2025年大學(xué)《地球信息科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——衛(wèi)星遙感技術(shù)在水污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.衛(wèi)星遙感探測(cè)水體的主要依據(jù)是水體的（）。A.熱輻射特性B.電磁波吸收和散射特性C.重力場(chǎng)變化D.地磁場(chǎng)特性2.以下哪種傳感器屬于被動(dòng)式光學(xué)遙感器？（）A.合成孔徑雷達(dá)（SAR）B.微波輻射計(jì)C.多光譜掃描儀D.激光雷達(dá)3.水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象在遙感圖像上通常表現(xiàn)為（）。A.水體顏色變深B.出現(xiàn)暗色條帶或斑塊C.水體透明度降低區(qū)域的亮白色或亮黃色斑塊D.水體邊界模糊4.葉綠素a濃度遙感反演的主要依據(jù)是（）。A.水體熱紅外輻射特征B.水體在藍(lán)綠光波段的強(qiáng)吸收特性C.水體在紅光波段的強(qiáng)反射特性D.水體微波散射強(qiáng)度5.懸浮物（SS）濃度遙感估算常用的水體參數(shù)是（）。A.真色度B.葉綠素a含量C.水體后向散射系數(shù)D.可見光波段反射率6.衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在監(jiān)測(cè)石油泄漏事故中的主要優(yōu)勢(shì)在于（）。A.能夠提供極高時(shí)間分辨率B.能夠穿透水體進(jìn)行探測(cè)C.能夠快速覆蓋大范圍區(qū)域，及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染蹤跡D.能夠精確測(cè)定泄漏物的化學(xué)成分7.以下哪個(gè)指數(shù)常用于水體懸浮泥沙濃度的估算？（）A.植被指數(shù)（如NDVI）B.水體質(zhì)量指數(shù)（WQI）C.懸浮物指數(shù)（如SI_75或TSI）D.葉綠素指數(shù)（如RESDI）8.在水污染遙感監(jiān)測(cè)中，大氣校正的主要目的是（）。A.消除傳感器自身故障的影響B(tài).消除大氣氣溶膠、水汽等對(duì)地面目標(biāo)信號(hào)衰減和散射的影響C.增強(qiáng)圖像的清晰度d.校正傳感器在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的漂移9.高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)相比低分辨率數(shù)據(jù)，在水污染精細(xì)監(jiān)測(cè)方面的主要優(yōu)勢(shì)是（）。A.更高的輻射分辨率，能區(qū)分更微弱的污染信號(hào)B.更高的空間分辨率，能更清晰地識(shí)別小范圍、形態(tài)復(fù)雜的污染源或污染區(qū)域C.更長(zhǎng)的重訪周期，便于重復(fù)監(jiān)測(cè)D.更廣的覆蓋范圍，能一次性監(jiān)測(cè)全球范圍的水污染10.利用熱紅外遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)水污染的主要依據(jù)是（）。A.污染物自身的熱輻射特性與清潔水體存在差異B.污染物對(duì)特定電磁波段的吸收特性C.污染物引起的水體溫度異常D.污染物改變的水體光學(xué)性質(zhì)二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共25分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上對(duì)應(yīng)題號(hào)下方）1.簡(jiǎn)述衛(wèi)星遙感技術(shù)用于水污染監(jiān)測(cè)的基本原理。2.簡(jiǎn)述葉綠素a濃度和懸浮物濃度的遙感估算的基本思路。3.簡(jiǎn)述大氣校正在水污染遙感數(shù)據(jù)處理的必要性。4.簡(jiǎn)述水體富營(yíng)養(yǎng)化遙感監(jiān)測(cè)的主要標(biāo)志和識(shí)別方法。5.簡(jiǎn)述當(dāng)前衛(wèi)星遙感技術(shù)在水污染監(jiān)測(cè)方面面臨的主要挑戰(zhàn)。三、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上對(duì)應(yīng)題號(hào)下方）1.結(jié)合具體水污染類型（如石油污染、藍(lán)藻水華），論述衛(wèi)星遙感技術(shù)在其監(jiān)測(cè)、評(píng)估中的應(yīng)用流程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.論述多源數(shù)據(jù)（如遙感、地面監(jiān)測(cè)、模型）融合在水污染監(jiān)測(cè)中的必要性和優(yōu)勢(shì)。四、計(jì)算題（12分。請(qǐng)將答案寫在答題紙上對(duì)應(yīng)題號(hào)下方）假設(shè)某水體遙感影像數(shù)據(jù)顯示，在特定波段（如藍(lán)波段0.4-0.5μm）的反射率為0.15，在紅波段0.6-0.7μm的反射率為0.05。請(qǐng)利用改進(jìn)型歸一化水體指數(shù)（IWI_75）公式：IWI_75=(R_410-R_670)/(R_410+6.0*R_670)，估算該水體的懸浮物（SS）濃度（已知該指數(shù)與SS濃度在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)約為0.85）。已知該地區(qū)該指數(shù)對(duì)應(yīng)的SS濃度估算方程為：SS(mg/L)=10*IWI_75+5。請(qǐng)計(jì)算估算該水體的大致懸浮物濃度。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.B5.C6.C7.C8.B9.B10.C二、簡(jiǎn)答題1.解析思路：遙感監(jiān)測(cè)水污染主要基于污染物改變了水體的光學(xué)特性或熱力學(xué)特性。水體的自然光譜信號(hào)（反射、吸收）因污染物（如懸浮物、浮游生物、油膜、溶解性物質(zhì)等）的存在而發(fā)生變化。通過搭載在不同傳感器（主要是光學(xué)、熱紅外）上的衛(wèi)星，獲取受污染水體與清潔水體在特定波段或波段的輻射信號(hào)差異，經(jīng)過處理分析，識(shí)別污染物的存在、確定污染范圍、評(píng)估污染程度。具體涉及原理包括：水體對(duì)不同波段的電磁波吸收和散射特性、熱紅外輻射與水體溫度關(guān)系、大氣影響等。2.解析思路：估算葉綠素a和懸浮物濃度主要利用它們與水體光譜特性（反射率）的相關(guān)性。首先，在遙感影像上提取目標(biāo)水體的光譜信息。然后，選擇或構(gòu)建與葉綠素a或懸浮物濃度相關(guān)的遙感指數(shù)（如歸一化濁度指數(shù)NTU、懸浮物指數(shù)SI_75、葉綠素指數(shù)RESDI等）。計(jì)算該指數(shù)值。最后，利用預(yù)先建立的指數(shù)與濃度之間的經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停ㄍǔ；诘孛鎸?shí)測(cè)樣本建立），將計(jì)算得到的指數(shù)值代入模型公式，推算出水體中葉綠素a或懸浮物的濃度。這需要考慮大氣校正等預(yù)處理步驟以獲得準(zhǔn)確的光譜輸入。3.解析思路：衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)接收的是經(jīng)過大氣層傳輸后的地面目標(biāo)信號(hào)。大氣中的氣溶膠、水汽、臭氧等會(huì)吸收和散射電磁波，導(dǎo)致遙感器接收到的信號(hào)失真，無(wú)法真實(shí)反映水體本身的光譜特征。例如，氣溶膠會(huì)使水體圖像偏亮，掩蓋污染信息；水汽會(huì)形成霧氣，降低圖像清晰度。大氣校正的目的是去除或減弱大氣影響，恢復(fù)水體原始的光譜信息，從而保證后續(xù)定量反演（如濃度估算、物質(zhì)識(shí)別）的準(zhǔn)確性和可靠性。沒有有效的大氣校正，遙感監(jiān)測(cè)水污染的結(jié)果將是不準(zhǔn)確的。4.解析思路：水體富營(yíng)養(yǎng)化主要是由于營(yíng)養(yǎng)鹽（氮、磷）過量導(dǎo)致藻類等浮游植物過度繁殖。在遙感圖像上，富營(yíng)養(yǎng)化水體通常表現(xiàn)為：在可見光波段（特別是藍(lán)、綠光波段）反射率升高，圖像上呈現(xiàn)不規(guī)則的亮黃色、黃綠色或紅褐色斑塊或條帶，與周圍清潔水體的藍(lán)色形成鮮明對(duì)比。識(shí)別方法主要是利用能敏感響應(yīng)葉綠素濃度或懸浮物濃度的遙感指數(shù)（如歸一化植被指數(shù)NDVI、改進(jìn)型歸一化水體指數(shù)IWI_75、增強(qiáng)型藍(lán)綠光指數(shù)EVI等）進(jìn)行計(jì)算和閾值判斷，或者直接分析水體顏色異常特征。5.解析思路：衛(wèi)星遙感技術(shù)在水污染監(jiān)測(cè)中面臨諸多挑戰(zhàn)：①時(shí)空分辨率限制：衛(wèi)星過境時(shí)間有限，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)頻率低，難以捕捉突發(fā)性、短時(shí)程的污染事件；空間分辨率可能不足以精確識(shí)別小范圍、點(diǎn)源污染或復(fù)雜海岸帶污染。②大氣干擾：大氣效應(yīng)（如霧、霾、氣溶膠）會(huì)顯著削弱或扭曲信號(hào)，尤其影響光學(xué)遙感的精度。③定量化難度：水體參數(shù)（如濃度）的遙感反演多依賴經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停资芩w光學(xué)復(fù)雜性、傳感器性能、傳感器過境時(shí)間等因素影響，定量化精度有待提高。④多污染物識(shí)別困難：同時(shí)區(qū)分和定量多種類型污染物（如多種有毒有害物質(zhì)）難度很大。⑤數(shù)據(jù)處理復(fù)雜：衛(wèi)星數(shù)據(jù)量巨大，預(yù)處理（大氣校正、幾何校正、輻射定標(biāo)等）流程繁瑣，需要專業(yè)知識(shí)和技能。⑥成本與覆蓋：高分辨率或特定類型傳感器數(shù)據(jù)獲取成本較高，且可能存在覆蓋盲區(qū)。三、論述題1.解析思路：首先明確不同污染類型的光學(xué)特性和遙感識(shí)別標(biāo)志（如石油污染表現(xiàn)為水面油膜反光或暗色覆蓋，藍(lán)藻水華表現(xiàn)為水體色變、濁度增加）。然后分述監(jiān)測(cè)流程：*石油污染：獲取目標(biāo)區(qū)域高分辨率光學(xué)或雷達(dá)影像；目視解譯或利用特定算法（如變化檢測(cè)）識(shí)別異常暗區(qū)或反光亮區(qū)；結(jié)合地面信息或歷史數(shù)據(jù)確認(rèn)油污范圍和類型；利用多光譜/高光譜數(shù)據(jù)估算油膜厚度或覆蓋比例。*藍(lán)藻水華：獲取目標(biāo)區(qū)域多光譜/高光譜影像；計(jì)算敏感指數(shù)（如EVI、RESDI、藍(lán)綠光比率等）；根據(jù)指數(shù)值大小或空間分布圖圈定水華高發(fā)區(qū)；結(jié)合葉綠素a濃度反演模型估算水華生物量；分析水華動(dòng)態(tài)變化。論述中需強(qiáng)調(diào)遙感在每個(gè)環(huán)節(jié)（發(fā)現(xiàn)、定位、定界、定量、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)）的作用，以及可能需要結(jié)合其他數(shù)據(jù)源（如水文、氣象、地面采樣）進(jìn)行驗(yàn)證和深化分析。2.解析思路：論述必要性時(shí)，指出單一遙感數(shù)據(jù)或地面數(shù)據(jù)的局限性：遙感宏觀但細(xì)節(jié)不足，地面數(shù)據(jù)微觀但覆蓋面有限。融合多源數(shù)據(jù)可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：*提高監(jiān)測(cè)精度和可靠性：遙感提供宏觀背景和動(dòng)態(tài)變化信息，地面監(jiān)測(cè)提供高精度“樣本”和驗(yàn)證數(shù)據(jù)，模型可模擬復(fù)雜過程，三者結(jié)合能有效減少誤差，提高反演和評(píng)估精度。*實(shí)現(xiàn)更全面的信息獲?。哼b感可獲取大范圍、多時(shí)相信息，地面可獲取特定點(diǎn)位的詳細(xì)理化參數(shù)，模型可模擬未直接觀測(cè)到的過程，融合能提供更全面、立體的水環(huán)境信息。*增強(qiáng)對(duì)復(fù)雜問題的解析能力：水污染問題涉及物理、化學(xué)、生物多個(gè)維度，成因復(fù)雜，多源數(shù)據(jù)融合有助于建立更完善的監(jiān)測(cè)、診斷和預(yù)測(cè)模型，深入理解污染機(jī)制。*提升應(yīng)急響應(yīng)能力：在突發(fā)污染事件中，遙感可快速提供污染范圍概貌，地面可快速獲取污染中心水質(zhì)信息，模型可快速預(yù)測(cè)擴(kuò)散趨勢(shì)，融合能支持更及時(shí)、準(zhǔn)確的應(yīng)急決策。論述中可結(jié)合具體應(yīng)用實(shí)例說明多源數(shù)據(jù)融合的效果。四、計(jì)算題計(jì)算步驟：1.計(jì)算IWI_75值：R_410=0.15,R_670=0.05IWI_75=(0.15-0.05)/(0.15+6.0*0.05)IWI