遙感技術在水生態(tài)環(huán)境管理的應用與前景

倪 見

泰州市靖江環(huán)境監(jiān)測站

1 引言

我國對水生態(tài)環(huán)境的改善越來越重視，如何防治水污染并且實現(xiàn)流域環(huán)境的科學治理，是我國目前所面臨的最大難題。我國水污染的防治現(xiàn)階段重點在于對黑臭水體的整治以及重點流域惡劣水體的消除以及排污口的針對整治。針對以上這些問題，遙感技術在水生態(tài)環(huán)境的管理方面起到了明顯地作用。

2 遙感技術的概述

2.1 定義

遙感技術，即通過遙遠的距離來對目標進行感知和勘測。利用目標自身的輻射電磁波、反射或者紅外線等進行對目標的探測。是一門興起較晚的學科，以物理學科、地理學課、空間學科以及計算機學科作為基礎，將科技技術互相結合，從而研發(fā)出探測的功能。主要以傳感器為物質基礎，通過不同的平臺與平臺之間進行反射來獲得信息。因其主要職能是用來勘測，遙感技術利用人造衛(wèi)星、宇宙飛船等高科技技術來拓展可視范圍，被廣泛應用在農林牧漁以及氣象與環(huán)境方面的探測中。近幾年我國對遙感技術的研究逐漸深入，相關的研究內容和綜合性實用性應用也在逐漸完善。

2.2 原理

任何物體都存在反射波，物體的組成不同，周圍環(huán)境也不同，同樣也就存在著不同的電磁波波長，反射能力同樣也不一樣。遙感技術通過探知物體反射各種光所產生的電磁波來捕獲信息并且進行分析和處理，從而達到遠程勘測的作用。

2.3 系統(tǒng)

遙感技術的系統(tǒng)可以分為四個部分。

（1）信息來源。信息來源泛指所有需要勘測的物質，即勘測對象。任何物質都存在著吸收以及反射電磁波的特性。由于物質的結構與性質不同，反射的能力也不同，由此可以區(qū)別勘測對象的相關信息。

（2）信息獲取。通過對勘測對象反射電磁波的相關信息的收集，使用設備來控制工作平臺進行相關的傳感，對勘測對象進行具體的信息收集。

（3）信息處理。獲得信息后，進行相關的數(shù)據(jù)處理、校對以及匯總分析。對勘測對象進行特征總結，篩選出需要的信息。

（4）信息應用。在進行信息匯總和分析之后，將相應的信息和數(shù)據(jù)根據(jù)具體需求應用在不同的領域，并且可以根據(jù)需求來進行相關數(shù)據(jù)的查詢和應用。

3 遙感技術的具體應用

3.1 農業(yè)方面

遙感技術在農業(yè)方面的具體應用主要是通過對農田土壤的勘測來對土質進行分類。在農業(yè)方面，遙感技術可以有效對農作物進行種類的區(qū)分，并且對農作物的生長過程和狀態(tài)進行實時監(jiān)控，通過對數(shù)據(jù)的分析來預測年產量。同時還能夠對農作物的病蟲害情況進行監(jiān)督，及時針對實際情況來進行相關措施的方案設置。目前遙感技術正在全面進行推廣，尤其是玉米以及棉花方面。

3.2 環(huán)境方面

環(huán)境問題是世界范圍的問題之一，遙感技術能夠有效增強環(huán)境保護的力度。通過衛(wèi)星遙感技術來對環(huán)境方面進行監(jiān)測，隨時隨地對水質、土壤質量以及空氣質量進行監(jiān)測。同時也可以測算出植被的覆蓋率等。通過遙感技術能夠收集到許多相關信息數(shù)據(jù)，這樣有助于預測自然災害的發(fā)生，通過遙感技術也可以對發(fā)生災害的地區(qū)進行實時監(jiān)控，降低環(huán)境問題帶來的危險性。

3.3 預防方面

前面提到了自然災害，自然災害是任何一個國家乃至全人類都無法攻克的一項難題。自然災害不僅會影響到社會的發(fā)展，同時也會危及人類的生命安全。因此提高自然災害的防治是全人類共同的目標。自然災害必然是無法組織的，但人們可以對自然災害進行預測，通過預先采取措施來減少自然災害帶來的損失，尤其可以減少人類的傷亡。通過遙感技術可以大量采集災害發(fā)生前、災害發(fā)生的時候以及災害發(fā)生之后的相關數(shù)據(jù)信息，通過對數(shù)據(jù)信息的分析來預測自然災害的發(fā)生。并且在災害發(fā)生之后，可以根據(jù)相關數(shù)據(jù)來對受災地區(qū)進行重建方案的制定。節(jié)約了時間的同時，也減少了損失。

3.4 新領域方面

近幾年，遙感技術被廣泛應用在考古學方面。通過電磁波的反射，達到考古人員難以達到的歷史遺跡內部并且進行勘測。有效降低了考古人員的工作難度和工作量，加快了考古工作的進度，同時也不會對古遺跡造成不必要的損壞。不僅如此，遙感技術還被應用在公共衛(wèi)生方面。通過遙感技術來收集數(shù)據(jù)，有效地控制流行病毒和傳染病的傳播情況。除此之外，遙感技術還被應用在巖石力學方面。利用遙感技術的光譜曲線分析來確定巖石的材料和性質。

4 遙感技術的優(yōu)勢

對比其他勘測技術，遙感技術的適應性更好。地球上有許多地區(qū)并不適合傳統(tǒng)的勘測技術。遙感技術的遠程監(jiān)測可以完美地彌補傳統(tǒng)勘測技術在這方面的漏洞。并不需要直接解除目標或者身處目標所在的環(huán)境，也能夠在不同的條件下進行相關信息數(shù)據(jù)的收集。遙感技術對環(huán)境污染的追蹤可以達到實時監(jiān)控的程度。有助于及時了解環(huán)境污染的真實情況，同時技術人員也可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)對環(huán)境污染進行詳細的分析，預測其發(fā)展趨勢，并且制定出相應的對策，有效地對環(huán)境采取治理和保護的作用。對比傳統(tǒng)的勘測技術，遙感技術的數(shù)據(jù)收集更加廣泛并且具有較高的效率。遙感技術結合了航空航天技術，利用衛(wèi)星或者飛行棋來對地面上的信息進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)可以立刻傳達到計算機中，通過相關軟件來進行數(shù)據(jù)的分析，篩選校正需要的資料。因為遙感技術與航空航天技術聯(lián)合使用，所以勘測的范圍也更廣，隨著科技的不斷進步，遙感技術所能夠應用的覆蓋范圍越來越廣，同時也可以對這些范圍進行監(jiān)測，大大地克服了傳統(tǒng)技術在覆蓋范圍方面的局限性。

5 遙感技術在水環(huán)境檢測中的應用

水環(huán)境檢測通常指的是對水資源的環(huán)境狀態(tài)進行監(jiān)測。其中包含地表水、地下水以及降水等各種水資源形式。通常運用的是生物、物理以及化學技術等相關手段來對水資源進行檢測。監(jiān)測的對象除了純天然的水資源環(huán)境，也包含了人類對水資源環(huán)境變化所產生的影響。當水資源的環(huán)境出現(xiàn)了污染的情況，就需要及時采取手段進行保護。

傳統(tǒng)的水環(huán)境檢測主要以實驗室檢測分析為主要檢測手法。雖然能夠有效地檢測出水質的具體參數(shù)，卻無法滿足對水環(huán)境的實時監(jiān)控。也無法確定水環(huán)境的動態(tài)檢測數(shù)據(jù)，因此將遙感技術應用在水環(huán)境的監(jiān)測中能夠有效滿足以上水環(huán)境監(jiān)測的要求。遙感技術的應用更加便捷有效，并且能夠為環(huán)境部門提供重要的參考依據(jù)。應用較為普遍的部分為水體溫度的監(jiān)測、水體深度的監(jiān)測、水體環(huán)境是否有流沙的監(jiān)測以及有機質分布等情況的檢查。通過監(jiān)測水體光譜和水體色度來對水域的變化來進行觀測并且推演出后期變化的結果。通過監(jiān)測能夠有效分析出水環(huán)境在人類活動后是否存在影響。水體在清澈的情況下反射率通常比較低，因為水體有較強的吸光能力。污水中因為有物質能夠吸收光，這樣就造成了污水的反射率與清水局部一致。遙感技術主要是利用顏色差異和水體反射率來計算水質的具體情況。水體的組分信息以及狀態(tài)會直接影響到水體光譜，陽光經過吸收和反射之后照射在水面上。衛(wèi)星傳感器吸收到水面上的反射光和散射光以及水底的反射光，通過分析輻射亮度就能夠直觀地建立起水體組分與觀測值的關系了。水體中能夠影響到光強度的物質主要有三種，即懸浮物質、葉綠素以及黃色物質。日常水體監(jiān)測中是通過遙感技術來測量出水體中的懸浮物質數(shù)量、葉綠素濃度以及水體的透明度。

遙感技術的具體監(jiān)測步驟為：導入既定數(shù)據(jù)→輻射值定標→幾何圖像糾正→將圖像進行劃區(qū)→水表面觀測反射率的計算→平滑濾波統(tǒng)計→建立圖像掩膜→掩膜應用→建立水環(huán)境的模型庫→水質的反演。

現(xiàn)階段水體發(fā)黑的情況極大地影響到監(jiān)測結果，由于生活污水和工業(yè)用水導致水體中有機物增多，對溶解氧的消耗過大，遙感監(jiān)測在面臨這樣的情況時采取紅外傳感器的光譜檢測模式，能夠有效掌握水體污染的實際情況。

6 遙感技術在水環(huán)境檢測中的前景

傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測主要是通過布點采樣的方式來進行環(huán)境監(jiān)測，空間布點局限性較大，采樣的分析時間不夠及時，缺乏精準度。遙感技術的監(jiān)測范圍更廣并且能夠提供連續(xù)立體的圖像，在區(qū)域環(huán)境過大的研究中也能夠提供宏觀的生態(tài)因素聯(lián)系，更加便捷精準。

遙感技術主要采取無人機和衛(wèi)星相結合的工作手法，能夠更加快速地獲取資料統(tǒng)計數(shù)據(jù)，加大了生態(tài)監(jiān)測的工作效率。遙感技術所使用的現(xiàn)代信息化計算機來對數(shù)據(jù)資料進行處理，效率更高，誤差更小。能夠有效地達到生態(tài)監(jiān)測區(qū)域的聯(lián)動。并且可以根據(jù)數(shù)據(jù)和資料進行環(huán)境建模，更加直觀可靠地收集數(shù)據(jù)。

在一些環(huán)境對人類的監(jiān)測具有局限性的監(jiān)測情況中，也可以采用遙感技術。例如冰川凍土或者高寒山區(qū)等，遙感技術可以到達人類到不了的地方，通過這樣的監(jiān)測手法能夠打破以往常規(guī)監(jiān)測無法辦到的監(jiān)測工作，獲取相關環(huán)境信息，遙感技術獲取信息的深度也遠超人類常規(guī)監(jiān)測手段。例如污水下基巖裂縫的信息等，遙感技術都能夠辦到。遙感技術能夠盡快更新數(shù)據(jù)，對區(qū)域進行動態(tài)監(jiān)測，類似沙漠遷徙以及水土流失等情況都能夠進行實時監(jiān)控。對于地震等自然環(huán)境危害以及人為開采所造成的地面塌陷等情況也可以通過遙感技術的環(huán)境動態(tài)監(jiān)測來進行監(jiān)控。

遙感技術可以有效地監(jiān)測核電站溫排水對水環(huán)境生態(tài)平衡是否有影響。核能本身是一種清潔能源，并不會造成溫室效應。但核電站的運行過程需要利用海水進行冷卻，這樣就會造成溫排水。溫排水會直接排放到附近的海域中，會對海水的整個水生環(huán)境造成影響。其中會影響到生物的種類、數(shù)量結構，也會影響到水體的理化性質，同時也會降低氧氣在水中的溶解度進而造成生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化。遙感技術對核電站溫排水的監(jiān)測能夠做到實時監(jiān)控，隨時掌握生態(tài)平衡的變化，這對水環(huán)境的優(yōu)化有著積極向上的意義。

近幾年，遙感技術逐漸開始朝著產業(yè)的方向發(fā)展。通過產業(yè)鏈來整合豐厚的物資，這樣才能夠維持遙感技術的繼續(xù)發(fā)展。經過研究人員的努力，遙感技術的傳感器在不間斷地更新?lián)Q代，對研發(fā)技術是一個極大地提升。傳感器在雷達和光譜儀分辨率方面的提升不僅對水質勘測有著重要的意義，同時也加強了雷達全天候的獲取信息能力。遙感技術被廣泛應用在各個領域，極大程度上促進了遙感技術的商業(yè)應用。雖然目前遙感技術的應用市場并不廣泛，但隨著科學的進步，遙感技術商業(yè)化是發(fā)展的必然趨勢。

7 結束語

隨著我國衛(wèi)星技術的發(fā)展迅速，遙感技術在水環(huán)境的監(jiān)測方面應用會更加廣泛。雖然目前遙感技術還存在一些不足之處，但無人機對遙感技術進行了必要的補充，有效增加了分辨率和空間數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)天氣的具體情況來選擇成像方式。遙感技術對水體采樣和黑臭水體的監(jiān)測能夠提供更加實時有效地數(shù)據(jù)，在不久的將來也會廣泛應用在城市的水環(huán)境維護管理以及河湖海水生態(tài)修復中。