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基于西光壹号05星（天仙配号）的洪泽湖水质监测
背景介绍
在高光谱遥感技术支持下的湖泊湿地监测中，悬浮泥沙（Total Suspended Matter, TSM）作为评价水质透明度与湖泊淤积程度的关键指标，洪泽湖作为过水性湖泊，其水域面积随水位波动大，平均水深仅为 1.5 m，复杂的泥沙来源与水生植被分布构成了独特的光谱环境。
高光谱遥感监测悬浮泥沙的物理基础在于悬浮颗粒物对入射光线的强烈散射作用。随着水体中悬浮泥沙浓度的增加，反射光谱曲线会在可见光至近红外波段发生显著变化，尤其是在 600 nm 至 800 nm 范围内，反射率随浓度的升高而大幅提升。与常规多光谱影像相比，高光谱影像通过连续的纳米级波段（捕捉这些细微的光谱特征，能够有效区分泥沙散射、藻类吸收及底质反射的贡献。
方法和原理
该案例中使用2025年7月14日西光壹号05星（天仙配号）拍摄的高光谱影像，开展了悬浮物泥沙监测，并根据提取结果对不同方法进行对比分析。
表1. 数据介绍
该案例中，指数计算使用经过大气校正的L2C级反射率数据，具体操作流程如下：
1. 数据预处理
（1）辐射定标：对原始DN值数据，使用辐提供的射定标系数进行辐射校正，得到表观辐亮度数据，可以使用ENVI中的Radiometric Calibration工具进行。
（2）大气校正：使用基于6S或MODTRAN模型的大气校正工具进行大气校正，得到地表反射率数据，例如ENVI中的FLAASH大气校正工具。
（3）光谱平滑：在ENVI中对地表反射率数据使用Savitzky-Golay（SG）算法进行平滑，光谱降噪的同时提高后续分类的可靠性，使用ENVI中的App Store拓展工具Savitzky-Golay Filter或自带的THOR Spectral Smoothing工具均可，使用Savitzky-Golay Filter时，参数设置如下：
（4）影像配准（可选）：对处理完成的数据依据底图进行地理配准，配准可以在ENVI中也可以在qgis、arcgis中进行，参考地图推荐使用谷歌影像。、
2. 归一化差异水体指数法（NDWI）
水体范围的提取采用光谱指数法。具体是基于FLAASH处理后的地表反射率图像进行归一化水体指数 NDWI （Normalized Difference Water Index） 计算，然后基于NDWI图像的直方图，设定阈值完成水体提取。计算公式如下：
3. 归一化差值悬浮泥沙指数（NDSSI）
归一化差值悬浮泥沙指数（NDSSI）的构建原理在于充分利用蓝光波段对水体的穿透能力以及近红外波段对水体强烈吸收的特性。由于纯净水体在近红外波段几乎吸收全部入射能量，而悬浮颗粒物在该波段具有显著的散射特征，因此通过蓝光与近红外波段的归一化差值运算，可以有效增强悬浮物与水体背景的对比度
4. 波段比值法（TSM Ratio）
波段比值法（TSM Ratio）则通过不同光谱通道间的非线性组合来消除环境背景噪声并突出目标特征。该方法的物理基础是随着悬浮物浓度的升高，水体的反射光谱峰值会发生显著的“红移”现象。在实际应用中，常采用红光波段与绿光波段的比值（Red/Green）作为敏感指标，这是因为红光波段（如 665 nm 附近）对中低浓度悬浮颗粒的背向散射极为敏感，而绿光波段（如 560 nm 附近）则受叶绿素等色素影响较小。这种比值运算在数学上具有简单、高效的特点，能够部分消除传感器视角和地形阴影引起的辐射误差，是洪泽湖等复杂水色湖泊进行水质监测的常用手段。
结果分析
图1. 真彩色合成影像 西光壹号05星（天仙配号） 20250714
图2. NDSSI结果分布图 西光壹号05星（天仙配号） 20250714
图3. TSM Ratio结果分布图 西光壹号05星（天仙配号 20250714
根据 NDSSI 与 TSM Ratio 的计算结果，洪泽湖水体悬浮泥沙展现出高度一致的空间分布格局，即呈现出“西北高、湖心及东南部低”的特征。高值区显著聚集于西北部岸线，这直观地反映了入湖径流携带大量泥沙进入湖泊后的初始堆积状态，且夏季降水集中，洪泽湖流域属季风气候，地表径流量大，河流侵蚀和搬运泥沙的能力增强，导致入湖泥沙量显著增加，而洪泽湖地势低洼，为典型的“悬湖”，湖底高于周边地面，入湖河流（如淮河）进入湖区后地势骤降，流速减缓，搬运能力下降，泥沙大量沉积。相比之下，湖泊中心开阔水域及东南部深水区在两张图中均处于低值区间，说明这些区域受陆源输入影响较小，水体透明度相对较高。
综合来看，这两种方法不仅印证了淮河作为洪泽湖主要泥沙来源的地理事实，也为后续剥离挺水植被干扰、精准监测湿地演变提供了科学的定量依据。