第7讲遥感教材在城市环境监测中的应用2013
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7.1 遥感在城市水资源监测中的应用
• 城市水资源环境监测内 容：
– 城市湖泊变迁监测：由于 季节性降雨或城市化进程 引起湖泊水位变化或湖泊 的减少；
– 城市水质监测：由于工业、 生活污水排入，导致城市 水质受到污染；
• 水体污染种类不同，利 用多光谱影像进行监测；
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例：
• 武汉 地区 部分 水体 观察 得到 的波 谱曲 线
陡坡效应
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• 叶绿素浓度信息提取方法：
– 根据叶绿素浓度与光谱响应间的关系，可采用不同 波段比值法或比值回归法，以扩大叶绿素吸收（ 0.44μm附近蓝光波段）与叶绿素反射峰（0.55μm 附近的绿光波段）或荧光峰（0.685μm附近的红光 波段）间的差异。
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3）废水污染和水体热污 染监测
– 危及水体中生物和农作 物的生长；
– 废水污染（石油、化工、 生活废水）
– 水热污染
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水 污 染 卫 星 图 像
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• 废水污染：
–废水排入：分布在沿河、沿海、或者港湾的工业或 人口密集区；往往是多排污口，多渠道的，有的还 是间断性的。
• 城市湖泊变迁监测方法：
• 大湖泊：利用中低分辨率遥感影像，采用边缘检 测算子，提取湖泊边缘，从而确定湖面变化；
利用中低分辨率遥感影像提取的湖泊边缘
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长江中游湿地50年的变迁图（阴影部分表示湿地）”
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• 小的湖泊或沟渠：采用高分辨率遥感影像进行监测； 如采用面向对象分割方法，先提取湖泊图斑，在进行 边界提取和分析处理；
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三峡坝区冲沙时含有大量泥沙的水体
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• 悬浮固体浓度的获取方法：实际应用中通常选择与悬 浮固体浓度相关性好的波段，与实地调查悬浮固体结 果进行分析，建立特定波段辐射值与悬浮固体浓度的 对应关系模型，然后对该波段辐射值进行反演，得到 悬浮固体浓度。
• 可见光和近红外波段是反映泥沙等固体悬浮物最敏感 的波段。
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• 反映水体富营养化程度的最主要因子是叶绿素，其中 又以叶绿素-a最为突出，因此可基于不同浓度浮游植 物的辐射光谱特性进行遥感监测。
影像上的特点： • 不同浓度浮游植物的光谱特征曲线在0.44um处出现明
显的吸收；在0.52um处出现“拐点”，在0.55um附 近，普遍出现辐射峰值（在近红外波段具有明显的“ 陡坡效应” ）。而且水体叶绿素浓度越高，其辐射峰 值也越高。这就是叶绿素遥感的波谱基础。
–监测现状：常规方法难以对这些污染源及入海废水 的输移扩散进行整体监测。
–由于废水的水色种类多样，且与悬浮物性状千差万 别，所以对于废水污染，一般用多光谱合成图像进 行监测。
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石油污染
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• 石油污染：
–石油污染会在海面上形成一层油膜，由于未污染海 水与油膜的辐射反射率不同，辐射温度不同。因而 可以利用热红外图像进行遥感监测。
• 7.1 遥感在城市水资源监测中的应用
– 介绍遥感在城市水资源监测中的应用方法和流程。
• 7.2 遥感在城市大气环境监测中的应用
– 主要介绍遥感在城市大气环境监测中的应用现状和前景。
• 7.3 城市地质遥感监测
– 介绍遥感在城市地质监测中的应用方法和流程。
• 7.4 遥感在未来城市发展中的应用前景
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城市水质监测中遥感技术应用包括以下内容：
1）水体富营养化监测 –水体富营养化是指在人类活动的
影响下，氮、磷等营养物质大量 进入湖泊、河口、海湾等缓流水 体，引起藻类及其他浮游生物迅 速繁殖，水体溶解氧量下降，水 质恶化，鱼类及其他生物大量死 亡的现象。这种现象在河流湖泊 中出现称为水华，在海洋中出现 称为赤潮。因占优势的浮游藻类 的颜色不同，水面往往呈现蓝色、 红色、棕色、乳白色等。
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2）泥沙污染监测
–特点：泥沙会使得水体的反射率提高，且随着泥沙 浓度的增加，水体发射波峰随之向长波方向移动， 称为红移；
–但在0.93-1.13um附近，由于对红外辐射的吸收增 强，此时反射通量会降低，且此时会受水份瑞利散 射影响，此波段不适宜进行泥沙浓度监测的波段；
–定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波段为：0.650.85um。
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– 就精度而言，遥感方法通常低于常规监测方法，但 遥感技术正是通过这种精度上的损失，换取了水环 境研究的区域性、动态性和同步性，这正是把遥感 技术应用于水环境研究的意义所在。
– 常用遥感数据： • 多光谱遥感数据、高光谱遥感数据
– 遥感水资源监测方法： • 定性分析 • 定量反演
第7讲 城市环境遥感监测应用及城市遥 感应用前景
徐景中
内容回顾
• 6.1 遥感在城市规划中的应用
–概述 –城市规划中遥感技术的应用 –城市规划动态监管 –城市规划的遥感监测系统建设
• 6.2 遥感在城市园林中的应用
–遥感技术在数字园林中的应用 –数字园林遥感应用的系统建设
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主要内容
–遥感传感器与平台进展及趋势、城市遥感未来发展方向
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7.1 遥感在城市水资源监测中的应用
• 背景：
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• 背景：
– 水资源监测必要性： • 人口密度、资源紧张； • 水污染严重；
– 水资源遥感监测机理： • 被污染水体具有独特的有别于清洁水体的光谱特 征，这些光谱特征体现在对特定波长的光的吸收 或反射，而这些光谱特征能够为遥感器所捕获， 并在遥感影像中体现出来。
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高分辨率遥感影像提取的鱼塘边界
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• 城市水质遥感监测
– 水环境监测传统方法:主要以物理化学监测技术为主， 这类方法需要专门的仪器和实地数据，样本采集耗 费的成本比较高；
– 遥感监测方法: – 通过特定时间的遥感影像结合地面监测的水质分析
数据，建立比较准确的水质遥感模型，并利用该模 型处理遥感影像，可以实现水污染定量检测。 – 可以评价污染物产生的原因及污染途径，对水污染 问题进行鉴别和评估，可为防治城市水资源污染提 供技术支持。
7.1 遥感在城市水资源监测中的应用
• 城市水资源环境监测内 容：
– 城市湖泊变迁监测：由于 季节性降雨或城市化进程 引起湖泊水位变化或湖泊 的减少；
– 城市水质监测：由于工业、 生活污水排入，导致城市 水质受到污染；
• 水体污染种类不同，利 用多光谱影像进行监测；
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例：
• 武汉 地区 部分 水体 观察 得到 的波 谱曲 线
陡坡效应
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• 叶绿素浓度信息提取方法：
– 根据叶绿素浓度与光谱响应间的关系，可采用不同 波段比值法或比值回归法，以扩大叶绿素吸收（ 0.44μm附近蓝光波段）与叶绿素反射峰（0.55μm 附近的绿光波段）或荧光峰（0.685μm附近的红光 波段）间的差异。
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3）废水污染和水体热污 染监测
– 危及水体中生物和农作 物的生长；
– 废水污染（石油、化工、 生活废水）
– 水热污染
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水 污 染 卫 星 图 像
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• 废水污染：
–废水排入：分布在沿河、沿海、或者港湾的工业或 人口密集区；往往是多排污口，多渠道的，有的还 是间断性的。
• 城市湖泊变迁监测方法：
• 大湖泊：利用中低分辨率遥感影像，采用边缘检 测算子，提取湖泊边缘，从而确定湖面变化；
利用中低分辨率遥感影像提取的湖泊边缘
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长江中游湿地50年的变迁图（阴影部分表示湿地）”
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• 小的湖泊或沟渠：采用高分辨率遥感影像进行监测； 如采用面向对象分割方法，先提取湖泊图斑，在进行 边界提取和分析处理；
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三峡坝区冲沙时含有大量泥沙的水体
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• 悬浮固体浓度的获取方法：实际应用中通常选择与悬 浮固体浓度相关性好的波段，与实地调查悬浮固体结 果进行分析，建立特定波段辐射值与悬浮固体浓度的 对应关系模型，然后对该波段辐射值进行反演，得到 悬浮固体浓度。
• 可见光和近红外波段是反映泥沙等固体悬浮物最敏感 的波段。
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• 反映水体富营养化程度的最主要因子是叶绿素，其中 又以叶绿素-a最为突出，因此可基于不同浓度浮游植 物的辐射光谱特性进行遥感监测。
影像上的特点： • 不同浓度浮游植物的光谱特征曲线在0.44um处出现明
显的吸收；在0.52um处出现“拐点”，在0.55um附 近，普遍出现辐射峰值（在近红外波段具有明显的“ 陡坡效应” ）。而且水体叶绿素浓度越高，其辐射峰 值也越高。这就是叶绿素遥感的波谱基础。
–监测现状：常规方法难以对这些污染源及入海废水 的输移扩散进行整体监测。
–由于废水的水色种类多样，且与悬浮物性状千差万 别，所以对于废水污染，一般用多光谱合成图像进 行监测。
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石油污染
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• 石油污染：
–石油污染会在海面上形成一层油膜，由于未污染海 水与油膜的辐射反射率不同，辐射温度不同。因而 可以利用热红外图像进行遥感监测。
• 7.1 遥感在城市水资源监测中的应用
– 介绍遥感在城市水资源监测中的应用方法和流程。
• 7.2 遥感在城市大气环境监测中的应用
– 主要介绍遥感在城市大气环境监测中的应用现状和前景。
• 7.3 城市地质遥感监测
– 介绍遥感在城市地质监测中的应用方法和流程。
• 7.4 遥感在未来城市发展中的应用前景
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城市水质监测中遥感技术应用包括以下内容：
1）水体富营养化监测 –水体富营养化是指在人类活动的
影响下，氮、磷等营养物质大量 进入湖泊、河口、海湾等缓流水 体，引起藻类及其他浮游生物迅 速繁殖，水体溶解氧量下降，水 质恶化，鱼类及其他生物大量死 亡的现象。这种现象在河流湖泊 中出现称为水华，在海洋中出现 称为赤潮。因占优势的浮游藻类 的颜色不同，水面往往呈现蓝色、 红色、棕色、乳白色等。
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2）泥沙污染监测
–特点：泥沙会使得水体的反射率提高，且随着泥沙 浓度的增加，水体发射波峰随之向长波方向移动， 称为红移；
–但在0.93-1.13um附近，由于对红外辐射的吸收增 强，此时反射通量会降低，且此时会受水份瑞利散 射影响，此波段不适宜进行泥沙浓度监测的波段；
–定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波段为：0.650.85um。
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– 就精度而言，遥感方法通常低于常规监测方法，但 遥感技术正是通过这种精度上的损失，换取了水环 境研究的区域性、动态性和同步性，这正是把遥感 技术应用于水环境研究的意义所在。
– 常用遥感数据： • 多光谱遥感数据、高光谱遥感数据
– 遥感水资源监测方法： • 定性分析 • 定量反演
第7讲 城市环境遥感监测应用及城市遥 感应用前景
徐景中
内容回顾
• 6.1 遥感在城市规划中的应用
–概述 –城市规划中遥感技术的应用 –城市规划动态监管 –城市规划的遥感监测系统建设
• 6.2 遥感在城市园林中的应用
–遥感技术在数字园林中的应用 –数字园林遥感应用的系统建设
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主要内容
–遥感传感器与平台进展及趋势、城市遥感未来发展方向
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7.1 遥感在城市水资源监测中的应用
• 背景：
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• 背景：
– 水资源监测必要性： • 人口密度、资源紧张； • 水污染严重；
– 水资源遥感监测机理： • 被污染水体具有独特的有别于清洁水体的光谱特 征，这些光谱特征体现在对特定波长的光的吸收 或反射，而这些光谱特征能够为遥感器所捕获， 并在遥感影像中体现出来。
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高分辨率遥感影像提取的鱼塘边界
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• 城市水质遥感监测
– 水环境监测传统方法:主要以物理化学监测技术为主， 这类方法需要专门的仪器和实地数据，样本采集耗 费的成本比较高；
– 遥感监测方法: – 通过特定时间的遥感影像结合地面监测的水质分析
数据，建立比较准确的水质遥感模型，并利用该模 型处理遥感影像，可以实现水污染定量检测。 – 可以评价污染物产生的原因及污染途径，对水污染 问题进行鉴别和评估，可为防治城市水资源污染提 供技术支持。