基于ArcGIS Server的农区水质遥感反演信息系统构建研究——以江苏溧水县为例

摘要

农区水体是影响我国农业生产的重要水资源之一。随着我国经济的高速增长，城市化进程突飞猛进，农业生产区域内各种污染加重，农业生产受到严重影响，农产品质量下降，最终导致人民健康受到危害。所以及时地了解农区水体受污染的情况，对于农区水体的治理以及农产品生产的安全性保障至关重要。农区水体存在着分布广泛、单个面积小、深度浅、流动性差等特点，这些特点使污染监测工作变得复杂。传统的污染监测需要经过采水样、测水质指标等步骤，容易受人力、物力、水文条件的限制。遥感技术作为这几年来发展起来的新技术，已经越来越多的被运用于环境监测中了。遥感技术具有实时、高效、持久、数据量大、观测范围广等优点，在农区水体的监测中可以发挥重要作用。所以，遥感监测已经成为农区水体污染监测和动态时空变化分析的重要技术方法。农区水体的遥感监测主要是通过在被污染水体具有独特的有别于清洁水体的光谱反射特征，在某个特定波长区间形成强烈的吸收或反射。农区水体污染监测的水质参数有多种，目前在遥感反演方程研究方面比较成熟的是叶绿素a、悬浮物和透明度。以一个水质参数的遥感反演方程为基础，通过WebGIS系统的建立可以实现反演监测在分布式计算机上的统一运行；另外，通过结合GIS环境监测的一般性功能，如水体分布图、监测采样点分布图的添加，使遥感监测变得更加直观简便；同时，对于日后其他地区不同环境的水体监测，只需要修改系统中的反演方程参数，有着较高的可移植性。
　　 本文探讨了监测区江苏省溧水县农区水体的特点，通过比较适用性后选定了中巴卫星作为反演遥感影像，并且设计了水质参数测定的采样路线，完成遥感反演水质参数的实验测定，得到了研究区的叶绿素a、悬浮物和透明度。通过对溧水农区水体水质参数与同一时期中巴资源卫星影像的灰度值特征之间相关度方程的探究，获得了每水质最佳的反演方程(选取R2最大值)：(1)叶绿素a最佳方程为y=-0.292x+8.908(R2=0.869)；(2)悬浮物最佳方程为：y=-0.236x3+0.464x2-0.446x+2.068(R2=0.857)；(3)透明度最佳方程为：y=-66.722x3+352.264x2-556.504x+325.807(R2=0.907)。其中叶绿素a的反演方程说明了只需要一次线性方程便可以很好的进行反演，而悬浮物与透明度方程在所研究的几类方程中显示的关系是R2随着方程次数增高而增大。这两点可以作为以后的进一步研究的基础。在取得遥感基础数据后选取ArcGIS Server为平台，建立了以溧水遥感反演方程为算法基础的农区水质遥感反演信息系统。
　　 本研究得出采用中巴资源卫星影像通过建立反演模型对江苏溧水县的农区水体污染管理是非常有效的，主要优势在于：⑴反演方程达到了比较高的精度，满足了计算机模型算法的可行性；⑵采用ArcGIS Server平台开发的系统，可以有效的管理水资源，并且实现了一平台多用途，给遥感反演结合了其他图层资源，达到可以综合分析的目的；⑶WebGIS系统的引入可以使得即使非GIS、遥感专业人员也可以利用GIS手段进行环境管理；⑷WebGIS的B/S模式，使得数据和软件的分离，解决了数据的保密性，便捷一般性用户的使用，用户从此不用在客户端安装庞大的系统。⑸系统的后台算法实现机理使得系统可以通过修改反演模型来适合其他区域的遥感监测反演，有较高的移植性。