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高光譜遙感監(jiān)測水華 水環(huán)境保護有新工具
2022年07月25日 09:22:09
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點擊量：4185
近日，中國科學院南京地理與湖泊研究所研究團隊研發(fā)了一款陸基高光譜遙感監(jiān)測儀及原位高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了藻類水華連續(xù)、精準、實時監(jiān)測。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】近日，中國科學院南京地理與湖泊研究所研究團隊研發(fā)了一款陸基高光譜遙感監(jiān)測儀及原位高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了藻類水華連續(xù)、精準、實時監(jiān)測。研究成果發(fā)表于Journal of Hazardous Materials雜志。
水華是發(fā)生在淡水中，由水體中氮磷含量過高導致藻類、 細菌或浮游生物突然性過度增殖的一種自然現(xiàn)象，同時也是一種二次污染。水華會導致水質下降發(fā)臭，威脅飲用水源安全，破壞水體生態(tài)平衡，還會產(chǎn)生藻類毒素影響人體健康。在污水排放和氣候變暖的影響下，各地湖泊、水庫等水體水華頻發(fā)。太湖藍藻暴發(fā)前幾年更是多次見諸報端，受到廣泛關注。
藍藻水華防控工作是水污染防控的重點內容。由于藍藻水華生消過程快，出現(xiàn)和消失呈現(xiàn)較大的時空差異，因此精準實時監(jiān)測是水華預測、預警和有效管控的關鍵。目前水華監(jiān)測主要有現(xiàn)場觀測、水下自動監(jiān)測和衛(wèi)星遙感反演三種方式。這三者各有缺陷，現(xiàn)場觀測費時費力，且做不到連續(xù)監(jiān)測；水下自動監(jiān)測探頭易受到水中物質侵蝕，且維護費用高昂；衛(wèi)星遙感的時間分辨率低且受大氣影響較大。為彌補現(xiàn)有方法的不足，研究團隊基于水色遙感原理，研發(fā)了一款陸基高光譜遙感監(jiān)測儀及原位高頻在線監(jiān)測系統(tǒng)。
該系統(tǒng)主要包括高光譜測量儀器、數(shù)據(jù)處理平臺和遠程訪問控制、顯示和存儲平臺等三部分。其運行原理為：高光譜測量儀測定的水體光譜反射率信號，通過嵌入AI芯片處理器(數(shù)據(jù)處理平臺)的反演算法，轉化為葉綠素a信息。光譜反射率和葉綠素a數(shù)據(jù)通過無線傳輸設備進行遠程訪問控制、顯示和存儲。
與現(xiàn)有的幾種監(jiān)測方法相比，該系統(tǒng)能夠低成本、環(huán)保的方式實時、連續(xù)地提供藻類水華的高頻數(shù)據(jù)；水體信號不受大氣影響，不需要校正；適用于中小型河流、湖泊的藻類水華動態(tài)監(jiān)測；嵌入的AI芯片支持算法快速替換和升級以及遠程控制和數(shù)據(jù)訪問。
在實地監(jiān)測中，太湖2021年8月發(fā)生的兩次藻類水華形成過程都被系統(tǒng)清晰捕捉。目前該系統(tǒng)已廣泛應用于廣東、四川、江蘇、浙江、北京等地的重要水體水質監(jiān)測中。據(jù)了解，該系統(tǒng)不僅能監(jiān)測水華的形成過程，還可以同時獲取水體透明度、懸浮物、總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、藻密度等多個水生態(tài)環(huán)境參數(shù)，可以為研究水華的發(fā)生與控制提供詳細數(shù)據(jù)。
(資料來源： 南京地理與湖泊研究所)
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