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

1T/ZSXXXX—XXXX入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測技術(shù)指南本文件規(guī)定了入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測的流程、數(shù)據(jù)要求、監(jiān)測內(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，僅該日期對應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)標準GB3838地表水環(huán)境質(zhì)量標準GB/T13989國家基本比例尺地形圖分幅和編號GB/T15968遙感影像平面圖制作規(guī)范HY/T147.7—2013海洋監(jiān)測技術(shù)規(guī)程第7部分：衛(wèi)星遙感技術(shù)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（RGB）三個基色分量進行合成產(chǎn)生的遙感影像。3.4空間分辨率spatialresolution遙感影像上能夠識別的兩個相鄰地物的最小距離。[來源：HY/T147.7—2013，3.1]3.5時間分辨率temporalresolution同一遙感器對同一區(qū)域進行的相鄰兩次遙感觀測的最小時間間隔。[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多時相影像multi-temporalimage指不同時間獲取的同一地區(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水體光學類型opticalwatertype不同組分主導的水體可根據(jù)光譜特征劃分為多個類型。如近岸懸浮泥沙含量較高的水體、富營養(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)測流程入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測應包括五個階段，分別為衛(wèi)星遙感影像預處理、光譜庫建立及水體光學分類、衛(wèi)星遙感監(jiān)視監(jiān)測、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)星遙感動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測流程5數(shù)據(jù)要求5.1時間分辨率要求基于衛(wèi)星遙感技術(shù)手段對入海排口水色異常進行監(jiān)視監(jiān)測的頻率應取決于使用的衛(wèi)星的時間分辨率。由于入海排口排放過程高度動態(tài)變化，使用的衛(wèi)星的時間分辨率應不低于16天一次。對于重點關(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)星實現(xiàn)高頻觀測。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優(yōu)于30m，對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，實現(xiàn)精細觀測。5.3波段要求衛(wèi)星遙感影像宜采用被動光學遙感影像，波段應至少包含藍、綠、紅、近紅外波段。5.4影像質(zhì)量要求衛(wèi)星遙感影像應層次豐富、清晰易讀、色調(diào)均勻、反差適中，不受太陽耀光、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。影像不應受變形和條帶的影響。6監(jiān)視監(jiān)測內(nèi)容6.1入海排口位置應基于高分辨率衛(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，應基于衛(wèi)星遙感大面監(jiān)測的優(yōu)勢，基于遙感影像識別入海排口排放擴散范圍，統(tǒng)計擴散面積，評估其對環(huán)境水體的影響。6.3水體光學類型分類針對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類型分類，不同水體光學類型應代表不同水體水質(zhì)狀況，進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。應基于水體光學類型分類結(jié)果判斷入海排口所排放水體是否存在水色異常，進而獲得疑似存在問題的入海排口清單，為現(xiàn)場排污核查提供針對性的點位。6.5入海排口歷史排水狀況回溯針對入海排口的歷史排水狀況遙感監(jiān)測，應獲取入海排口區(qū)域多期歷史遙感影像并進行數(shù)據(jù)處理，制作衛(wèi)星遙感影像動態(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)動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測針對入海排口的實時排水狀況遙感監(jiān)測，應實時或準實時獲取入海排口區(qū)域衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)并進行數(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，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測。7技術(shù)方法7.1衛(wèi)星遙感影像預處理7.1.1陸地掩膜應基于光譜指數(shù)對陸地區(qū)域進行掩膜，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)被認為是水色異常的陸地像元，均應剔除。常見陸地掩膜指數(shù)見附錄B。應結(jié)合真彩色影像基于目視識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，應消除大氣吸收和散射影響的過程。針對水體像元，應進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其他預處理步驟其他遙感影像預處理步驟應包含輻射定標、幾何校正、圖像鑲嵌與配準、圖像融合，并應符合HY/T147.7—2013中6.3.2.2條的要求。7.2水體光學類型遙感分類水體光學類型遙感應按下列要求執(zhí)行分類：a)基于預處理后的遙感影像獲得水面遙感反射率數(shù)據(jù)，應提取多時相影像下的包含河道、湖泊、水庫、池塘、近海、遠海等多種水體類型、不同懸浮物濃度、葉綠素濃度、營養(yǎng)鹽濃度下的遙感反射率光譜。應通過歷史確定的排污事件，特別是對環(huán)境水體構(gòu)成惡劣影像的排污事件，提取對應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；b)綜合水體光譜和影像紋理特征，應通過聚類生成不同種水體光學類型，不同種水體光學類型具有典型的光譜特征，對應不同的水質(zhì)狀況，如高污染水體、富營養(yǎng)化水體、清潔水體、高泥沙水體等；c)基于不同種水體光學類型的先驗知識，可通過監(jiān)督/非監(jiān)督分類、機器學習等方法對遙感影像上的近岸和內(nèi)陸水體進行水體光學類型分類，識別入海排口周邊水體光學類型信息。7.3擴散范圍提取擴散范圍提取應符合下列要求：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，繼而會在水體光學類型分類結(jié)果中體現(xiàn)。應基于水體光學類型分類結(jié)果，得到入海排口排放擴散區(qū)域；b)結(jié)合真彩色遙感影像，目視解譯輔助判斷，獲得排放擴散分布范圍。結(jié)合遙感影像空間分辨率信息，得到擴散面積結(jié)果。7.4水色異常識別應基于水體光學類型分類結(jié)果，得到入海排口周邊水體光學類型信息。其中，對應水質(zhì)狀況較差的水體光學類型的水體可認為是水色異常，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)模型精度應符合下列要求：a)大氣校正平均相對誤差小于30%；b)水體光學類型分類模型誤分率、漏分率均小于30%。8.2人機交互解譯檢查應利用人機交互的方式對衛(wèi)星遙感監(jiān)測到的入海排口排放擴散范圍和面積、排放水體水色異常狀況進行解譯判斷，判斷是否存在機器識別的誤判、漏判情況。8.3外業(yè)現(xiàn)場核查8.3.1對于人機交互解譯有疑義的入海排口，應開展外業(yè)現(xiàn)場核查?，F(xiàn)場核查應記錄入海排口的經(jīng)緯度信息，并進行現(xiàn)場拍照。應利用無人機觀測排放擴散范圍，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應對排放水體和受納水體進行水樣采集，針對地表水或海水選用不同的水質(zhì)參數(shù)和不同的評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)主要針對海水水質(zhì)參數(shù)，應包括pH、化學需氧量、生化需氧量、溶解氧、石油類、活性磷酸鹽、無機氮（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)測范圍宜為以入海排口為中心，并以入海排口污水擴散距離為半徑的向海區(qū)域。應結(jié)合水樣監(jiān)測結(jié)果判斷是否為遙感識別到的水色異常水體?，F(xiàn)場監(jiān)測可進一步開展現(xiàn)場溯源工作，判斷污染疑似來源。9成果提交9.1監(jiān)測數(shù)據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)應包括原始遙感影像數(shù)據(jù)、預處理后的遙感數(shù)據(jù)、水體光學分類數(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以入海排口為中心點，針對不同空間分辨率的遙感影像選擇適當?shù)谋壤?，宜使用真彩色遙感影像，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類型分類專題圖應以入海排口為中心點，針對不同空間分辨率的遙感影像選擇適當?shù)谋壤?，宜以真彩色遙感圖像為底圖，疊加水體光學類型分類圖層，制作能夠反映入海排口周邊水體光學類型或水質(zhì)狀況的專題圖。專題圖制作應符合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散范圍分布專題圖應以入海排口為中心點，針對不同空間分辨率的遙感影像選擇適當?shù)谋壤?，宜以真彩色遙感圖像為底圖，選擇地圖符號勾勒出排污擴散分布范圍，并標注擴散面積。專題圖制作應符合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相動態(tài)專題圖針對同一入海排口，應以該排口為中心，制作同一排口不同時期的真彩色遙感影像、水體光學分類結(jié)果、擴散范圍分布的專題圖。專題圖上應標注遙感影像采集時間，反映排口擴散不同時間的動態(tài)變化過程。9.3監(jiān)測報告報告編制應包含數(shù)據(jù)源、研究區(qū)域、監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測指標與方法、技術(shù)路線、成果內(nèi)容等部分，可按附錄D編制監(jiān)測報告。6T/ZSXXXX—XXXX（資料性）入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測常用衛(wèi)星數(shù)據(jù)源選擇入海排口水色異常衛(wèi)星遙感動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測常用衛(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CCD相機衛(wèi)星數(shù)據(jù)、高分系列全色/多光譜相機衛(wèi)星數(shù)據(jù)、資源系列全色/多光譜相機衛(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)星遙感動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測常用衛(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)作物長勢和營養(yǎng)信息的重要參數(shù)之一，應用于遙感影像。也可用于進行陸地掩膜、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改進的歸一化水體指數(shù)改進的歸一化水體指數(shù)（ModifiedNormalizedDifferenceWaterIndex，MNDWI）對NDWI指數(shù)的波長組合進行了修改，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)星遙感動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測專題圖示例圖C.1給出了某入海排口某天某時刻利用某衛(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類型分類專題圖示例，不同等級對應不同水體光學類型，某些類型對應水體水質(zhì)狀況較差，底圖為該時刻的真彩色遙感影像。圖C.3給出了基于水體光學類型分類得到的擴散范圍專題圖示例，并標注擴散面積，底圖為該時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散范圍分布專題圖示例T/Z