《無人機光譜遙感河湖庫巡檢技術(shù)導(dǎo)則》

ICS13.060.01

Z10

團體標(biāo)準(zhǔn)

T/CWECXXX-XXXX

無人機光譜遙感河湖庫巡檢技術(shù)導(dǎo)則

TechnicalguidelinesforUAVspectralremotesensinginspectionof

rivers,lakesandreservoirs

(征求意見稿)

請將你們發(fā)現(xiàn)的有關(guān)專利的內(nèi)容和支持性文件隨意見一并返回

（2021.5）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國水利企業(yè)協(xié)會發(fā)布

T/CWECXXX-XXXX

無人機光譜遙感河湖庫巡檢技術(shù)導(dǎo)則

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了無人機光譜遙感河湖庫巡檢系統(tǒng)的組成、功能、巡檢要求、巡檢模式及內(nèi)

容、數(shù)據(jù)分析及整理、資料的整理及移交等內(nèi)容。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于采用無人機光譜遙感對河湖庫進行的巡檢作業(yè)。

2規(guī)范性引用文件

本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容引用了下列文件中的條款。凡是不注明日期的引用文件，其有效版本適用

于本標(biāo)準(zhǔn)。

GB3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

GB/T14848地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

GB/T14950—2009攝影測量與遙感術(shù)語

GB/T27920.1—2011數(shù)字航空攝影規(guī)范第1部分：框幅式數(shù)據(jù)航空攝影

GB/T79311:5001:10001:2000地形圖航空攝影測量外業(yè)規(guī)范

GBT29858-2013GB/T29858-2013分子光譜多元校正定量分析通則

GB/T36540-2018水體可見光-短波紅外光譜反射率測量

GB/T31010-2014色散型高光譜遙感器實驗室光譜定標(biāo)

GB/T36540-2018水體可見光-短波紅外光譜反射率測量

HJ/T91地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范

HJ/T372水質(zhì)自動采樣器技術(shù)要求

SL2219水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范

CH/Z3001無人機航攝安全作業(yè)基本要求

CH/T3002無人機航攝系統(tǒng)技術(shù)要求

DD2013-12多/高光譜遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)規(guī)程

DZ/T0203—2014航空遙感攝影技術(shù)規(guī)程

3術(shù)語和定義

下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

無人機光譜遙感巡檢系統(tǒng)UAVspectralremotesensinginspectionsystem

3

T/CWECXXX-XXXX

以無人機為監(jiān)測平臺，搭載可見光-近紅外范圍的光譜相機，能夠?qū)δ繕?biāo)水體進行日常、

專項及應(yīng)急巡檢的監(jiān)測系統(tǒng)。

3.2

水域邊界線waterborderline

指水域的外輪廓線，與陸地相接的分界線。投影至平面地圖上通常用深藍色線表示，

中間水域用淡藍色表示。

3.3

水體遙感反射率Waterremotesensingreflectivity

離水輻亮度（水面上行輻亮度減去天空光水面鏡面反射輻亮度）與下行輻照度之比

3.4

歸一化差值水體指數(shù)normalizeddifferencewaterIndex；NDWI

綠波段和近紅外波段通道反射率之差除以它們的和。

3.5

歸一化差值植被指數(shù)normalizeddifferencevegetationindex；NDVI

NDVI為近紅外波段和紅波段通道反射率之差除以它們的和。

3.6

水色指數(shù)Forel-Ulewatercolorindex；FUI

通過遙感影像的反射率計算得到的評價水體顏色等級的指數(shù)，用于表征水體的水體顏

色信息。

3.7

CIE-三刺激值XYZinternationalcommissiononillumination-tristimulus

valueXYZ

XYZ由CIE-RGB光譜三刺激值經(jīng)過數(shù)學(xué)變換得到的用于實現(xiàn)顏色量化表示的三個參

數(shù)。

3.8

色相角chromaangle

CIE-三刺激值XYZ經(jīng)數(shù)學(xué)運算，得到在CIE色度圖中以等能白光點為原點的表征顏

色的角度。

3.9

黑臭水體black-odorouswater

包括農(nóng)村黑臭水體和城市黑臭水體，農(nóng)村黑臭水體是指各縣(市、區(qū))行政村(社區(qū)等)范

圍內(nèi)顏色明顯異?；蛏l(fā)濃烈(難聞)氣味的水體。城市黑臭水體是城市區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)令人不

悅的顏色和（或）散發(fā)令人不適氣味的水體的統(tǒng)稱。

4

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4系統(tǒng)組成及功能

4.1系統(tǒng)組成

無人機光譜遙感河湖庫巡檢系統(tǒng)應(yīng)包括無人機子系統(tǒng)、光譜遙感子系統(tǒng)、地面保障子系

統(tǒng)、軟件分析及顯示子系統(tǒng)。

4.1.1無人機子系統(tǒng)

無人機子系統(tǒng)由無人機平臺單元、飛行控制單元、通信與數(shù)據(jù)傳輸單元、地面站單元組

成。

4.1.2光譜遙感子系統(tǒng)

光譜遙感子系統(tǒng)包括光譜相機及輔助配件。

4.1.3地面保障子系統(tǒng)

地面保障子系統(tǒng)由地面保障設(shè)備和儲運車輛組成。

4.1.4軟件分析及顯示子系統(tǒng)

軟件分析及展示子系統(tǒng)包括無人機多/高光譜遙感影像預(yù)處理、分析軟件及巡檢成果GIS

展示系統(tǒng)。

4.2功能要求

4.2.1無人機子系統(tǒng)的基本功能要求

無人機子系統(tǒng)應(yīng)能通過多旋翼、固定翼和復(fù)合翼不同機型搭載光譜遙感子系統(tǒng)對目標(biāo)水

體進行日常巡檢、專項巡檢和應(yīng)急巡檢。無人機載重要求：機載多光譜遙感子系統(tǒng)要求≥500g，

機載高光譜遙感子系統(tǒng)要求≥1kg。多旋翼無人機滿電續(xù)航時間一般應(yīng)不小于20分鐘，固定

翼和復(fù)合翼無人機滿電續(xù)航時間≥60分鐘。

4.2.2光譜遙感子系統(tǒng)的基本功能要求

a)光譜范圍400nm(含)~800nm(含)，光譜通道數(shù)不低于4個

b)光譜相機光譜分辨率一般不低于30nm

c)光譜相機空間分辨率一般不低于1mrad（等效值：1m@100m）

d)光譜相機像素位數(shù)一般不低于10bits

4.2.3地面保障子系統(tǒng)的基本功能要求

地面保障子系統(tǒng)包括定位裝置、氣象觀測設(shè)備、光譜校準(zhǔn)裝置。地面定位精度應(yīng)優(yōu)于2m，

氣象觀測設(shè)備應(yīng)符合QX/T46、QX/T47和QX/T51的要求。

4.2.4軟件分析及顯示子系統(tǒng)的基本功能要求

軟件應(yīng)具有配準(zhǔn)、拼接、輻射校正等預(yù)處理功能，分析軟件通過對遙感影像數(shù)據(jù)計算，

實現(xiàn)對水域邊界線、污染源識別、富營養(yǎng)化分級、黑臭水體分級、藻類水華的應(yīng)用分析。

5巡檢要求

無人機光譜遙感依據(jù)河湖庫管理制度及河湖庫管理單位需求對所需巡檢水域進行無人

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機光譜巡檢，根據(jù)不同的巡檢模式和巡檢需求合理安排巡檢內(nèi)容、時間、相關(guān)工作要求等。

5.1設(shè)備要求

根據(jù)河湖庫管理單位的巡檢需求，配備相應(yīng)的無人機光譜遙感系統(tǒng)，確保該系統(tǒng)能安全、

有效的完成河湖庫巡檢任務(wù)。

5.1.1無人機硬件要求

巡檢前要確保無人機設(shè)備電池電量正常、電壓穩(wěn)定且電池組沒有明顯鼓包、凹陷狀況；

對于多旋翼無人機要確保旋翼槳葉轉(zhuǎn)動正常無異響。確保無人機通訊連接正常，不受干擾。

5.1.2無人機軟件要求

無人機連接地面站軟件系統(tǒng)時，系統(tǒng)需顯示正常的經(jīng)緯度、速度、海拔高度、無人機姿

態(tài)等信息；巡檢前進行試飛，確定無人機遙控器與無人機連接穩(wěn)定、無人機起降正常、機上

指示燈正常，且試飛時經(jīng)緯度等實時信息正常。

5.1.3無人機自動巡航

無人機光譜遙感系統(tǒng)在進行巡檢時須在地面站航行軟件中規(guī)劃好精確的航線，確保無人

機設(shè)備沿預(yù)定的航線對河湖庫目標(biāo)進行巡檢。巡航高度和區(qū)域應(yīng)遵守中國民用航空總局令

（第188號）CCAR-91-R2一般運行和飛行規(guī)則，以及輕小無人機運行規(guī)定(試行)（中國民

用航空總局2016年6月22日發(fā)布），不得在禁飛區(qū)飛行。

5.1.4無人機光譜數(shù)據(jù)要求

通過現(xiàn)場查看光譜遙感數(shù)據(jù)的大小、空間、光譜維度信息是否正常、飛行POS數(shù)據(jù)的

大小以及所有數(shù)據(jù)的實時記錄、傳輸、存儲等來確保光譜遙感測量設(shè)備正常。

發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)大小不正常、光譜數(shù)據(jù)內(nèi)容偏差（光譜曲線偏移等）、光譜數(shù)據(jù)

缺失等問題，立即進行現(xiàn)場處理，無法及時處理則更換其他無人機光譜遙感設(shè)備進行巡檢。

5.2人員要求

根據(jù)無人機光譜系統(tǒng)巡檢的工作內(nèi)容以及無人機光譜遙感系統(tǒng)的工作特點，需配備一定

的人員共同完成河湖庫巡檢任務(wù)。

5.2.1無人機駕駛員

負責(zé)無人機光譜遙感設(shè)備的飛行及光譜數(shù)據(jù)采集工作，根據(jù)光照條件及飛行區(qū)域面積，

合理設(shè)置飛行器和光譜遙感系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)；無人機駕駛員應(yīng)具有無人機執(zhí)照，以確保無人

機光譜遙感系統(tǒng)巡檢河湖庫的穩(wěn)定性和安全性。

5.2.2地面保障人員

在需要獲得無人機水體遙感反射率數(shù)據(jù)的情況下，利用地面光譜采集設(shè)備配合巡檢行動

在地面同步開展無人機光譜遙感設(shè)備地物光譜定標(biāo)工作。主要工作內(nèi)容包括在無人機飛行區(qū)

域鋪設(shè)地面靶標(biāo)參考板，以及利用便攜式地物光譜儀與無人機光譜遙感設(shè)備同步測量靶標(biāo)參

考板的遙感反射率。

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5.2.3實測數(shù)據(jù)采集人員

無人機光譜遙感系統(tǒng)需要結(jié)合地面實測數(shù)據(jù)對巡檢項目進行遙感解譯，因此在無人機光

譜系統(tǒng)對河湖庫進行巡檢的同時，地面需同步設(shè)置采樣點采集巡檢內(nèi)容、實測光譜數(shù)據(jù)。

根據(jù)三種不同的巡檢模式采集巡檢內(nèi)容，地表水的采集方法參考HJ/T91；各類水質(zhì)參

數(shù)的檢測方法參考GB3838—2002；采樣器材的準(zhǔn)備參考HJ/T372；采集人員需嚴(yán)格按照采

樣規(guī)范和現(xiàn)場測量規(guī)范進行巡檢內(nèi)容采集，確保所得到的實測數(shù)據(jù)的可靠性。在采樣的同時

需觀察記錄整個采樣區(qū)域的排污口、水面漂浮物等情況，做好詳細的采樣記錄。

實測光譜數(shù)據(jù)需配備光譜分辨率不低于無人機光譜遙感數(shù)據(jù)的便攜式野外高光譜測量

儀以及標(biāo)準(zhǔn)漫反射板，測量光譜數(shù)據(jù)時應(yīng)保證周圍無明顯遮擋物，測量人員身著深色服裝，

測量方法參考《水面光譜測量分析Ⅰ:水面以上測量法，遙感學(xué)報，2004，8（1）：37-43》。

測量時間保持與無人機經(jīng)過時間同步。人員數(shù)量根據(jù)采樣點的個數(shù)及實際情況確定。

5.3機型選擇

應(yīng)根據(jù)作業(yè)場地環(huán)境、目標(biāo)范圍、無人機配置等實際情況選擇不同機型無人機對河流、

湖泊、水庫進行巡查。機型選擇原則參照表1執(zhí)行。

表1機型選擇原則

水體類型目標(biāo)特性、范圍及環(huán)境適用機型

所有水體點狀目標(biāo)多旋翼

線狀目標(biāo)，順直（彎曲系數(shù)<1.3），作業(yè)長度<1/2有多旋翼、固定翼、

效航程復(fù)合翼

線狀目標(biāo)，彎曲（彎曲系數(shù)>1.3），作業(yè)長度<1/2航

河流多旋翼

程；地形高差<1/2航高

線狀目標(biāo)，彎曲（最小航跡段長度>河流轉(zhuǎn)彎半徑），

多旋翼

作業(yè)長度>1/2航程；地形高差<1/2航高

面狀目標(biāo)，面積<0.5km2；岸線發(fā)育系數(shù)>2；地形

多旋翼

高差>1/2航高

湖泊、水庫

面狀目標(biāo)，面積>0.5km2，岸線發(fā)育系數(shù)<2；地形

固定翼、復(fù)合翼

高差<1/2航高

5.4光譜遙感標(biāo)定

5.4.1無人機機載光譜儀標(biāo)定方法

無人機機載光譜儀標(biāo)定一般包括實驗室光譜標(biāo)定和現(xiàn)場輻射標(biāo)定兩部分。

實驗室光譜標(biāo)定一般是設(shè)備在出廠前，由生產(chǎn)商參照GB/T31010-2014，采用標(biāo)準(zhǔn)單色

儀器進行定標(biāo)，確保機載光譜儀傳感器各中心波長及其波譜響應(yīng)函數(shù)的誤差符合要求。

現(xiàn)場輻射標(biāo)定采用兩步標(biāo)定法，第一步，傳感器現(xiàn)場光譜基線標(biāo)定和優(yōu)化曝光參數(shù)；第

7

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二步，無人機執(zhí)飛過程定標(biāo)。

5.4.2傳感器現(xiàn)場光譜基線標(biāo)定和優(yōu)化曝光參數(shù)

在無人機起飛前，設(shè)備通電后，將反射率參考板放置于光譜儀的鏡頭前。打開光譜采集

軟件，根據(jù)現(xiàn)場的光線環(huán)境，如太陽高度角、光強和色溫等，優(yōu)化曝光參數(shù)，獲取反射率參

考板的光譜反射率光譜曲線。使采集的光譜曲線不要出現(xiàn)過曝現(xiàn)象和過弱現(xiàn)象。然后保存優(yōu)

化后的曝光參數(shù)及反射率參考板的光譜反射率標(biāo)準(zhǔn)基線。

5.4.3無人機執(zhí)飛過程定標(biāo)

將基線定標(biāo)時的反射率參考板放置于無人機光譜采集時的飛行路線上。在無人機飛行過

程中，應(yīng)在數(shù)據(jù)采集開始后和結(jié)束前經(jīng)過反射率參考板上空2次以上。反射率參考板采集與

巡檢目標(biāo)采取一致的飛行參數(shù)和設(shè)備參數(shù)。當(dāng)作業(yè)完成后，提取巡檢作業(yè)影像數(shù)據(jù)時，將所

采集的反射率參考板的影像提取出來，并從中隨機選擇10個像元提取個像元的波段DN值，

然后平均，得到各波段的DN均值DNref(λ)。然后利用巡檢目標(biāo)影像像元的各波段DN值

DNUAV，除以DNref(λ)，再乘以反射率參考板各波段的反射率Rref(λ)，計算得到巡檢目標(biāo)像元

的反射率值RUAV(λ)。

RUAV(λ)=DNUAV(λ)/DNref(λ)×Rref(λ)/?（1）

-1

RUAV(λ)為計算得到的無人機巡檢目標(biāo)的遙感反射率（單位：sr），DNUAV(λ)為無人機測得

的光譜信號值，DNref(λ)為無人機探測到的參考板光譜信號值，Rref(λ)為反射率參考板的反射

率，一般為0—1的常數(shù)值。

5.4.4現(xiàn)場輻射定標(biāo)精度驗證

在無人機機載光譜儀飛行采集地面標(biāo)準(zhǔn)參考反射率板的同時，也采用標(biāo)準(zhǔn)光譜儀對地面

標(biāo)準(zhǔn)參考反射率板進行同步光譜測量，并進行反射率計算。測量和計算方法參考GB/T

36540-2018，然后通過光譜匹配計算和分析無人機機載光譜儀和標(biāo)準(zhǔn)光譜儀所采集的中心

波長和帶寬的偏移誤差，驗證無人機機載光譜儀的輻射定標(biāo)精度。并對無人機機載光譜儀進

行誤差修訂。

6巡檢模式及內(nèi)容

6.1巡檢模式

6.1.1日常巡檢

利用無人機光譜遙感河湖庫巡檢系統(tǒng)對河湖庫進行常規(guī)巡檢，巡檢周期為15天，巡檢

頻率可根據(jù)具體需求而定。

6.1.2專項巡檢

利用無人機光譜遙感河湖庫巡檢系統(tǒng)對河湖庫的富營養(yǎng)化、黑臭程度、水域邊界線等專

項進行巡檢。

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6.1.3應(yīng)急巡檢

應(yīng)急巡檢是采用無人機光譜遙感河湖庫巡檢系統(tǒng)對突發(fā)狀況進行河湖庫專項巡檢。

6.2巡檢內(nèi)容

6.2.1巡檢內(nèi)容

巡檢內(nèi)容見表2。

表2無人機光譜遙感河湖庫巡檢系統(tǒng)巡檢內(nèi)容

巡檢模式巡檢內(nèi)容

日常巡檢水域邊界線、污染源識別

水域邊界線、污染源識別、富營養(yǎng)化分級、黑臭水體識別與分級、藻類水

專項巡檢

華

應(yīng)急巡檢水域岸線、污染源識別、藻類水華

6.2.2巡檢監(jiān)測項目

巡檢項目見表3。

表3無人機光譜遙感河湖庫巡檢系統(tǒng)巡檢項目

水體巡檢項目（技術(shù)參數(shù)）

NDWI、FUI、水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TSI（TrophicStatusIndex）、BOI（Black

河湖庫andOdorouswaterIndex）、BOCI（BlackandOdorouswater

ClassificationIndex）、FAI（FloatingAlgaeIndex）、NDVI等光譜指數(shù)

7數(shù)據(jù)分析及整理

7.1數(shù)據(jù)分析

7.1.1水域邊界線

NDWI是基于綠波段與近紅外波段的歸一化比值的水體指數(shù)，可以增強影像中的水體信

息，常用于水域邊界線的提取。而且，水體在近紅外波段的反射率一般會比其他地物更低。

NDWI指數(shù)按照公式（2）進行計算。

?(G)??(???)

NDWI=????(2)

???(G)+???(???)

式中：Rrs(G)——無人機影像綠波段（555nm附近）大氣校正后遙感反射率值；

Rrs(NIR)——無人機影像近紅外波段（800nm附近）大氣校正后遙感反射率值。

基于NDWI和近紅外單波段反射率的判別方法及閾值見公式（3）。W1和W2的值可

根據(jù)影像上普通水體來進行確定，W1建議參考值為0—0.4之間，W2建議參考值為0—0.2

之間。最終確定水域邊界線。

非水體????≤?1或?rs(NIR)≥?2

水體提取{(3)

一般水體????＞?1且?rs(NIR)<?2

7.1.2疑似污染源定位

疑似污染源包括人為活動引起的污染點、排污口。排污口一般為開放式溝渠和封閉式管

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道。排放形式有明排放和隱藏式排放。一般來說，污染區(qū)域具有氮磷濃度高、高錳酸鹽指數(shù)

高、色度大、透明度低、懸浮物濃度高等污染特征。

疑似污染源分析可以采用光譜影像色差分析法、水質(zhì)指標(biāo)直接指示法和光譜指數(shù)法相結(jié)

合的方法。

光譜影像色差分析法：通過無人機獲取的光譜圖像上，進行偽彩色合成，看水體的形態(tài)

變化和色差變化，和正常排水口進行比對，確認是否為排污口。排污口的色差一般呈現(xiàn)漸變

趨勢。

水質(zhì)指標(biāo)直接指示法：是依據(jù)各水質(zhì)指標(biāo)的遙感反演模型，得到各水質(zhì)指標(biāo)的空間分布

遙感影像，再依據(jù)其空間分布的差異以及流體擴散特征，初步確定其是否為疑似污染源。如

果為疑似污染源，就需要定位記錄其經(jīng)緯度位置信息、主要污染指標(biāo)類型及有關(guān)濃度。污染

源的流體擴散影像特征一般表現(xiàn)為：（1）順?biāo)鞣较蜓厮蜻呺H線帶狀擴散；（2）從污染

口向外喇叭狀擴散；（3）四周彌散擴散。污染源的氮、磷和懸浮物指標(biāo)一般為排污口最高，

然后向外逐漸稀釋至與主要受污染區(qū)相同。

光譜指數(shù)法：Imp不透水面指數(shù)（ImperviousSurfaceIndex）；首先在水體以外的岸線巡

檢區(qū)域中，計算Imp光譜指數(shù)和NDVI指數(shù)見公式（4）和（5），光譜特征的判別方法見公

式（6），再根據(jù)指數(shù)閾值標(biāo)記前景和背景，計算前景對象的面積、矩形度等形狀特征，在

影像中選取樣本，確定閾值，完成初分類；其次根據(jù)水質(zhì)遙感分級結(jié)果，分析水質(zhì)級別變化

趨勢及空間分布，再采取空間分析方法分析初分類結(jié)果，剔除無污染水體、輕度污染水體、

無水質(zhì)級別變化水體附近的初分類點，最終確定疑似污染源。

Imp=（10*Rrs(B)）/（Rrs(NIR)+Rrs(R)）（4）

NDVI=（Rrs(NIR)-Rrs(R)）/（Rrs(NIR)+Rrs(R)）（5）

式中：Rrs(B)——無人機影像藍波段的反射率；

Rrs(R)——無人機影像紅波段的反射率；

Rrs(NIR)——無人機影像近紅波段的反射率；

W3和W4的值可根據(jù)影像上白色（或水泥）不透水面來進行確定，W3建議參考值為

0.1—0.4之間，W4建議參考值為2.1—2.9之間。

有效目標(biāo)????≤?3且???≥?4

光譜特征{(6)

無效背景????＞?3或???<?4

7.1.3富營養(yǎng)化水體分級

7.1.3.1FUI水色指數(shù)

建議采用FUI水色指數(shù)（Forel-Ulewatercolorindex），基于影像的遙感反射率，計算

水體營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)TSI（TrophicStatusIndex）。具體技術(shù)路線如下。

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圖1基于FUI評價水體營養(yǎng)狀態(tài)技術(shù)路線圖

7.1.3.1.1CIE-XYZ三刺激值計算

將影像的R，G，B三個波段的Rrs值作為色度系統(tǒng)的紅、綠、藍三原色，將其合成的

真彩色圖像作為實際顏色，利用CIE色度系統(tǒng)（CIE，1931）中的三原色RGB與三刺激值

XYZ之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系（見公式（6））計算得到R，G，B波段圖像對應(yīng)的顏色三刺激值。

X=2.7689R+1.7517G+1.1302B

Y=1.0000R+4.5907G+0.0601B(6)

Z=0.0000R+0.0565G+5.5934B

利用CIE系統(tǒng)的R，G，B向X，Y，Z三刺激值轉(zhuǎn)換公式來計算色相角α和FUI指

數(shù)。對于只有R，G，B三個波段的遙感圖像，在計算三刺激值XYZ時，R，G，B波段

系數(shù)見表4。

表4基于RGB波段計算CIE-XYZ的波段線性求和系數(shù)

λ1(nm)紅波段綠波段藍波段SUM

x12.76891.75171.13025.65

y114.59070.06015.65

z100.05655.59345.65

注：SUM為傳感器波段系數(shù)之和

7.1.3.1.2色度坐標(biāo)計算

將X，Y，Z值代入公式（4）進行歸一化計算色度坐標(biāo)(x，y)。色度圖上二維坐標(biāo)x和

y是由三刺激值XYZ計算得來的色度坐標(biāo)，計算公式如下。

11

T/CWECXXX-XXXX

X

?=

X+Y+Z

X

?=(7)

X+Y+Z

Z

?=

X+Y+Z

7.1.3.1.3色相角計算

將經(jīng)7.1.3.2中得到的色度坐標(biāo)(x，y)中x、y的值代入公式（5），計算得到色度角α

的值。色相角α按照公式（8）進行計算。

α=ARCTAN2(x-0.3333，y-0.3333)(8)

式中：ARCTAN2——雙變量反正切函數(shù)。值域為（0°，360°）

7.1.3.1.4Forel-Ule比色表

基于經(jīng)7.1.3.3計算得到的色相角α和FUI指數(shù)色度查找表（見表5），查找表中與α

最鄰近的色度值，該色度值對應(yīng)的FUI即水體FUI水色指數(shù)。

表5Forel-Ule比色表中21個級別對應(yīng)的色度坐標(biāo)(x,y)和色相角α值

FUIxyαFUIxyα

10.1913630.16691940.467120.4024160.4811205.0622

20.1989540.19987145.19626130.4162430.47368210.5766

30.2100150.239952.85273140.4313360.465513216.5569

40.2265220.28834767.16945150.4456790.457605222.1153

50.2458710.33528191.29804160.4606050.449426227.6293

60.2662290.37617122.5852170.4753260.440985232.8302

70.2907890.411528151.4792180.4886760.43285237.3523

80.3153690.440027170.4629190.5033160.424618241.7592

90.3366580.461684181.4983200.5154980.416136245.5513

100.3632770.476353191.8352210.5282520.408319248.9529

110.3861880.486566199.0383

7.1.3.1.5基于FUI的水體營養(yǎng)狀態(tài)評價方法

利用FUI水色指數(shù)與與水體光學(xué)組分（如Chl-a和透明度）有著密切內(nèi)在聯(lián)系，構(gòu)建

基于FUI水色指數(shù)的水體營養(yǎng)狀態(tài)評價方法。

FUI水色指數(shù)與TSI營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系按照公式（9）進行計算。

y=25.586*In(x)-13.756（9）

式中：x——FUI水色指數(shù)；

y——TSI營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。

通過經(jīng)驗閾值，利用FUI分段對水體營養(yǎng)狀態(tài)進行劃分，見圖2。

12

T/CWECXXX-XXXX

圖2水體營養(yǎng)狀態(tài)評價決策樹

7.1.3.2光譜指數(shù)分級

這里采用兩種光譜指數(shù)NDVI和RRd，將水體分為四級：貧營養(yǎng)-中營養(yǎng)、輕度富營

養(yǎng)化水體、中度富營養(yǎng)化水體、重度富營養(yǎng)化水體。

NDVI和RRd反映了水體富營養(yǎng)化特征，計算公式如下：

?(???)??(?)

????=????（7）

???(???)+???(?)

?rs(Rededge)

???=（8）

?rs(NIR)

式中：Rrs(R)——無人機遙感影像紅波段（660nm附近）反射率值；

Rrs(Rededge)——無人機遙感影像紅邊波段（720nm附近）反射率值；

Rrs(NIR)——無人機遙感影像近紅外波段（840nm附近）反射率值。

富營養(yǎng)化級別和光譜指數(shù)的閾值對應(yīng)關(guān)系見下表，V1、V2的值可根據(jù)影像上典型的富

營養(yǎng)化水體來進行確定，V1建議參考值為1.0—1.8之間，V2建議參考值為1.5—2.3之間，

且V1<V2。

表6營養(yǎng)狀態(tài)級別和光譜指數(shù)的閾值對應(yīng)表

營養(yǎng)狀態(tài)分級NDVIRRd

貧營養(yǎng)

小于0——

中營養(yǎng)

輕度富營養(yǎng)大于0小于等于V1

中度富營養(yǎng)大于0大于V1且小于V2

重度富營養(yǎng)大于0大于等于V2

7.1.4黑臭水體識別和分級

采用BOI（BlackandOdorouswaterIndex）模型識別黑臭水體，采用BOCI（Blackand

OdorouswaterClassificationIndex）模型對黑臭水體進行分級。

7.1.4.1黑臭水體遙感識別模型

BOI是基于紅、綠波段的遙感反射率之差與藍、綠、紅波段的遙感反射率之和的比值的

指數(shù)，常用于識別黑臭水體，按照公式（10）進行計算。

13

T/CWECXXX-XXXX

?(?)??(?)

BOI=????(10)

???(?)+???(?)+???(?)

式中：Rrs(B)——無人機影像藍波段（470nm附近）大氣校正后遙感反射率值；

Rrs(G)——無人機影像綠波段（555nm附近）大氣校正后遙感反射率值；

Rrs(R)——無人機影像紅波段（700nm附近）大氣校正后遙感反射率值。

基于BOI方法的閾值選取見公式（11）。T的值可根據(jù)影像上典型的黑臭水體來進行確定，

建議城市黑臭水體參考值為0—0.07之間。

黑臭水體???≤?

水體識別{（11）

一般水體???＞?

7.1.4.2黑臭水體遙感分級指數(shù)

BOCI是基于綠波段反射率的基線差值與紅波段反射率之比的指數(shù)，一般用于對黑臭水

體進行分級，按照公式（12）、（13）進行計算。

???(G)??’rs(?)

?1≤BOCI=≤?2(12)

???(R)

R’rs,(G)=Rrs(B)+(Rrs(R)-Rrs(B))*(λG-λB)/(λR-λB)(13)

式中：Rrs(B)——無人機影像藍波段（470nm附近）大氣校正后遙感反射率值；

Rrs(G)——無人機影像綠波段（555nm附近）大氣校正后遙感反射率值；

Rrs(R)——無人機影像紅波段（700nm附近）大氣校正后遙感反射率值。

λB——無人機影像藍波段的波長；

λG——無人機影像綠波段的波長；

λR——無人機影像紅波段的波長；

R’rs,G——遙感影像綠波段插值反射率

基于BOCI方法的閾值選取見公式（14）。M1、M2的值可根據(jù)影像上典型的黑臭水體

來進行確定，建議城市黑臭水體M1、M2參考范圍分別是0—0.19，0.19—0.33。

重度黑臭????＜?1

水體類別{輕度黑臭?1≤????≤?2（14）

一般水體????＞?2

7.1.5水華識別和分級

可以采用改進后的FAI（FloatingAlgaeIndex）指數(shù)，也可以采用NDVI指數(shù)，識別和

分級藍藻水華。

7.1.5.1改進后的浮游藻類指數(shù)FAI

FAI是浮游藻類指數(shù)。與NDVI、EVI（EnhancedVegetationIndex）等方法相比，F(xiàn)AI對

于環(huán)境條件改變的敏感性更低，結(jié)果具有很好的穩(wěn)定性，該方法還可以采用近紅外波段對復(fù)

雜大氣環(huán)境進行校正，消除部分大氣、薄云等的影響，是一種更為有效的藍藻監(jiān)測方法。

FAI指數(shù)按照公式（15）進行計算

14

T/CWECXXX-XXXX

FAI=Rrs(R)-Rrs(G)-(Rrs(NIR)-Rrs(G))*(λR-λG)/(λNIR-λG)（15）

式中：Rrs(G)——無人機影像綠波段大氣校正后遙感反射率值；

Rrs(R)——無人機影像紅波段大氣校正后遙感反射率值；

Rrs(NIR)——無人機影像近紅外波段大氣校正后遙感反射率值；

λG——表示所使用的無人機影像的綠波段中心波長；

λR——表示所使用的無人機影像的紅波段中心波長；

λNIR——表示所使用的無人機影像的近紅外波段中心波長；

采用等間隔方法確定強度分級閾值，閾值參考值為-0.006、0和0.006。依據(jù)閾值將藍

藻水華區(qū)分成3級水華風(fēng)險一級(-0.006＜FAI≤0)、風(fēng)險二級(0＜FAI≤0.006)、風(fēng)險三級(FAI

＞0.006)，水華程度依次加重，以確定水華發(fā)生強度的空間分布差異。

7.1.5.2歸一化差分植被指數(shù)NDVI

NDVI指歸一化差分植被指數(shù)(NormalizedDifferenceVegetationIndex)。藍藻水華的光譜

特征與植被較為相似，在近紅外波段反射率較高，水體在近紅外波段反射率較低，NDVI指

數(shù)可以增強兩者的差別。

NDVI指數(shù)按照公式（16）進行計算。

?(???)??(?)

????=????（16）

???(???)+???(?)

式中：Rrs(R)——無人機影像紅波段（700nm附近）大氣校正后遙感反射率值；

Rrs(NIR)——無人機影像近紅波段（800nm附近）大氣校正后遙感反射率值。

基于NDVI方法的閾值選取見公式（16）、（17）。N、N1、N2的值可根據(jù)影像上典型

的藍藻水華來進行確定，建議N、N1、N2參考范圍分別是0—0.4，0—0.2，0.2—0.4。

水華????≤?

水華識別{（17）

一般水體????＞?

輕度水華????≤?1

水華類別{中度水華?1＜????≤?2（18）

重度水華????＞?2

7.2數(shù)據(jù)整理

應(yīng)及時對測量條件、測量準(zhǔn)備、基本測量、測量記錄以及測量數(shù)據(jù)處理過程中涉及到的

內(nèi)容進行整理和描述，形成測量工作報告、專題數(shù)據(jù)圖、GIS發(fā)布展示和電子檔案集等成果

資料。

工作報告應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)報告編寫和校對人員姓名和所在單位，報告編寫和校對日期；

b)巡檢目標(biāo)名稱和目標(biāo)特性；

c)巡檢目的、巡檢內(nèi)容、巡檢方式、巡檢過程、參與單位和人員分工；

d)巡檢目標(biāo)地點、時間、水溫、氣象條件和周邊環(huán)境狀況；

15

T/CWECXXX-XXXX

e)光譜測量儀器名稱、型號、覆蓋波長、光譜分辨率、探測靈敏度及定標(biāo)日期；

f)巡檢原始記錄、數(shù)據(jù)篩選及數(shù)據(jù)分析的內(nèi)容、方法和結(jié)果；

g)配套測量數(shù)據(jù)及測量記錄表的文件名和文件格式；

h)其他配套設(shè)施的名稱、型號和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

專題數(shù)據(jù)圖應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)專題圖內(nèi)容：在地圖基礎(chǔ)上依據(jù)專題要求可疊加水域水面、富營養(yǎng)化、黑臭水

體、污染源、水陸邊界線分析、富營養(yǎng)化水體判別、黑臭水體識別、污染源排查

定位、藻類水華、岸線植被覆蓋度和多樣性評估等專題內(nèi)容；

b)底圖要求：原始拼接影像或者國家基礎(chǔ)地理地圖（天地圖）；

c)疊加要素：包括圖名、圖例、指北針、比例尺、制圖時間、空間統(tǒng)計信息（水體

總面積、富營養(yǎng)化分級或黑臭水體提取各等級面積、疑似污染源個數(shù)、污染垃圾

點數(shù)、岸線植被覆蓋度面積）。

GIS發(fā)布展示應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)專題數(shù)據(jù)圖以天地圖為底圖發(fā)布到地圖上，應(yīng)無明顯位置偏差；

b)展示界面具有空間統(tǒng)計分析，可進行簡單的人工交互，可進行多時相疊加顯示分

析，可計算變化情況，多時相數(shù)據(jù)發(fā)布要完全配準(zhǔn)不能存在偏差。

電子檔案集應(yīng)包含以下內(nèi)容：

a)獲取的原始遙感數(shù)據(jù)，POS數(shù)據(jù)，無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)等；

b)篩選侯的原始數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)處理的中間結(jié)果數(shù)據(jù)；

c)巡檢目標(biāo)的現(xiàn)場及周邊環(huán)境照片；

d)巡檢計劃、測量記錄、總結(jié)報告、光譜測量儀和標(biāo)準(zhǔn)參考板等技術(shù)文檔；

e)其他配套數(shù)據(jù)和說明。