遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐與發(fā)展

齊爽　韓彥強(qiáng)

摘 要：基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)，具有監(jiān)測(cè)速度快、范圍廣、持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，可將遙感衛(wèi)星技術(shù)與實(shí)地勘測(cè)相結(jié)合，能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)反映城市資源狀況和變化趨勢(shì)等，投入少、回報(bào)高，被應(yīng)用于大氣、水質(zhì)和固體廢棄物等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)分析，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)保障。研制開(kāi)發(fā)應(yīng)用綜合多功能型的遙感信息技術(shù)是未來(lái)發(fā)展方向和趨勢(shì)，遙感技術(shù)是在現(xiàn)代物理學(xué)、空間技術(shù)、數(shù)學(xué)方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)和地球科學(xué)理論的基礎(chǔ)上新興起的一門邊緣應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，是依據(jù)高空和外層空間的各種平臺(tái)，運(yùn)用各種傳感器從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或自身輻射的電磁波、可見(jiàn)光、紅外線等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別，從而獲取反映地表特征的各種數(shù)據(jù)，然后經(jīng)傳輸、變換和處理后從中提取有用信息，以實(shí)現(xiàn)研究地物空間形狀、位置、性質(zhì)、變化及其與環(huán)境的相互關(guān)系。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù) 環(huán)境監(jiān)測(cè) 實(shí)踐應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TP79 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（c）-0103-01

目前，遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于國(guó)防、氣象、測(cè)繪、交通、工程、能源、災(zāi)害監(jiān)測(cè)與環(huán)境保護(hù)及國(guó)土資源勘查、農(nóng)林牧漁業(yè)等多個(gè)學(xué)科和領(lǐng)域。隨著城市的快速發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，同時(shí)也帶來(lái)了一系列的城市污染問(wèn)題，致使環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)加劇，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)方式不僅耗費(fèi)了大量的人力物力、調(diào)查周期漫長(zhǎng)，還難以獲取理想的效果，不能及時(shí)、準(zhǔn)確反饋城市環(huán)境實(shí)際情況。而現(xiàn)階段隨著科技發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生的基于衛(wèi)星遙感技術(shù)的環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)，具有監(jiān)測(cè)速度快、范圍廣、持續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)，可將遙感衛(wèi)星技術(shù)與實(shí)地勘測(cè)相結(jié)合，能準(zhǔn)確實(shí)時(shí)反映城市資源狀況和變化趨勢(shì)，并及時(shí)精確的獲取到數(shù)據(jù)反饋，且投入成本低、回報(bào)高，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)采集樣本，能發(fā)現(xiàn)常規(guī)方法無(wú)法監(jiān)測(cè)到的污染源，可實(shí)現(xiàn)對(duì)城市生態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控及動(dòng)態(tài)分析，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供堅(jiān)實(shí)可靠的技術(shù)保障。

1 遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐應(yīng)用

遙感技術(shù)能對(duì)制定區(qū)域進(jìn)行跟蹤測(cè)量，測(cè)出水中葉綠素、水溫、泥沙含量、水色等大部分微量元素的實(shí)際含量，還可測(cè)量出大氣溫度、濕度以及各種有害氣體濃度和分布情況等，也可在固體污染物測(cè)量方面發(fā)揮作用，快速獲取與污染有關(guān)的大氣生態(tài)效應(yīng)、污染物分布及擴(kuò)散情況、污染源位置、污染范圍等全方面信息。

1.1 遙感技術(shù)在大氣監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐應(yīng)用

工業(yè)和人類生產(chǎn)生活排放的廢氣、煙塵、粉塵、揚(yáng)塵及人工合成物質(zhì)自然揮發(fā)的有毒有害氣體是破壞和污染大氣的主要污染源，災(zāi)害性大氣污染主要是受沙塵暴影響。遙感綜合技術(shù)是現(xiàn)階段城市環(huán)境監(jiān)測(cè)中監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)大氣環(huán)境質(zhì)量的有效途徑，利用遙感影像的特征可進(jìn)行大氣污染范圍、污染源位置、污染物擴(kuò)散途徑監(jiān)測(cè)，結(jié)合實(shí)地觀測(cè)數(shù)據(jù)可測(cè)定出大氣污染物含量，由此監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)大氣環(huán)境質(zhì)量。

（1）有害氣體監(jiān)測(cè)。受自然或人為條件影響造成的二氧化硫、氟化物等有害氣體污染，植被對(duì)紅外線反射能力會(huì)有所下降，植被紋理、顏色等外在特征也會(huì)發(fā)生異常，根據(jù)植被遭受一定程度污染后出現(xiàn)的這一特點(diǎn)，可利用間接解譯標(biāo)志對(duì)污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。

（2）臭氧層監(jiān)測(cè)。臭氧自身能夠吸收0.3微米以下的紫外線區(qū)中的電磁波，根據(jù)這個(gè)特性可采用紫外波段作臭氧層測(cè)定；當(dāng)大氣中臭氧含量達(dá)到了一定高度時(shí)，受其影響，溫度就會(huì)隨之升高，此時(shí)也可利用紅外波段進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（3）沙塵暴監(jiān)測(cè)。目前，主要運(yùn)用遙感手段研究和監(jiān)測(cè)沙塵暴的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，通過(guò)衛(wèi)星圖像具有的紅外通道可確定出沙塵暴出現(xiàn)位置，而且衛(wèi)星圖像的高時(shí)間分辨率（如1 h重返）對(duì)大尺度的監(jiān)測(cè)沙塵暴運(yùn)動(dòng)軌跡十分有利。

1.2 遙感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐應(yīng)用

正常情況下，清潔水體反射率較低，吸收光的能力較強(qiáng)，其在遙感影像中表現(xiàn)出的色調(diào)較暗，而且這一特征反映在紅外譜段上時(shí)更為顯著，因此可利用清潔水與污染水的反射光譜作為監(jiān)測(cè)依據(jù)，運(yùn)用遙感影像特征對(duì)水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，將水色指標(biāo)及光譜特征作為水體遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)的主要依據(jù)。將衛(wèi)星獲取的像片或磁帶數(shù)據(jù)中水面光譜資料正常水光譜資料作對(duì)比分析，然后利用微型電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行及時(shí)處理，即可探測(cè)到水源中各種污染情況；根據(jù)遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)范圍廣的特點(diǎn)，能夠在水體擴(kuò)散時(shí)及時(shí)監(jiān)測(cè)到污染物排放源、影響范圍和程度及其擴(kuò)散方向，有利于盡快找出污染源。水體中污染物種類多且繁雜，通常將水污染劃分為廢水污染、石油污染、泥沙污染等多種類型，分別進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)。

（1）廢水污染監(jiān)測(cè)。廢水中含有較多種類的懸浮物，而且廢水水色差異較大，呈現(xiàn)的特征曲線上的強(qiáng)度也各不相同。水體遭受廢水污染后，可利用多光譜合成圖像進(jìn)行廢水監(jiān)測(cè)，也可依據(jù)廢水中水溫差異特性采用熱紅外作監(jiān)測(cè)分析。

（2）泥沙污染監(jiān)測(cè)。隨著水體中懸浮泥沙含量的增加，水體反射量增加，反射峰出現(xiàn)“紅移現(xiàn)象”。高光譜遙感技術(shù)科探測(cè)水體泥沙含量，判斷懸浮泥沙濃度的最佳波段為0.65～0.85μm，含有各類土壤的水體在波長(zhǎng)1 550～1 850nm、1 350～1 380nm的光譜反射率與泥沙含量呈明顯的線性相關(guān)，而且采用藍(lán)光波段和綠光波段反射率比值可判別兩種水體的渾濁度。

（3）石油污染監(jiān)測(cè)。石油污染是港口和海洋常見(jiàn)的水污染現(xiàn)象，石油與海水存在較大的光譜特征差異，在很多光譜段上即可將石油與海水判別開(kāi)。因此可利用遙感技術(shù)進(jìn)行石油污染監(jiān)測(cè)，確定水體石油含量和污染區(qū)的實(shí)際范圍，并能追蹤到污染源。

1.3 遙感技術(shù)在固體廢棄物監(jiān)測(cè)中的實(shí)踐應(yīng)用

城市環(huán)境污染還包括居民生活垃圾、工業(yè)垃圾、建筑垃圾以及混合垃圾等固體廢棄物，利用遙感圖像所具有的色調(diào)、色彩、形狀等特征尤其是采用航空熱紅外圖像可有效的調(diào)查監(jiān)測(cè)到固體廢棄物堆場(chǎng)，確定污染物位置、范圍等。

2 環(huán)境監(jiān)測(cè)遙感技術(shù)的發(fā)展

隨著環(huán)境監(jiān)測(cè)工作對(duì)高精度遙感數(shù)據(jù)要求的日益增高，高性能的新型傳感器不斷得到研制開(kāi)發(fā)，衛(wèi)星遙感影像獲取技術(shù)正在向著高空間和高光譜分辨率的方向發(fā)展，熱紅外遙感技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用，而且具有全天候全天時(shí)影像獲取能力的雷達(dá)遙感技術(shù)兼具對(duì)一些地物的穿透能力，今后也將得到推廣應(yīng)用，同時(shí)以地球?yàn)檠芯繉?duì)象的綜合對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)已成為當(dāng)前和今后一段時(shí)期內(nèi)遙感技術(shù)發(fā)展方向之一。針對(duì)遙感信息模型方面，遙感信息機(jī)理模型得到了進(jìn)一步的發(fā)展和拓寬，進(jìn)行開(kāi)發(fā)及綜合應(yīng)用不確定性遙感信息模型及人工智能決策支持系統(tǒng)是未來(lái)重要的研究應(yīng)用方向，充分利用環(huán)境污染遙感監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)集地理信息系統(tǒng)、環(huán)境污染遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)及專家系統(tǒng)技術(shù)于一體的綜合多功能型遙感信息技術(shù)，且適宜環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用，有利于環(huán)境科學(xué)性、合理性及智能化程度的提高，擴(kuò)展環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用范圍等，是環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)今后必然發(fā)展趨向。

3 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，環(huán)保工作是我國(guó)一項(xiàng)重要的基本國(guó)策，利用遙感技術(shù)加強(qiáng)環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控，增強(qiáng)了資源環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力及成效。在未來(lái)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作中，應(yīng)加大遙感技術(shù)推廣應(yīng)用力度，充分發(fā)揮遙感技術(shù)在保護(hù)生態(tài)環(huán)境平衡、提高人類生存環(huán)境質(zhì)量中的重要作用。

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