一、项目简介
2023年长光禹辰信息技术与装备（青岛）有限公司与黑龙江省环境科学研究院联合开展了城乡河道水质定量遥感的试点项目（以下简称“项目”），完成多光谱遥感设备在水环境定性评估与水质参数定量反演技术中的应用性研究。
2023年10月，长光禹辰与黑龙江环科院技术人员共同前往黑龙江省内某河道实验区域，获取无人机多光谱图像数据和实测水质参数。
二、数据采集
2.1 无人机多光谱数据采集
本期采用M300 RTK+AQ600 Pro多光谱遥感系统进行数据采集，该系统航时可达35min，单架次可执行约5km²区域的数据采集工作。具体飞行参数见表1：
M300 RTK+AQ600 Pro外场照
表1 飞行参数
2.2 水样数据采集
河道水样数据与无人机数据同步获取，采用延长杆加采水器沉没取样的方式进行获取，每次取样深度在表层水面下0.5m处，采样过程如下图所示。此次测定10种水质指标，分别为氨氮、总磷、总氮、化学需氧量、高锰酸盐指数、溶解氧、透明度、氧化还原电位、电导率和叶绿素a，其中电导率、溶解氧、透明度和氧化还原电位现场测定，其余水质参数实验室测定，采样和测定方式均参考国家相关标准。
三、富营养化分析
河道水体的富营养化是一个普遍存在的问题。水体富营养化是指水中营养物质（如氮、磷）过度积累，导致水体中藻类、水生植物大量繁殖的现象。水体富营养化会造成藻类过度生长，消耗水中氧气，破坏水生态系统的平衡，甚至引发水体死亡。
使用长光禹辰自主研发的行业应用软件Yusense Map Plus的河道生态模块，对该河道进行水体富营养化分析，可一键导出河道富营养化栅格文件和河道富营养化专题图等多种成果。
根据水体富营养化识别结果可以看出，该河道主要呈现轻度富营养化状态，靠近河道岸边的小部分呈现中度富营养化状态，结合实地测量的水质参数（主要为叶绿素），二者结果保持一致，综合实测参数和地面感官说明水体富营养化算法识别精度较高。
四、黑臭水体污染分析
黑臭水体是指水质污染严重、水体颜色异常、散发恶臭的现象。它通常由生活污水、工业废水和农业排放物等引起，造成环境破坏和健康风险。
使用长光禹辰自主研发的行业应用软件Yusense Map Plus的河道生态模块，对该河道进行黑臭水污染的分析，可一键导出河道黑臭水污染栅格文件和河道黑臭水污染专题图等多种成果。
根据黑臭水污染识别结果可以看出，该河道整体主要呈现为非黑臭状态。结合地面实测的数据，氨氮、溶解氧和氧化还原电位指标远未达到黑臭程度，而水体透明度达到重度黑臭的等级。由于水体透明度易受到无机悬浮物（如悬浮泥沙）的影响，所以不能仅依靠透明度这一种参数来判定黑臭水体级别，还要结合现场感官来判断。此次采集的河道水体都比较浑浊，河道水体的含泥沙量较高，透明度较低。故结合除透明度外的三种指标和现场情况综合判定，此条河道并未达到黑臭的程度。经过综合分析，说明黑臭水体算法识别效果较好。
五、水质参数定量反演
基于水质参数与无人机多光谱影像，结合水体反射特性及水质参数实测数据进行数据分析，最终构建水质参数与多光谱遥感数据之间的定量关系模型，实现对目标水体的多种水质参数的定量反演。
本次测定的10种水质指标包括：氨氮、总磷、总氮、化学需氧量、高锰酸盐指数、溶解氧、透明度、氧化还原电位、电导率和叶绿素a，反演结果如下图所示。
对反演结果采用平均相对误差（MRE）进行精度评定，从表中可看出，各水质参数的平均相对误差均在15%以下，可满足常态化、高频次的全局水质检测需求。各指标的精度评定结果见下表2：
六、项目总结
相较于传统人工采样的方法，无人机载多光谱遥感技术可以在降低河道水质参数获取成本的同时，对目标区域进行水质情况全局展示，避免“以点带面”评定水环境带来的误差；与多光谱卫星影像相比，无人机载多光谱遥感技术时空分辨率更高；同时相较于高光谱遥感监测，多光谱可以用较小的数据量完成较高精度的水质参数反演，更加快速高效地获取水体的状态，为水环境的快速治理和保护提供有力的数据支撑。
注：本项目相关信息的披露得到黑龙江省环境科学研究院允许。