تقييم الطحالب بلوم و تركيز الكلوروفيل في البحيرات

رصد الطحالب بلوم و الكلوروفيل أ ( chl-a ) في البحيرات .اتخام المياه بالمغذيات ، وحماية مصادر مياه الشرب ، وتقييم صحة النظام الإيكولوجيالمهم .الطحالب الخضراء المزرقة تنتج السموم الضارة عندما تتكاثر على نطاق واسع ، مما يشكل خطرا على إمدادات المياه الصالحة للشرب والحياة المائية .وهكذا ، كماالكلوروفيل أ في الطحالب الكتلة الحيوية مؤشر بديلدقة الرصد المكاني المستمر هو مفتاح الإدارة البيئية ونوعية المياه النمذجة .التقليدية في الموقع طريقة المعاينة يمكن أن توفر بيانات دقيقة من نقطة قياس ، ولكن تغطية الفضاء هو متفرق و القوى العاملة المستهلكة .وعلى النقيض من ذلك ،تكنولوجيا الاستشعار عن بعد يمكن أن تنفذ على نطاق واسع ، قابلة للتكرار وقابلة للتطوير التقييممنتدىفي جميع أنواع تكنولوجيا الاستشعار عن بعد ،التصوير الطيفي يمكن أن توفر أكثر تفصيلا من المعلومات الطيفية ، حتى في المياه الداخلية مع الخصائص البصرية المعقدة ، يمكن أن تكون موثوقة تميز الطحالب الصباغ وتقدير تركيز الكلوروفيل .

التصوير الطيفي ( هسي ) يمكن استخدامها لتقييم نوعية المياه من المعلمات .عبر الزمان والمكانالطيفية توصيف .

بن .نصالتركيز علىنظام التصوير فوق الأرض，هذا النظام يمكن رصد البحيرات والخزانات مع دقة عالية ، والمرونة والكفاءة الاقتصادية .عن طريقمنصة ثابتة أو متحركة بالقرب من سطح الماء( على سبيل المثال ، رصيف ، برج المراقبة ، أو السفينة )سد الفجوة بين القياسات في الموقع والملاحظات الجوية / الساتليةمنتدى

مبدأ التصوير والاستشعار عن بعد

فوق أجهزة الاستشعار المتاحة400-1000 نانومترمن الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء القريبةمئات من نطاقات طيفية ضيقة مستمرة ( عادة ما تكون عرض النطاق الترددي 2-10 نانومتر )البيانات الانعكاسهذا القرار غرامة الطيفيةدقة تحديد خصائص امتصاص وتشتت الصباغ ، علقت المسألة العضوية الذائبةمنتدى

طيف الانعكاس الصاعد من الماء في بحيرة المياه هي إشارة معقدة تتأثر بعوامل كثيرة ، بما في ذلك :

ل امتصاص الكلوروفيل أ و مساعدة أصباغ ( مثل phycocyanin الكاروتينات )

ل ارتداد مبعثر من الرواسب العالقة والعوالق النباتية

ل امتصاص المواد العضوية الذائبة ( cdom الملونة )

ل مضان الكلوروفيل الانبعاثات بالقرب من 681 نانومتر

نظام أرضي قادر على اتخاذ جينسبة الإشارة إلى الضوضاء العالية ( الأب )تحليل هذه الخصائص الجميلة الحجم يجعلها مثالية معايرة والتحقق من الدراسة .

مزايا التصوير فوق الأرض

ل يمكن مراقبة الهندسة

نظام أرضي ( التي شنت على رصيف أو سفينة أو ترايبود ) يمكن أنزاوية الرؤية والإضاءة زاويةإجراء مراقبة دقيقة ،ماكسحدالحد من انعكاس المرآة و تأثير حيمنتدى

ل ارتفاع القرار المكانية

يمكن التقاطمقياس سنتيمتر إلى مترأو التدرج من الطحالب المحلية بلوم .

تكرار جمع ( دقيقة إلى ساعة )يمكن تحليل السلاسل الزمنية تطور الطحالب بلوم .

ل محاذاة مباشرة مع القياسات في الموقع

يمكن بسهولة أن تكون جنبا إلى جنب مع عينات المياه ( الكلوروفيل أ phycocyanin مجموع تعليق الصلبة ( TSM ) ، لون المواد العضوية الذائبة ( cdom ) .

خوارزمية التحقق من الأقمار الصناعية أو الطائرات بدون طيار .

ل فعالية التكلفة وسهولة الوصول

تجنب تكاليف الطائرات ، والخدمات اللوجستية الطيران والفضاء الجوي الترخيص .

مناسبة لأنّ مستمرّة أو شبه دائمة [ جيو ] محطة رصد .

ل المرونة في التكوين الطيفي

مطياف المحمولة أو التصويريمكن تعديلها إلى مرئية أو مرئية بالقرب من الأشعة تحت الحمراء ( VNIR ) الفرقة حسب الهدف الصباغ .

تكوين نظام التصوير فوق الأرض

² مكونات نموذجية

ل فوق الكاميرا ( دفع اكتساح نوع )

ل تثبيت منصة ( ترايبود ، ترايبود أو عالمية مشتركة )

ل معايرة الملحقات ( spectralon لوحة ، مصباح إشارة الإشعاع المعايرة )

ل الكمبيوتر للحصول على البيانات مع نظام تحديد المواقع / الوقت مارك

ل اختياري الهابطة الإشعاع الاستشعار ( حساب الانعكاس )

² خيارات التثبيت

ل موقع ثابت : مثبتة على الرصيف ، برج المراقبة ، أو جسر ، تكرار المسح

ل منصة متنقلة : على متن سفينة أو طوف ، مسح قسم من البحيرة

ل مسح الإعداد : مسح أجزاء من البحيرة أفقيا لتوليد فسيفساء فوق

الخصائص الطيفية الرئيسية للكشف عن الطحالب و الكلوروفيل

تفوق التصوير الطيفي في المياه الداخلية

ل تعزيز القدرة على تحديد الصباغ

تحليل البيانات الفائقة الطيفيةخصائص امتصاص الضيقة( على سبيل المثال ، 620 نانومتر ذروة امتصاص phycocyanin )，وبالتالي فإن التمييز بين الطحالب الخضراء المزرقة و يتحقق .

ل تحسين دقة كمية الكلوروفيل

الفرقة الضيقةفهرسالقبض على حافة التحول الأحمر خفيةالكلوروفيل تقدير يمكن أن تتحقق في كل من المياه eutrophic والمغذيات الفقيرة في الجسم .

ل تصميم خوارزمية المرونة

يمكن للمستخدم ضبط تركيبة الفرقة المخصصة ، أو تطبيق نموذج شبه تحليلي ،لا تقتصر على نطاقات متعددة الأطياف الثابتةمنتدى

ل transsensor التنقل آلة التعلم والتدريب

مجموعة البيانات الفائقة الطيفية يدعم تطوير آلة التعلم نماذج مثل كلمة الغابات ( RF ) ، جي نهاية التدرج رفع ( XGB ) و الإلتواء الشبكة العصبية ( سي ان ان ) .يمكن تعميمها بين مختلف البحيرات والمواسممنتدى

ل تطلعي

البعثات الساتلية الجديدة ( بريزما ، ديزيس ، enmap ، تشيمي ) و أجهزة الاستشعار المحمولة جوااستمرارية البيانات والتغطية العالميةمنتدى

مثال على التنفيذ الميداني

ويمكن أن يشمل النشر الفعلي الروابط التالية :

ل Clydehsi vnir-s الكاميرا ( نطاق الترددات 400-1000 نانومتر ، القرار الطيفية 5 نانومتر )تحميلمارينا تطل على البحيرة

ل التصوير الدوري كل 30 دقيقة خلال النهار

ل تم جمع عينات المياه في وقت واحد لتحديد الكلوروفيل أ ( chl-a ) ، phycocyanin ( الكمبيوتر ) و مجموع المواد الصلبة العالقة ( TSM ) .

ل معايرة باستخدام لوحة الانعكاس الطيفي 99%

ل وتم تجهيز البيانات لرسم خريطة لتوزيع الكلوروفيل أ في المناطق القريبة من الشاطئ ، مع قرار يناهز 10 سنتيمترات .

هذا النوع من النظام يمكن الكشف عن الطحالب بلوم في وقت مبكر ، وتتبع التغيرات اليومية من الصباغ ، وتوفير بيانات حقيقية عن الأقمار الصناعية خوارزمية التحقق .

تدفق البيانات الفائقة الطيفية

ل جمع البيانات

الحصول على الصور الفائقة الطيفية ( مثل بريزما ، ديزيس ، enmap الأقمار الصناعية أو الصور الجوية )

ضمان تزامن وقت أخذ العينات مع مجال أخذ العينات وقت المعايرة

ل المعالجة

المعايرة الإشعاعية والغلاف الجوي التصحيح تتم اشتقاق الانعكاس من الماء

تنفيذ التوهج والقرب من آثار التصحيح ( ضروري البحيرات الصغيرة )

ل التحليل الطيفي

استخراج المياه بكسل الطيف باستخدام قناع أو shapefile بالارقام

حساب المؤشر الطيفي ( على سبيل المثال ، NDCI ، وزارة التجارة والصناعة ، phycocyanin ( الكمبيوتر ) نسبة )

خطوة اختيارية : إجراء تحليل المشتقة أو إزالة مستمرة لتعزيز الخصائص الطيفية

ل تطبيق الخوارزمية

باستخدام النموذج التجريبي الأمثل أو آلة التعلم نموذج الانحدار

الشكل 1 توزيع تركيز الكلوروفيل و / أو phycocyanin

ل التحقق والمعايرة

تركيز الكلوروفيل أ استرجاعها بواسطة السواتل بالمقارنة مع البيانات في الموقع

دقة التقييم باستخدام جذر متوسط مربع الخطأ ( RMSE ) ، الانحراف و معامل التحديد ( ص )

ل إخراج

الخريطة المرجعية الجغرافية الكلوروفيل أ و phycocyanin ( الكمبيوتر ) التركيزتحديد المنطقة و الوقت تغير الطحالب ، وتوفير الدعم الإداري

تطبيق البيانات الفائقة الطيفية في تقدير الكلوروفيل في البحيرات

1 . استخراج الانعكاس الطيفي من فوق الصورة في منطقة البحيرة

2 - حساب تطبيع الكلوروفيل مؤشر ( ndci ) أو ثلاثة الفرقة حافة حمراء مؤشر لكل بكسل .

3 - تحويل قيمة المؤشر إلى تركيز الكلوروفيل أ باستخدام معامل الانحدار على أساس البيانات الميدانية .

4 - تصور التوزيع المكاني لتحديد كثافة الطحالب في المنطقة .

هذه العملية يمكن أن ندرك في الوقت الحقيقي رصد ديناميات الطحالب بلوم ، ويمكن أن تكون مفيدة لدمج مع نموذج هيدرودينامي أو نوعية المياه نموذج .

اختياري : فوق نظام التصوير على أساس الطائرات بدون طيار

إذا لزم الأمرتغطي مساحة أكبر من البحيراتالطائرات بدون طيار ( الطائرات بدون طيار ) فوق النظام يمكن أن توفرحلول وسيطة مرنة

حديث خفيف الوزن أو دفع تجتاح لقطة الكاميرات التي شنت على الطائرات بدون طيار ( على سبيل المثال ، headwall نانو hyperspec ،

Cubert UHD ) قادرة على :

ل الحصول علىسم القرارالبيانات الطيفية

ل فيفي غضون دقائقتغطي كامل سطح البحيرة

ل دعم نظام المؤسسةنفس عملية المعايرة والمعالجة

ومع ذلك ، فإن الطائرات بدون طيار تحتاج إلى الحصول على إذن من المجال الجوي ، وضمان استقرار الإضاءة ، وإجراء المعايرة الإشعاعية الدقيقة لضمان النتائج .الكمية .

التصوير فوق الأرض يوفر قوية ومرنة واقتصادية طريقة فعالة لرصد نوعية المياه في البحيرات . التصوير الطيفي يوفر وسيلة لرصد ديناميات الطحالب و الكلوروفيل في البحيرات .كمية المعلومات الطيفية وفيرة وقابلة للتطويرالحل . بيانات النطاق الضيقيمكن التقاط خصائص امتصاص وتشتت صبغات رئيسية مفقودة في نظام متعدد الأطيافوهكذا ، فإن الكتلة الحيوية من الطحالب و نشاط الطحالب الزرقاء يمكن الكشف عنها بدقة .

وتشمل المزايا الرئيسية :

ل دقة عالية في الوقت والمكان

ل يمكن التحقق مباشرة من نموذج البصرية البيولوجية وآلة نموذج التعلم

ل تنطبق على المدى الطويل أو النشر الآلي

ل يمكن أن تكون متكاملة مع الطائرات بدون طيار و أنظمة الأقمار الصناعية .

من خلال التركيز على أساس الملاحظات فوق الأرض ، والباحثين والمديرين قادرون على بناءالرصد المستمر والكمي الصباغقياس الإطارمن أجل توفير الدعم من أجل الإنذار المبكر نظام الطحالب الضارة ، وتوفير أساس موثوق المعايرة على نطاق أوسع شبكة الاستشعار عن بعد .