在2016年度中國(guó)遙感領(lǐng)域10大事件評(píng)選中，“遙感技術(shù)首次輔助城市黑臭水體整治工作取得實(shí)效”名列榜首。而這與高光譜遙感技術(shù)有很密切的聯(lián)系。

那么，高光譜遙感技術(shù)到底是怎么回事兒？

1.光譜：物體獨(dú)一的身份證

遙感可以概括為借助光、熱、無(wú)線電波等電磁能量來(lái)探測(cè)地物特性的科學(xué)。在20世紀(jì)60年代之前，人類對(duì)地球和宇宙的觀測(cè)還主要以可見光為主。

人們?nèi)粘Ｉ钪兴姷墓猓怯啥喾N顏色構(gòu)成的復(fù)色光，通過(guò)棱鏡等分光后顯現(xiàn)的是單色光。這些單色光按不同波長(zhǎng)(或頻率)大小依次排列形成的圖案，就是光譜。地球上不同的元素及其化合物，由于物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)等不同，都有不同的光譜特征。這些獨(dú)特的光譜特性，類似于人類指紋的功能，是遙感科學(xué)中用以識(shí)別和分析不同物體特征的一種重要的“身份證”。高光譜遙感實(shí)際上是一種簡(jiǎn)稱，它的全稱叫“高光譜分辨率遙感”。它不像多光譜遙感中根據(jù)顏色的差異來(lái)分辨目標(biāo)，而是根據(jù)譜段光譜曲線的形態(tài)來(lái)分析目標(biāo)是什么。光譜分析是人類借助光認(rèn)知世界的重要方式。如果說(shuō)肉眼光學(xué)成像能看到物質(zhì)的形狀、尺寸等信息，光譜分析則能獲取物質(zhì)的成分信息。

2.“火眼金睛”怎樣煉成

高光譜遙感技術(shù)還可以發(fā)現(xiàn)隱蔽的哨所、坦克，偽裝起來(lái)的軍事設(shè)施。

當(dāng)前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理存在作物營(yíng)養(yǎng)和病蟲害等農(nóng)情信息大面積監(jiān)測(cè)不及時(shí)、監(jiān)測(cè)水平以定性為主、監(jiān)測(cè)精度無(wú)法實(shí)現(xiàn)定量的精準(zhǔn)變量肥水藥管理等難題。高光譜遙感技術(shù)可以對(duì)任何一種農(nóng)作物的品種、類型、種植面積等情況進(jìn)行調(diào)查，甚至可以對(duì)農(nóng)作物的葉綠素、氮磷鉀含量進(jìn)行分析，為相關(guān)決策提供科學(xué)依據(jù)。

高光譜遙感技術(shù)還可以為地質(zhì)學(xué)家提供幫助。以前，地質(zhì)學(xué)家野外考察時(shí)，背著包、拿著羅盤，需要花很大氣力把采集到的礦物標(biāo)本一一背回來(lái)進(jìn)行研究。而自從有了高光譜儀器，他們只要到一個(gè)地方用高光譜儀器掃描一下，就可以獲得巖石的一條光譜曲線，從野外回來(lái)后根據(jù)光譜曲線進(jìn)行分析，可以知道這個(gè)地方礦物分布種類以及區(qū)域。

3.水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域大有可為

當(dāng)前，全國(guó)城市黑臭水體的篩查、治理過(guò)程監(jiān)督和整治效果評(píng)價(jià)，都迫切需要遙感大范圍動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供科技支撐，但黑臭水體遙感監(jiān)測(cè)的有關(guān)研究幾乎為空白。高光譜遙感技術(shù)可以對(duì)不同污染程度和不同污染來(lái)源的黑臭水體進(jìn)行區(qū)分。

中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所水環(huán)境遙感研究團(tuán)隊(duì)在北京等城市開展了十余次黑臭水體野外實(shí)驗(yàn)，積累了141個(gè)黑臭采樣點(diǎn)的實(shí)測(cè)遙感反射率等數(shù)據(jù)。基于黑臭水體和一般水體的反射率細(xì)微的光譜差異，發(fā)展了決策分類樹，可以區(qū)分一般水體、三種類型的輕度黑臭水體和七種類型的重度黑臭水體。并發(fā)展了基于純度算法的多光譜遙感識(shí)別算法，可以識(shí)別一種類型的重度黑臭水體，識(shí)別精度約90%。基于這一方法，作為參研單位之一，進(jìn)行了13個(gè)城市黑臭水體遙感篩查與實(shí)地驗(yàn)證。

利用高光譜數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)陸水質(zhì)開展水華和水生高等植物的識(shí)別，從而對(duì)水質(zhì)分布情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也是高光譜遙感的重要應(yīng)用。由于水草和水華光譜與植被光譜具有一定的相似性，常用的多光譜遙感數(shù)據(jù)很難精確識(shí)別水華和水草，只有高光譜遙感數(shù)據(jù)才能夠捕捉復(fù)雜多變的水華、水草和水體細(xì)致的光譜差異，從而對(duì)水華和水草進(jìn)行精確識(shí)別。水環(huán)境遙感研究團(tuán)隊(duì)利用高光譜遙感技術(shù)等構(gòu)建了水體葉綠素a濃度、總懸浮物濃度、水色FU值等9種水質(zhì)參數(shù)、19個(gè)反演模型。其中，針對(duì)渾濁水體的懸浮物濃度精度提高了19.7%；研發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)在國(guó)家級(jí)和省級(jí)環(huán)保部門業(yè)務(wù)化運(yùn)行的內(nèi)陸水環(huán)境遙感系統(tǒng)，為環(huán)保部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心等部門開展水環(huán)境遙感應(yīng)用提供了有力支撐。

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