1200個光譜通道，1920個空間通道數(shù)，優(yōu)于2.5nm的光譜分辨率，高衍射效率的透射式光柵分光模組與高靈敏度面陣列相機(jī)結(jié)合及輔助攝像頭技術(shù)、消色差鏡頭、超輕機(jī)身材料，探測每個像元的連續(xù)的光譜分布，滿足偽裝與反偽裝領(lǐng)域，地面物體與水體監(jiān)測、現(xiàn)代精細(xì)農(nóng)業(yè)、林業(yè)等生態(tài)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用的需求。

在工業(yè)化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程飛速推進(jìn)的當(dāng)下，水污染問題愈發(fā)嚴(yán)重。工業(yè)廢水的肆意排放、農(nóng)業(yè)面源污染的不斷擴(kuò)散以及生活污水的無序排放等，不僅打破了水生生態(tài)系統(tǒng)的平衡，對水生動植物的生存構(gòu)成威脅，還可能通過飲用水、食物鏈等途徑，給人類健康帶來潛在危害。因此，水質(zhì)檢測至關(guān)重要，它能讓我們及時、精準(zhǔn)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)、水污染治理以及生態(tài)修復(fù)等工作提供科學(xué)依據(jù)，在保障生態(tài)**、維護(hù)公眾健康和推動可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著不可替代的作用。

在水資源保護(hù)與生態(tài)環(huán)境監(jiān)測愈發(fā)關(guān)鍵的今天，如何精準(zhǔn)、高效地檢測水質(zhì)成為了重要任務(wù)。近期，一場利用無人機(jī)搭載高光譜相機(jī)的水質(zhì)監(jiān)測實驗在重慶展開，為深入了解該區(qū)域的水質(zhì)狀況提供了豐富的數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

高光譜相機(jī)Hyper-spectral camera HSC-60 是本次監(jiān)測的核心設(shè)備。與傳統(tǒng)水質(zhì)檢測方法相比，它具有顯著優(yōu)勢。其光譜范圍覆蓋 400-1000nm，光譜分辨率高達(dá) 2.5nm，能夠捕捉到極其細(xì)微的光譜差異，就像為水體進(jìn)行 “光譜指紋” 識別一樣，即便濃度極低的污染物，也能通過其獨特的光譜特征被精準(zhǔn)檢測出來。而且，高光譜相機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)大面積、快速的非接觸式監(jiān)測，無需像傳統(tǒng)方法那樣采集大量水樣，極大地提高了監(jiān)測效率，同時還能避免采樣過程對水體造成干擾。實驗中搭配 18% 反射率灰布用于校準(zhǔn)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；大疆 350RTK 無人機(jī)憑借其穩(wěn)定的飛行性能，負(fù)責(zé)搭載相機(jī)完成監(jiān)測飛行任務(wù)。

三、實驗過程

1.規(guī)劃飛行航線：選取需要拍攝的河流區(qū)域。

2.測試過程：按照既定方案進(jìn)行飛行測試。

3.飛行參數(shù)：飛行高度為 120m，空間 4 合并，分辨率 480，光譜 4 合并，共 1200 通道。

4.飛行區(qū)域：面積約 2.5 平方公里。

5.飛行數(shù)據(jù)圖像展示。

通過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）：對監(jiān)測區(qū)域的河道分布進(jìn)行提取和展示。

四、數(shù)據(jù)分析

1.氨氮：氨氮指數(shù)是水質(zhì)監(jiān)測中的一個重要參數(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)的一個關(guān)鍵組成部分，同時也是水體富營養(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。

上游：

結(jié)論：上游濃度明顯高于下游。

2.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生產(chǎn)者的數(shù)量和活性，因此是評估水體富營養(yǎng)化程度、生產(chǎn)力和生態(tài)健康的關(guān)鍵參數(shù)。

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。

3.溶解氧：溶解氧指數(shù)是水質(zhì)監(jiān)測中的一個關(guān)鍵參數(shù)，它反映了水中溶解的氧氣量。溶解氧對于維持水生生態(tài)系統(tǒng)的健康至關(guān)重要，因為它直接關(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。

結(jié)論：下游區(qū)域溶解氧相對上游區(qū)域下降較大。

4.高猛酸：高錳酸鉀指數(shù)是一種水質(zhì)監(jiān)測指標(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。這個指標(biāo)通過測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)時消耗的高錳酸鉀量，進(jìn)而計算出相當(dāng)于消耗氧氣的量。

不同顏色代表數(shù)值含義，值越大濃度越高：

整體趨勢

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)值上升了一個量級

結(jié)論：下游與上游趨勢一致，下游的含量趨勢上升了一個量級。

5.總氮：總氮指數(shù)是水質(zhì)分析中的一個重要指標(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)的測定對于評估水體的營養(yǎng)狀態(tài)和潛在的富營養(yǎng)化風(fēng)險非常重要。

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。

6.總磷：總磷指數(shù)是水質(zhì)分析中的一個重要參數(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。

7.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、災(zāi)害評估和資源管理。其計算簡便且兼容性強(qiáng)，但需結(jié)合實地數(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：整體趨勢基本一致。

8.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單比值，提供了一種快速評估水體懸浮物濃度的工具。其優(yōu)勢在于計算簡便、對低濃度敏感。

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。