入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)技術(shù)指南-征求意見稿

1T/ZSXXXX—XXXX入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)技術(shù)指南本文件規(guī)定了入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)的流程、數(shù)據(jù)要求、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、技術(shù)方法、質(zhì)量控制、成果提交等。本文件適用于利用衛(wèi)星遙感影像開展入海排口巡查、監(jiān)視監(jiān)測(cè)及水色異常問題發(fā)現(xiàn)工作。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB3097海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB3838地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB/T13989國(guó)家基本比例尺地形圖分幅和編號(hào)GB/T15968遙感影像平面圖制作規(guī)范HY/T147.7—2013海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程第7部分：衛(wèi)星遙感技術(shù)方法3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1入海排口sewageoutfallstothesea直接或者通過管道、溝、渠等排污通道向海洋排放水體的口門。[來源：HJ1310—2023，2.3,有修改]3.2污水sewage在生產(chǎn)與生活活動(dòng)中排放的水的總稱。[來源：HJ1310—2023，2.1]3.3真彩色遙感影像truecolorimage按照紅、綠、藍(lán)（RGB）三個(gè)基色分量進(jìn)行合成產(chǎn)生的遙感影像。3.4空間分辨率spatialresolution遙感影像上能夠識(shí)別的兩個(gè)相鄰地物的最小距離。[來源：HY/T147.7—2013，3.1]3.5時(shí)間分辨率temporalresolution同一遙感器對(duì)同一區(qū)域進(jìn)行的相鄰兩次遙感觀測(cè)的最小時(shí)間間隔。[來源：HY/T147.7—2013，3.2]3.6高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)highspatialresolutionsatellitedata具有較高空間分辨率的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通常為優(yōu)于30m分辨率。典型衛(wèi)星數(shù)據(jù)源見附錄A。3.7多時(shí)相影像multi-temporalimage指不同時(shí)間獲取的同一地區(qū)的影像。[來源：GB/T14950—2009，6.50]2T/ZSXXXX—XXXX3.8遙感反射率remotesensingreflectance離水輻亮度與水面太陽(yáng)下行輻照度的比值。[來源：HY/T147.7—2013，3.5，有修改]3.9水體光學(xué)類型opticalwatertype不同組分主導(dǎo)的水體可根據(jù)光譜特征劃分為多個(gè)類型。如近岸懸浮泥沙含量較高的水體、富營(yíng)養(yǎng)化水體、高污染水體，具有不同的光譜特征，在遙感光譜上具有可分性?？煞从乘w水質(zhì)狀況。3.10水色異常watercoloranomaly區(qū)別于正常河水或海水的顏色，在真彩色影像上，水體區(qū)域體現(xiàn)為灰色、黑色、紅棕色、深綠色、黃綠色等異常影像色彩的現(xiàn)象，表示疑似高污染水體。4監(jiān)測(cè)流程入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)應(yīng)包括五個(gè)階段，分別為衛(wèi)星遙感影像預(yù)處理、光譜庫(kù)建立及水體光學(xué)分類、衛(wèi)星遙感監(jiān)視監(jiān)測(cè)、質(zhì)量控制和成果提交，具體流程見圖1。圖1入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)流程5數(shù)據(jù)要求5.1時(shí)間分辨率要求基于衛(wèi)星遙感技術(shù)手段對(duì)入海排口水色異常進(jìn)行監(jiān)視監(jiān)測(cè)的頻率應(yīng)取決于使用的衛(wèi)星的時(shí)間分辨率。由于入海排口排放過程高度動(dòng)態(tài)變化，使用的衛(wèi)星的時(shí)間分辨率應(yīng)不低于16天一次。對(duì)于重點(diǎn)關(guān)注的入海排口可使用多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料，綜合多顆衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)高頻觀測(cè)。3T/ZSXXXX—XXXX5.2空間分辨率要求入海排口大部分尺度較小，衛(wèi)星遙感影像的空間分辨率應(yīng)優(yōu)于30m，對(duì)于部分隱蔽或面積較小的入海排口，空間分辨率可優(yōu)于1m，實(shí)現(xiàn)精細(xì)觀測(cè)。5.3波段要求衛(wèi)星遙感影像宜采用被動(dòng)光學(xué)遙感影像，波段應(yīng)至少包含藍(lán)、綠、紅、近紅外波段。5.4影像質(zhì)量要求衛(wèi)星遙感影像應(yīng)層次豐富、清晰易讀、色調(diào)均勻、反差適中，不受太陽(yáng)耀光、厚云、薄云及云陰影的影響，特別是云陰影由于在真彩色影像上呈現(xiàn)灰黑色，易與排放污水混淆。影像不應(yīng)受變形和條帶的影響。6監(jiān)視監(jiān)測(cè)內(nèi)容6.1入海排口位置應(yīng)基于高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，目視解譯獲得入海排口位置，應(yīng)獲得經(jīng)緯度信息和所在地名，并獲得入海排口周邊典型地物分布信息。6.2入海排口排放擴(kuò)散范圍及面積入海排口具有連續(xù)排放或間歇排放的規(guī)律，應(yīng)基于衛(wèi)星遙感大面監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，基于遙感影像識(shí)別入海排口排放擴(kuò)散范圍，統(tǒng)計(jì)擴(kuò)散面積，評(píng)估其對(duì)環(huán)境水體的影響。6.3水體光學(xué)類型分類針對(duì)入海排口附近的水體區(qū)域，包括鄰近海域和內(nèi)陸水體，可開展基于遙感的水體光學(xué)類型分類，不同水體光學(xué)類型應(yīng)代表不同水體水質(zhì)狀況，進(jìn)而基于水體類型可判斷水體水質(zhì)狀況。6.4入海排口水色異常監(jiān)測(cè)水色異常代表水體疑似高污染狀態(tài)。異常水色的水體光譜應(yīng)區(qū)別于正常水色的水體光譜，在不同的波段量值之間的差異較大，光譜形狀存在明顯不同。區(qū)別于正常排放的水體，重點(diǎn)關(guān)注高污染水體排放，即入海排口所排放水體是否存在水色異常。應(yīng)基于水體光學(xué)類型分類結(jié)果判斷入海排口所排放水體是否存在水色異常，進(jìn)而獲得疑似存在問題的入海排口清單，為現(xiàn)場(chǎng)排污核查提供針對(duì)性的點(diǎn)位。6.5入海排口歷史排水狀況回溯針對(duì)入海排口的歷史排水狀況遙感監(jiān)測(cè)，應(yīng)獲取入海排口區(qū)域多期歷史遙感影像并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，制作衛(wèi)星遙感影像動(dòng)態(tài)專題圖，獲得多期歷史影像的專題圖結(jié)果。6.6入海排口持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)針對(duì)入海排口的實(shí)時(shí)排水狀況遙感監(jiān)測(cè)，應(yīng)實(shí)時(shí)或準(zhǔn)實(shí)時(shí)獲取入海排口區(qū)域衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，宜持續(xù)獲得入海排口遙感影像并制作專題圖，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)。7技術(shù)方法7.1衛(wèi)星遙感影像預(yù)處理7.1.1陸地掩膜應(yīng)基于光譜指數(shù)對(duì)陸地區(qū)域進(jìn)行掩膜，包括近岸露出的灘涂、海島、海面漂浮物等易在水域內(nèi)出現(xiàn)被認(rèn)為是水色異常的陸地像元，均應(yīng)剔除。常見陸地掩膜指數(shù)見附錄B。應(yīng)結(jié)合真彩色影像基于目視識(shí)別和灰度直方圖確定水體和陸地的劃分閾值。4T/ZSXXXX—XXXX7.1.2大氣校正在衛(wèi)星遙感器接收到的大氣頂輻亮度信息的基礎(chǔ)上，應(yīng)消除大氣吸收和散射影響的過程。針對(duì)水體像元，應(yīng)進(jìn)一步消除水面反射的影響，獲得能夠反映水體信息的遙感反射率。7.1.3其他預(yù)處理步驟其他遙感影像預(yù)處理步驟應(yīng)包含輻射定標(biāo)、幾何校正、圖像鑲嵌與配準(zhǔn)、圖像融合，并應(yīng)符合HY/T147.7—2013中6.3.2.2條的要求。7.2水體光學(xué)類型遙感分類水體光學(xué)類型遙感應(yīng)按下列要求執(zhí)行分類：a)基于預(yù)處理后的遙感影像獲得水面遙感反射率數(shù)據(jù)，應(yīng)提取多時(shí)相影像下的包含河道、湖泊、水庫(kù)、池塘、近海、遠(yuǎn)海等多種水體類型、不同懸浮物濃度、葉綠素濃度、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度下的遙感反射率光譜。應(yīng)通過歷史確定的排污事件，特別是對(duì)環(huán)境水體構(gòu)成惡劣影像的排污事件，提取對(duì)應(yīng)遙感影像上的污染水體的光譜。最終構(gòu)建含正常水色和異常水色的光譜庫(kù)；b)綜合水體光譜和影像紋理特征，應(yīng)通過聚類生成不同種水體光學(xué)類型，不同種水體光學(xué)類型具有典型的光譜特征，對(duì)應(yīng)不同的水質(zhì)狀況，如高污染水體、富營(yíng)養(yǎng)化水體、清潔水體、高泥沙水體等；c)基于不同種水體光學(xué)類型的先驗(yàn)知識(shí)，可通過監(jiān)督/非監(jiān)督分類、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法對(duì)遙感影像上的近岸和內(nèi)陸水體進(jìn)行水體光學(xué)類型分類，識(shí)別入海排口周邊水體光學(xué)類型信息。7.3擴(kuò)散范圍提取擴(kuò)散范圍提取應(yīng)符合下列要求：a)由于內(nèi)側(cè)水道、管道或溝、渠等排污通道內(nèi)水體水質(zhì)與環(huán)境水體水質(zhì)存在反差，繼而會(huì)在水體光學(xué)類型分類結(jié)果中體現(xiàn)。應(yīng)基于水體光學(xué)類型分類結(jié)果，得到入海排口排放擴(kuò)散區(qū)域；b)結(jié)合真彩色遙感影像，目視解譯輔助判斷，獲得排放擴(kuò)散分布范圍。結(jié)合遙感影像空間分辨率信息，得到擴(kuò)散面積結(jié)果。7.4水色異常識(shí)別應(yīng)基于水體光學(xué)類型分類結(jié)果，得到入海排口周邊水體光學(xué)類型信息。其中，對(duì)應(yīng)水質(zhì)狀況較差的水體光學(xué)類型的水體可認(rèn)為是水色異常，疑似為異常排污。8質(zhì)量控制8.1數(shù)據(jù)模型精度要求數(shù)據(jù)模型精度應(yīng)符合下列要求：a)大氣校正平均相對(duì)誤差小于30%；b)水體光學(xué)類型分類模型誤分率、漏分率均小于30%。8.2人機(jī)交互解譯檢查應(yīng)利用人機(jī)交互的方式對(duì)衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)到的入海排口排放擴(kuò)散范圍和面積、排放水體水色異常狀況進(jìn)行解譯判斷，判斷是否存在機(jī)器識(shí)別的誤判、漏判情況。8.3外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)核查8.3.1對(duì)于人機(jī)交互解譯有疑義的入海排口，應(yīng)開展外業(yè)現(xiàn)場(chǎng)核查?，F(xiàn)場(chǎng)核查應(yīng)記錄入海排口的經(jīng)緯度信息，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍照。應(yīng)利用無人機(jī)觀測(cè)排放擴(kuò)散范圍，拍攝入海排口向陸一側(cè)及向海一側(cè)水面，并視頻記錄排放過程。8.3.2應(yīng)對(duì)排放水體和受納水體進(jìn)行水樣采集，針對(duì)地表水或海水選用不同的水質(zhì)參數(shù)和不同的評(píng)5T/ZSXXXX—XXXX懸浮物、鹽度等，并按GB3838的規(guī)定執(zhí)行。8.3.3入海排口受納水體為海水，水質(zhì)參數(shù)主要針對(duì)海水水質(zhì)參數(shù)，應(yīng)包括pH、化學(xué)需氧量、生化需氧量、溶解氧、石油類、活性磷酸鹽、無機(jī)氮（亞硝酸鹽-氮、硝酸鹽-氮與氨-氮之和）、汞、鎘、鉛、砷、鉻、銅、鋅、糞大腸菌群等，并按GB3097的規(guī)定執(zhí)行。監(jiān)測(cè)范圍宜為以入海排口為中心，并以入海排口污水?dāng)U散距離為半徑的向海區(qū)域。應(yīng)結(jié)合水樣監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷是否為遙感識(shí)別到的水色異常水體?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可進(jìn)一步開展現(xiàn)場(chǎng)溯源工作，判斷污染疑似來源。9成果提交9.1監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)包括原始遙感影像數(shù)據(jù)、預(yù)處理后的遙感數(shù)據(jù)、水體光學(xué)分類數(shù)據(jù)。9.2專題圖9.2.1入海排口水色異常遙感影像專題圖應(yīng)以入海排口為中心點(diǎn)，針對(duì)不同空間分辨率的遙感影像選擇適當(dāng)?shù)谋壤撸耸褂谜娌噬b感影像，制作能夠直接反映入海排口及其周邊地物和環(huán)境狀況的專題圖。專題圖制作應(yīng)符合GB/T13989和GB/T15968的規(guī)定。樣圖見圖C.1。9.2.2入海排口水色異常周邊水體光學(xué)類型分類專題圖應(yīng)以入海排口為中心點(diǎn)，針對(duì)不同空間分辨率的遙感影像選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，宜以真彩色遙感圖像為底圖，疊加水體光學(xué)類型分類圖層，制作能夠反映入海排口周邊水體光學(xué)類型或水質(zhì)狀況的專題圖。專題圖制作應(yīng)符合GB/T13989和GB/T15968的規(guī)定。樣圖見圖C.2。9.2.3入海排口水色異常排放擴(kuò)散范圍分布專題圖應(yīng)以入海排口為中心點(diǎn)，針對(duì)不同空間分辨率的遙感影像選擇適當(dāng)?shù)谋壤?，宜以真彩色遙感圖像為底圖，選擇地圖符號(hào)勾勒出排污擴(kuò)散分布范圍，并標(biāo)注擴(kuò)散面積。專題圖制作應(yīng)符合GB/T13989和GB/T15968的規(guī)定。樣圖見圖C.3。9.2.4入海排口水色異常多時(shí)相動(dòng)態(tài)專題圖針對(duì)同一入海排口，應(yīng)以該排口為中心，制作同一排口不同時(shí)期的真彩色遙感影像、水體光學(xué)分類結(jié)果、擴(kuò)散范圍分布的專題圖。專題圖上應(yīng)標(biāo)注遙感影像采集時(shí)間，反映排口擴(kuò)散不同時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化過程。9.3監(jiān)測(cè)報(bào)告報(bào)告編制應(yīng)包含數(shù)據(jù)源、研究區(qū)域、監(jiān)測(cè)內(nèi)容、監(jiān)測(cè)指標(biāo)與方法、技術(shù)路線、成果內(nèi)容等部分，可按附錄D編制監(jiān)測(cè)報(bào)告。6T/ZSXXXX—XXXX（資料性）入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)常用衛(wèi)星數(shù)據(jù)源選擇入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)常用衛(wèi)星數(shù)據(jù)主要選擇高空間分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，如環(huán)境一號(hào)CCD相機(jī)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、高分系列全色/多光譜相機(jī)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、資源系列全色/多光譜相機(jī)衛(wèi)星數(shù)據(jù)、Sentinel-2A/2B數(shù)據(jù)、Landsat-7/8/9系列數(shù)據(jù)等，見表A.1。表A.1入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)常用衛(wèi)星數(shù)據(jù)源信息44445444345457T/ZSXXXX—XXXX常見陸地掩膜光譜指數(shù)B.1歸一化植被指數(shù)歸一化植被指數(shù)（NormalizedDiffernceVegetationIndex，NDVI是反映農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)和營(yíng)養(yǎng)信息的重要參數(shù)之一，應(yīng)用于遙感影像。也可用于進(jìn)行陸地掩膜、水體提取。公式見B.1：NDVI=（B.1）式中：ρ（NIR）——近紅外波段的反射率值ρ（R）——紅光波段的反射率值B.2歸一化水體指數(shù)歸一化水體指數(shù)（NormalizedDifferenceWaterIndex，NDWI可用來提取遙感影像中的水體信息。公式見B.2：NDWI=（B.2）式中：ρ（A）——綠光波段的反射率值ρ（NIR）——近紅外波段的反射率值B.3改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)（ModifiedNormalizedDifferenceWaterIndex，MNDWI）對(duì)NDWI指數(shù)的波長(zhǎng)組合進(jìn)行了修改，在提取水體上具有更佳的效果。公式見B.3：MNDWI=（B.3）式中：ρ（G）——綠光波段的反射率值ρ（MIR）——中紅外波段的反射率值8T/ZSXXXX—XXXX（資料性）入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)視監(jiān)測(cè)專題圖示例圖C.1給出了某入海排口某天某時(shí)刻利用某衛(wèi)星數(shù)據(jù)資料獲得的真彩色遙感影像專題圖示例。圖C.2給出了基于該遙感影像獲得的水體光學(xué)類型分類專題圖示例，不同等級(jí)對(duì)應(yīng)不同水體光學(xué)類型，某些類型對(duì)應(yīng)水體水質(zhì)狀況較差，底圖為該時(shí)刻的真彩色遙感影像。圖C.3給出了基于水體光學(xué)類型分類得到的擴(kuò)散范圍專題圖示例，并標(biāo)注擴(kuò)散面積，底圖為該時(shí)刻的真彩色遙感影像。圖C.1入海排口水色異常遙感影像專題圖示例圖C.2入海排口水色異常周邊水體光學(xué)類型分類專題圖示例9T/ZSXXXX—XXXX圖C.3入海排口水色異常排放擴(kuò)散范圍分布專題圖示例T/Z