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0387.基于高分影像的城市黑臭水体遥感识别技术.docx

判别一般水体和黑臭水体的阈值.

图 6 建模样点绿红波段遥感反射率比值

野外调查发现, 黑臭水体反射率较低, 在视觉中具有直观的体现.此外, 已 有国内外学者运用色度方法, 直观且定量地反映湖泊水色变化规律[37~40].因

此, 尝试建立色度指标进行黑臭水体识别.

高速公路环境保护专项施工方案体现在秦淮河等较为浑浊的水体.

图 7 建模样点 CIE 坐标主波长

采用验证样点识别的正确率对算法精度进行评价, 由式(4)计算.

式中, N 正确识别表示识别结果和实际情况一致的样点数目, N 总数为验证

水体颜色正常, 无臭味, 透明度和溶解氧含量高(表 1 和表 2), 是正常水体.

JC3~JC7 位于城市狭窄河道, 河水流经多处居民小区, 沿岸有数个排污口, 水

样点对黑臭水体遥感识别效果进行评价.

3.1 不同算法识别精度对比

基于 2.2 节所构建的算法, 对南京市部分城区黑臭水体进行识别.由于长江 是含沙量大且比较浑浊的水体, 不存在黑臭现象, 和黑臭水体的光谱特征差异 显著, 在遥感影像上和其他类型水体颜色相差大, 因此将其单独划分为一类.在

遥感影像上选取金川河流域采集的 8 个卫星同步样点对算法识别精度进行评价.

3.1.1 单波段算法

根据表 3, 单波段法对黑臭识别结果和实际情况一致的是 JC1、JC4、JC5、 JC6 所在河段.根据 2.3 节精度评价方法, 算法识别正确率为 50%. 图 9(a)红色

部分是单波段法识别的城市黑臭水体分布范围.

表 3 不同算法验证样点取值及识别结果

根据表 3, 差值算法对黑臭识别结果和实际情况一致的是 JC3、JC4、JC5、 JC6、JC7、JC8 所在河段, 识别正确率为 75%. 图 9(b)红色部分是差值算法识别

出的城市黑臭水体分布范围.

根据表 3, 比值算法对 8 个样点所在河段的识别结果与实际情况一致, 识

别正确率达到 100%. 图 9(c)红色部分是比值法识别的城市黑臭水体分布范围.

根据表 3, 色度法识别正确的是 JC1、JC2、JC3, 识别正确率为 37.5%. 图

9(d)红色部分是色度法识别的城市黑臭水体分布范围.

3.2 算法识别误差原因及适用性分析 3.2.1 不同算法识别误差原因分析

从图 9 可以看出, 算法识别误差主要表现为将城市湖泊正常水体错分为黑 臭水体.单波段法和差值算法将莫愁湖识别为黑臭水体, 识别正确率最高的比值

算法也将玄武湖部分区域识别为黑臭水体, 而色度法将两者均识别为黑臭水体.

通过野外调查, 莫愁湖和玄武湖水质较为清洁, 为正常水体, 并未出现黑臭.对

上述错分现象进行分析, 主要原因如下.

体在运用单波段法、比值法进行计算时, 可能出现错分现象.

图 10 光谱曲线对比

统不能完全对应, 也可能导致计算结果存在一定偏差.因此色度法对城市黑臭水

图 11 典型城市黑臭水体

运用 1、2 波段的差值进行计算时, 容易将部分正常水体错分为黑臭水体, 产生

3.2.2 算法适用性分析

黑臭河段的识别正确率最高, 可以准确地区分城市河道的黑臭水体和正常水体.

但是由于城市内部大型清洁湖泊遥感反射率较低, 计算结果值域存在重叠, 因 此运用比值算法计算容易将其划分为黑臭水体.因此, 比值算法不适用于区分城

市河道黑臭水体和城市内部非常清洁的大型湖泊.

3.3 南京主城区黑臭水体空间分布 3.3.1 南京主城区黑臭水体空间分布

利用比值算法提取研究区黑臭水体, 识别出黑臭河段 11 条, 总长度 40.7 km, 总面积 0.749 km2, 分别为金川河、中保河、清江东沟、明御河、月牙湖、 友谊河玄武段、友谊河秦淮段、沙洲东河、奥体北河、秃尾河东支、西支.从图 9(c) 可以看出, 黑臭河段分布范围广且不连续, 集中分布在南京市各城区人口密集

的区域, 其空间分布如下.

(1) 金川河流域位于鼓楼区北部, 清江东沟、中保河位于南部 ; 明御河、月 牙湖位于秦淮区北部 ; 友谊河流经玄武区和秦淮区, 分别为友谊河玄武段和友 谊河秦淮段; 沙洲东河、奥体北河均位于建邺区中部 ; 秃尾河东支、西支黑臭河

(2) 不同河段黑臭情况不同.鼓楼区金川河黑臭河段主要位于中支上游部分,

下游流入长江的河段水色正常 ; 友谊河出现黑臭的河段位于上游玄武区 ; 而浦

口区北部秃尾河段靠近长江的部分水色正常, 其余部分河段则出现黑臭现象.

3.3.2 黑臭河段形成的环境因素分析

针对提取的黑臭河段, 对其周边环境影响因素进行分析如下.

(1) 人口密集区生活污水排放.例如金川河中支上游[图 11(a)]、清江东沟、 明御河等河段, 流经居民小区、菜市场等地, 生活污水大量排放, 有机污染物分 解消耗大量溶解氧造成水体缺氧, 引起水体发黑发臭 ; 此外有机物富集在水体

表面形成有机物膜破坏正常水体界面的交换, 加剧水体黑臭现象.

(2) 河岸建筑工地、化工厂等的影响.例如建邺区沙洲东河附近有一处建筑

工地, 污水排放进入河流, 水体浑浊发黑发臭[图 11(b)]; 江宁区莱茵达路附

近有大量工业园, 工厂废水排放进入河流, 不仅使得水体颜色异常, 通常呈现

乳白色[图 11(c)], 而且散发刺激性气味.

(3) 断头浜水体.由于城市发展遗留问题以及管理不善, 导致城市河段常出 现“断头”现象, 形成断头浜.断头浜水体由于水动力不足, 造成河道淤泥增多, 底泥中堆积的污染物释放到水体导致河流发黑发臭.例如鼓楼区北部金陵新村附 近的一条重度黑臭河段, 距离居民小区仅两米的距离, 水体几乎不流动, 散发

吊装施工方案恶臭[图 11(d)].

(1) 和城市正常水体、夹江相比, 城市黑臭水体遥感反射率最低, 在整个可

见光范围峰谷不突出, 而且在 400~550 nm 范围光谱斜率最小.

JT∕T 803-2011 填充型环氧涂层钢绞线预应力锚索.pdf法的识别精度最高, 对城市河道黑臭水体的识别结果更准确.

(3) 黑臭河段分布具有范围广且不连续的特征, 集中分布于各城区人口密

集的区域; 水体发生黑臭主要受到生活污水、工业废水、断头浜等因素影响.