基本介紹
- 中文名：總懸浮固體
- 外文名：Total suspended solids
- 評價對象：二類水體
- 包括：泥沙、黏土、有機物等
- 檢測方法：影像數據、反演算法等
- 測定溫度：100℃
總懸浮固體,監測總固體懸浮物的方法,影像數據選擇,反演算法選擇,
總懸浮固體
近年來，隨著沿岸城市工業發展以及人類活動的增加，導致近岸海域的水質質量受到了明顯的影響，最近的觀測顯示，活性磷酸鹽、無機氮等污染因子的增多導致水質狀況降低，懸浮固體作為載體起到了重要作用。
海色遙感中，水體被簡單的分為兩類：一類水體和二類水體。一類水體主要指開闊的大洋水，二類水體為河口、近岸水體。兩類水體水質評價的主要參數有懸浮固體濃度、葉綠素含量以及黃色物質含量，其中葉綠素指數為一類水體的主要評價參數，懸浮固體濃度為二類水體的主要評價參數。懸浮固體表示的是懸浮在水體中的固體，一般指水樣用濾紙過濾，在100℃左右的溫度中對過濾後剩餘的物質進行乾燥，直至重量不發生變化，最終的恆定值即為得到的固體重量。近岸海水的懸浮固體大多由河流搬運入海，直接參與河口、海洋的物理過程，作為細粒泥沙、各種營養鹽和污染物的重要載體，對於海洋生物、海水水質以及區域海洋生態系統有著重要作用。從更大的角度來看，整個潮汐環境的生物物理演化很大程度上取決於懸浮物、有機質以及其他的懸浮的或是溶解的物質的運輸。分析懸浮固體的濃度的分布規律，既是河口地區港口建設與航道工程非常關注的熱點，也是了解海洋環境質量及污染物的遷移規律的重要指標。
系統屬性的變異特徵分析包括時間變異性和空間變異性，要素空間變異特徵是空間異質性的重要參數。空間異質性（，）作為生態學，特別是景觀生態學理論中的重要概念，一些學者將空間異質性理解為變數的某一屬性在空間上表現出的的複雜性（）以及變異性（）。其中，變數可能是生態學領域的很多因子，像作物類型、生物量、土壤含氮量等；複雜性與變異性的差別是：複雜性關係著變數因子定性的、類型的描述，因子的定量描述則是變異性所要達到的目標。空間異質性是生態系統中非生物變數和生物變數的主要屬性之一，同時也是出現空間格局的主要原因。空間異質性分析廣泛套用於土壤、景觀生態學等非勻質體的空間格局分析，近岸水體含有大量懸浮固體，無論在大尺度還是小尺度上觀察，水體懸浮固體濃度的空間異質性是存在的。
傳統中採用野外光學儀器獲得懸浮固體濃度的方法受到時間、範圍等限制，測量成本和難度都較大，同時採樣時差使對同一時間的空間格局分析無法實現。遙感技術憑藉其監測範圍廣、速度快、成本低以及便於長時間監測的優勢受到人們的重視。依靠遙感技術對懸浮固體濃度空間分布進行定量化研究，有助於促進對生態系統的健康評價。因此，如何提高二類水體懸浮固體遙感探測的精度，同時，實現懸浮固體濃度的空間分布和變異特徵的定量分析顯現了重要意義。
監測總固體懸浮物的方法
影像數據選擇
廣義的影像數據分為光學影像和雷達影像，光學數據又分為多光譜影像、多時相影像、高光譜影像等。國內外對懸浮固體的遙感研究大多利用光學影像，其中大多影像數據都被選作懸浮固體的反演數據。常見的多時相數據被廣泛的套用於不同時間尺度的懸浮固體空間分布分析上。是搭載於和衛星上的一個重要的感測器，其空間解析度最大可達到，一天可過境次，實時監測能力很強。王繁等人曾利用資料反演杭州灣表層懸浮物濃度並對其短期變異進行研究。數據屬於中等解析度影像，相比於數據解析度有很大的提高。
反演算法選擇
地物反射率會受到環境中的各種因素的影響，不同水域水質及其光學特性差異很大，通用模式和高精度模式沒有建立起來，眾多學者在不同的研究水域建立了多種模型。懸浮固體濃度的反演一般有經驗模型、分析模型和半分析模型，三種模型各有優缺點。
經驗模型是建立懸浮物濃度與遙感反射率或者歸一化輻射亮度之間的關係來反演懸浮物濃度，模型設計簡單，效果較好，但是帶有明顯的區域特徵和季節特點。隨著數學算法和計算機技術的發展，經驗模型又分為基於回歸分析的單敏感因子線性模型、指數模型以及多敏感因子組合模型，以及基於人工智慧的神經網路模型等。經驗模型因為模型簡單，容易實現的特點被廣泛套用在內陸湖泊、海洋等水體的水質要素反演。王林和趙冬至等人建立了中國渤海數據與懸浮物濃度的經驗模式，研究表明，影像懸浮物濃度具有穩健的線性關係。
分析模型是從物理角度來分析水色數據反演懸浮物濃度的本質，建立具適用性較強的遙感反演模型，如輻射傳輸模型，受到水質參數獲取較難、理論複雜等因素的影響，分析模型不能廣泛推廣。等人在大氣輻射校正模型（模型）的基礎上研究了威尼斯鹹水湖的懸浮物濃度反演。半分析模型是在分析模型的基礎上部分結合經驗關係建立的模型，因為其對兩者進行了結合，有廣泛的套用。
國外遙感技術的發展一直處於領先階段，包括感測器技術的提升以及信息處理技術的發展都領先於國內技術。在成功發射初期，一些學者就研究利用影像數據建立統計模型來定量獲取水體中所含懸浮泥沙的含量。隨後，有學者採用的解析度的遙感數據建立反演沿岸海域二類水體懸浮物濃度的經驗模型。利用遙感技術建立了很多懸浮物濃度反演模型，越來越多的學者力求能夠提出與實際濃度擬合精度更高的模型。學者們在懸浮固體的反演算法選擇上，大多結合研究區的懸浮固體濃度特點，選擇相關性較高的波段或者波段組合作為敏感因子。
遙感與地統計結合
傳統地統計的理論是利用野外測點的方式獲取不同點的實測值進行差值，從而獲取地物的空間分布格局，有著作業量大、耗時、人力物力成本大等缺點。遙感技術為地物觀測提供了海量的數據來源，同時，在數學算法基礎上，建立遙感數據的敏感因子與地物屬性值之間的關係，在保證一定模型反演精度的基礎上，得到多尺度的地物屬性值，為統計分析提供了更可靠的數據來源。
將遙感與統計學相結合，對地物進行不同尺度的變異特徵分析，國內外學者都做了相關的研究。由於地統計學屬於地學領域的範疇，利用將二者結合的方法首先集中在土壤覆蓋、植被等領域。世紀，一些學者採用數據和地統計的方法對北京及周邊地區進行土地利用覆蓋變化的空間格局的變化特徵研究，分析合理的遙感影像數據源的選取問題。結果表明，選取合適的遙感影像數據源，採用地統計分析方法能夠很好的分析土地利用覆蓋變化的空間變異特徵。等基於影像，採用回歸分析和插值方法，對墨西哥灣中部的地表制炭木本植物進行空間異質性分析。多尺度的遙感數據源為統計分析提供了大量可靠數據源，對地物的空間格局定量分析具有非常廣泛的意義。
