遙感技術(shù)在水環(huán)境和大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究

孫 鵬，逄少堃

（1.山東省濰坊生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濰坊 261041；2.濰坊市生態(tài)環(huán)境監(jiān)控中心，山東 濰坊 261041）

遙感技術(shù)主要是指工作人員借助感應(yīng)探測設(shè)備，來做好相關(guān)信息的采集，通過遙感影像及時地了解相關(guān)的信息，對數(shù)據(jù)進行綜合性分析。在這個過程中，遙感技術(shù)轉(zhuǎn)變成圖像處理技術(shù)，從而發(fā)揮出綜合性的特點。近幾年來，遙感技術(shù)在各地環(huán)境監(jiān)測過程中有著非常廣泛的運用，尤其是水體環(huán)境和大氣環(huán)境監(jiān)測方面利用，遙感技術(shù)能夠獲得更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，給工作人員做出相關(guān)的決策，提供數(shù)據(jù)參考[1]。環(huán)保部門要以控遙感技術(shù)核心，做好遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況進行環(huán)境監(jiān)測工作，從而更好地發(fā)揮出遙感技術(shù)的重要作用。

1 遙感技術(shù)主要特點分析

與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，遙感技術(shù)是一種新型的數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)，本質(zhì)上幫助工作人員利用電磁波探測裝置來收集相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，通過分析有關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，給出更準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果，由此可以看出該技術(shù)的集成性比較強。遙感技術(shù)運用中包括：集成處理、信息傳輸、感應(yīng)探測等各個環(huán)節(jié)，通過監(jiān)測不同區(qū)域的維度信息，給出更全方面的遙感探測結(jié)論，從而有效地避免結(jié)論的局限性。與人工環(huán)境監(jiān)測方式相比，電磁波監(jiān)測的方法能夠體現(xiàn)出信息化自動化的特點。

對目前環(huán)境監(jiān)測工作來說，利用遙感技術(shù)能夠節(jié)約一定的資金，保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性，同時也能夠不斷地優(yōu)化監(jiān)測流程。近幾年來，環(huán)境監(jiān)測部門對可見光攝影技術(shù)，光譜掃描技術(shù)的運用，使環(huán)境監(jiān)測工作更加高效[2]。

2 遙感技術(shù)的主要作用分析

首先，遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測過程中，能夠發(fā)揮出監(jiān)測范圍大、立體性強的作用，由于遙感技術(shù)所涉及到的監(jiān)測范圍比較廣，包括水利、海洋、環(huán)境、氣象、地礦、交通線路等多個方面。在地面點、線監(jiān)測的過程中，由于航空相片所提供的立體圖像相關(guān)的問題，對生態(tài)環(huán)境要素的研究，可以從整體的角度出發(fā)，有效地監(jiān)測區(qū)域生態(tài)環(huán)境，做好動態(tài)化的把握。

其次，遙感技術(shù)的運用能夠獲得大量的信息，保障信息效率。遙感技術(shù)的運用，能夠幫助工作人員通過飛行工具獲得相關(guān)的圖像和數(shù)據(jù)資料，從而加快了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測的進度。與此同時，還能更好地幫助工作人員做好信息的傳導(dǎo)，處理編譯、編圖等各項工作，利用光學(xué)儀器和計算機，有效地把握宏觀生態(tài)環(huán)境情況，做好環(huán)境監(jiān)測工作。

再次，遙感技術(shù)的能夠發(fā)揮其適應(yīng)性強的特點，能夠獲得其它監(jiān)測手段無法獲得的信息，比如對海洋、原始森林、冰川、沙漠、高寒山區(qū)等環(huán)境監(jiān)測的過程中，人們很難獲得全方面的監(jiān)測環(huán)境信息，通過遙感技術(shù)的穿透效果，就可以解決這個問題。再如，在穿透植被覆蓋方面，遙感技術(shù)可以獲得一定深度的資源信息，能夠及時地了解深部基巖裂縫地下水污染的情況，幫助提出有關(guān)的防護措施[3]。此外，工作人員還可以通過覆蓋層厚度的變化，及時了解赤藻類分布的情況，對近海污染進行有效的監(jiān)測。

最后，運用遙感技術(shù)，能夠更好地保障動態(tài)化監(jiān)測的效果。遙感技術(shù)可以獲得更準(zhǔn)確的動態(tài)資料，實現(xiàn)大規(guī)模監(jiān)測。比如在西安的世園中，利用遙感技術(shù)能夠更好地了解城市植被覆蓋情況，通過分析高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)，合理地分析城市植被的參數(shù)，為世園會提供植被覆蓋率的動態(tài)監(jiān)測。

3 遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

影響水質(zhì)的主要因素包括病原體、油類物質(zhì)、化學(xué)物質(zhì)、藻類等各類有害物質(zhì)，監(jiān)測時需要結(jié)合水體溫度、特點和光學(xué)性質(zhì)，通過可見光遙感技術(shù)和熱紅外光遙感技術(shù)，及時地了解水體污染的實際情況。通常來講，水體清澈狀態(tài)下的反射率是比較低的，往往在10%以下，而水體對光有著較強的吸收性，所以在水環(huán)境監(jiān)測過程中，工作人員可以結(jié)合水體光譜的特點，運用遙感技術(shù)，實現(xiàn)水環(huán)境污染監(jiān)測的效果。

3.1 監(jiān)測水體渾濁度

水中通常會有一些生物粒子和懸浮物照，水體會吸收太陽光，水體都具有光譜反射的特點，工作人員通過遙感技術(shù)了解光譜影像的差異性，分析水環(huán)境污染情況[4]。

有些研究人員認(rèn)為，遙感技術(shù)的運用能夠更好地分析光譜影像上的特點，從光譜影像可以看到透過波段從0.5 μm向紅色區(qū)域移動。在水的泥沙濃度不斷增加時，進入到水體的太陽光散射越來越淺，反射率也在不斷提高，光譜影像由藍色向黃色不斷轉(zhuǎn)變。除此之外，外國研究人員分析證明500～600納米的波段內(nèi)，比較適合來監(jiān)測水體中的懸浮物；在700～900納米波段內(nèi)，對于懸浮物質(zhì)的濃度動態(tài)化變化中，反射率是比較敏感的，這也表明了遙感技術(shù)對水體懸浮物估算的最佳濃度為700～900納米。遙感技術(shù)能夠觀察到圖像上波峰的位置，從而進一步地判斷水體渾濁物的情況。

3.2 監(jiān)測城市污水

隨著城市化加快，生活污水和工業(yè)廢水導(dǎo)致水質(zhì)惡化情況越來越嚴(yán)重。衛(wèi)星遙感技術(shù)結(jié)合光譜影像的差異性，能夠及時了解水體污染情況，實時觀察污染物的動態(tài)化變化，根據(jù)水中的懸浮物判斷污染的程度，做好污染源的追蹤工作[5]。

對于不同樣本來說，進行多角度的偏振反射光譜的測量工作，可以獲得有關(guān)的信息，從光線入射角、探測天頂角、波段偏振角等多個角度，充分了解水體偏振數(shù)據(jù)的關(guān)系，從而更好地分析有關(guān)的內(nèi)容。以慶陽市境內(nèi)的環(huán)江和馬蓮河為例，通過對這些水體監(jiān)測，結(jié)合水環(huán)境，化學(xué)需氧量，COD測量的流程，工作人員采用Fisher 判別方法，構(gòu)建地面實測和研究區(qū)域COD識別相結(jié)合的模式，更好地完成了水環(huán)境的監(jiān)測工作。

環(huán)境COD污染遙感技術(shù)，可以結(jié)合遙感影像，更好地實現(xiàn)對水環(huán)境監(jiān)測。如珠江口水污染的實際情況，通過多光譜、高光譜遙感技術(shù)，對于水環(huán)境進行全方面的分析，對珠江口水污染情況進行全方位了解，同時驗證了該方法的高效性。除此之外，工作人員還可以結(jié)合反射光譜的數(shù)據(jù)和光譜信息，以及實測水體波譜，建立有關(guān)的模型，更好地對水環(huán)境進行準(zhǔn)確的監(jiān)測。

3.3 監(jiān)測水體熱污染

水體中會蘊含多種多樣的懸浮物，使得光譜影像中所呈現(xiàn)出來的反射風(fēng)的強度和位置有所不同。工作人員要合理地分析多光譜合成圖像，充分的檢測廢水污染的程度，結(jié)合溫度的改變，利用紅外光的方法來了解水體熱污染的問題[6]。由于熱紅外光傳感器對熱源的敏感性比較強，能夠更高效地探測出熱污染排放的主要情況。我國的吳傳慶通過多時相的TM熱紅外數(shù)據(jù)，對于大亞灣核電廠周圍的溫度進行了有效的監(jiān)測，通過對各信息的分析和提取，有效地了解核電站周圍環(huán)境的實況，對環(huán)境進行了評估。

研究人員還通過熱紅外光掃描技術(shù)，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，更好地分析水體熱污染空間和時間上的動態(tài)化變化，并建立了相關(guān)的動態(tài)方程，有效地把數(shù)學(xué)擬合誤差控制在2.7以下。從這些案例，我們可以了解到在水體熱污染監(jiān)測方面，通過航空熱紅外光掃描技術(shù)和數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方式，可以有效地獲取影像中的相關(guān)信息，及時地了解熱污染分布的狀態(tài)，高效評估熱污染問題。

3.4 監(jiān)測水體富營養(yǎng)化

遙感技術(shù)在水體富營養(yǎng)化監(jiān)測方面，能夠結(jié)合浮游植物葉綠素的情況，通過分析葉綠素的含量，很好地分析出光譜中反射率的峰值，從而監(jiān)測水體富營養(yǎng)化的分布范圍。除此之外，工作人員還可以通過彩色紅外圖像顏色的改變，來了解富營養(yǎng)化的程度。

宋瑜在高光譜的實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了有關(guān)的數(shù)據(jù)模型，對太湖水體富營養(yǎng)化的情況進行了研究工作。通過對太湖水體富營養(yǎng)化信息的提取，提出了有針對性的解決措施。部分學(xué)者的研究也充分地證明了，TM遙感數(shù)據(jù)能夠?qū)λw富養(yǎng)化進行遠程監(jiān)控和評估工作，能夠提高整體的工作效率。

3.5 監(jiān)測石油污染

港口石油污染是比較常見的水體污染情形式，石油污染的范圍比較廣，影響比較深。工作人員通過分析遙感技術(shù)圖像，可以了解水體是否被油層所污染，為油膜的識別提供一定的參考。我國的張永寧在研究的過程中，通過可見波波段，及時地了解不同厚度重柴油、煤油檢測過程中所呈現(xiàn)出來的圖像信息，發(fā)現(xiàn)了油膜厚度和油膜反射率具有一定的聯(lián)系；趙冬至總結(jié)了油膜在可見光近紅外波段的特點，從而更好地了解油膜自身的厚度。部分研究人員通過小型的機載成像光譜儀，有效地了解英國所出現(xiàn)的溢油事件，更好地證明了油膜提取的高效波段在440～900納米之間。工作人員從遙感影像中，能夠快速掌握石油泄漏的特點和擴散規(guī)律，把握石油污染的分布區(qū)域，為更好地進行污染治理工作提高了整體工作效率。

4 遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

4.1 在氣溶膠監(jiān)測方面的應(yīng)用

氣溶膠主要是指懸浮在大氣中固體微粒所形成的煙、霧、塵，這些形式稱為氣溶膠。工作人員通過遙感技術(shù)的運用，能夠通過分析遙感圖像來掌握工廠運轉(zhuǎn)所排放出來的煙霧，分析這些氣溶膠的影響。在氣溶膠檢測方面，遙感技術(shù)的原理是比較簡單的，工作人員通過分析光學(xué)參數(shù)和氣溶膠粒子的特征，并結(jié)合影像能夠更好地掌握氣溶膠分布的情況。

目前，工作人員要充分地了解氣溶膠的組成成分，利用遙感技術(shù)做好對各成分的監(jiān)測工作，常見的方法有主動式地基遙感技術(shù)和被動式空基遙感技術(shù)。這些方法都能夠很好地保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

運用這些方法時，需要將有關(guān)的設(shè)備放置到戶外環(huán)境中，工作人員要結(jié)合目標(biāo)對象的特點，持續(xù)不斷地對數(shù)據(jù)進行收集和分析，并將有關(guān)的圖像做好分離處理，合理地分析不同特點與單一氣溶膠呈現(xiàn)的匹配效果。如果圖像相似性越高，則表明大氣中蘊含氣溶膠物質(zhì)成分越多。除此之外，氣溶膠光學(xué)厚度會對地表反射率比較敏感，為了更好地保障監(jiān)測的效果，工作人員要采用主動式地基遙感技術(shù)，針對性地進行分析，從而更好地保障目標(biāo)對象的合理性。

4.2 在有害氣體監(jiān)測方面的應(yīng)用

遙感技術(shù)在有害氣體監(jiān)測方面，主要表現(xiàn)為工作人員分析二氧化硫、煙霧、乙烯等各種成分，了解有害氣體的實際情況。在實際工作中，通常運用邊界分析法和反射率分析法這兩種形式。部分學(xué)者通過反向推理的方式，進行了有害氣體的檢測工作。通過對不同類型有害氣體適合波段的分析，發(fā)現(xiàn)二氧化氮的最佳觀測波段在432-448納米之間。以河北某地霧霾例子分析，工作人員通過反射率分析的方法，選取300～900納米之間的波段，分析這些有害氣體的觀測波段，并獲得了相關(guān)的環(huán)境信息。他們將該信息與同時期北京地區(qū)的二氧化碳、二氧化硫監(jiān)測結(jié)果進行了對比，發(fā)現(xiàn)兩者的差異平均為0.2左右，信息準(zhǔn)確度比較高。除此之外，邊界分析方法是一種典型分析方法，該方法在應(yīng)用的過程中，能夠全方面地收集有害氣體的數(shù)據(jù)，結(jié)合混合氣體的監(jiān)測效果，生成有關(guān)的模型，通過遙感技術(shù)做好目標(biāo)的監(jiān)測工作，及時了解大氣中有害氣體的分布情況。

4.3 在城市熱島效應(yīng)方面的應(yīng)用

隨著我國城市化腳步的不斷加快，城市熱島效應(yīng)是常見的一種現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為城市空氣溫度高于城市郊外溫度，形成從城市向郊區(qū)的一種環(huán)流。各個國家對于城市熱島效應(yīng)的研究都非常積極，同時也得出遙感技術(shù)是進行城市熱島效應(yīng)研究的關(guān)鍵。研究人員在各城市中，運用熱紅外光遙感技術(shù)，對于不同時相的資料進行收集、整理和分析，得出了城市熱島效應(yīng)的一般規(guī)律。他們在紅外成像原理基礎(chǔ)上，對熱量信息進行了進一步的追蹤。例如，某德國學(xué)者結(jié)合熱導(dǎo)效率監(jiān)測原理，通過和常規(guī)建筑物相比，認(rèn)為存在著低消耗建筑物熱能存儲能力比常規(guī)建筑物高，存儲能力大約高40%左右。

4.4 在臭氧層監(jiān)測方面的應(yīng)用

臭氧層能夠?qū)又参锖腿祟惼鸬奖Ｗo作用，將遙感技術(shù)運用到臭氧層監(jiān)測過程中，能夠及時地了解臭氧層的變化情況，找到臭氧層空洞的具體位置。在南極，每年會出現(xiàn)臭氧層空洞現(xiàn)象，每年還在不斷地擴大中，這對于地球生物的正常生活來說非常不利。我國科學(xué)家通過激光雷達技術(shù)，對某一高度的充氧層分布進行了測量，我們了解到，結(jié)合激光不同的波段的不同表現(xiàn)，能夠得到準(zhǔn)確的臭氧層分布情況，從而更好地保障了臭氧層監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

總之，在我國信息技術(shù)不斷進步的背景下，遙感技術(shù)在大氣環(huán)境和水環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用效果越來越顯著，工作人員可以結(jié)合不同對象、不同指標(biāo)的監(jiān)測要求來進行相關(guān)的監(jiān)測工作。在應(yīng)用遙感技術(shù)的過程中，工作人員需要借助專門的設(shè)備進行檢測工作，同時需要運用相關(guān)的理論知識，對不同對象的特點進行分析，為后續(xù)工作奠定堅實的基礎(chǔ)。