汾江河水系水环境质量综合整治——汾江河水系高分影像处理与专题信息提取方法研究开题报告

1. 研究目的与意义

背景：

汾江是佛山市的“母亲河”，它河水质量的变化直接反映了当地人们社会活动的变化状况。在曾经佛山的记忆中，汾江河水是可以饮用的，也可以游泳，许多人还以河水中的鱼虾为生。自从二十世纪70年代末以来，佛山市的第二产业兴起，大量的工业废水和生活污水排向汾江河中，清澈的河水开始变黑发臭。到了80年代初，汾江河的严重污染状况终于引起了佛山市人民政府的高度重视，开始施行汾江河污染治理工程，但前面4次治理收效甚微。在第5次治理时总结了过往经验，终于取得了有益进展。当前，汾江河综合治理正处于第六阶段，汾江的河水质量也有了明显改善。但由于历史欠账过多，目前汾江河许多工程的后续建设还有待完善，仍存在诸多问题：一是纳污量仍然超过水环境容量，横滘断面的溶解氧、氨氮等指标仍为劣v类，污染极易反弹。二是一些关键节点、次级污水收集管网缺失和非点源污染造成的污染影响显著。三是流域内产业结构调整任务依然艰巨，企业违法排污现象屡禁不止，产业结构调整工作仍需进一步深入。四是闸站引水制度规范性差、引水随机性过强，闸、泵的功能未能很好的发挥等等。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

尽管国内外学者在汾江水治理研究方面取得了很多成果,但从遥感影像中自动或半自动获取河流信息的研究并不多。河流信息获取是河流资源调查、河流编图、河流监测与动态变化分析、河流功能评价以及建立河流动态模型等研究的基础。计算机自动或半自动提取河流信息可以在人力、物力等方面大大提高河流提取的效率。

本实验研究内容大致包括以下几点：(l)对worldview2高分辨率影像进行图像预处理，有大气校正、图像融合、几何纠正等等；(2)在已经处理过的高分辨率影像中提取出汾江的河流信息；(3)对提取出的河流信息进行叶绿素提取操作，建立物理模型或者经验半经验模型；(4)对提取出的河流信息进行透明度提取操作，建立半分析模型或者经验统计模型；(5)对汾江水环境提出整治建议。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

tm图像中不同的波段反应了不同地物在该波段内的反射辐射特性，其中tm1、tm2、tm3、tm5、tm7波段是强相关，tm4波段绿色植被反射率高，tm6波段信息量少。由于tm6的信息量少，我们采用tm1、tm2、tm3、tm4、tm5、tm7波段信息作为分析数据。结合tm图像光谱知识，将tm图像中的河流、道路、居民点、植被、农田、反射物等6种典型地物作为研究目标，分析河流及其背景地物的光谱灰度均值特征，可以得到地物之间在各波段上的光谱差异，从而可以提取出河流信息。

水可以吸收也可以散射通过水汽界面的波谱辐射能量(ed)，但水的散射会增加天空辐射能量(eu)，而水的吸收则会同时减少ed和eu。遥感影像记录了地表物体的反射信息及其自身向外的辐射信息。相对于其他地物而言，水体在整个光谱范围内都呈现出较弱的反射率。在近红外、中红外及短波红外部分，水体几乎吸收了去不得入射能量，因此水体在这些的反射率特别低，而土壤、植被、建筑物等在这些波段吸收能量较小，具有较高的反射率，是的水体与他们具有明显的区别。

4. 参考文献

[1]孙禧勇,许玮,姜德才,陈江欣,汪洁,孙昂,李霄.基于遥感的雄安新区地表水时序变化与区域规划研究[j/ol].地球物理学进展:1-14[2021-03-12].

[2]王永久,田海峰,夏浩铭,葛世帅.黄河花园口至柳园口段河道变迁遥感监测[j].人民黄河,2020,42(s2):61-63.

[3]冯魁祥.遥感图像河流提取方法研究[d].长春大学,2020.

5. 计划与进度安排

一、研究工作准备阶段（2022.3.1——2022.3.28）：

2022.3.1——2022.3.14为准备工作阶段，包括查阅资料、实验数据收集等；

2022.3.15——2022.3.28为开题阶段，主要工作是撰写开题报告等。