高光谱遥感技术监测内陆水体氮磷中的应用
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１ 遥感技术监测水体氮磷的基本原理
为水体内部散射的辐射 能，反 映 水 体 内 部 组 成；Ｌｂ 为 水 底 反 射 的 能量，反映水体底质特征。
采用水面以上测量法，光谱仪接收到的总信号 Ｌｓｗ组成为： Ｌｓｗ ＝Ｌｗ ＋ｒＬｓｋｙ＋Ｌｗｃ＋Ｌｇ。
其中，Ｌｗ 进入水体又被水体散射回来进入仪器的辐射能，包 括水体内部散射和水底反射的辐射能、水面反射的辐射能；ｒＬｓｋｙ为 水面反射的能量，ｒ为气—水界面反射率；Ｌｗｃ为海面白帽的信息； Ｌｇ为水面波浪对太阳直射光的随机反射。
遥感技术监测水体氮磷，是运用遥感技术对海洋、内陆等水 ２．２ 高光谱数据采集器分类
体的氮磷成分开展探测与研究。水体中氮磷含量对太阳光的特
现阶段，国内外大 量 使 用 的 高 光 谱 数 据 采 集 器 分 两 类，分 别
定波长的吸收及反射特征与水体其他组分不同，并能经传感器捕 是成像光谱仪和非成像光谱仪。成像光谱仪主要运用于不同高
ＤｏｎｇＣｈａｎｇｓｈｕａｉ ＧｅＹａｎｈｕｉ ＬｉｕＹｏｕｂｏ
（ＳｈａｎｄｏｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０３５７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｔｉｎｇ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇｌｉｎｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔａｎｄｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｉｎａｄｖａｎｃｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ
关键词：高光谱遥感，氮磷，内陆水体
中图分类号：Ｘ８３２
文献标识码：Ａ
水体氮磷含量是定义水质的重要指标之一，也是水体富营养 化的主要致因。传统的监测方法需对水样进行高温高压消解，费 时耗力［１］，且传统的水质监测手段无法满足对于未知水域水质的 大面积、时效性的动态监测要求。
研究表明，遥感水质监测技术具有宏观、动态、成本低等显著 特点［２］，可满足大规模水质监测的需要，亦可动态跟踪污染事件 的发生、发展，其优势是传统地面侦查方法无防取代的。
器接收到的总信号 Ｌｔ组成为：
的细节特征。目前，利用美国的 ＡＶＩＲＩＳ数据、加拿大的 ＣＡＳＩ数
Ｌｔ＝Ｌｐ＋Ｌｓ＋Ｌｖ＋Ｌｂ。 其中，Ｌｐ为大气向上辐射和大气反射的太阳下行辐射，反映
据、芬兰的 ＡＩＳＡ数据、德国的 ＲＯＳＩＳ及中国的 ＣＩＳ数据对内陆水 体水质参数，如叶绿素浓度［７９］、水体混浊度［７，９］、悬浮物浓度［９］的
ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＰｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｓｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｕｎｅｘｃａｖａｔｅｄｐａｌｍ ｓｕｒｆａｃｅｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｒｐｒｅｔｉｎｇｔｈｅｄａｔａ．Ａｔ
ｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒａｌｓｏｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
获在遥感图像得到体现，构成了遥感定量反演水体氮磷含量的理 度的卫星、飞机（航空器）上。非成像光谱仪主要搭载于地面工作
论基础。就水体而言，最常用最敏感的波段为可见光波段和近红 平台。
外波段。
成像光谱仪可采集大量“连续”波段、很窄的波段间隔的光谱
在水质遥感辐射传输过程中，搭载在卫星或者飞机上的传感 数据［５］，对地面物体进行遥感成像，以便探测识别水质微量组分
王东豪
（陆军工程大学国防工程学院，江苏 南京 ２１０００７）
摘 要：氮、磷含量是衡量水质的主要指标，高光谱遥感技术在环境监测中具有重要意义。在阐述遥感技术监测水体氮磷的基本
原理以及高光谱遥感数据特点的基础上，分析水体无机氮磷遥感反演模型，并对遥感技术监测内陆水体氮磷中的研究进展进行了
综述分析，以期为进一步遥感定量研究湖泊、水库和河流等大型内陆水体中的氮、磷奠定了基础。
２ 高光谱遥感数据 ２．１ 特点
高光谱遥感的成像技术是成像技术与分光谱技术的有机结 合 ［５］，因 此，与 多 光 谱 遥 感 数 据 相 比，高 光 谱 遥 感 数 据 具 有 波 段 多、空间分辨率高、宽视域等特性。其强大功能能实现图谱合一， 因而可以实现对复杂水体中的氮、磷等微量水质参数变化的获取 捕捉。其所提供的连续光谱，客观反映了水体光谱特征的细微变 化，为 氮 磷 的 高 光 谱 遥 感 模 型 确 立 与 定 量 遥 感 反 演 提 供 数 据 保证［６］。
遥感技术在监测 叶 绿 素、黄 色 物 质 等 指 标 的 研 究 较 为 成 熟， 其分析方法、遥 感 模 型 已 初 步 探 明。但 由 于 氮 磷 是 非 光 活 性 物 质，不存在显著的光谱特征与光学特性［３］，对反射特征影响十分 微弱［４］，因此总体估算精度低。高光谱遥感数据具有较高光谱分 辨率，适用于氮、磷等微量水质参数的遥感反演。近年来，利用高 光谱遥感微量水质参数的监测频现于文献。有鉴于此，本文综合 近期文献报道，总 结 归 纳 遥 感 技 术 监 测 水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体 氮 磷 的 基 本 原 理、高 光谱遥感数据特 点、内 陆 水 体 无 机 氮 磷 的 遥 感 反 演，以 期 为 进 一 步开展高光谱遥感监测水质氮磷提供方向。
大气特征；Ｌｓ为水体表面反射的辐射能，反映水体近表面特征；Ｌｖ 估测中以得以应用。若成像光谱仪光谱分辨率更高，光谱数据更
櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅
ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇｒａｄａｒｔｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｆｏｒｅｃａｓｔｆｏｒＰｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎｔｕｎｎｅｌ
第２０４５１卷９年第 １２期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＪＶａｏｎｌ．． ４５２Ｎ０１ｏ９．２
·１６７·
·绿色环保·建筑节能·
文章编号：１００９６８２５（２０１９）０２０１６７０３
高光谱遥感技术监测内陆水体氮磷中的应用
为水体内部散射的辐射 能，反 映 水 体 内 部 组 成；Ｌｂ 为 水 底 反 射 的 能量，反映水体底质特征。
采用水面以上测量法，光谱仪接收到的总信号 Ｌｓｗ组成为： Ｌｓｗ ＝Ｌｗ ＋ｒＬｓｋｙ＋Ｌｗｃ＋Ｌｇ。
其中，Ｌｗ 进入水体又被水体散射回来进入仪器的辐射能，包 括水体内部散射和水底反射的辐射能、水面反射的辐射能；ｒＬｓｋｙ为 水面反射的能量，ｒ为气—水界面反射率；Ｌｗｃ为海面白帽的信息； Ｌｇ为水面波浪对太阳直射光的随机反射。
遥感技术监测水体氮磷，是运用遥感技术对海洋、内陆等水 ２．２ 高光谱数据采集器分类
体的氮磷成分开展探测与研究。水体中氮磷含量对太阳光的特
现阶段，国内外大 量 使 用 的 高 光 谱 数 据 采 集 器 分 两 类，分 别
定波长的吸收及反射特征与水体其他组分不同，并能经传感器捕 是成像光谱仪和非成像光谱仪。成像光谱仪主要运用于不同高
ＤｏｎｇＣｈａｎｇｓｈｕａｉ ＧｅＹａｎｈｕｉ ＬｉｕＹｏｕｂｏ
（ＳｈａｎｄｏｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０３５７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｔｉｎｇ，ｍｅａｓｕｒｉｎｇｌｉｎｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔａｎｄｄａｔａｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒｉｎａｄｖａｎｃｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ
关键词：高光谱遥感，氮磷，内陆水体
中图分类号：Ｘ８３２
文献标识码：Ａ
水体氮磷含量是定义水质的重要指标之一，也是水体富营养 化的主要致因。传统的监测方法需对水样进行高温高压消解，费 时耗力［１］，且传统的水质监测手段无法满足对于未知水域水质的 大面积、时效性的动态监测要求。
研究表明，遥感水质监测技术具有宏观、动态、成本低等显著 特点［２］，可满足大规模水质监测的需要，亦可动态跟踪污染事件 的发生、发展，其优势是传统地面侦查方法无防取代的。
器接收到的总信号 Ｌｔ组成为：
的细节特征。目前，利用美国的 ＡＶＩＲＩＳ数据、加拿大的 ＣＡＳＩ数
Ｌｔ＝Ｌｐ＋Ｌｓ＋Ｌｖ＋Ｌｂ。 其中，Ｌｐ为大气向上辐射和大气反射的太阳下行辐射，反映
据、芬兰的 ＡＩＳＡ数据、德国的 ＲＯＳＩＳ及中国的 ＣＩＳ数据对内陆水 体水质参数，如叶绿素浓度［７９］、水体混浊度［７，９］、悬浮物浓度［９］的
ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＰｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎｔｕｎｎｅｌ，ａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｓｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｕｎｅｘｃａｖａｔｅｄｐａｌｍ ｓｕｒｆａｃｅｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄｉｎｔｅｒｐｒｅｔｉｎｇｔｈｅｄａｔａ．Ａｔ
ｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅ，ｔｈｅｐａｐｅｒａｌｓｏｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｒａｄａｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ
获在遥感图像得到体现，构成了遥感定量反演水体氮磷含量的理 度的卫星、飞机（航空器）上。非成像光谱仪主要搭载于地面工作
论基础。就水体而言，最常用最敏感的波段为可见光波段和近红 平台。
外波段。
成像光谱仪可采集大量“连续”波段、很窄的波段间隔的光谱
在水质遥感辐射传输过程中，搭载在卫星或者飞机上的传感 数据［５］，对地面物体进行遥感成像，以便探测识别水质微量组分
王东豪
（陆军工程大学国防工程学院，江苏 南京 ２１０００７）
摘 要：氮、磷含量是衡量水质的主要指标，高光谱遥感技术在环境监测中具有重要意义。在阐述遥感技术监测水体氮磷的基本
原理以及高光谱遥感数据特点的基础上，分析水体无机氮磷遥感反演模型，并对遥感技术监测内陆水体氮磷中的研究进展进行了
综述分析，以期为进一步遥感定量研究湖泊、水库和河流等大型内陆水体中的氮、磷奠定了基础。
２ 高光谱遥感数据 ２．１ 特点
高光谱遥感的成像技术是成像技术与分光谱技术的有机结 合 ［５］，因 此，与 多 光 谱 遥 感 数 据 相 比，高 光 谱 遥 感 数 据 具 有 波 段 多、空间分辨率高、宽视域等特性。其强大功能能实现图谱合一， 因而可以实现对复杂水体中的氮、磷等微量水质参数变化的获取 捕捉。其所提供的连续光谱，客观反映了水体光谱特征的细微变 化，为 氮 磷 的 高 光 谱 遥 感 模 型 确 立 与 定 量 遥 感 反 演 提 供 数 据 保证［６］。
遥感技术在监测 叶 绿 素、黄 色 物 质 等 指 标 的 研 究 较 为 成 熟， 其分析方法、遥 感 模 型 已 初 步 探 明。但 由 于 氮 磷 是 非 光 活 性 物 质，不存在显著的光谱特征与光学特性［３］，对反射特征影响十分 微弱［４］，因此总体估算精度低。高光谱遥感数据具有较高光谱分 辨率，适用于氮、磷等微量水质参数的遥感反演。近年来，利用高 光谱遥感微量水质参数的监测频现于文献。有鉴于此，本文综合 近期文献报道，总 结 归 纳 遥 感 技 术 监 测 水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ体 氮 磷 的 基 本 原 理、高 光谱遥感数据特 点、内 陆 水 体 无 机 氮 磷 的 遥 感 反 演，以 期 为 进 一 步开展高光谱遥感监测水质氮磷提供方向。
大气特征；Ｌｓ为水体表面反射的辐射能，反映水体近表面特征；Ｌｖ 估测中以得以应用。若成像光谱仪光谱分辨率更高，光谱数据更
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第２０４５１卷９年第 １２期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＪＶａｏｎｌ．． ４５２Ｎ０１ｏ９．２
·１６７·
·绿色环保·建筑节能·
文章编号：１００９６８２５（２０１９）０２０１６７０３
高光谱遥感技术监测内陆水体氮磷中的应用