集,同步对11个站点进行水下光场原位测定.结果发现,博斯腾湖夏季总颗粒物吸收系数光谱表现出明显的浮游植物吸收特征,而浮游植物光谱曲线有明显的硅藻吸收光谱特征.在光合有效辐射波段,有色可溶性有机物（CDOM）吸收系数与浮游植物吸收系数对总吸收的贡献相当,而非色素颗粒物对总吸收的贡献最低.水下光谱衰减系数的最小值出现在580nm左右的绿光波段,PAR漫射衰减系数平均值为0.53m-1,平均真光层深度约为9.69m,大于湖水平均深度.在博斯腾湖虽然纯水和CDOM在总吸收中占有很重要的部分,但主导漫射衰减的因子仍为颗粒物.通过本文研究,以期能为干旱地区湖泊环境保护和水质遥感监测提供数据和理论基础.     

IWO-PSO-SVR算法在甲烷检测中的应用

提出一种入侵杂草算法改进的粒子群算法（IWO-PSO）用于支持向量机（SVR）算法来快速实时检测甲烷气体浓度系统,气体红外激光差分吸收法检测系统基于甲烷气体分子在1650nm处泛频光谱吸收带,结合可调谐二极管吸收光谱（TDLAS）与波长调制光谱（WMS）.选择半导体激光器瞬时输出光功率变化范围5.0~10.6mW,瞬时波长变化范围1650~1651nm,瞬时调谐频率范围0.0048~0.0115nm/mA;采集山东淄博某农场2019年3月份全天气体样本,随机抽取15组样本作为训练集,建立以光谱峰面积作为输入值与气体浓度作为输出值的IWO-PSO-SVR、SVR、PSO-SVR和PSO-BP定量分析模型,对测试集4种浓度的甲烷分别进行预测;结果表明,通过IWO-PSO-SVR定量分析模型效果最佳,4种甲烷浓度预测值与真实值相对偏差分别为0.115%、0.109%、0.131%、0.120%,均低于0.0014;相关系数分别为0.9987、0.9966、0.9899、0.9975均高于0.98;预测时间分别为1.35、1.54、1.35和1.33s,模型经过1000次训练对气体的检测精度为10^-5,与同类别检测系统相比,具有很强的理论研究价值和工程应用价值.     

珠江口水体表观光谱特性与类型分析

珠江口海域是典型的二类水体,光谱特性复杂,一直是国内学者研究的热点区域。本文基于2014年春（5月）、夏（8月）、秋（11月）、冬（2月）珠江口海域四个航次实测的表观光谱资料,探讨了珠江口海域遥感反射率的类型及时空分布特性。结果发现珠江口海域四季水体遥感反射率呈5大类型,每一类光谱都具有典型的区域性和季节变化特征,其谱峰在450~575 nm范围内随季节变化而移动,A类型常年分布在珠江口内,B类型冬春季节分布在珠江口外混合过渡类水体中,C类型主要分布在珠江口口门外水深较深的离岸海域,D类型春夏季在万山群岛附近海域出现,E类型与大洋水体的光谱特征类似。分析表明5种光谱类型的谱型变化趋势由不同的水质因子主导。该研究对深入探讨珠江口等我国近海二类复杂水体的光谱特性及其水色要素的遥感反演具有重要的参考价值。     

基于Sentinel-2数据的近岸高悬沙水体漂浮绿潮遥感识别

黄海浒苔绿潮自2007年以来连年暴发。为筛选跟踪监测绿潮发生、发展过程的遥感识别方法,本研究使用Sentinel-2 MSI多光谱数据,在分析漂浮绿潮及背景高悬沙水体光谱特征的基础上,利用归一化植被指数（normalized difference vegetation index,NDVI）、漂浮藻类指数（floating algae index,FAI）、虚拟基线漂浮藻类指数（virtual baseline floating macroalgae height,VB-FAH）等多种遥感指数算法开展漂浮绿潮识别,比对分析了各算法的监测效果。结果显示,Sen2cor大气校正后地物光谱曲线峰谷特征显著,与实测光谱谱型的相似度明显提升;以近红外和绿光波段反射率差值为基础的VB-FAH指数算法可在一定程度上降低高悬沙水体对近红外和红光通道反射率的影响,漂浮绿藻识别效果比NDVI及FAI指数更好。本研究可为高悬沙水体漂浮绿潮遥感识别提供技术支持。     

不同污染区对绿化树种游离脯氨酸含量的影响

为了解兰州市大气污染的情况,选择兰州市的主要绿化树种为研究对象,对叶片中的脯氨酸含量进行了测定,并且运用Statistica6.0软件进行分析.结果表明同一树种在不同污染区的脯氨酸含量不同,存在极显著性的差异,同一污染区的各种绿化植物的脯氨酸含量也存在显著性的差异.5种绿化树种的抗污染能力为杨树＞小叶黄杨＞椿树＞国槐＞圆柏,兰州市7个污染区的污染程度为兰炼厂区＞兰化厂区＞橡胶厂＞西关＞西站＞交大＞兴隆山.研究结果可以为兰州市的大气污染治理提供理论和实践依据.     

基于微分变换的湿地植物高光谱全氮反演

叶片全氮含量是监测和诊断湿地植物生理状况及生长趋势的重要指标,利用高光谱技术监测湿地植物氮含量,对于理解湿地生态系统氮循环具有重要意义.为探究湿地植物叶片全氮含量遥感光谱的估算方法,以云南省大理西湖湿地公园优势植物芦苇（Phragmites australis）和茭草（Zizania caduciflora）全氮含量为研究对象,对叶片光谱数据进行预处理并建立二者的关系模型,包括单变量模型、多变量模型（偏最小二乘回归模型和BP神经网络模型）,并利用决定系数（r²）和均方根误差（RMSE）对模型精度进行检验.结果表明:（1）不同形式的光谱变换增强了植物全氮含量与光谱变量的细节特征,二者的短波红外波段相关性强于可见光近红外波段.芦苇二阶微分（R"）反射率与全氮含量在1682 nm处相关性最强,相关系数为0.70;茭草平方根二阶微分[(R^1/2)"]反射率与全氮含量在1 190 nm处相关性最强,相关系数高达-0.80.（2）不同植物类型相比,利用茭草的变换光谱反射率建立的单变量和偏最小二乘回归模型建模精度都高于芦苇.（3）不同回归模型相比,BP神经...     

赤潮对近岸水体生物光学特性的影响

研究了赤潮对近岸水体生物光学特性的影响.从大连湾采集11个站位的水体生物光学数据,分析了赤潮发生时生物要素、反射光谱以及吸收光谱的变化特征.结果表明,大连湾本次赤潮由微微型藻类引起;赤潮对水体遥感反射率的光谱形状影响明显,与正常水体相比,由于高浓度叶绿素a的强吸收作用,导致440、632 nm波段附近出现反射谷,红光波...     

不同污染区对绿化树种可溶性糖含量的影响

为了了解兰州市大气污染的情况,选择兰州市的主要绿化树种为研究对象,对叶片中的可溶性糖含量进行了测定,并且运用statistic软件进行分析。结果表明:同一树种在不同污染区的可溶性糖含量不同,存在极显著性的差异,同一污染区的各种绿化植物的可溶性糖含量也存在显著性的差异。5种树种的抗污染能力为:杨树>小叶黄杨>椿树>国槐>圆柏,兰州主要功能区的污染程度为:兰炼厂区>兰化厂区>橡胶厂>西关>西站>交大>兴隆山。研究结果可以为兰州市的大气污染治理提供理论和实践依据。     

京西门头沟区自然植被滞尘能力及效益研究

利用2006年夏季实地测量的植物叶片滞尘数值,得出常绿乔木、落叶阔叶乔木、灌木以及草地4种不同植物类型的平均滞尘能力,再将其与用遥感方法估算出的叶面积指数以及植被统计数据相结合,评估了门头沟区自然植被总体的滞尘能力、滞尘量与滞尘效益.结果表明: 自然植被具有明显的滞尘功能,门头沟区自然植被的年滞尘量为39.47×104 t,由此带来的滞尘效益价值为67.10×106元;灌木林和落叶阔叶林2种植被类型,是研究区自然植被滞尘能力和年滞尘量的主要组成部分;常绿乔木的滞尘时间长于其他任何植物种类,其年滞尘量与滞尘能力所占比例有所增加.      

Heavy metal accumulation characteristics and physiological response of Sabina chinensis and Platycladus orientalis to atmospheric pollution

Heavy metal(Cu, Mn, Zn, Pb, and Cd) concentrations were measured in the leaves of Sabina chinensis and Platycladus orientalis collected from urban, suburban, and rural sites in Tianjin, China. Photosynthetic pigment contents, reactive oxygen species content, malondialdehyde(MDA) content and antioxidant enzyme activity were investigated, providing physiological response parameters. Our comparison of the sites revealed that urbanization significantly influenced the heavy metal concentrations in bo...     

不同人工湿地系统处理生活污水的比较研究

以华南1号杂交狼尾草、海芋、春砂仁、文殊兰、美人蕉、沿阶草、鸢尾和红草为湿地植物,以煤渣、麻石、陶粒为填料构成几种人工湿地系统,对生活污水进行处理研究。结果表明:当进水COD浓度小于345mg/L时,各系统出水COD浓度均小于60 mg/L(停留时间为6 h),达到GB 18918-2002的一级B标准;当进水TP浓度在4.44~8.17 mg/L之间,NH4+-N浓度在41.3 mg/L以下,TN浓度在66.1 mg/L以下时,各系统出水TP、氨氮、总氮浓度分别小于1,25,20 mg/L(停留时间为12h),均达到GB18918-2002的二级B标准。     

废水的紫外吸光值积分(UVai)与常规有机污染物指标的关联性分析

实验中向生活污水及其二级生物处理出水中加入葡萄糖、蛋白胨、腐殖酸、阴离子表面活性剂等代表性有机物,对不同种类有机物的紫外吸收光谱特性进行分析,并与TOC相关联。分析结果表明,除葡萄糖以外,其它种类有机物在紫外光波长240￣300nm范围内均有明显的吸收。以生活污水及其二级生物处理出水作为研究对象,将240￣300nm范围内的紫外吸光值积分UVai和波长为254nm下的紫外吸光值UV254与常规有机污染指标相关联,结果表明,UVai与TOC,COD有更显著的线性相关性。     

藻类的光谱吸收特征及其混合藻吸收系数的分离

利用定量滤膜技术测定了实验室培养的聚球藻(Synechococcus 7942)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、斜生栅藻(Scenedesmusobliquus)、蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)、直链硅藻的吸收光谱(Melosira granulate Var.angustissima),通过其标准化吸收谱,分析了同种藻不同生长时期的吸收谱特征,并比较分析了不同藻类的标准化吸收谱.结果表明,同一藻的标准化吸收光谱在不同生长时期基本恒定不变.色素组成及其比例的不同是引起藻类间吸收光谱变化的主要原因,同时也是大型浅水湖泊中浮游植物种群演替的原因之一.蓝藻光谱主要存在620nm左右的吸收峰,使得其在水体中较易获取生长所需的光能.直链硅藻在短波范围内稍强的吸收能力被非藻类颗粒物、黄质所弱化,而其在630nm的吸收峰较低,因而难以成为浅水湖泊中的优势种;绿藻在655nm处的吸收肩峰有利于其光能竞争.通过纯种藻的标准化吸收谱,较为成功地对混合藻的吸收谱进行了分离.     

湿地芦苇光谱对富营养化响应的多尺度高光谱遥感研究

近年来大多数滨海河口湿地都受到了人类活动的影响,水体富营养化加剧的问题造成了深远的影响,亟待在不同时空尺度上以快速、稳定、准确的途径监测滨海河口水体富营养化。论文采用能够提取植被氮吸收特征细微变化的高光谱遥感技术,基于3个时相的野外实验测量数据和HJ-1A HSI高光谱遥感数据,在叶片、冠层和景观3种尺度上,研究湿地芦苇的高光谱特征对滨海河口水体氮素浓度变化的时空响应特性,以此避免营养物质脉冲效应导致的错误水体富营养化水平评估结论。研究结果表明：在叶片和冠层尺度,邻近不同氮浓度的水体,湿地芦苇的光谱特征存在差异。而且,所采用的高光谱植被指数能够对邻近水体氮浓度的变化作出响应,各指数与水体氮浓度的相关性在冠层比叶片尺度有所降低,其中TCARI/OSAVI指数与水体氮浓度的相关性较高（叶片尺度R²为0.73,冠层尺度R²为0.7）;在景观尺度,采用基于Bootstrap的SVM模型,构建高光谱指数TCARI/OSAVI的水体总氮浓度估算模型,应用于3个时相HJ-1A HSI高光谱图像。精度检验显示,估算值和实测值之间存在较好的相关性（R²=0.61,RMSE=2.96 mg/L）。综合叶片、冠层和景观3种尺度的研究结果,证明湿地植被的高光谱响应特征可用于滨海河口水体氮浓度的时空分布估算,进而可以指示湿地所在区域水体富营养化水平的变化状况。     

比值-导数光谱法快速测定香草醛

文章用比值—导数光谱法测定香草醛的含量。实验结果表明,香草醛木素溶液在pH≤7时香草醛在230 nm处有吸收,在pH>7时在248 nm处有吸收。根据不同pH值和不同浓度条件下香草醛木素溶液的比值-导数光谱,说明在230 nm处的光谱信号在pH≤7不受pH值影响,248 nm处的光谱信号在pH>7不受pH值影响。在230 nm和248 nm处的光谱信号对浓度的变化较为敏感,在此两处吸收值可用于香草醛的测定。     

环境污染监测中的植物光谱效应研究

介绍了健康植物光谱特征及各波段反射率的影响因子,以及植物受到污染胁迫后其光谱特征的变化情况,如可见光、近红外波段光谱反射率升高或降低,红边漂移等,同时指出污染物质主要通过改变植物叶片的色素含量而对植物光谱产生影响。阐述了污染植物光谱信息提取方法,及植物光谱效应在环境污染遥感监测中的应用情况,提出了今后高光谱遥感在植物监测应用方面需要进一步解决的问题。