Experimental studies of phytoplankton concentrations in water bodies by using of multispectral images

Abstract

Мета — підвищити продуктивність і достовірність моніторингу біогенного забруднення за біоіндикацією за фітопланктоном із використанням мультиспектральних зображень. Актуальність теми зумовлена необхідністю розроблення нових методів моніторингу стану водних об'єктів на основі біоіндикації за фітопланктоном. Удосконалено метод екологічного моніторингу підземних вод мультиспектральними методами та проведено експериментальні дослідження концентрацій фітопланктону у водних об'єктах. У роботі проаналізовано методи оцінювання екологічного стану водних об'єктів на основі біоіндикації за фітопланктоном і особливості експериментальних методик. Проведено порівняння результатів біотестування стічних вод із використанням культури фітопланктону Scenedesmus subspicatus та експериментальних досліджень забруднювачів спеціалізованою лабораторією екологічного контролю. Для ідентифікації частинок фітопланктону порівнювали масиви мультиспектральних зображень, отриманих на характерних довжинах хвиль пігментів фітопланктону, з еталонними мультиспектральними зображеннями за допомогою баєсового класифікатора на основі дискримінантної функції, побудованої на відстані Махаланобіса. Завдяки цьому підвищується точність ідентифікації частинок фітопланктону порівняно з класичними альгологічними методами, що ґрунтуються на візуальному порівнянні зображень частинок фітопланктону, отриманих за допомогою мікроскопа, з еталонними зображеннями з атласів і визначників, а продуктивність моніторингу екологічного стану водних об'єктів зростає в 10–20 разів.

The aim is to improve performance and reliability of monitoring of nutrient pollution from bioindication by phytoplankton and use of multispectral images. Actuality of the theme caused by the necessity development of new methods of monitoring the state of water bodies based on bioindication by phytoplankton. We improved method of environmental monitoring groundwater multispectral methods and conducted experimental studies of phytoplankton concentrations in water bodies. The paper analyzed the evaluation methods of ecological state of water bodies based on bioindication by phytoplankton and features experimental techniques. Comparison bioassay results wastewater using phytoplankton culture Scenedesmus subspicatus and experimental studies of pollutants specialized laboratory environmental inspection. For identification phytoplankton particles carried compare arrays of multispectral images obtained at characteristic wavelengths of phytoplankton pigments exemplary multispectral imaging using Bayesian classifier on discriminant function based on Mahalanobis distance. Through this increased accuracy of identifying particles of phytoplankton in comparison with classical algologically methods, based on visual comparison of images of phytoplankton particles obtained by the microscope, with exemplary images taken from inventories and determinants, and performance monitoring of the ecological state of water bodies increases by 10 ..20 times