遙感技術(shù)在水生態(tài)環(huán)境管理的應(yīng)用探究

摘 要：現(xiàn)階段的水生態(tài)環(huán)境管理中廣泛應(yīng)用遙感技術(shù)，以紅外遙感技術(shù)、無人機(jī)遙感技術(shù)、微波遙感技術(shù)、高光譜遙感技術(shù)為主。為持續(xù)提高水生態(tài)環(huán)境管理水平，應(yīng)該注重遙感技術(shù)的推廣應(yīng)用，重點(diǎn)監(jiān)測與分析懸浮物質(zhì)、水質(zhì)、水溫、藻類水華、水體深度這些關(guān)鍵信息，確保各種遙感技術(shù)得到科學(xué)有效的應(yīng)用，助力水生態(tài)環(huán)境管理水平的提高。為此，概述了遙感技術(shù)，介紹了水生態(tài)環(huán)境管理中常用的遙感技術(shù)，并從水體渾濁度檢測、水體熱污染檢測等方面探究了遙感技術(shù)在水生態(tài)環(huán)境管理的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水生態(tài)環(huán)境管理；遙感技術(shù)；紅外遙感技術(shù)；水體渾濁度

中圖分類號(hào)：X87 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）08–0-03

水是生命之源，保護(hù)水資源一直都是社會(huì)的共識(shí)。當(dāng)前階段，黨和國家更為重視水生態(tài)環(huán)境的改善與管理，要求持續(xù)加大水污染防治力度，開展科學(xué)有效的水生態(tài)環(huán)境管理工作。當(dāng)前，為了切實(shí)做好水生態(tài)環(huán)境管理工作，應(yīng)注重多措并舉和多種技術(shù)手段的綜合利用，其中，遙感技術(shù)是廣泛應(yīng)用的技術(shù)手段，對水生態(tài)環(huán)境管理具有重要意義。針對當(dāng)前突出的水環(huán)境問題及水生態(tài)環(huán)境改善要求，如何應(yīng)用遙感技術(shù)為水生態(tài)環(huán)境管理提供強(qiáng)有力的支持是當(dāng)前重點(diǎn)探究問題。結(jié)合已有的文獻(xiàn)資料，進(jìn)一步分析探討了遙感技術(shù)在水生態(tài)環(huán)境管理的應(yīng)用。

1 遙感技術(shù)的概述

遙感技術(shù)是重要的探測技術(shù)，可以探測與識(shí)別地面各種景物，具有多方面的優(yōu)越性。所應(yīng)用的遙感技術(shù)是以電磁波的理論為主，在各種傳感儀器的支持下，可以對遠(yuǎn)距離目標(biāo)所輻射和反射的電磁波信息進(jìn)行收集與處理，并且最終成像?，F(xiàn)階段，遙感技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，可以用于軍事偵察、地圖測繪、氣象觀測，且由于傳感器正在向電磁波譜全波段覆蓋，使得遙感技術(shù)定量化與精確化處于不斷提升的狀態(tài)。

遙感技術(shù)之所以發(fā)揮出重要作用，是因?yàn)橛邢冗M(jìn)有效的傳感器設(shè)備，無人機(jī)、飛機(jī)、衛(wèi)星等載體均可安裝傳感器設(shè)備。傳感器設(shè)備通過發(fā)揮作用，能夠有效捕捉來自地球表面的電磁輻射，以微波、可見光、紅外線為主，所形成的數(shù)據(jù)信息發(fā)揮重要作用，如基于數(shù)據(jù)信息而生成圖像與地圖。當(dāng)前，城市規(guī)劃領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、水資源管理領(lǐng)域、氣象學(xué)領(lǐng)域、地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域、環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域都注重應(yīng)用遙感技術(shù)。在應(yīng)用遙感技術(shù)的過程中，遙感技術(shù)有以下5個(gè)方面的特點(diǎn)。

第一，遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離感測。應(yīng)用遙感技術(shù)時(shí)能夠全面且全過程地獲取地表信息，且不需要直接與目標(biāo)區(qū)域產(chǎn)生接觸，因此，遙感技術(shù)可以在無法輕易進(jìn)入的地區(qū)得到有效應(yīng)用，如可以在沙漠、高山、海洋、森林等地區(qū)獲得有效信息[1]。

第二，遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多光譜數(shù)據(jù)處理。在應(yīng)用遙感技術(shù)的過程中，各種傳感器可以捕捉多個(gè)波長的電磁輻射，包括紅外線、可見光、微波在內(nèi)的多光譜數(shù)據(jù)，豐富的多光譜數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于不同領(lǐng)域[2]。

第三，遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化與自動(dòng)化。在處理和分析遙感數(shù)據(jù)的過程中，可以重點(diǎn)依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化處理，且在這一基礎(chǔ)上可以生成所需要的數(shù)字化地圖和信息，使遙感數(shù)據(jù)發(fā)揮出重要作用，可用性和精確性均值得肯定。

第四，遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間序列數(shù)據(jù)?；谶b感技術(shù)所獲得的遙感數(shù)據(jù)能夠用于生成時(shí)間序列，研究者可以隨時(shí)間的演變對地表特征情況進(jìn)行觀察。當(dāng)前主要是自然災(zāi)害、植被季節(jié)性變化、城市擴(kuò)張。

第五，遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大范圍覆蓋。當(dāng)前，遙感技術(shù)可以較容易地獲取到廣大地區(qū)的遙感數(shù)據(jù)。因此，在監(jiān)測和分析大規(guī)模地理信息數(shù)據(jù)中要考慮遙感技術(shù)的推廣應(yīng)用，確保遙感技術(shù)可以成為監(jiān)測和分析大規(guī)模地理的有力工具。

2 水生態(tài)環(huán)境管理中常用的遙感技術(shù)

2.1 紅外遙感技術(shù)

當(dāng)前，在水生態(tài)環(huán)境管理中，紅外遙感技術(shù)應(yīng)用廣泛。紅外遙感技術(shù)主要依賴紅外波段，其波長范圍為0.77～1 000 μm，重點(diǎn)利用“不同物質(zhì)對紅外波段的電磁輻射有不同的吸收特性”這一性質(zhì)原理，評估水體中不同成分的紅外光譜特征，并對水體的污染類型、污染程度進(jìn)行分析評價(jià)。

同時(shí)，水生態(tài)環(huán)境管理較為關(guān)注水溫，強(qiáng)調(diào)對水體的表面溫度進(jìn)行有效測量，確?？梢赃_(dá)到監(jiān)測水溫變化的效果，這一過程中需要應(yīng)用到紅外遙感技術(shù)。當(dāng)前，紅外遙感技術(shù)可以對水溫變化進(jìn)行有效監(jiān)測，有助于動(dòng)態(tài)掌握水體的熱動(dòng)力特性，如掌握水體溫度的梯度變化與季節(jié)性變化。在反映水中的溶解物質(zhì)和懸浮物含量時(shí)，紅外遙感技術(shù)能夠有效捕捉到水體的顏色信息，為技術(shù)人員識(shí)別水體中的雜質(zhì)和藻類水華提供支持，有助于早期發(fā)現(xiàn)水體異常情況。并且，當(dāng)前的水生態(tài)環(huán)境管理中強(qiáng)調(diào)確定出具體的污染物，而紅外遙感技術(shù)對不同污染物表現(xiàn)出高度敏感性，通過紅外遙感技術(shù)更容易對水體中的污染物進(jìn)行監(jiān)測分析。

此外，紅外遙感技術(shù)能夠?qū)t外波段和近紅外波段的信息、可見光的信息進(jìn)行具體分析，如此可以形成和提供多光譜數(shù)據(jù)，有助于更好、更快地對水環(huán)境的變化和特征進(jìn)行分析論證，如反映出植被分布、水體類型、土地利用的具體信息[3]。

2.2 高光譜遙感技術(shù)

高光譜遙感技術(shù)的顯著優(yōu)勢是可以獲得連續(xù)圖像資料與較窄波段，廣泛應(yīng)用于水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與管理。相較于傳統(tǒng)遙感技術(shù)，高光譜遙感技術(shù)具有連續(xù)譜這一特點(diǎn)，可以連續(xù)且全面地獲取到水生態(tài)環(huán)境的數(shù)據(jù)信息，且獲得的數(shù)據(jù)信息具有詳盡、精確的優(yōu)勢，甚至可以將水生態(tài)環(huán)境的每個(gè)細(xì)節(jié)及變化情況直觀且完整地反映出來。水生態(tài)環(huán)境管理中高光譜遙感技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)勢集中體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

第一，高光譜遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測中。其重點(diǎn)是對水體的三大特性進(jìn)行監(jiān)測，即散射特性、吸收特性、反射特性，并在此基礎(chǔ)上對水質(zhì)進(jìn)行評估。值得注意的是，當(dāng)物質(zhì)不同時(shí)，其在不同波長的光譜上可以呈現(xiàn)出不同的光譜特征，因此借助高光譜遙感技術(shù)可以對水體中的污染物和溶解物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別及動(dòng)態(tài)分析。

第二，在水色監(jiān)測中，高光譜遙感技術(shù)可以對水體的顏色信息進(jìn)行準(zhǔn)確且全面的捕捉，動(dòng)態(tài)監(jiān)測水色的變化情況[4]。水體顏色在很大限度上可以反映水中藻類水華、懸浮物、其他雜質(zhì)的分布情況。因此，應(yīng)用高光譜遙感技術(shù)能對水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行評估，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)水體異常的風(fēng)險(xiǎn)及問題。

第三，高光譜遙感技術(shù)可用于監(jiān)測海岸線的位置和變化。借助高光譜遙感技術(shù)可以對不同地物（主要包括海水、植被、巖石、海灘等）的光譜特征進(jìn)行監(jiān)測分析，及時(shí)了解并掌握海岸線的動(dòng)態(tài)變化情況。

2.3 無人機(jī)遙感技術(shù)

在無人機(jī)遙感技術(shù)中，重點(diǎn)是利用無人駕駛飛行器有效且高效地采集遙感數(shù)據(jù)。當(dāng)前，地球上的觀測衛(wèi)星數(shù)量不斷增加，但衛(wèi)星傳感器存在可用性較低、分辨率較低的問題，而應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)可以獲取到更為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)信息的分辨率較高。其在水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與管理中達(dá)到低空飛行的效果，能夠有效監(jiān)測到小尺度的水體特征[5-6]。

相較于衛(wèi)星，無人機(jī)遙感技術(shù)可以更好地滿足水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與管理的具體需求，如水生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)嚴(yán)重污染事件時(shí)，相關(guān)部門可以指揮無人機(jī)及時(shí)飛往目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測作業(yè)，獲取實(shí)時(shí)有效數(shù)據(jù)，為水生態(tài)環(huán)境的污染治理提供依據(jù)[7-8]。與此同時(shí)，在應(yīng)用無人機(jī)遙感技術(shù)時(shí)，可結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行裝備和配置，促使無人機(jī)遙感技術(shù)發(fā)揮出最大價(jià)值，如可以靈活配置相機(jī)、遙感傳感器等其他設(shè)備。此外，在水生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與管理中，應(yīng)用無人機(jī)可以有效避免大氣散射問題與云層遮擋問題，即使是在惡劣天氣條件下，也可以確保無人機(jī)遙感技術(shù)有良好的適用性，能有效完成水生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集[9]。

當(dāng)前，在水生態(tài)環(huán)境管理中要注重?zé)o人機(jī)遙感技術(shù)的推廣應(yīng)用，且必須要求無人機(jī)遙感技術(shù)可以提供高質(zhì)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，即監(jiān)測數(shù)據(jù)具有靈活性強(qiáng)、高分辨率、快速響應(yīng)、成本較低這些顯著特點(diǎn)，切實(shí)有效地支持水生態(tài)環(huán)境管理活動(dòng)。

2.4 微波遙感技術(shù)

微波遙感技術(shù)是一種能夠進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)測和識(shí)別的遙感技術(shù)，其波長范圍為1～10 000 m。在實(shí)際應(yīng)用微波遙感技術(shù)的過程中，依托微波傳感器對不同物質(zhì)所發(fā)射的電磁輻射信息進(jìn)行精準(zhǔn)捕捉與獲取，并基于所獲取的數(shù)據(jù)信息對所存在的物質(zhì)進(jìn)行判讀與識(shí)

別[10-11]。當(dāng)前在水生態(tài)環(huán)境管理中，微波遙感技術(shù)應(yīng)用廣泛，尤其是在水體監(jiān)測、洪水分布等活動(dòng)中。

微波遙感技術(shù)的穿透性很強(qiáng)，可以有效穿透土壤、云層、植被，因此可以在識(shí)別水體的過程中應(yīng)用微波遙感技術(shù)。在海岸線信息的獲取中，可以借助微波遙感技術(shù)重點(diǎn)獲取到海岸線的形狀信息、位置信息、變化信息，所獲取的信息可以應(yīng)用于海岸線管理、海岸生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)。在監(jiān)測洪水分布這一方面，可以在不同的季節(jié)與天氣條件下應(yīng)用微波遙感技術(shù)監(jiān)測洪水分布情況，重點(diǎn)監(jiān)測水體的高度與面積，實(shí)現(xiàn)對洪水的快速預(yù)警。

總體而言，微波遙感技術(shù)不易受天氣條件影響，當(dāng)進(jìn)行水生態(tài)環(huán)境的全天候與多季節(jié)的監(jiān)測及管理時(shí)，優(yōu)先考慮應(yīng)用微波遙感技術(shù)。

3 遙感技術(shù)在水生態(tài)環(huán)境管理的應(yīng)用探究

3.1 水體渾濁度檢測中遙感技術(shù)的應(yīng)用

在水體渾濁度的檢測與管理中，傳統(tǒng)技術(shù)存在一定的局限性，諸如獲得檢測結(jié)果的時(shí)間較長，且檢測范圍復(fù)雜，檢測效果不佳。而應(yīng)用遙感技術(shù)檢測水體渾濁度，其核心原理是結(jié)合物體自身的光譜反射特征得到水體渾濁度的數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)光譜影像的差異對水體渾濁度進(jìn)行判斷與分析[12]。

相關(guān)研究結(jié)果顯示，光譜的衰減系數(shù)會(huì)直接受到水體中懸浮物質(zhì)數(shù)量的影響，極易穿透的波段可以從0.50 μm向紅色區(qū)域逐漸移動(dòng)。當(dāng)前已經(jīng)確定出水體渾濁度與散射率之間的關(guān)系，即當(dāng)水體渾濁度分別是0%、10%、30%、50%、80%、90%時(shí)，散射率分別為18.2%、19.8%、22.4%、28.7%、35.9%、47.8%，觀測波段分別為460、580、700、820、960、1 200 nm。當(dāng)水體渾濁度較高時(shí)，入射光散射的深度會(huì)變淺，所對應(yīng)的反射率增加，此時(shí)獲取水體渾濁度數(shù)據(jù)信息的難度會(huì)降低。

3.2 水體熱污染檢測中應(yīng)用遙感技術(shù)

在水生態(tài)環(huán)境管理中，水體熱污染檢測與治理是一大重點(diǎn)，要求在水體熱污染檢測中對各種污染物質(zhì)的數(shù)目與種類進(jìn)行監(jiān)測，在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)且綜合分析水體。當(dāng)前在水體熱污染檢測中注重遙感技術(shù)的推廣應(yīng)用，先是利用遙感技術(shù)獲取到水體熱污染的信息，然后對污染元素進(jìn)行準(zhǔn)確辨別[13-14]。各種污染元素可以對水體造成影響，水體的熱污染存在一定的差別，通常是水體中的污染物數(shù)量可以增加，基于遙感技術(shù)的探測功能與識(shí)別功能，可以提高污染元素辨別的準(zhǔn)確性。此外，遙感技術(shù)可以全面檢測水體熱污染，在相關(guān)軟件平臺(tái)的支持下可以繪制出關(guān)于水體熱污染的曲線，直觀形象地呈現(xiàn)出水體熱污染的數(shù)量與物質(zhì)。熱污染等級(jí)與曲線變化之間有特定的關(guān)系，當(dāng)熱污染級(jí)別為0、10、30、50、80、90時(shí)，曲線變化幅值分別為0、27.2、35.9、47.8、64.6、70.2，曲線特異性分別是無、一般、一般、突出、突出、突出。因此，在水體熱污染檢測中應(yīng)用遙感技術(shù)時(shí)，要強(qiáng)調(diào)應(yīng)用遙感技術(shù)準(zhǔn)確反映水體污染物等級(jí)，并結(jié)合檢測過程中所獲得數(shù)據(jù)信息繪制遙感曲線，但要注意將遙感曲線特異性的誤差嚴(yán)格控制在2%以內(nèi)。

3.3 其他領(lǐng)域中應(yīng)用遙感技術(shù)

除在水體熱污染、水體渾濁度的檢測中應(yīng)用遙感技術(shù)，在積雪覆蓋調(diào)查與管理、地表水體動(dòng)態(tài)監(jiān)測與管理、濕地資源與管理等方面也可應(yīng)用遙感技術(shù)。在積雪覆蓋調(diào)查與管理中，遙感技術(shù)代替氣象臺(tái)站，調(diào)查積雪的分布范圍和面積，獲取積雪純度、積雪濕度、積雪深度等信息[15-16]。在地表水體動(dòng)態(tài)監(jiān)測與管理中，以湖水面分布范圍為例，應(yīng)用遙感技術(shù)可以調(diào)取湖水面不同分布范圍的遙感影像，直觀地對比分析湖面動(dòng)態(tài)變化的影像及數(shù)據(jù)，并與氣象站的氣象觀測資料相結(jié)合，從而更好地分析湖面變化成因。在濕地資源與管理中，重點(diǎn)應(yīng)用遙感技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測濕地種類及數(shù)量，切實(shí)發(fā)揮好遙感技術(shù)的諸多優(yōu)勢（包括獲取信息快、信息量大、觀測范圍廣、人為干擾因素少、更新周期短等）。此外，在提取濕地邊界、濕地動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測、濕地分類的過程中也應(yīng)該注重遙感技術(shù)的推廣應(yīng)用。

4 結(jié)束語

在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及管理中應(yīng)高度重視遙感技術(shù)的推廣應(yīng)用，切實(shí)發(fā)揮好遙感技術(shù)的各方面優(yōu)勢，助力生態(tài)環(huán)境管理水平的提高。當(dāng)前，遙感技術(shù)已有效地應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境管理中，相關(guān)部門在注重對成熟經(jīng)驗(yàn)做法進(jìn)行推廣應(yīng)用的同時(shí)，也應(yīng)進(jìn)一步探究遙感技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及管理的要點(diǎn)，從而確保遙感技術(shù)處于有效的應(yīng)用狀態(tài)，為水生態(tài)環(huán)境管理提供助力。

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