背景介紹

每年夏秋，是藻類最“活躍"的季節。高溫、多雨、富營養化等多重因素交織，讓水華風險悄然升高。

然而，傳統點位采樣依然面臨——

? 點位少、覆蓋窄

? 更新慢、滯后強

? 人工成本高

? “問題水域"發現往往為時已晚

對于重點水源保護區水庫來說，這些問題尤為突出。水庫水華風險的防控，既是一場關乎生態安全的 “攻堅戰"，也是一場考驗治理智慧的 “持久戰"。

為解決這些問題，一套由無人機高光譜 + 無人船原位測量 + 機器學習建模驅動的新型智慧水環境監測方案，在這里試點。

飛行覆蓋1.05km2僅用40分鐘，分辨率20cm，精準生成多參數水質底圖；

反演精度R2高達0.95；

監測成本相較人工方式降低30%–50%。

聚焦重點水源保護區水庫，一場融合監測預警、精準管控的 “智慧治水" 變革正加速落地。

方案總覽

圖：多參數可視化圖，一鍵生成預警報告

?多參數可視化呈現：

可精準輸出葉綠素、藍綠藻、濁度、電導率、溫度等關鍵水質參數的空間分布圖，直觀展現全域水質指標差異；

?高風險精準識別：

能快速定位水質高風險預警區，幫助工作人員實時掌握各區域水質參數動態變化，避免信息滯后；

?水華防控前置：

基于參數變化規律實現水華發生的提前預測，為制定防范措施、降低生態風險提供科學依據，形成 “監測-預警-防控" 的完整閉環。

算：機器學習建模，智能“水質大腦"

基于自研高光譜處理平臺 MegaCube V2.19.0，可完成：

?航帶裁剪與幾何校正

?輻射定標與反射率計算

?原位數據質控與配準

多算法對比選型：

采用隨機森林（RF）、支持向量回歸（SVR）、嶺回歸（Ridge）等多種算法對比，構件優質的回歸模型。

強驗證保障泛化：

通過五折交叉驗證+超參數調優，確保模型泛化能力強。

高精度性能驗證：

最終反演模型R2達0.706-0.952，RMSE低至0.047-1.153，預測精準穩定。

空：無人機高光譜，厘米級“空中之眼"

?高效作業：

大疆Matrice400無人機搭載Resonon pika L高光譜相機，飛行高度500米，單架次40分鐘，覆蓋1.05km2，空間分辨率20cm。

?高精度識別：

光譜范圍378-1011nm，150個連續窄帶波段，精準捕捉葉綠素a、藻藍蛋白等關鍵藻類光學特征。

?數據高保真：

外置推掃式成像+POS/MU定位+下行照度傳感器，確保輻射一致性與幾何拼接精度，避免多光譜相機的“波段錯位"與“誤差放大"。

水：無人船原位測量，水面“真值衛士"

?多參數同步監測：

云州SE40無人船，搭載葉綠素、溶解氧、電導率、TP/TN等多參數傳感器，精準獲取水體“真實數據"。

?動態智能采樣：

在水華高風險區加密采樣，中心區稀疏布點，動態優化采樣效率。

?厘米級精準定位：

RTK定位精度達±2cm，確保數據空間精準對齊。

成果亮點：精準、高效、快速、低耗

?反演精度高

R2達0.952

?掃描效率強

40分鐘完成1.05km2，空間分辨率可達20cm

?參數覆蓋廣

精準輸出多水質參數

?成本有效降低

比傳統人工巡測低30–50%

?快速部署

1–2周即可完成首庫建模與上線

?可信可追溯

符合水環境監測數據質控規范

從重點水庫到全國，智慧治水新范式

可視化底圖可以清晰地呈現各區域水質參數的空間分布變化，直觀反映水體狀況與變化趨勢，為精準治理和科學決策提供有力支撐，有效預測和防范水華爆發。

在重點水源保護區水庫的實際應用中，系統成功識別出水庫某處為水華高風險區域——該區域渾濁度、藍綠藻濃度、葉綠素等指標顯著升高，這些變化表明該區域具有較大的水華發生潛力。

此次水庫水華風險防范的實踐，突破了傳統監測中存在的“覆蓋不均、時效滯后、成本高昂"等瓶頸，驗證了“無人機高光譜+無人船原位測量+機器學習建模驅動"在水環境監測中的巨大潛力。通過空域遙感、水面移動采樣與智能算法的協同聯動，實現了大范圍、高精度、高頻次的水質動態感知，大幅提升了監測效率與預測能力。

這一模式不僅運行穩定，且具備良好的適應性與拓展性，可靈活應用于水源地保護、湖庫富營養化監測、河道污染溯源以及突發性水污染事件應急響應等多種場景，為水生態環境的智能化、精細化管理提供了創新路徑和可推廣的解決方案。

讓科技守護每一片碧水

水，是生命之源，更是生態之基。

在氣候變化與人類活動雙重壓力下，水環境治理亟需更智能、更高效、更可持續的解決方案。

每一次精準的反演，都是對生態的尊重；每一張預警熱圖，都是對未來的守護。

未來，我們繼續以空—水協同之眼，洞察水體脈動，預警環境風險，為美麗中國貢獻理加科技力量。