[发明专利]一种利用无人机获取城市黑臭河流水质参数的方法

说明书

本发明公开了一种利用无人机获取城市黑臭河流水质参数的方法，包括步骤：步骤一、通过其上安装有多光谱传感器的无人机进行河流多光谱数据获取；步骤二、根据步骤一中获取的河流多光谱数据进行数据处理并进行影像拼接得到数字正射影像；步骤三、使用遥感图像处理软件，对拼接后得到的数字正射影像进行标准假彩色合成；步骤四、使用监督图像分类方法提取水体范围；步骤五、基于黑臭水体光谱特征，构建黑臭水体光谱指数模型，并使用黑臭水体光谱指数模型对水体区域进行处理分级。本发明适用于较小尺度的城市黑臭河流快速调查，且具有较高的预测精度，反演精度期望在85％左右。

技术领域

本发明涉及遥感技术领域，尤其涉及利用无人机获取城市黑臭河流水质参数的方法。

背景技术

常规的水质监测方法是在水域范围内布置大量的监测点,通过人工取样进行实时实地监测,监测和分析过程复杂、周期长,需要耗费大量人力物力,还受到气候和水文等自然条件的限制,并且这种方法只能了解监测断面上的表面水质状况,只具有局部和典型的代表意义。

但是地面调查存在如下缺点：

(1)人员必须到河流现场取样，然后进行仪器分析：传统的人工实地监测方法工作量大、投资高、时间长，已不能满足水环境保护工作的需求，遥感技术因具有成本低、速度快、资料同步性好、大面积观测等优点已经被广泛地应用于水质要素反演中。将卫星遥感技术应用于水质监测，其方法已经较为成熟，也取得了较多的成果，但是因为卫星遥感影像的分辨率限制，导致卫星遥感水质反演只能针对水域面积较大的区域，针对城市小微水域无法适用，存在一定的局限性。

(2)河流中心或者调查取样人员不易到达河流的所有区域：受地理环境和周边空间的限制，在进行城市河流水质采样分析时，由于现场环境限制，采用人员不可能到达河流覆盖的所有区域。

城市黑臭水体通常分布范围较广,河宽一般较窄,易受到两岸环境(居民点、建筑工地、工厂)影响；水流速度较小,水面多漂浮树叶等杂质,常出现“断头”现象.由于城市河道水面通常低于路面,且设有护栏,因此常规的地面采样监测不易采集河道中心水质信息,难以全面划定黑臭水体分布范围，增加监测难度，遥感技术以其宏观、大面积同步观测以及持续观测的特点,为城市水体的监测提供了一种新的技术手段。

遥感技术因具有成本低、速度快、资料同步性好、大面积观测等优点已经被广泛地应用于水质动态监测。例如，利用IKONOS影像和WorldView-Ⅱ影像可反演出温瑞塘河水的总氮、总磷等参数，平均相对误差分别为15.31％和18.95％，现有技术中还利用该反演模型建立了研究区总氮和总磷的浓度空间分布图(冼翠玲等，2017)。遥感影像还常常应用于水体浊度的反演，研究表明可以取得较好的效果，决定系数R2可达到0.71(冯奇等，2017)。这些研究表明，将卫星遥感技术应用于水质监测，其方法已经较为成熟，也取得了较多的成果。

但是现有卫星遥感技术存在如下缺点：

(1)成本高：随着地理信息科学与相关产业的发展，世界各国对遥感数据的需求急剧增长，然而，对于许多不发达和发展中国家而言，目前发展耗资巨大的航天遥感系统存在技术和资金上的困难，无论是卫星发射平台还是载荷的应用研制，成本都是很高的。将无人机作为航空摄影和对地观测的遥感平台为应对这种困难提供了一种新的解决方案。

(2)空间分辨率低，小型河流数据无法获取：由于卫星遥感影像的分辨率限制，目前多应用于大面积水域的水质监测，对于小微水域中水质参数的空间分布情况，需要采用新的方法予以解决。

(3)时间分辨率低，调查周期长：卫星遥感影像易受大气云层影响，影像数据获取周期较长，不能及时的监测水质污染状况。