第7讲遥感在城市环境监测中的应用XXXX

市感市第7讲城市环境遥感监测应用及城市遥感应用前景感应用前景徐景中徐景中内容回顾•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–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遥感信息工程学院遥感信息工程学院2主要内容要•7.1 遥感在城市水资源监测中的应用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。•72遥感在城市大气环境监测中的应用•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。城市地质遥感监测•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–遥感传感器与平台进展及趋势城市遥感未来发展方向–遥感传感器与平台进展及趋势、城市遥感未来发展方向遥感信息工程学院遥感信息工程学院37.1遥感在城市水资源监测中的应用遥在市资中•背景：背景遥感信息工程学院遥感信息工程学院4•背景：–水资源监测必要性：–水资源监测必要性：•人口密度、资源紧张；水污染严重•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。遥感信息工程学院遥感信息工程学院57.1遥感在城市水资源监测中的应用遥感在城市水资源监测中的应用•城市水资源环境监测内城市水资源环境监测内容：城市湖泊变迁监测：由于–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引起湖泊水位变化或湖泊的减少；城市水质监测由于工业–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质受到污染；•水体污染种类不同，利谱行监遥感信息工程学院遥感信息工程学院用多光谱影像进行监测；•城市湖泊变迁监测方法：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；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遥感信息工程学院遥感信息工程学院7长江中游湿地50年的变迁图（阴影部分表示湿地）”遥感信息工程学院遥感信息工程学院8•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；遥感信息工程学院遥感信息工程学院9高分辨率遥感影像提取的鱼塘边界遥感信息工程学院遥感信息工程学院10高分辨率遥感影像提取的鱼塘边界•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–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；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–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。遥感信息工程学院遥感信息工程学院11–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：遥资源测方法•定性分析•定量反演定量反演遥感信息工程学院遥感信息工程学院12城市水质监测中遥感技术应用包括以下内容：1）水体富营养化监测城市水质监测中遥感技术应用包括以下内容：–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海湾等缓流水进入湖泊、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的现象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的颜色不同，水面往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。遥感信息工程学院遥感信息工程学院13遥感信息工程学院遥感信息工程学院14•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附吸收；在处出现拐点，在附近，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。遥感信息工程学院遥感信息工程学院15例：例：•武汉地区陡坡效应地区部分水体观察观察得到的波的波谱曲线线遥感信息工程学院遥感信息工程学院•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（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。遥感信息工程学院遥感信息工程学院172）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昀佳波段为：0.65-0.85um。遥感信息工程学院遥感信息工程学院18三峡坝区冲沙时含有大量泥沙的水体遥感信息工程学院遥感信息工程学院19•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应模该射行演对应关系模型，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昀敏感的波段。遥感信息工程学院遥感信息工程学院203）废水污染和水体热污染监测–危及水体中生物和农作危及水体中生物和农作物的生长；–废水污染（石油化工–废水污染（石油、化工、生活废水）水热污染–水热污染遥感信息工程学院遥感信息工程学院21遥感信息工程学院遥感信息工程学院22水污染卫星图像遥感信息工程学院遥感信息工程学院•废水污染：废水污–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，有的还人口密集区；往往是多排污口，多渠道的，有的还是间断性的。–监测现状：常规方法难以对这些污染源及入海废水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。遥感信息工程学院遥感信息工程学院24石油污染遥感信息工程学院遥感信息工程学院25•石油污染：污–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。–在热红外图像上，夜晚未污染水区呈白色条带，排在热红外图像上，夜晚未污染水区呈白色条带，排油区呈黑色条带。另外灰阶不同，还可计算出石油覆盖的含量，而且可以追踪，污染源。–监测石油污染的传感器较多（可见光、紫外、红外、微波等），平台有航空的，也有航天的。遥感信息工程学院遥感信息工程学院26•热污染：污–电力、钢铁、化学等工业中使用的冷却水，超过允许的热水排放标准而排入江河湖海时，使自然水体许的热水排放标准而排入江河湖海时，使自然水体的温度上升，引起水体物理、化学和生物过程的变化，就构成了热污染。–在热图像上，热水温度高，发射的能量多，呈浅色调；冷水或冰发射的能量少，呈深色调。–利用光学技术或计算机对热图像作密度分割，根据少量的同步实测水温，可确切地绘出水体的等温线。遥感信息工程学院遥感信息工程学院27大亚湾热污染遥感监测遥感信息工程学院遥感信息工程学院28大亚湾热污染遥感监测7.2遥感在城市大气环境监测中的应用遥在市气境中机动车尾气污染电厂排污臭氧层空洞臭氧层空洞农民燃烧秸秆遥感信息工程学院遥感信息工程学院29农民燃烧秸秆武汉雾霾酸酸雨雨雨雨使使森森森森林林枯枯枯枯萎萎遥感信息工程学院遥感信息工程学院30大气遥感监测目的利用遥感技术具有监测范围广•大气遥感监测目的：利用遥感技术具有监测范围广、速度快、成本低,便于长期的动态监测的优势,快速监测大范围的大气环境变化和大气环境污染揭示监测大范围的大气环境变化和大气环境污染,揭示的污染源及其扩散的状态, 跟踪和监测突发性大气环境污染事件的发生发展以便及时制定处理措环境污染事件的发生、发展, 以便及时制定处理措施, 减少大气污染造成的损失。遥感信息工程学院遥感信息工程学院31•1、大气环境遥感监测：、大气环境遥感监测–监测对象：大气中的臭氧(O3 ) 、CO2 、SO2 、甲烷(CH4 ) 等微量气体成分以及气溶胶、有害气体等。烷()等微量气体成分以及气溶胶、有害气体等。–这些物理量通常无法用遥感手段直接识别,但由于水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成分具有各汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量气体成分具有各自分子所固有的辐射和吸收光谱特征,因此可通过测量大气散射、吸收及辐射的光谱特征值从而识别出这些成分。遥感信息工程学院遥感信息工程学院32大气环境遥感监测方法：大气环境遥感监测方法–常规的大气环境监测的手段是采用地面设定监测点通过仪器采样和分析监测点数据；点，通过仪器采样和分析监测点数据；–大气污染遥感监测方法：利用遥感手段调查产生大气污染源的分布污染源周围的污染物的扩散大气污染源的分布、污染源周围的污染物的扩散影响范围。分类（程立刚等2005）–分类（程立刚,等.2005）•被动式遥感监测和主动式遥感监测•天基、空基遥感和地基遥感。遥感信息工程学院遥感信息工程学院33（1）大气环境的被动式遥感监测（）大气环境的被动式遥感监测–天基、空基：以卫星或航天飞机为遥感平台的主动被动式遥感监测；动、被动式遥感监测；–1）区域性污染的大气污染监测,主要有二氧化硫、氮氧化物、大气颗粒物(包括可吸入颗粒物)、有机污染物等;化物、大气颗粒物(包括可吸入颗粒物) 、有机污染物等;–2）灾害性大气污染监测,如沙尘暴、有毒气体的泄漏等;–3）全球性大气环境污染物的被动式空基遥感监测如监3）全球性大气环境污染物的被动式空基遥感监测,如监测对流层气溶胶、臭氧(O3 ) 、CO2 、甲烷(CH4 ) 等。遥感信息工程学院遥感信息工程学院34甘肃沙尘暴太空中拍摄的地球壮观沙尘暴35–地基:包括：微波辐射计遥感、多波段光度计遥感、天空散射亮度分布遥感、太阳直接辐射的宽带分光空散射亮度分布遥感、太阳直接辐射的宽带分光辐射遥感、全波段太阳直接辐射遥感和华盖计遥感等。感等。遥感信息工程学院遥感信息工程学院36•微波辐射计遥感：•由于大气分子的吸收辐射在很宽的频率范围内产生特定的谱线,且不同频率范围内产特定谱线,不同分子及不同的能级跃迁产生的谱线不同,微波辐射计通过接受这些不同的辐射频率信号可反演大气组分。•微波辐射计具有低空间分辨率的特征。常用于矿藏勘测、土地制图、土壤湿度估计和冰雪探测等。遥感信息工程学院遥感信息工程学院37（2）大气环境的主动式空基遥感监测（）大气环境的主动式空基遥感监测–主动式雷达是由发射机通过天线在很短的时间内向目标物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲然向目标物发射束很窄的大功率电磁波脉