黑臭水体在我国城市中广泛存在，已经成为一种严重的城市病，城市黑臭水体除污染水质、散发恶臭外，其滋生的微生物导致黑臭水体周边空气污染，甚至引发个体疾病或传染性疾病暴发。

国务院颁布实施的《水污染防治行动计划》（“水十条”）明确，城市人民政府是整治城市黑臭水体的责任主体，由住房城乡建设部牵头，会同环境保护部、水利部、农业部等部委指导地方落实并提出目标：2017年年底前，地级及以上城市实现河面无大面积漂浮物，河岸无垃圾，无违法排污口，直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体；2020年年底前，地级以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内；到2030年，全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。

传统检测手段的局限性

1、传统人工勘查

耗费大量人力、物力，无法直观展示全流域、多尺度的岸线生态与水污染情况以及周期性频繁检测。

2、可见光遥感

只有红绿蓝三波段，难以构建水体、植被、污水程度、垃圾等指数；视频巡查提供信息有限，无法实现数据积累，难以高精度实现河道各项指标监测。

3、卫星遥感

卫星遥感实时性弱，难以准确监测河岸垃圾、绿化及河道漂浮物现状；对细小河道无法监测，影响监测全面及准确性。

多光谱遥感方案优势

厘米级空间分辨率，查无遗漏；利用水体光谱信息，科学建模，全局观测、准确定位；同时满足准确性、全面性、实时性、高效性的要求；全面系统地掌握河流资源分布、开发利用现状，满足河道规划、管理、保护的需要。

技术手段

多光谱遥感可以获取地物丰富的光谱信息，在生态环境监测方面具有独特优势。水体组成成分不同时，对各个波段的敏感程度不同，正常水体仅在蓝、绿波段呈现高反射特性，因水体的强吸收特性，使其在近红外影像上基本呈现黑色。水体中不同成分的含量差异会使水体呈现不同的波谱特征，具体如图2所示。多光谱遥感旨在根据水体的不同组成成分，基于不同的波谱曲线与特征进行建模，分析水污染情况。

（水体叶绿素a浓度曲线图）

随着多光谱仪器小型化和应用算法的研究不断深入，无人机多光谱遥感迅速发展，该遥感手段一般用5-6个通道解决了可见光信息量少、高光谱数据冗余问题；同时相比卫星遥感可提供更精准、更灵活的数据获取，可实现全流域、多尺度岸线生态、水污染分布展示。

01 工作整体概括

江西翼眸科技有限公司受南昌青赣环境交流中心委托对南昌市重点黑臭水体河道进行无人机巡查的作业成果，此次作业巡查约15km。

本项目作业设备采用经纬M210四旋翼无人机，搭载MS600 Pro六通道多光谱相机。

1、经纬M210无人机

经纬 M210（图3） 飞行平台延续经纬系列可靠耐用的机身设计，为严苛环境而生，旨在进一步提升空中作业生产力。经纬 M210系列设计紧凑，扩展灵活，智能控制系统与飞行性能显著优化，可为多个行业提供专业解决方案。

（经纬M210无人机）

2、MS600 Pro多光谱相机

MS600 Pro(图4）多光谱相机能够同时获取6个通道的多光谱数据，每个通道均拥有120万像素的全局快门CMOS传感器，保证每个细节精准同步。标配6种特征波长，通道带宽更加优化，可覆盖农业资源调查、农作物估产、防灾减灾、生态环境调查等大多数多光谱遥感应用场景。

（MS600 Pro多光谱相机）

02 作业流程概述

本项目作业基于航空多光谱遥感技术对黑臭水体河道进行监测主要包括河道数据获取、数据处理与分析以及数据成果展示三部分。

1、河道数据获取

其目的是对影像进行辐射定标，从拍摄的DN值得到地物真实反射率

（左图为数据获取现场图，右图为拍摄河道实际环境）

本次总飞行12个架次，总飞行时间150min，因为多光谱影像受光线因素影响较大，每天的最佳飞行时段是10点至15点，此时太阳照射角度变化较小。总数据量18.89G。

（部分原始数据）

2、数据处理

多光谱数据预处理过程，是基于影像POS信息和特征相结合的无人机遥感影像快速拼接算法，实现多通道光谱影像的亚像素级配准、多景影像的实时拼接及辐射定标，生成具有地表真实反射率的正射影像，如下图所示。

（预处理）

多光谱拼接成果分析使用Yusense Map+行业应用软件，软件可通过简单的操作快速实现数据处理、专题制图及报告生成，简化用户操作过程，降低使用门槛。

（反析演示）

3、数据成果展示

（1）黑臭水体分级统计专题图

基于无人机载多光谱遥感数据实现河道黑臭水体污染分级、污染面积统计，并对提取结果进行空间统计分析、多时相变化。

（经无人机巡查后生成的黑臭水体分级统计专题图）

（2）GIS云平台展示

我们使用Yusense River河道GIS展示插件，直观展示全流域、多尺度岸线生态、水污染情况，实现河湖无人机多光谱遥感成果的分析、展示与管理。其功能包括：河道或湖泊选择、监测类型、单期展示、时序数据动态展示、断面分析、空间统计、细节查看、水污染环比等功能，可以展示河湖水质方面的全面信息。

（GIS云平台展示）

03 结果检验准确度

在无人机搭载多光谱相机巡河作业的同时，核实测组对每条河的上中下游进行数据实测。

（现场实测）

将多光谱反演分析结果与本次实测组通过水质分析仪实测溶解氧数据以及氨氮数据进行比对。并与当地水质监管人员记录表的结果对比分析，在黑臭水体定性方面综合分析精度可达80%。

（青岚水渠实测氨氮数据）

（本次项目作业河流实测数）

04 其他应用场景展望

一、水污染监测

（1）成果形式：水污染分级专题图（带有指北针、比例尺、图例）及 KML 文件；

（2）成果依据：自建水污染定性反演模型；

（3）嵌入河长制形式：嵌入水质或巡检模块；

（4）巡检频率：建议重点区域每周巡检一次，结合每季度大巡检；

二、排污口巡检

（1）成果形式：河道排污口专题图（带有指北针、比例尺、图例，显示排污口点编号、对应面积、坐标及 KML 文件；

（2）成果依据：排污口光谱特性结合位置、形状特征；

（3）巡检频率：每月进行“突击”巡检。

三、其他河道应用

（1）水面线

成果形式：专题图带有指北针、比例尺、图例）成果及空间信息（总面积、位置、中心线总长）；

（2）河岸绿地档案

成果形式：专题图（带有指北针、比例尺、图例）成果及空间信息（总面积、位置、绿地属类-草地、灌木、乔木）KML文件；

作业范围：水面线向岸边延伸各50 米，或在临水线范围内。

（3）岸线垃圾

成果形式：专题图（带有指北针、比例尺、图例）成果及空间信息（总面积、位置）KML 文件；

作业范围：水面线向岸边延伸各 50 米，或在临水线范围内。