第四章-水体遥感

水文要素遥感研究 （1）水资源分布
遥 感 地 学 分 析
（2）水深探测 （3）水温探测 （4）水域变化监测
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（1）水资源分布
Geography Analysis for Remote Sensing
监督分类 非监督分类
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阈值法 水体指数法 谱间关系方法
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思考：
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用建模的方法实现谱间关系方法，模型应该 怎样建立？
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不同泥沙含量水体的反射光谱曲线
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4.2 水资源遥感
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利用遥感图像可进行海岸带岸线测量、河口 及近岸悬浮泥沙迁移，以及海洋环境监测。遥感
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图像可提供大尺度、现实性强、多层次、全天候、
客观逼真的丰富信息，为海洋研究及指导海洋渔
业生产提供了基础。
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4.2 水资源遥感
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阈值为26
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水体指数法：利用平原地区陆地水在TM2比 TM5的反射率高，而其他地物不具备这一特 性而进行水体信息提取。
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水体指数（NDWI）=（TM2-TM5）/(TM2+TM5) 缺点：不易区别阴影，适用与平原区
利用遥感技术能迅速、同步地监测大范围水环境 质量状况及其动态变化，在这些方面弥补了常
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规监测手段的不足，因此引起许多环境科学工 作者的重视。 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
4.2 水资源遥感 4.3 水体污染监测
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4.1 水体的光谱特性
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4.1 水体的光谱特性
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作业：
思考怎样利用淮安地区的七个波段的TM图像以及淮安 市地图数据，提取淮安市水资源分布图，并绘制详细 的流程图。
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（2）水深探测
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第四章 水体遥感
城市与环境学院 王细元
xiyuan80_wang@163.com http://kc.njnu.edu.cn/ygdxfx/
遥感地学分析，黄家柱教授
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内容提要
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4.1 水体的光谱特性
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4.3 水体污染监测
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利用遥感技术研究水环境化学包括定性 和定量两种方法。 定性遥感方法是通过分析遥感图像的色调（或颜 色）特征或异常对水环境化学现象进行分析评 价的，这往往需要了解水环境化学现象与遥感 图像的色调（或颜色）之间的关系，建立图像 解译标志。 定量遥感方法建立在定性方法的基础之上，为了 消除随机因素的影响，通常需要获得与遥感成 像同步（或准同步）的实测数据，以标定定量 数学模型。
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2000年洪泽湖
2006年洪泽湖
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2009年
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4.3 水体污染监测
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谱间关系方法：通过反复试验发现，水体具有 独特的谱间关系特征，即
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(TM2+TM3)>(TM4+TM5) 较易区别水体与阴影，比单波段方法提取水体 更具优势，特别适合山区水体提取。 缺点：细小河流难以提取。
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清水不同深度的光谱特征
浊水不同深度的光谱特征
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可见光波段的测深原理主要基于光线对水体的 透射。可见光在水体中的衰减系数越小, 则对 水体的穿透性越好。衰减系数和遥感可视水深 之间的关系互为倒数 可见光衰减系数决定了光在水体遥感中的可测 深度。不同的水体,由于所含物质的不同,在可 见光波段有不同的衰减系数。 对水中信息进行透射遥感的最有效波段在蓝色 ( 0.45μ m )至黄色 ( 0.60 μ m)之间。
由于水体的透光性和水面的反射性，由传感器接 受到的水体遥感光谱信号包含了来自大气、水面、
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水体以及水底各个不同层次的光谱信号，是一个
经过了叠加的综合信号。包括了水体中叶绿素的
光谱信号、悬浮泥沙、污染物、流场等的光谱信
号。水体遥感是复杂的。
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（4）水域变化监测
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2001年1月15日FY-1C观测到的渤海海域海冰监测图像
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（4）水域变化监测
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阈值法：利用某种地物与背景地物在某一波段 上的反射率（或像元灰度值）的差异，确定某
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一数值为区分该地物和背景地物的方法。 水体信息提取阈值法：利用水体在近红外波段 反射率非常低为依据，区别水体与其他地物。 缺点：不易区分阴影和水体。
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2001年2月15日FY- 1C观测到的渤海海域海冰监测图像
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1989年洪泽湖
1995年洪泽湖
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4.3 水体污染监测
污染类型 富营养化 遥 悬浮泥沙 感 地 石油污染 学 分 废水污染 析 热污染 生态环境变 化 浮游生物含 量高 水体浑浊 油膜覆盖水 面 水色水质发 生变化 水温升高
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遥感在水文水资源方面的应用，包括水资源 的调查、流域规划、水域面积分布及变化、径流
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估算、水深、水温、河口海岸带及浅海地形调查、
海洋调查研究等方面。特别是在人类足迹难以到
达的荒凉地区，遥感技术可成为水文、水资源调
查的有效手段。
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4.2 水资源遥感
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( 1) 单波段模型: Z=a ln X + b 其中，X=L–Ls，L为某单一波段的辐射亮度值，Ls 为该波段在深水区的辐射亮度值；Z为反演的水深值 ；a、b为待定系数。 ( 2)双波段比值模型: Z=aln(X1/X2) + b 其中，X1=L1-Ls1；X2=L2-Ls2，L1、L2为单 一波段的辐射亮度值，Ls1、Ls2为L1、L2 对应波 段在深水区的辐射亮度值；Z为反演的水深值；a、b 为待定系数。
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4.3 水体污染监测
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从原理上说，遥感传感器记录的是地表 物体的电磁波辐射特性（强弱变化及空间变化
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），因此只有在较大程度上直接或间接影响水 体的电磁波辐射性质的水环境化学物质才有可 能通过遥感技术加以探测，并非所有水环境化 学研究的内容都可以辅以遥感手段。
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（4）水域变化监测
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水域变化监测 遥感研究自然历史变迁，尤以研究水域 的演变最为突出，效果明显。这是因为，一是 水域面积大，变化快，形态独特；二是水在各 波段具有明显的特性；三是水域演变后多能在 原地保留一定湿度和形态， 即“痕迹”较为 明显。因而，在遥感图像上图斑清晰，信息丰 富，较易辨别。
4.1 水体的光谱特性
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不同叶绿素含量水体的反射光谱曲线
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4.1 水体的光谱特性
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4.3 水体污染监测
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在江河湖海各种水体中，污染物种类繁 多。为了便于用遥感方法研究各种水污染，习
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惯上将其分为富营养化、悬浮泥沙、石油污染 、废水污染、热污染和固体漂浮物等几种类型 。
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在可见光范围内，水体反射率总体上比较低， 不超过10%，一般为4%~5%，并随着波长的增大 逐渐降低，水体的反射主要集中在蓝绿光波段 （0.45~0.52μ m 、0.52~0.60 μ m ），其他 波段反射率均较低，特别是近红外波段，水体 对该波段几乎完全吸收。
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(3)多波段组合模型: Z = a0 +∑ailnXi，其中， Xi=Li-Lsi，Li为单一波段的辐射亮度值，Ls为Li对 应波段在深水区的辐射亮度值；Z为反演的水深值； a0 、ai为待定系数。
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水体信息提取方法
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