谱视界 | 空天地一体化高光谱遥感为河湖排污口排查注入新动能

引言

我国河流、湖泊众多，伴随经济的高速发展，人类排污活动的增强，河流、湖泊水质污染问题日益严重，亟需深入排查整治。当前排污口的排查主要依靠人工巡河的方式进行。“靠腿跑、用眼盯”的巡河手段成本高，管理难度大，主观性强，容易出现漏查、漏报现象。同时，传统水质监测手段存在监测频率低、建设和运维成本高、点位少盲区大、时空代表性不足、易造成二次污染等局限性，难以实现河湖水质精细化管理。

因此，有必要利用高新技术手段开展河流、湖泊水质污染问题研究，及时、快速地掌握河流、湖泊的水质变化情况并采取针对性治理措施，保障人们正常的生产生活。

政策导向

国务院办公厅《关于加强入河入海排污口监督管理工作的实施意见》（国办函〔2022〕17号）指出：

加强科技研发，开展各类遥感监测、水面航测、水下探测、管线排查等实用技术和装备的研发集成，为完成排污口排查整治任务提供保障。

在提升基础能力方面，全面实施“十四五”监测规划，增强基层基础能力建设，加快卫星遥感、无人机航测、地面走航监测等“空天地”一体化新技术新装备的应用，增强监测与生态环保督察、环评、执法、应急等业务协同联动。

国务院新闻办公室在4月2日举行政策例行吹风会，生态环境部相关负责人介绍国务院办公厅《关于加强入河入海排污口监督管理工作的实施意见》有关情况。

生态环境部副部长邱启文先生在此次会议中总结三年来我们积累的经验和做法时提到，要“创新排查方式，发挥卫星遥感特别是‘无人机、无人船+大数据’的千里眼作用，……，构建‘水-陆-空’一体化的排查模式，基本摸清长江、黄河、渤海这些流域海域的排污口底数。”

科技支撑

针对传统手段存在的痛点问题并结合国家相关政策，无锡谱视界科技有限公司基于多年的技术积累推出了“空天地一体化”水环境智能监测系统，即综合利用天基（大范围卫星遥感监测）、空基（无人机高光谱影像遥感监测）、地基（实时水面航测、地面重点监测）、浮标（全天候高灵敏水下探测）、手持（灵活机动死角、管线排查）等多类型高光谱水质监测设备，对较大空间范围和较长时间跨度的水环境进行全天候、多维度智能监测与分析，并提供决策辅助，有效解决当前水环境治理与监管过程中的一系列突出问题。

“空天地一体化”水环境智能监测系统组成

“空天地一体化”水环境智能监测系统依托精准全面的数据采集终端及实时监测平台进行在线水质监测、设备监控、数据分析、水质预警。系统具有高动态、低成本和宏观性等显著特点，既可以满足大范围水质监测的需要，也可以反映水质在空间和时间上的分布和变化情况，在河流、湖泊污染源排查方面有着常规方法不可替代的优点，能够为水资源保护和水污染精准治理提供决策依据。与传统水环境监测方法相比，基于多种高光谱数据采集终端和实时在线监测平台的“空天地一体化”水环境智能监测系统具有以下优势：

1.架设方便，维护简单；

2.无需站房，成本低廉；

3.原位测量、无需取样；

4.无试剂消耗，无二次污染；

5.测量速度快、可测指标多；

6.模型丰富，自动升级，越测越准；

7.流域整体监控，时空变化全程掌握；

8.多设备协同工作，优势互补，效能倍增。

河湖排污口排查方案

1、构建水质指标反演模型

每处水体均有各自的特性，为保证结果准确，在排查前需针对水资源特征，“一水一档”建立水质指标反演模型。通过人工采样或水站数据等方式对具体河流、湖泊的水质指标进行精准建模，算法自动排除异常值，保障模型稳定、准确。

2 、确定排查区域

根据地基设备监测结果分析污染源大致位置和排放规律，确定合适的现场排查区域和排查时机。

地基设备

选择重点排查区域

3、 无人机现场排查

使用无人机携带机载光谱成像指数分析仪按照设定航线采集目标区域的可见光高清图像和高光谱数据。在此过程中，设备内置的处理器实时反演当前视野内的水质分布图像并同时标记存在的疑似排污口，用户可通过地面的飞控屏幕了解当前的水质状况和疑似排污口的位置，真正做到用“一张图”帮助用户掌握当前河流、湖泊的第一手资料。

利用机载光谱成像指数分析仪采集水体光谱图像数据

4、生成水质参数分布图

数据采集完成后，使用自主研发的行业应用专业软件Photospec Pro进行自动图像拼接和水质参数反演，同步生成氨氮、溶解氧、总磷、高锰酸盐等多种水质参数分布图以及综合指标分析图。

行业应用专业软件Photospec Pro界面

基于高光谱图像拼接反演得到的水质参数（以氨氮为例）分布

5、定位排污口

综合利用多种水质参数反演图像与河流、湖泊岸边的地物信息确定疑似排污口，借助高清辅助摄像头拍摄的河流周边环境进行现场探查，确定污染源位置、来源和污染物类型，保留排污证据。

根据高光谱数据综合分析标记的疑似水体污染源

根据可见光高清图像标记的疑似水体污染源

6、出具报告，采取措施治理污染

基于排查结果出具报告，采取针对性处理措施对污染源进行治理。

排查报告

采取针对性治理措施

7、长效监管

为防止污染源死灰复燃，在原排污口附近增加岸基监测设备，将其数据接入水环境动态监测云平台进行长期监管。在平台端根据治理后的水质情况设定水质指标阈值，超出阈值自动告警并以多种方式通知相关部门进行快速治理。

水环境动态监测云平台网页端（左）和手机端（右）

总结

无锡谱视界科技有限公司基于多年的光谱设备研发经验及水环境水生态应用技术积累，整合空基、地基等多类型水质监测终端，打造“空天地一体化”的水环境智能监测系统，实现大范围河湖岸线动态监管，改变传统“靠腿跑、用眼盯”的巡河手段，提高巡查效率、满足河湖“清四乱”全覆盖监管需求。通过持续性、周期性的遥感动态监测，建立河湖“四乱”监测监管规范，推进河湖“清四乱”工作常态化、规范化，赋能智慧河湖监管，推动河长制从“有实”向“有为”转变，实现从“河长制”到“河长治”的转变。

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