遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

楊 凡

（江蘇省蘇力環(huán)境科技有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210036）

在工業(yè)化發(fā)展、城市化水平提高、人口增長等多重壓力下，我國總體水環(huán)境遭遇了前所未有的破壞。因此，為進(jìn)一步保障國家水安全，我國相關(guān)部門加強(qiáng)了對水環(huán)境的監(jiān)測工作，并在實(shí)際操作中為提升水環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確性以及工作效率，開始將遙感技術(shù)應(yīng)用在水環(huán)境監(jiān)測中[1]。近年來，遙感技術(shù)被不斷應(yīng)用于各類水環(huán)境監(jiān)測當(dāng)中，為提高監(jiān)測效率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化水環(huán)境監(jiān)測，提升遙感技術(shù)應(yīng)用效果，本文對遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望能夠?yàn)檫b感技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

1 遙感技術(shù)及其應(yīng)用優(yōu)勢

1.1 遙感技術(shù)概念

遙感技術(shù)是在當(dāng)前科技背景下的一種新型探測技術(shù)，具有極高的實(shí)用價(jià)值，可以應(yīng)用在不同監(jiān)測領(lǐng)域中，發(fā)展前景廣闊[2]。遙感技術(shù)是一種基于物體電磁波的監(jiān)測技術(shù)，由于不同物體的電磁波不同，讓監(jiān)測者可以借助遙感技術(shù)在不接觸目標(biāo)的前提下，對目標(biāo)的電磁波情況進(jìn)行收集記錄，并進(jìn)行分析，從而得出初步判斷，以此來為后續(xù)政策的制定以及策略執(zhí)行提供依據(jù)。遙感水環(huán)境監(jiān)測方法避免了傳統(tǒng)監(jiān)測方法雖然精度高，效果好，但檢測效率慢的問題，以及必須運(yùn)用各類儀器進(jìn)行樣本監(jiān)測工作流程的弊端，是新時(shí)期水環(huán)境監(jiān)測采用的主要技術(shù)。伴隨航空技術(shù)發(fā)展，遙感技術(shù)開始與航空航天技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，技術(shù)人員將遙感技術(shù)應(yīng)用在飛機(jī)、衛(wèi)星等設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)了對地面數(shù)據(jù)的探索。在航天技術(shù)的加持下，遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大范圍的目標(biāo)探測，同時(shí)還可做到短時(shí)間內(nèi)多次探測同一區(qū)域[3]。當(dāng)前國內(nèi)遙感技術(shù)已經(jīng)十分完善，成為熱門的監(jiān)測技術(shù)之一。不僅在水環(huán)境監(jiān)測中廣泛使用，以進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，同樣在林木領(lǐng)域、土壤環(huán)境監(jiān)測中也得到了大范圍使用?，F(xiàn)階段，環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的遙感技術(shù)，主要包括可見光遙感技術(shù)、微波遙感技術(shù)等多個(gè)類型。

1.2 遙感技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

首先是適應(yīng)性好。在地球上有很多地區(qū)，諸如冰川、沙漠、沼澤等地區(qū)，無法使用傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，環(huán)境監(jiān)測難度大。憑借遙感技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測的特點(diǎn)，可以讓監(jiān)測者不直接接觸監(jiān)測目標(biāo)便能獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)信息。其次，追蹤性強(qiáng)。遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)對監(jiān)測物體的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行監(jiān)測分析，及時(shí)了解環(huán)境情況。同時(shí)遙感技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)對污染情況的追蹤，持續(xù)收集有關(guān)數(shù)據(jù)，技術(shù)人員通過對技術(shù)分析，了解污染類型以及發(fā)展趨勢，能夠及時(shí)制定相應(yīng)的控制措施。再次，信息收集效率高。傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)需要通過對樣本進(jìn)行分析，以獲得環(huán)境情況，雖然傳統(tǒng)監(jiān)測方法精度高，但耗時(shí)較長，缺少信息獲取效率。而遙感技術(shù)可與航空航天技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，安裝在飛行器以及衛(wèi)星等設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)在高空對地面信息的采集，采集的數(shù)據(jù)信息可以實(shí)時(shí)傳送到計(jì)算機(jī)中，并進(jìn)行分析獲得所需資料。最后，監(jiān)測范圍廣。遙感技術(shù)在與航空航天技術(shù)進(jìn)行結(jié)合后，可以在高空對地面信息進(jìn)行收集，相較于傳統(tǒng)監(jiān)測手段，遙感監(jiān)測技術(shù)的監(jiān)測范圍更廣，憑借飛機(jī)、衛(wèi)星等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，克服傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)地理位置局限。

2 水環(huán)境監(jiān)測遙感技術(shù)應(yīng)用原理

2.1 應(yīng)用原理

在遙感技術(shù)中，存在兩種不同的數(shù)據(jù)狀態(tài)，即可通過水體反射率的差異，將相關(guān)信息傳輸至傳感器，并利用傳感器得出相應(yīng)的光譜反射情況，隨后根據(jù)水體組分以及監(jiān)測結(jié)果之間的聯(lián)系，最終得出水體情況。遙感技術(shù)監(jiān)測的指標(biāo)有多種，一般情況下主要包括水體透明度、溶解物、懸浮葉綠素濃度等，本文主要對常用的兩個(gè)指標(biāo)，溶解性有機(jī)物以及葉綠素濃度進(jìn)行分析。溶解性有機(jī)物是水中溶解性有機(jī)物，化學(xué)成分常出現(xiàn)在水環(huán)境監(jiān)測中，它是由腐爛物質(zhì)所釋放的大量酸性物質(zhì)引起的。隨著溶解性有機(jī)物含量的增高，水體顏色會(huì)呈現(xiàn)黃綠色直至綠色。遙感技術(shù)主要是根據(jù)水體光學(xué)反射波長為基數(shù)加以測算，得出水中溶解性有機(jī)物含量。此外，由于水體中葉綠素會(huì)影響光譜特征，因此，遙感技術(shù)也可監(jiān)測水體的富營養(yǎng)化情況。葉綠素是分析水質(zhì)變化的指標(biāo)之一，當(dāng)水體出現(xiàn)富營養(yǎng)情況，水體中的葉綠素含量將隨之增高。同時(shí)葉綠素也是水體懸浮物分析的指標(biāo)之一。由于工業(yè)的發(fā)展，導(dǎo)致我國在早期出現(xiàn)極為惡劣的水體富營養(yǎng)化問題，因此，在當(dāng)代社會(huì)，水體中的葉綠素含量也是在進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測時(shí)的重要指標(biāo)。使用遙感技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境中葉綠素情況進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)葉綠素檢測出現(xiàn)反射峰以及吸收谷，表明該水體存在一定的富營養(yǎng)化情況。因此，當(dāng)水環(huán)境出現(xiàn)富營養(yǎng)污染問題，水體反射率愈高，反射峰值也會(huì)發(fā)生變化；污染體中小顆粒直徑增加，會(huì)導(dǎo)致對應(yīng)散射系數(shù)增大，提高反射率，由此便可得出水環(huán)境的富營養(yǎng)化污染情況。

2.2 應(yīng)用流程

利用遙感技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測的常規(guī)應(yīng)用流程是數(shù)據(jù)導(dǎo)入、定位復(fù)設(shè)置、圖像糾正、圖像劃區(qū)、反射率計(jì)算、平滑濾波、圖像掩膜建立、應(yīng)掩膜、建立環(huán)境模型庫、水質(zhì)反演。利用遙感技術(shù)判斷水質(zhì)好壞，可利用以下幾種方法。首先是理論法，該種方法是依照相關(guān)理論，利用遙感技術(shù)收集監(jiān)測區(qū)域的電磁波，并使用公式測算水中雜質(zhì)含量。這種方法簡單直觀，但也存在弊端，例如，僅僅依靠公式計(jì)算，較為單薄，會(huì)導(dǎo)致最終計(jì)算出的雜質(zhì)含量出現(xiàn)誤差，影響水環(huán)境治理效果。其次是經(jīng)驗(yàn)法，此種方法需要收集地面水質(zhì)的參數(shù)以及遙感數(shù)據(jù)信息，并對上述兩個(gè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對比，創(chuàng)建相應(yīng)模型，隨后使用模型計(jì)算水質(zhì)情況。此種方法是在對比的基礎(chǔ)之上成立的，雖然可以計(jì)算出水中雜質(zhì)含量，但由于模型建立時(shí)兩組數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性不夠，導(dǎo)致最終的模型應(yīng)用效果不高。最后是半經(jīng)驗(yàn)法，此種方法是隨著遙感技術(shù)應(yīng)用程度不斷深入而發(fā)展起來的一種新型監(jiān)測方法。此種方法利用遙感技術(shù)通過收集水質(zhì)情況，估算水質(zhì)特征，最終使用相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜水質(zhì)的推演，計(jì)算準(zhǔn)確度相對較高，應(yīng)用效果好，是現(xiàn)階段較為常用的一種測算方法。

3 水環(huán)境監(jiān)測遙感技術(shù)具體應(yīng)用方式

3.1 懸浮固體物質(zhì)監(jiān)測

水質(zhì)環(huán)境中，懸浮固體物質(zhì)增多會(huì)影響水環(huán)境的濁度以及光學(xué)性質(zhì)，因此在使用遙感技術(shù)對水環(huán)境污染程度進(jìn)行分析時(shí)，可以對懸浮固體物質(zhì)含量進(jìn)行判斷。水體本身對波長較長的紅外線具有良好的吸收性，所以可以使用一定波長的紅外線對水質(zhì)懸浮物固體含量情況進(jìn)行監(jiān)測。在數(shù)據(jù)分析中，監(jiān)測人員可以通過對設(shè)備傳回的信息進(jìn)行收集，分析水質(zhì)的濃稠度以及光學(xué)性質(zhì)，最終得出準(zhǔn)確的懸浮固體含量信息。另外根據(jù)設(shè)備傳輸?shù)募t外波段以及監(jiān)測信息，監(jiān)測人員可以分析兩者之間的關(guān)系，并由此得到數(shù)學(xué)模型，隨后通過模型進(jìn)行計(jì)算，求得最為真實(shí)的濃度信息。在進(jìn)行污染物濃度、懸浮物濃度分析時(shí)，可以使用光譜綜合分析法對懸浮物濃度進(jìn)行分析，從而讓監(jiān)測人員更好地掌握懸浮物在水環(huán)境中的分布特征以及濃度情況。

3.2 油污監(jiān)測

在水污染問題中油污問題是最為嚴(yán)重的問題之一，直接影響水環(huán)境的生態(tài)平衡。油污監(jiān)測是利用遙感技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測的主要監(jiān)測對象。在利用遙感技術(shù)進(jìn)行油污監(jiān)測時(shí)，可以使用紅外遙感技術(shù)、紫外遙感技術(shù)、可見光遙感技術(shù)等三種技術(shù)進(jìn)行測算，從而得出被監(jiān)測區(qū)域的污染物含量，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，建立計(jì)算模型。監(jiān)測人員可以根據(jù)遙感監(jiān)測分析數(shù)據(jù)，確定污染物來源，并有針對性地對污染物源頭進(jìn)行分析治理，從而消除或緩解水環(huán)境污染。不同的遙感技術(shù)所適用的環(huán)境不同，因此，監(jiān)測人員在使用遙感技術(shù)對油污進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，可針對污染物特征有選擇性地確定所需使用的遙感技術(shù)，使所得的遙感結(jié)果最貼近真實(shí)情況，為后續(xù)污染物治理提供數(shù)據(jù)支持。

3.3 水體富營養(yǎng)化監(jiān)測

水體富營養(yǎng)化的一個(gè)重要標(biāo)志就是懸浮固體物質(zhì)大量繁殖，水體環(huán)境惡化。在利用遙感技術(shù)進(jìn)行水體富營養(yǎng)化監(jiān)測中，技術(shù)人員大都會(huì)借助可見光以及近紅外波段進(jìn)行監(jiān)測。之所以采取此種監(jiān)測手段，主要是這些懸浮固體物質(zhì)體內(nèi)含有葉綠素，葉綠素會(huì)對近紅外波段產(chǎn)生陡坡效應(yīng)，由此便可得知，水環(huán)境浮游植物大體的反射光譜特征。在實(shí)際操作中，技術(shù)人員可以使用合適的紅外波段，監(jiān)測水中懸浮物情況，收集數(shù)據(jù)，并使用相應(yīng)模型進(jìn)行反演，推演結(jié)果就是水體污染物的含量情況。在這一流程中技術(shù)人員必須建立有效的計(jì)算模型，確保最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

本文對水環(huán)境監(jiān)測中遙感技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析，對遙感技術(shù)以及遙感技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行概述，分析遙感技術(shù)的應(yīng)用原理以及應(yīng)用流程與方法，以及在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用范圍。相信隨著遙感技術(shù)的不斷完善，其在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用也將愈發(fā)廣泛，在監(jiān)測工作中，技術(shù)人員還需靈活利用該技術(shù)，了解不同技術(shù)的應(yīng)用特性。通過合理使用遙感技術(shù)，進(jìn)一步提升該技術(shù)的應(yīng)用水平，提高監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，幫助后期水環(huán)境治理工作提供數(shù)據(jù)，綜合提升治理效果。