水是生命之源，是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是人類生產(chǎn)生活不可或缺的資源。然而，隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，水污染問題日益嚴(yán)峻，工業(yè)廢水排放、農(nóng)業(yè)面源污染、生活污水肆意排放等，不僅破壞了水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡，威脅著水生動(dòng)植物的生存，還可能通過飲用水、食物鏈等途徑，對(duì)人類健康造成潛在危害。進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握水體質(zhì)量狀況，發(fā)現(xiàn)潛在的污染問題，為水資源保護(hù)、水污染治理、生態(tài)修復(fù)等工作提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)保障生態(tài)安全、維護(hù)公眾健康、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的重要意義。
在水資源保護(hù)與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)日益重要的當(dāng)下，精準(zhǔn)、高效地檢測(cè)水質(zhì)成為關(guān)鍵任務(wù)。近期，一項(xiàng)利用無人機(jī)搭載高光譜相機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)在重慶永川興龍湖公園展開，為我們深入了解該區(qū)域水質(zhì)狀況提供了詳實(shí)的數(shù)據(jù)與科學(xué)依據(jù)。

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

此次實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)明確，旨在全面測(cè)試重慶永川興龍湖公園上下游的水質(zhì)情況。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

高光譜相機(jī) FS60-C 成為此次監(jiān)測(cè)的核心設(shè)備，相比傳統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)方法，高光譜相機(jī)有著顯著的優(yōu)勢(shì)。它的光譜范圍覆蓋 400-1000nm，光譜分辨率達(dá) 2.5nm，能夠捕捉到極其細(xì)微的光譜差異，如同給水體進(jìn)行 “光譜指紋” 識(shí)別，哪怕是濃度極低的污染物，也能通過其獨(dú)特的光譜特征被精準(zhǔn)檢測(cè)出來；而且，高光譜相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)大面積、快速的非接觸式監(jiān)測(cè)，無需像傳統(tǒng)方法那樣采集大量水樣，大大提高了監(jiān)測(cè)效率，還能避免采樣過程對(duì)水體的干擾。搭配 18% 反射率灰布用于校準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；大疆 350rtk 無人機(jī)則憑借其穩(wěn)定的飛行性能，承擔(dān)起搭載相機(jī)完成監(jiān)測(cè)飛行的重任。

設(shè)備名稱	型號(hào)	配置明細(xì)	備注
機(jī)載高光譜相機(jī)	FS60-C	光譜范圍 400-1000nm;光譜分辨率：2.5nm
校準(zhǔn)布	-	18%反射率灰布
無人機(jī)	大疆350RTK

三、實(shí)驗(yàn)過程

1. 規(guī)劃飛行航線 ，選取所要拍攝的河流區(qū)域

2. 測(cè)試過程如圖

3. 飛行高度 120m， 空間 4 合并 ，480 分辨率 ，光譜 4 合并 ，1200 通道

4. 飛行區(qū)域面積： 約 2.5 平方公里左右

5. 飛行數(shù)據(jù)圖像展示

以上是分析軟件選用三通道擬合的可見光偽彩圖擬合圖像，分別使用了R通道：619.45nm，G通道：549.17nm，B通道：450.03nm

6. 提取河道分布（展示部分）

展示整體

四、數(shù)據(jù)分析

? 氨氮：氨氮指數(shù)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的一個(gè)重要參數(shù)，用于衡量水體中以氨（NH?）和銨離子（NH??）形式存在的氮的濃度。氨氮是水體中氮循環(huán)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，同時(shí)也是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因之一，它可以來源于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活污水排放等多種途徑。

左側(cè)代表不同顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)值范圍，數(shù)值越大含量越高

上游

下游

結(jié)論：上游濃度明顯高于下游

? 葉綠素A：葉綠素A指數(shù)是水體生態(tài)學(xué)和海洋學(xué)中一個(gè)重要的水質(zhì)指標(biāo)，用于衡量水體中浮游植物（主要是藻類）的生物量。葉綠素A是大多數(shù)光合生物體內(nèi)主要的色素，它的濃度可以直接反映水體中初級(jí)生產(chǎn)者的數(shù)量和活性，因此是評(píng)估水體富營(yíng)養(yǎng)化程度、生產(chǎn)力和生態(tài)健康的關(guān)鍵參數(shù)。

左側(cè)代表不同顏色對(duì)應(yīng)的數(shù)值范圍，數(shù)值越大含量越高

正常區(qū)域水質(zhì)圖像

異常區(qū)域水質(zhì)分布及可見光圖像

結(jié)論：葉綠素A中異常區(qū)域分布于中游部分

? 溶解氧：溶解氧指數(shù)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它反映了水中溶解的氧氣量。溶解氧對(duì)于維持水生生態(tài)系統(tǒng)的健康至關(guān)重要，因?yàn)樗苯雨P(guān)系到水生生物的生存，尤其是魚類和其他需氧生物的呼吸過程。

不同顏色代表數(shù)值含義，值越大濃度越高

異常區(qū)域主要分布于公園區(qū)域及下游，濃度從上游到下游，呈現(xiàn)出逐步減少的趨勢(shì)

結(jié)論：下游區(qū)域溶解氧相對(duì)上游區(qū)域下降較大

? 高猛酸：高錳酸鉀指數(shù)是一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)，用于反映水中可被高錳酸鉀氧化的有機(jī)和無機(jī)還原性物質(zhì)的含量。這個(gè)指標(biāo)通過測(cè)定在特定條件下高錳酸鉀（KMnO4）氧化水樣中某些有機(jī)物和無機(jī)還原性物質(zhì)時(shí)消耗的高錳酸鉀量，進(jìn)而計(jì)算出相當(dāng)于消耗氧氣的量。

整體趨勢(shì)

上游呈現(xiàn)中間數(shù)值低，兩岸數(shù)值高現(xiàn)象

下游呈現(xiàn)結(jié)果類似，但是數(shù)值上升了一個(gè)量級(jí)

結(jié)論：下游與上游趨勢(shì)一致，下游的含量趨勢(shì)上升了一個(gè)量級(jí)

? 總氮：總氮指數(shù)是水質(zhì)分析中的一個(gè)重要指標(biāo)，它代表了水中所有氮化合物的總和，包括無機(jī)氮（如硝酸鹽NO??、亞硝酸鹽NO??、銨離子NH??）和有機(jī)氮（如蛋白質(zhì)、氨基酸和其它含氮有機(jī)物）?？偟笖?shù)的測(cè)定對(duì)于評(píng)估水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和潛在的富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)非常重要。

上游總氮分布

異常區(qū)域總氮分布

結(jié)論；上下游總氮分布幾基本一致，中游部分異常

? 總磷：總磷指數(shù)是水質(zhì)分析中的一個(gè)重要參數(shù)，它衡量的是水體中所有磷化合物的總量，無論其化學(xué)形態(tài)如何?？偭装ㄈ芙鈶B(tài)的磷、顆粒態(tài)的磷、有機(jī)磷和無機(jī)磷。無機(jī)磷又可以細(xì)分為正磷酸鹽（PO?3?）、偏磷酸鹽和焦磷酸鹽等。指數(shù)是水質(zhì)分析中的一個(gè)重要參數(shù)，它衡量的是水體中所有磷化合物的總量，無論其化學(xué)形態(tài)如何。總磷包括溶解態(tài)的磷、顆粒態(tài)的磷、有機(jī)磷和無機(jī)磷。無機(jī)磷又可以細(xì)分為正磷酸鹽（PO?3?）、偏磷酸鹽和焦磷酸鹽等。

結(jié)論：下游區(qū)域含量較高

? 歸一化懸浮物指數(shù)：歸一化懸浮物指數(shù)（Normalized Difference Suspended Sediment Index，NDSSI）是一種高效的水質(zhì)遙感指數(shù)，通過紅光與近紅外波段的歸一化差異量化懸浮物濃度，廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害評(píng)估和資源管理。其計(jì)算簡(jiǎn)便且兼容性強(qiáng)，但需結(jié)合實(shí)地?cái)?shù)據(jù)校準(zhǔn)和輔助指數(shù)以提高精度，尤其在復(fù)雜水體環(huán)境中。

結(jié)論：整體趨勢(shì)基本一致

? 波段比值法：波段比值法（Suspended Matter Index，SMI）通過綠光與紅光反射率的簡(jiǎn)單比值，提供了一種快速評(píng)估水體懸浮物濃度的工具。其優(yōu)勢(shì)在于計(jì)算簡(jiǎn)便、對(duì)低濃度敏感。

結(jié)果值< 1.0 高懸浮物濃度（紅光反射率顯著高于綠光，水體渾濁，如洪水期或河口泥沙區(qū)）。

結(jié)果值在1.0–2.0 中等懸浮物濃度（常見于輕度渾濁的河流、湖泊或近岸海域）。

結(jié)果值> 2.0 低懸浮物濃度（綠光透射性強(qiáng)，紅光被吸收或散射少，如清澈水體或深海區(qū)域）。

結(jié)論：整體懸浮物較低，上有部分區(qū)域含一定量的懸浮物