• Journal of Geo-information Science
  • Vol. 22, Issue 10, 1922 (2020)
Qiao WANG1, Shaohua ZHAO1、*, Hong'e FENG1、2, Yu WANG1, Zhijie BAI1, Bin MENG1, and Hui CHEN1
Author Affiliations
  • 1State Environmental Protection Key Lab of Satellite Remote Sensing, Ministry of Ecology and Environment Center for Satellite Application on Ecology and Environment, Beijing 100094, China
  • 2Hebei provincial institute of hydrology and engineering geology, Shijiazhuang 050000, China
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    DOI: 10.12082/dqxxkx.2020.190488 Cite this Article
    Qiao WANG, Shaohua ZHAO, Hong'e FENG, Yu WANG, Zhijie BAI, Bin MENG, Hui CHEN. Construction of Technical System for National Urban Ecological Environment Comprehensive Monitoring[J]. Journal of Geo-information Science, 2020, 22(10): 1922 Copy Citation Text show less
    Frame of technology system for urban ecological environment comprehensive monitoring
    Fig. 1. Frame of technology system for urban ecological environment comprehensive monitoring
    The PM2.5 map of Beijing-Tianjin-Hebei and surrounding areas by MODIS data on Dec, 2017
    Fig. 2. The PM2.5 map of Beijing-Tianjin-Hebei and surrounding areas by MODIS data on Dec, 2017
    The governance effect map of urban black and odorous water by GF-1 data in Nanjing, 2018
    Fig. 3. The governance effect map of urban black and odorous water by GF-1 data in Nanjing, 2018
    The map of urban island effect by Landsat-8 data in Beijing, 2018
    Fig. 4. The map of urban island effect by Landsat-8 data in Beijing, 2018
    Application scheme structure of urban ecological environment comprehensive monitoring
    Fig. 5. Application scheme structure of urban ecological environment comprehensive monitoring
    序号类别监测内容/专题产品指标名称指标定义计算方法数据源备注说明/现有基础
    1城镇污染气体高分遥感协同监测灰霾范围、强度灰霾范围及强度大量干尘颗粒积聚在大气中,造成能见度小于10 km的普遍空气浑浊现象反演霾光学厚度后进行分级MODIS、Himawari-8、HJ-1、GF-4等遥感监测相对成熟,精度约70%[22]
    2气溶胶光学厚度气溶胶光学厚度介质的消光系数在垂直方向上的积分暗像元法;结构函数法;高反差地表法MODIS、Himawari-8、HJ-1、GF-1/4/5/6等遥感监测较成熟,精度约80%~85%[6,23]
    3PM2.5PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5 μm的颗粒物利用AOD和线性混合效应模型反演MODIS、HJ-1、GF-1/4/5/6等遥感监测相对成熟,精度约70%~80%[24,25],待提高
    4PM10PM10指粒径在10 μm以下的颗粒物利用AOD和线性混合效应模型反演遥感监测较成熟,精度约80%[26]
    5SO2柱浓度SO2柱浓度从地面到高空垂直柱中SO2气体分子的总个数差分吸收光谱法、波段残差法OMI、AIRS、GOME、Sentinel-4/5P、 GF-5等遥感监测技术可行,但含量低、难监测,精度约60%~70%[27]
    6NO2柱浓度NO2柱浓度从地面到高空垂直柱中NO2气体分子的总个数差分吸收光谱法遥感监测较成熟,精度约80%[28]
    7O3对流层柱浓度O3对流层柱浓度从地面到高空垂直柱中O3气体分子的总个数。差分吸收光谱法遥感监测较成熟,精度约95%[28]
    8甲醛柱浓度甲醛柱浓度从地面到高空垂直柱中甲醛气体分子的总个数差分吸收光谱法遥感监测开展晚、精度低,约60%~75%[29]
    9污染物传输通道污染物传输通道指某个区域中进行大气污染物传输的多个城市模式模拟等污染物、大气廓线、地形数据等非遥感获取
    10城市风道水平风速单位时间内空气在水平方向上所移动的距离风速计风场、地形数据等非遥感获取
    11城市通风系数大气对污染物稀释扩散能力的污染气体参数大气混合层高度乘以混合层内的平均风速
    12城市通风潜力由地表植被和建筑覆盖及周边开放区域程度而确定的空气流通能力由天空开阔度和粗糙度长度获得
    13粗糙度边界层大气中,近地层风速向下递减到零时的高度拟合风廓线法,利用中性大气条件下实测的风速廓线推算
    14城镇水体水质高分遥感协同监测城镇黑臭水体空间分布城镇黑臭水体分布指城镇黑臭水体在空间上的分布规律单波段阈值法、差值法、比值法GF-1/2/6、ZY-3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等遥感监测相对成熟,精度约70%,待提高[30]
    15城镇黑臭水体相关参数黑臭水体色度对黑臭水体进行颜色定量测定的指标,反映黑臭水体的色调和饱和度半经验模型、色度指标遥感反演遥感监测技术可行,精度约60%~70%,待提高[31,32]
    16有色可溶性有机物广泛分布于水体中的一种溶解有机物半经验模型、遥感指标反演
    17城镇黑臭水体分类分级黑臭水体污染等级指城镇黑臭水体污染程度的等级划分黑臭水体识别与分级模型遥感监测相对成熟
    18饮用水源地水域消落带分布饮用水源地水域消落带面积饮用水源地水域与陆地环境系统的过渡地带的面积面向对象的水体信息提取GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等遥感监测相对成熟,精度约75%,待提高[33]
    19饮用水源地水体叶绿素a浓度饮用水源地水体叶绿素a浓度饮用水源地水体藻类细胞内的主要光合色素在总量中所占的分量波段组合法、半分析模型法等
    20饮用水源地水体悬浮物浓度饮用水源地水体悬浮物浓度饮用水源地水体颗粒直径约在10 nm~0.1 μm之间的微粒在总量中所占的分量波段组合法、半分析模型法等
    21城镇水体水质高分遥感协同监测饮用水源地水体透明度饮用水源地水体透明度饮用水源地水体透光的程度半经验算法GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等遥感监测相对成熟,精度约75%,待提高[33]
    22饮用水源地水体化学需氧量饮用水源地水体化学需氧量饮用水源地水体水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量单波段模型、波段比值模型等半经验算法
    23饮用水源地水体总磷浓度饮用水源地水体总磷浓度饮用水源地水体水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果在总量中所占的分量。半经验算法(单波段模型、波段比值模型)、间接反演遥感监测技术可行,精度约70%,待提高[34]
    24饮用水源地环境风险源空间分布饮用水水源地保护区土地覆盖类型饮用水水源地保护区土地覆盖的类别支持向量机SVM法、矩阵法遥感监测较成熟,精度约80%~90%[35]
    25饮用水水源地保护区环境风险级别饮用水水源地保护区环境风险等级模糊数学法、层次分析法遥感监测相对成熟
    26城镇生态资源高分遥感协同监测重点生态功能区水源涵养功能重点生态功能区水源涵养量生态系统通过其特有的结构与水相互作用,对降水进行截留、渗透、蓄积,并通过蒸散发实现对水流、水循环的调控水量平衡法、综合蓄水能力法、降水贮存量法MODIS、HJ-1、GF-1/4/6等需结合地面观测数据,精度约80%[36]
    27重点生态功能区水土保持功能陆地生态系统水土保持量生态系统在极度退化状况下的水土流失量与现实状况下水土流失量的差值差值法遥感监测可行,需结合地面观测数据
    28水土保持服务功能保有率土壤保持量与生态系统在极度退化状况下的水土流失量的比值比值法
    29植被覆盖度植被覆盖度指植被面积占土地总面积之比归一化植被指数法NDVI遥感监测较成熟,精度约85%[37]
    30水体面积水体面积以水体与陆地的交界线为边界,由水体表面构成的多边形的面积,构成水体面积归一化水体指数法NDWI
    31城镇绿地信息绿地覆盖率指城镇地表的绿化程度信息归一化植被指数法NDVIGF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等遥感监测较成熟,精度约85%[38]
    32人均绿地面积
    33城镇公园服务水平公共设施服务水平指城镇公园中的公共设施以及公园绿地为市民所提供的综合服务水平定性与定量相结合
    34公园绿地服务水平
    35城镇森林资源类型城镇森林资源类型指城镇森林中树木的种类深度学习分类GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5、LiDAR等遥感监测较成熟,精度约85%[39,40]
    36城镇森林资源净初级生产力城镇森林资源净初级生产力指森林光合作用所产生的净有机质总量Miami模型;BEPS模型;GLO-PEM模型
    37潜在污染场地裸露土壤污染潜在污染场地裸露土壤污染物浓度潜在污染场地中人为活动产生的污染物进入土壤并积累到一定程度,引起土壤质量恶化,并进而造成农作物中某些指标超过国家标准的现象遥感光谱回归建模等GF-1/2/5/6、ZY-3、HJ-1、Landsat、Sentinel-2/3、World View、QuickBird、PLANET、SPOT-5等遥感监测技术可行,但起步较晚,精度约70%,待提高[41]
    38土壤污染敏感受体土壤污染敏感受体数量易受污染而使土壤质量恶化的受体数量面向对象的分类并结合风险分级评价
    39城市地表温度城市地表温度指城市地面的温度单窗或分裂窗算法等MODIS、Landsat、ASTER、GF-5等遥感监测较成熟,精度约1~2 K,待提高[42]
    40城市热岛效应热岛效应的强度指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素,造成城市“高温化”均值-标准差划分法、温度归一化分级法、温度差值分级法等遥感监测较成熟
    Table 1. Frame of indices system for urban ecological environment comprehensive monitoring
    序号类别标准规范名称主要内容
    1城镇污染气体高分遥感与地面观测协同监测标准规范气溶胶高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分一号等卫星数据的气溶胶遥感与地面协同监测的内容、指标、方法、技术流程等
    2颗粒物质量浓度(PM2.5)高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分一号等卫星数据的颗粒物(PM2.5)遥感与地面协同监测的指标、方法以及技术流程等相关内容
    3颗粒物质量浓度(PM10)高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分一号卫星数据的颗粒物(PM10)高分遥感与地面协同监测的指标、方法以及技术流程等相关内容
    4灰霾范围高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分一号等卫星数据的灰霾范围遥感监测的内容、指标、方法、技术流程等
    5灰霾强度高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分一号等卫星数据的灰霾强度遥感监测的内容、指标、方法、技术流程等
    6NO2对流层垂直柱浓度高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分五号等卫星数据的对流层大气NO2高分卫星遥感的内容、指标、方法、技术流程等
    7SO2垂直柱浓度高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分五号等卫星数据的对流层大气SO2高分卫星遥感的内容、指标、方法、技术流程等
    8HCHO垂直柱浓度高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分五号等卫星数据的对流层大气HCHO高分卫星遥感的内容、指标、方法、技术流程等
    9O3对流层垂直柱浓度高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了基于高分五号数据和SuomiNPP等卫星数据的对流层O3柱浓度高分卫星遥感的内容、指标、方法、技术流程等
    10近地面NO2质量浓度高分遥感与地面观测协同监测标准规范规定了近地面NO2质量浓度高分遥感与地面观测协同监测项目的指标、方法以及技术流程等相关内容
    11NO2垂直廓线地基与地面观测协同监测标准规范规定了大气污染物NO2垂直廓线地基与地面观测协同监测的术语和定义、原理、流程、方法、产品制作和质量控制
    12HCHO垂直柱浓度地基与地面观测协同监测标准规范规定了大气污染物HCHO柱浓度地基与地面观测协同监测的术语和定义、原理、流程、方法、产品制作和质量控制
    13O3垂直廓线地基与地面观测协同监测标准规范规范了环境空气臭氧激光雷达连续监测系统的术语和定义、系统组成和原理、日常运行维护要求、质量保证和质量控制方法、数据有效性判别方法
    14城镇水体水质高分遥感与地面观测协同监测标准规范城镇水体水质遥感影像数据源及影像预处理技术规范规定了基于高分一号等卫星数据进行城镇河网黑臭水体遥感监测、饮用水水源地水质遥感监测和饮用水源地风险源遥感提取与变化检测时的影像数据预处理工作的内容、指标、方法和技术流程等
    15城镇水体水质高分遥感地基观测技术规范规定了城镇黑臭水体、饮用水水源地水质、饮用水水源地风险源高分遥感地基实验观测内容、指标、方法和技术流程等
    16黑臭水体高分遥感监测标准规范规定了基于高分一号等卫星数据对城镇黑臭水体进行遥感监测的内容、指标、方法和技术流程等
    17饮用水水源地水质高分遥感监测技术标准规范规定了基于高分一号等卫星数据对饮用水水源地水质进行遥感监测的内容、指标、方法和技术流程等
    18饮用水水源地风险源高分遥感监测技术标准规范规定了基于高分一号等卫星数据对饮用水水源地风险源进行遥感监测与评价的内容、指标、方法和技术流程等
    19城镇水体水质综合监测业务运行标准规范规定了城镇黑臭水体、饮用水源地风险源等水体水质遥感监测业务运行的数据输入、产品输出等业务运行流程
    20城镇水体水质高分遥感监测产品示范生产标准规范规定了城镇黑臭水体、饮用水源地风险源等水体水质遥感监测的产品生产、质量控制等内容
    21城镇水体水质高分遥感监测产品真实性检验标准规范规定了城镇黑臭水体、饮用水源地风险源等水体水质高分遥感与地面观测协同的应用示范结果的真实性检验的内容、方法、流程等内容
    22城镇生态资源高分遥感与地面观测协同监测标准规范城市地表温度高分遥感与地面观测协同监测规定了利用高分五号等卫星数据对城镇地表温度高分遥感与地面协同监测的技术内容、程序和方法
    23城镇园林绿地高分遥感与地面观测协同监测规定了利用高分一号等卫星数据对城镇园林绿地高分遥感与地面协同监测的技术内容、程序和方法
    24城镇森林资源高分遥感与地面观测协同监测规定了利用高分一号等卫星数据对城镇森林资源高分遥感与地面协同监测的技术内容、程序和方法
    25城镇污染场地土壤污染高分遥感与地面观测协同监测规定了利用高分一号等卫星数据对城镇污染场地土壤污染高分遥感与地面协同监测的技术内容、程序和方法
    26重点生态功能区生态功能高分遥感与地面观测协同监测规定了利用高分一号等卫星数据对重点生态功能区生态功能高分遥感与地面协同监测的技术内容、程序和方法
    27乡镇固体废弃物监测产品真实性检验技术规定了利用高分一号等卫星数据对乡镇固体废弃物监测产品真实性检验的技术内容、程序和方法
    Table 2. Frame of standard system for urban ecological environment comprehensive monitoring
    Qiao WANG, Shaohua ZHAO, Hong'e FENG, Yu WANG, Zhijie BAI, Bin MENG, Hui CHEN. Construction of Technical System for National Urban Ecological Environment Comprehensive Monitoring[J]. Journal of Geo-information Science, 2020, 22(10): 1922
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