河口海岸入海陸源污染空天地一體化調(diào)查技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）

1T/GDDL24-2024河口海岸入海陸源污染空天地一體化調(diào)查技術(shù)規(guī)范本文件規(guī)定了河口海岸入海陸源污染空天地一體化調(diào)查的對(duì)象與內(nèi)容、技術(shù)流程、調(diào)查流程。本文件適用于河口海岸入海陸源污染調(diào)查、評(píng)估與管理。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。GB3838地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB17378（所有部分）海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范CH/Z3001無人機(jī)航攝安全作業(yè)基本要求HY/T076陸源入海排污口及鄰近海域監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程HY/T086陸源入海排污口及鄰近海域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指南HJ442.7近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范第七部分入海河流監(jiān)測(cè)DB35/T1325陸源入海排污口鄰近海域水環(huán)境評(píng)價(jià)方法3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1河口海岸estuarinecoast河流與海洋交匯的區(qū)域，形成了獨(dú)特的半咸水環(huán)境和多樣的生態(tài)系統(tǒng)，因其高生產(chǎn)力和豐富的生物多樣性，具有重要的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。3.2入海陸源污染land-basedmarinepollution陸地上的污染物通過河流、地表徑流和大氣沉降等途徑進(jìn)入海洋，導(dǎo)致海洋環(huán)境受到污染。這些污染物包括農(nóng)業(yè)化肥、工業(yè)廢水、城市污水和塑料垃圾，嚴(yán)重影響海洋生態(tài)系統(tǒng)和人類健康。3.3入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估assessmentofland-basedsourcesofmarinepollutionrisk入海陸源風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指通過系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)陸地來源污染物進(jìn)入海洋后對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)和人類健康可能產(chǎn)生的危害程度和潛在影響的過程。3.4陸域污染源land-basedpollutionsources陸域污染源指的是位于陸地上的各種來源，通過不同途徑（如河流、地表徑流、大氣沉降等）向水體（如河流、湖泊、海洋）釋放污染物的源頭。3.5衛(wèi)星遙感satelliteremotesensing2T/GDDL24-2024衛(wèi)星遙感是利用人造衛(wèi)星搭載的各類傳感器，通過在太空中獲取地面或其他目標(biāo)的數(shù)據(jù)和圖像信息，實(shí)現(xiàn)大尺度區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、自然資源調(diào)查等應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。3.6無人機(jī)遙感unmannedaerialvehicle(UAV)remotesensing無人機(jī)遙感是利用無人機(jī)搭載的傳感器和攝像設(shè)備，通過空中平臺(tái)獲取地面或其他目標(biāo)的數(shù)據(jù)和圖像信息，實(shí)現(xiàn)精細(xì)尺度區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、自然資源調(diào)查等應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。4調(diào)查對(duì)象與內(nèi)容4.1監(jiān)測(cè)目的面向河口海岸入海陸源污染的陸海協(xié)同、綜合治理需求，提出長(zhǎng)時(shí)序、高分辨率空天遙感數(shù)據(jù)支持下的河口海岸陸域污染源智能識(shí)別與水質(zhì)參數(shù)精準(zhǔn)反演關(guān)鍵技術(shù)，建立面向河口海岸入海陸源污染的空天地一體化調(diào)查體系，實(shí)現(xiàn)入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃。監(jiān)測(cè)應(yīng)符合GB17378（所有部分）的相關(guān)規(guī)定。4.2調(diào)查內(nèi)容研發(fā)河口海岸典型陸域污染源目標(biāo)智能識(shí)別算法，構(gòu)建自適應(yīng)的入海陸源污染水質(zhì)參數(shù)反演模型，建立河口海岸陸源污染空天地一體化調(diào)查體系，形成陸海統(tǒng)籌視角下的入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。5技術(shù)流程河口海岸入海陸源污染空天地一體化調(diào)查技術(shù)流程如圖1所示。圖1河口海岸入海陸源污染空天地一體化調(diào)查技術(shù)流程6調(diào)查流程6.1河口海岸陸域污染源目標(biāo)智能識(shí)別針對(duì)感潮河網(wǎng)—入海河流—近岸海域的陸域污染源，按CH/Z3001的作業(yè)要求，采用“衛(wèi)星大面積3T/GDDL24-2024普查—無人機(jī)重點(diǎn)區(qū)域排查—地面人工核查”方式，依據(jù)HY/T076和HY/T086的規(guī)定，構(gòu)建河口海岸入海陸源污染空天地一體化調(diào)查體系。具體如下：a)衛(wèi)星大面積普查：下載選擇枯水期（12月～3月）低潮時(shí)無云或云量低于20%的高分辨率衛(wèi)星遙感影像，以盡量暴露區(qū)域內(nèi)所有的陸域污染源目標(biāo)；b)無人機(jī)遙感影像獲取：結(jié)合土地利用數(shù)據(jù)，明確重點(diǎn)排查地區(qū)，即陸域污染源目標(biāo)潛在區(qū)域。通過在重點(diǎn)區(qū)域布設(shè)無人機(jī)智能基站，搭載可見光、多光譜和熱紅外多類型傳感器，高頻次、自主采集覆蓋重點(diǎn)區(qū)域陸域污染源目標(biāo)的無人機(jī)遙感影像；c)無人機(jī)遙感數(shù)據(jù)處理：基于影像POS信息和特征相結(jié)合的無人機(jī)遙感影像快速拼接算法，實(shí)現(xiàn)多通道光譜影像的亞像素級(jí)配準(zhǔn)、多景影像的實(shí)時(shí)拼接，生成正射影像；d)無人機(jī)重點(diǎn)區(qū)域排查：1)利用無人機(jī)遙感影像，生成600×600像素的圖片，人工標(biāo)注入海排污口、農(nóng)田、水產(chǎn)養(yǎng)殖、企業(yè)工廠等各類陸域污染源目標(biāo)，構(gòu)建河口海岸陸域污染源目標(biāo)深度學(xué)習(xí)樣本庫(kù)。入海排污口等陸域污染源目標(biāo)體積小、空間分布稀疏，并且可能存在故意遮擋等問題，因此標(biāo)注的目標(biāo)樣本需要保證其完整性、代表性，樣本量應(yīng)在1000以上；2)按照70%、10%和20%的比例，將樣本數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集，用于模型的訓(xùn)練、驗(yàn)證和評(píng)價(jià)；3)采用PSNet、DeepLabV3+、FasterRCNN等深度學(xué)習(xí)方法研發(fā)河口海岸陸域污染源目標(biāo)智能識(shí)別模型。結(jié)合陸域污染源空間位置特點(diǎn)（如靠近河流或海岸線），利用航拍的DSM（數(shù)字表面模型）信息以及入海河流、岸線等地理空間數(shù)據(jù)，引入DSM增強(qiáng)和空間激活兩種策略作為地理分類器，集成到深度學(xué)習(xí)模型，提高目標(biāo)識(shí)別模型的性能，降低誤檢率；4)部署已訓(xùn)練模型，將其應(yīng)用于目標(biāo)區(qū)域無人機(jī)遙感影像提取相應(yīng)的陸域污染源目標(biāo)。e)地面人工核查：針對(duì)模型提取結(jié)果，結(jié)合人工核查方式，驗(yàn)證目標(biāo)識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性。6.2河口海岸水質(zhì)遙感自適應(yīng)反演6.2.1數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理要求如下：a)遙感數(shù)據(jù)下載：根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，考慮到云覆蓋率和數(shù)據(jù)質(zhì)量，下載多源衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)（如Landsat、Sentinel-2、MODIS、國(guó)產(chǎn)海洋衛(wèi)星等），并且采集相應(yīng)的無人機(jī)遙感影像數(shù)據(jù)；b)實(shí)地采樣：布設(shè)若干采樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)的實(shí)地測(cè)量。常見的水質(zhì)參數(shù)包括總氮、總磷、懸浮物濃度、葉綠素a濃度、化學(xué)需氧量、透明度等。確保實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)與遙感影像的拍攝時(shí)間盡可能接近，以減少時(shí)間差異帶來的誤差；c)影像校正：利用大氣校正算法對(duì)遙感影像進(jìn)行輻射校正，去除大氣層、太陽(yáng)角度和傳感器效應(yīng)的影響。利用幾何校正方法（如控制點(diǎn)法）確保影像與地理坐標(biāo)的一致性，提高空間精度。利用云檢測(cè)算法和水體掩膜（如NDWI水體指數(shù)）去除影像中的云層、陰影和陸地等非水體部分。6.2.2模型建立與校正a)水質(zhì)參數(shù)光譜特征分析：分析不同水質(zhì)參數(shù)（如懸浮物、葉綠素等）在不同波段的反射光譜特征，確定對(duì)各參數(shù)敏感的波段，選擇適合反演特定水質(zhì)參數(shù)的敏感波段，減少波段冗余和信息噪聲；b)模型訓(xùn)練：選擇合適的機(jī)器學(xué)習(xí)反演模型，如偏最小二乘回歸、支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、隨機(jī)森林等，利用地面測(cè)量數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的遙感影像波段數(shù)據(jù)進(jìn)行模型訓(xùn)練，建立水質(zhì)參數(shù)與遙感波段反射率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系；c)模型驗(yàn)證：利用獨(dú)立的驗(yàn)證數(shù)據(jù)集評(píng)估模型的預(yù)測(cè)能力，計(jì)算模型的誤差和準(zhǔn)確度指標(biāo)（如均方根誤差RMSE、決定系數(shù)R2等）；d)全區(qū)域反演計(jì)算：將訓(xùn)練后的反演模型應(yīng)用于河口海岸區(qū)域的遙感影像，計(jì)算各個(gè)像素的水質(zhì)參數(shù)值，根據(jù)反演計(jì)算結(jié)果生成水質(zhì)參數(shù)的空間分布圖，展示水質(zhì)在河口海岸區(qū)域內(nèi)的空間變化情況。6.2.3模型自適應(yīng)調(diào)整a)誤差分析：分析誤差來源（如大氣影響、影像分辨率、地面數(shù)據(jù)差異等），找出影響反演精度4T/GDDL24-2024的主要因素；b)模型優(yōu)化：根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果和誤差分析，對(duì)反演模型進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提升模型的預(yù)測(cè)精度；c)引入新數(shù)據(jù)：引入新的遙感影像和地面測(cè)量數(shù)據(jù)，不斷更新和擴(kuò)展模型的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，提升模型的適應(yīng)性和泛化能力；d)動(dòng)態(tài)調(diào)整：根據(jù)水質(zhì)變化和環(huán)境因素的動(dòng)態(tài)變化，不斷調(diào)整模型參數(shù)和算法，確保反演結(jié)果的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。6.3陸海統(tǒng)籌視角下的入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估6.3.1評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建：利用層次分析法，從陸域污染源密度、陸源污染擴(kuò)散強(qiáng)度、水體受污染程度三個(gè)維度，并結(jié)合HJ442.7、DB35/T1325的相關(guān)規(guī)定，構(gòu)建入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系。其中，目標(biāo)層為入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，準(zhǔn)則層為陸域污染源密度、陸源污染擴(kuò)散強(qiáng)度和水體受污染程度3類指標(biāo)，指標(biāo)層選取陸域污染源數(shù)量等9項(xiàng)指標(biāo)。指標(biāo)體系如表1所示。表1河口海岸入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系6.3.2數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重確定：分別從不同季節(jié)開展入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為保證指標(biāo)的可比性，采用極差法對(duì)指標(biāo)層的9項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，根據(jù)指標(biāo)與陸源污染風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性（正、負(fù)相關(guān)分別采用式（1）和式（2）計(jì)算：Aij=.....................(1)Aij=.....................(2)式中：Aij——第i個(gè)季節(jié)第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；xij——第i個(gè)季節(jié)第j個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值；xjmax和xjmin——分別表示第j個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值。6.3.3入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)：基于河口海岸長(zhǎng)時(shí)序基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)、陸域污染源智能識(shí)別結(jié)果、水質(zhì)反演結(jié)果等數(shù)據(jù)，構(gòu)建入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)，將水域劃分為不同等級(jí)的陸源污染敏感區(qū)，評(píng)估各分區(qū)陸源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，探討影響各分區(qū)陸源污染風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)因子。其中，入海陸源污染風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)計(jì)算公式如式（3）和式（4）所示：RIi=Σ=1wij×Aij.....................(3)RI=式中：RI——風(fēng)險(xiǎn)綜合指數(shù)；RIi——第i