1 引言
河流是地球水系统的重要组成部分。河面上流淌着水源与营养物质，是动植物的天然栖息地，其在自然生态系统中起到了重要作用。它们是社会环境和经济福祉的组成部分，为人类提供了许多必要的资源。河流在全国水资源中占有很大的比重，中国在很大程度上依赖于河流。但近年来的人口增长以及人类活动严重损害了河流的健康，重金属和工业废物的排放造成了严重的污染。河流污染最普遍的一种是富营养化，即水体中营养物质的积聚。其中，化肥以及含氮和磷人造产物的排放是造成这种积聚的原因。我国许多河流面临着伴随有藻类富集的水体富营养化问题，这大大恶化了生态系统，影响了经济发展。
监测水体富营养化的传统方法是通过卫星/飞机遥感，其具有许多优点，例如能够经济地收集大量数据并且覆盖较大的空间和时间域。然而，传统方法往往受于空间分辨率，不能有效地用于监测包括河流在内的小水域的富营养化。为了克服这些局限性，本文建议搭建一个基于手机应用和移动互联网的平台，这能够有效地监测河流的富营养化状况。本研究的目标是提供这样的基础设施以及应用程序，使使用移动互联网的每个人都可以自由连接到该平台，这有助于河流的监测。
2 方法
尽管传统的卫星/飞机遥感方法在监测海洋和大水域富营养化程度方面是有效的，但精确监测小河流以及沿海水域的富营养化程度一直是这些传统遥感技术的难题。因此，本文提出一个更加先进的方法，即通过手机相机测量水体的富营养化程度。藻类的生物地球化学循环受氮、磷等营养供应的限制，因此表面藻类的生物量可以作为水体富营养化程度的代表。在这项研究中，通过测量水域中叶绿素的浓度来推断水体的富营养化程度，其可以通过任何光谱遥感技术相对容易地实现。尤其对于测量小水域内的叶绿素浓度，可以将手机摄像机用作采集光谱信息的仪器。
给出水中残余的光谱信息，计算红色（Rrs（红色）），绿色（Rrs（绿色））以及蓝色（Rrs（蓝色））的反射率：
3 结果与讨论
首先，编写一个基于公式（1）～（4）的移动应用程序。然后，利用这个应用程序来监测太湖附近的河流叶绿素水平，并推断水体的富营养化程度。图1（高度污染）和图2（高水质）展示了两个对比例。对于每个例子，拍摄了三张照片，以消除水面辐射反射的影响，并在不同情况下使辐射归一化，这是因为本研究只对来自水体的辐射部分感兴趣。这个修正可以通过拍摄天空和灰卡图片轻松完成，因为该表面只会改变太阳辐射的方向。
图1 移动应用程序，太湖的例子：高污染的水体
图2 移动应用程序，太湖的例子：高品质的水体
4 结论
河流和小型水域是社会环境与经济福祉的组成部分，为人类提供了大量的必要资源。然而，由于空间分辨率的原因，使用传统的遥感方法监测小型水域的水质具有困难。这项研究提出了一个更加先进的方法，即通过手机相机来测量水质（以富营养化程度为例）。利用这个移动应用程序来监测太湖沿岸水域的叶绿素浓度（代表富营养化程度）并推断水质，能够准确地检索出叶绿素含量高低的对比情况。
参考文献
[1]李慕尧．水体污染卫星遥感监测探讨[J]．环境与发展，2012，（2）.
[2]况琪军，马沛明，刘国祥，等．大型丝状绿藻对N、P去除效果研究[J]．水生生物学报，2004，28（3）.
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