2024年10月22日,第四届水质高光谱遥感新技术交流研讨会在天津顺利闭幕。大会指导单位为中国遥感委员会;天津中科谱光信息技术有限公司、中国科学院空天信息创新研究院、中国空间科学学会空间遥感专业委员会、中国地理学会遥感地理专委会主办;天津中科谱光信息技术有限公司承办;自然资源部国土卫星遥感应用中心、生态环境部卫星环境应用中心、遥感科学国家重点实验室、中国遥感应用协会高光谱遥感技术与应用专业委员会、二十一世纪空间技术应用股份有限公司、北京国测星绘信息技术有限公司、彩谱科技(浙江)有限公司协办。
会议继10月21日上午“特邀报告”专题版块之后,21日下午及22日上午围绕“遥感技术引领行业新质生产力”这一核心议题,资深专家学者们继续分享前沿科学报告,深度交流水质遥感领域的创新思想和技术。
专家学者特邀报告
国家海洋技术中心田震博士发表《渤海湾水质遥感监测方法研究及应用实践》的主题演讲,田震博士的研究深入探讨中国近岸水质要素的遥感反演算法,包括叶绿素a、悬浮物、有色可溶性有机物以及透明度。针对当前单一产品数据在时空分辨率上无法同时满足需求的问题,田震博士指出已有融合算法并不适用于水色遥感产品,结合了全域子集修正与小波变换技术,实现了产品级的数据融合,并进一步基于生物光学模型构建了光谱级的数据融合方法。最终,该研究成功应用于渤海湾的排污口监测、水质遥感监测以及污染物的快速识别,为水环境监管提供了有力的科学依据和技术支撑。
中国科学院南京地理与湖泊研究所马荣华研究员发表《全球气候变化背景下湖泊藻华监测-模拟-预警一体化技术与太湖实践》的主题演讲,在全球气候变化背景下,马荣华研究员针对湖泊对气候变化的响应进行了深入探讨,并特别关注了湖泊藻华的监测、模拟与预警一体化技术及其在太湖的实践应用。他指出,在藻华形成的四个阶段中,卫星遥感技术均发挥着至关重要的作用,能够利用多源遥感手段全面表征藻华的全物候周期特点。为此,构建叶绿素a和藻蓝素的遥感反演模型成为必要,这些模型能够精准表征藻华的生长阶段的生物量变化。进一步地,结合水动力模型、藻类生长迁移模型以及基于遥感的藻华发生概率统计,成功构建了藻华预测预警系统。该系统在多家用户单位的反馈意见下,已经迭代完善至第三代,目前正为太湖管理局提供精准的藻华预警报告,有效支持了湖泊环境的科学管理与保护。
生态环境部卫星环境应用中心赵焕研究员发表《湖库蓝藻水华预警监测技术探索与思考》的主题演讲,赵焕研究员首先回顾了蓝藻水华的发生机理与预警机理,并全面总结了国内外在蓝藻水华监测与预警领域的研究现状。在此基础上,赵焕研究员介绍了中心在推动藻华业务化工作方面所取得的进展,旨在为生态环境部的水环境治理提供坚实的技术支撑与观测数据。此外,报告还详细介绍了生态环境部卫星环境应用中心在呼伦湖蓝藻水华预警工作中积累的宝贵经验,展示了中心在该领域的专业能力与实践成果。
南通长三角智能感知研究院梁建主任发表《天空地一体化高光谱成像技术发展》的主题演讲,梁建博士在其报告中探讨了天空地一体化高光谱成像技术的发展,特别是在找矿与温室气体监测方面的应用潜力。他指出,实现“宽幅宽谱”以及提升光谱、空间、辐射分辨率,同时增强灵敏度和精准度,是推进星载高光谱业务化应用的关键所在,这一挑战同时也是当前国际性的难题。为了解决这一难题,刘银年团队创建了“小F数/大相面/低畸变/远心成像”这一全新的光学技术体制,该体制在量子效率、暗电流性能、输出摆幅等方面均达到了国际领先水平,并已成功搭载于高分系列和资源系列的高光谱卫星上。在此基础上,他们进一步构建了多平台高光谱测量系统,涵盖了汽车、无人机以及手持式设备,从而极大地拓展了高光谱成像技术的应用场景和灵活性。
武汉大学田礼乔教授 发表《中国海洋水色卫星大数据处理实践与思考》的主题演讲,田礼乔教授在HY-1A/1B海洋水色卫星的数据质量提升与业务化处理进行了系统深入的工作。针对箝位漂移、条带异常、缺少星上定标系统等问题导致的数据质量下降,他提出了以MODIS大气层顶辐亮度作为参照的解决方案,并基于迁移学习模型对HY-1A/1B卫星的COCTS数据进行大气校正。在此基础上,田礼乔教授还尝试了基于光谱映射重构思想,重构COCTS与CZI的叶绿素a产品,提高叶绿素a监测一致性和时空覆盖度。此外,他还为新一代海洋水色卫星(HY-1E)CZI构建了业务化的大气校正算法,以进一步提升海洋水色卫星遥感数据的处理效率和准确性。
中国科学院空天信息创新研究院李俊生研究员 发表《基于卫星遥感的中国大型湖泊蓝藻水华监测和预测研究》的主题演讲,针对当前蓝藻水华的遥感监测中存在的几个关键问题,如容易误判高浑浊水体、判别藻华的阈值不够稳健以及日内变化研究不足等,李俊生研究员带领团队进行了深入探索。为解决这些问题,他构建了能够降低浑浊水体影响的光谱指数,并开发了自动化阈值确定方法,这些创新举措有效地提高了蓝藻水华监测的精度。在此基础上,李俊生进一步结合了多种气象因子,基于贝叶斯定理构建了实用且高效的藻华预测模型,该模型能够实现蓝藻水华提前1至7天的短期临近预警,为湖泊水环境管理提供了有力的技术支撑。
研讨会南京信息工程大学冯佳俊发表《河流水质遥感监测与案例分析》主题演讲,冯佳俊在报告中详细介绍了河流水质遥感监测的相关工作与案例分析。他首先构建了基于机器学习的悬浮物和叶绿素a的反演模型,并比对了多种机器学习和传统方法的应用效果。随后,他利用这些模型分析了珠江口两岸悬浮物和叶绿素a的时空分布特征,并评估了港珠澳大桥建设对相关水质参数可能产生的影响。
河海大学吴太夏教授发表《基于高精度色度模型的中国大型湖库水环境遥感观测》的主题演讲,吴太夏教授的报告首先介绍了湖库水色遥感观测的发展现状,并阐述了其在内陆水域中扮演的重要性,并指出了相较于开阔海洋,内陆水体复杂光学特性给遥感观测带来一系列挑战。随后,报告详细阐述了一种针对MODIS的高精度色度模型,并将该模型应用于中国大型湖库,发现中国大型湖库水色整体呈现蓝绿色,在空间上整体呈现“西蓝东绿”的格局分布。同时,中国大型湖库水体色度角整体表现出下降的趋势,且西部下降速度明显高于东部。通过驱动分析表明植被面积、湖泊面积和人口等因素是导致解释各湖区长期水色变化的主要因子。此外,报告阐述的色度模型在黄河水色和SDG 6指标也表现出广泛应用前景和巨大潜力。
中国科学院空天信息创新研究院申茜副研究员发表《农村黑臭水体遥感大范围监测研究》的主题演讲,申茜副研究员的报告首先介绍了农村黑臭水体的定义及其分级标准,并阐述了基于高分辨率遥感影像的农村黑臭水体大范围遥感识别的技术路线。为了构建精确的智能遥感系统,报告首先介绍了农村黑臭水体形态和光谱数据集构建,并提出了一种针对国产高分卫星(优于2m)的水体反射率反演方法,该方法涉及图像融合、几何校正以及改进的大气校正等方面。随后,报告详细阐述了基于反射率光谱法、深度学习法和“水岸并重法”等方法的农村黑臭水体大范围遥感识别算法。最后,报告探讨了农村黑臭水体遥感大范围监测的业务化应用效果,并介绍了面向全国大范围农村黑臭水体应用示范、受损水体核查小程序以及前处理系统。
中国地质大学(武汉)白小宇发表《基于Landsat-8/9与Sentinel-2A/B卫星协同的内陆水环境监测》的主题演讲,白小宇的报告首先获取高动态的水质参数对监测对河湖水生态环境保护的意义,并指出了卫星遥感是获取大范围、长时序、高动态内陆河湖水质参数的有效手段,以及多传感器卫星影像协同与水质参数反演面临的挑战。随后报告详细阐释了一种针对内陆水体多源卫星影像协同处理方法构建与水质参数产品的生产方法,并构建内陆水体多源卫星影像协同处理方法。该方法实现了高时间分辨率的内陆湖库叶绿素a浓度产品生产,并成功应用于武汉市藻华预警监测。
西南大学李瑶教授 发表《Toward Tracking High-Resolution Global Groundwater Dynamics》主题演讲,李瑶教授的报告首先介绍了地下水监测的遥感监测的重要意义以及传统方法的局限性,并指出了GRACE卫星在地下水监测方面的独特优势。随后,报告详细阐述了基于“Remotely sensed A-V”和“Simulated A-V”的全球地下水反演方法,并给出了全球地下水储量分布。报告发现地下水在非洲、南美洲和南亚的陆地储水变化中占主导地位。
与地下水和土壤水分相比,地表水在陆地储水量变化中所占的比例相对较小。此外报告该介绍了一种GRACE测量空间降采样技术以及可填补GRACE和GRACE-FO之间空白的方法,可有效提高全球地下水监测的空间和时间分辨率。
彩谱科技(浙江)有限公司韩叶聪市场专员发表《高光谱分析技术的产业化应用探索》主题演讲,韩叶聪的报告首先介绍了彩谱高光谱设备发展历程,并阐述了彩谱高光谱成像的原理。随后,报告详细阐述了高光谱成像技术中“基于超表面技术实现的高光谱相机色散聚焦系统”、“基于人工智能的计算压缩感知解算模型进行光谱超分辨计算”以及“基于深度学习的空间和色差矫正定标模型”等关键技术。此外,报告还探讨了彩谱高光谱设备在可分析指数算法、可选择用于灰度图像处理的算法和水质分析参数等方面的性能。其次,报告介绍了公司在教育科研、工业质量在线检测、军事应用&警用装备、农产品质量分选、工业分选等方面的成功案例。最后报告介绍了彩谱高光谱设备在水质检测中的岸机式和无人机式检测方案。
二十一世纪空间技术应用股份有限公司周会珍总监 发表《北京系列三代卫星的水环境保护应用创新与实践》主题演讲,周会珍的报告首先介绍了世纪空间概况,并阐述了北京系列三代卫星全产业链综合服务能力及其作为我国民用航天领域首个商业遥感卫星星座项目的重要里程碑意义。随后报告指出北京三号系列三代卫星是我国民用航天领域首个商业遥感卫星星座项目,也是国内首颗任意航迹成像亚米级遥感卫星。此外,报告还探讨了北京三号系列三代卫星在轨的任务规划、复合控制、智能处理、应用扩展等方面优势,在一定程度上实现了“软件定义卫星”,引入开放式“应用商店”模式,可实现快速、灵活的向各种用户提供星到端近实时影像与信息产品服务。其次,报告介绍了基于北京三号系列三代卫星的天、地一体化的二、三维结合的水环境保护应用框架,在水环境污染溯源、水环境要素监测和水生态监测等方面发挥重要作用。最后报告介绍了北京三号系列三代卫星在湖泊水质参数定量反演、城市河渠等细窄水体水质监测、水深反演等水环境保护应用探索方面的实施案例。
中国空间科学学会副秘书长杨一德、中国科学院空天信息创新研究院研究员张立福进行大会总结并致闭幕辞,对本次会议付出辛勤劳动和提供大力支持的所有单位表示衷心感谢,并指出这次水质高光谱遥感新技术交流研讨会,集中展示了环保、高光谱、遥感等领域的最新成果和发展趋势,深入探讨了水质高光谱遥感技术的最新进展和发展应用。
本次大会群贤毕至,少长咸集,盛况空前,充分展示了高光谱遥感在环保领域快速发展应用的态势,促进了我国水质高光谱遥感新技术的发展与推广,后续将继续开展针对不同细分领域的交流研讨活动,敬请期待。
编辑校对:中科谱光市场部
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