每当夜幕降临时，我们会不自觉仰望星空，睁大眼睛，寻找寄托自己浪漫与诗意的那颗明星。可你是否想过，以卫星的第一视角从太空俯视人间城市烟火、鸟瞰地貌流域水体，会是别样一番景色?城市的陆地水体网络在研究过程中会展现出什么秘密呢?
2021暑研报道系列
陆地水体研究
宁波诺丁汉大学理工学院环境科学专业的冯美丽老师与计算机科学与技术专业的任剑锋老师带领他们的暑研团队(环境科学专业:徐子航，李其洛; 计算机科学与技术专业:叶书虹，田思汉)，从今年6月起，以不同专业“跨界合作”的研究形式，通过Google Earth Engine(GEE)平台，利用卫星遥感图像，对沿海城市宁波的陆地水体信息进行了有效的分析处理，向我们直观展示了宁波市流域基本状态以及近8年水体面积的变化。
水体是地球生态系统的重要组成部分。陆地水体拥有大量的水资源，不仅能为人类提供用于农业和生活丰富的淡水资源，还是水生动物的主要生活区。宁波市地处长江三角洲南部边境和东海海岸线。由于降水充足，地貌平坦，宁波地区水体密度较高。此外，受亚热带季风气候控制，降水量季节性大，每年径流变化较大。宁波的海岸线长达1600公里，近十年来，随着宁波港成为世界第三大港口，宁波港的经济增长显著加快。经济总量的快速增长导致人口激增，快速的城市化导致当地土地使用类型发生了相当大的改变。从今年6月起，两位计算机科学与技术专业的同学加入到该项研究中，团队便从这个角度出发，在此项目中研究宁波市城市化过程对陆地水体的影响。
跨界合作
徐子航同学介绍，两位环境科学专业的同学早在去年寒假就已经开始了该项目的研究，暑期计算机专业同学的加入，为这项研究提供了新的图像处理手段、编程技术、模型分析等技术提高了研究的效率和准确度。此课题研究过程中，环境科学的两位同学与计算机科学与技术的两位同学携手并进，分别从两个领域专业知识与技术方法出发，共同完成并验证了研究成果。
许多同学也许会好奇，计算机技术可以为地理科学的研究带来哪些贡献呢?项目组成员田思汉同学介绍，团队通过卫星遥感信息技术可以较低成本的快速准确获取区域遥感图像，于是利用2013年2月发射的Landsat 8遥感成像卫星，可以定期获得地区高精度的信息。
团队从卫星定期发布的图像中获取宁波市遥感成像图，再通过一系列算法技术来去除大气云层的干扰，得到陆地水体遥感成像图，得到图像信息后，团队成员创造性的利用可在线处理数据、信息调取与下载路径更为方便的Google Earth Engine (GEE)平台，获得卫星遥感图像对应的地理信息数据库。
同样是计算机科学专业的叶书虹同学解释道，利用环境科学技术得到的不同波段遥感前置数据，进行计算机技术计算与研究。学生再运用WNDWI，NDWI, MNDWI, AWEI四种方式进行水体信息的分析处理，利用分层随机抽样、矩阵计算等计算机实验方法进行实验误差分析，验证测得分析精确度高达96.8%。
通过了一系列的数据与图像处理，团队获得了较为直观的宁波水资源分布图，其清楚地显示了甬江、姚江、奉化江、东钱湖、杭州湾等基本流域信息。除此之外，同学们还获得了2013年3月至2021年7月宁波水体面积的变化分析曲线图，使用不同方法得到的对应面积变化趋势一目了然。
据老师介绍，这项研究的应用前景十分广阔，为城市防洪泄洪，调整河流水位，确保区域环境和生态发展等方面提供了重要参考信息，还可以有效避免台风带来的暴雨造成城市地面积水，引发洪涝等问题。
项目指导老师之一冯老师对于学生的表现十分满意：
每年都带学生暑期项目，每年都不断有惊喜。这个项目是从我们学院的本科生科研实习(FURP)的semester project延伸过来的，环科的同学们在学期中尝试用传统地理学手段出发实践了项目的第一部分。利用暑期科研实习项目的机会，我们加入了计算机专业同学的力量，从一个全新的视角去解决传统的问题，他们一起进行了整个项目的设计、算法、数据分析和文章写作，通过分工合作和小组讨论成功实现了跨学科的合作并且擦出火花。除了这一个项目以外，我们这次暑期实践还有其他的研究课题小组也进行了计算机和数学与环境领域的“跨界”合作，期待明年有更好的项目吸引更多同学参与进来!”