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儀表網 研發快訊】河流、河口、近海水環境變化迅速，遙感是其高效監測的必要手段。近日，中國科學院煙臺海岸帶研究所邢前國研究團隊提出了一種結合衛星遙感、無人機遙感和地面高光譜無線自動監測的光學綜合遙感監測網絡(圖1)，為從上游到渤海的整個黃河流域水沙與渤海水環境的監測和災害防控提供技術支撐。研究基于寧夏清水河流域上游泥沙源區的地面原位高光譜站、汛期前中游小浪底水庫水沙過程的衛星遙感以及下游黃河口監測，論證了空-天-地一體化遙感監測技術的新穎性和有效性。
圖1 黃河流域水沙綜合遙感監測網絡
研究通過高光譜反射率數據實時監測寧夏清水河流域王團站的含沙量，發現這種非接觸式高光譜實時反演獲得的含沙量與離散現場人工采樣獲得的同步測量含沙量一致(圖2)；基于高分辨率衛星遙感圖像，清晰捕捉到2023年洪水前調水調沙期間小浪底水庫和黃河口的水沙響應變化(圖3)，現場光譜站與衛星遙感均捕捉到懸浮泥沙濃度每升幾毫克到每升數百克的高動態變化。
圖2 上游清水河流域團高光譜站的懸浮泥沙濃度時間序列(紅圈為手工監測結果)
圖3 2023年洪水前黃河調水調沙期間小浪底水庫和黃河口的懸浮泥沙濃度
研究開發了面向消費級無人機采集的RGB影像數字量化值(digital number,DN)到能量值(E值)的相機響應函數(camera response function,CRF)構建技術，實現了無人機視頻與照片在水生態環境與災害定量監測中的應用，并在黃渤海山東半島近海孔石莼、剛毛藻、漂浮滸苔等定量監測中得到驗證(圖4)。
圖4 基于無人機圖像DN值與E值計算的漂浮藻信號差異
(a)無人機RGB影像;(b)狀態1至狀態3的POM；(c)和(d)分別為基于DN值和E值計算的漂浮滸苔(Ulva prolifera)
相關研究成果發表于《Sensors》《IEEE J-STARS》期刊上。該項工作得到了中國科學院煙臺海岸帶研究所前沿部署項目(No.YICE351030601)、山東省重點研發計劃項目(No.2022CXPT019)、中國科學院儀器研制項目(No.YJKYYQ20170048)、國家自然科學基金項目(No.42076188，No.42476175)及山東省中央財政引導資金等支持。
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