遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用研究

中圖分類號(hào)：X835 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）06-0041-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.06.010

Study on the Application of Remote Sensing Technology in Environmental Monitoring

HUANGLiang

（Cuiping Ecological Environment Monitoring Station of Yibin City，Yibin 6440oo，China）

Abstract：Remotesensing technologyhas manyadvantages，suchastheabilitytoconductthree-dimensionalanddynamic monitorng，andis widelyused inthefieldofenvironmental monitoring.Theapplicationofremotesensing technologyis elaborated insoil monitoring，atmospheric monitoring，water environment monitoring，radioactive monitoring，and noise monitoring，theadvantagesandlimitationsofthespecificapplicationprocessarepointedout，andthedevelopmentdirection ofremotesensing technologyislookedforwardinthefieldofenvironmentalmonitoring，inordertobeterutilizeremote sensing technology and improve the level of environmental monitoring.

Keywords： remote sensing technology; environmental monitoring;application; development

環(huán)境監(jiān)測對(duì)環(huán)境保護(hù)、公共衛(wèi)生及人體健康等方面都有十分重要的意義。環(huán)境監(jiān)測可以實(shí)時(shí)監(jiān)測污染物濃度變化和分布，預(yù)防和控制環(huán)境污染，預(yù)測和預(yù)警污染事件，同時(shí)為政策制定提供科學(xué)依據(jù)。遙感技術(shù)是一項(xiàng)能夠進(jìn)行區(qū)域立體、動(dòng)態(tài)監(jiān)測的技術(shù)，因其時(shí)效性強(qiáng)、信息量大、數(shù)據(jù)客觀真實(shí)、可比性好等特點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

1環(huán)境遙感監(jiān)測概述

遙感技術(shù)可以對(duì)地球表面進(jìn)行高效、廣泛、動(dòng)態(tài)的遙感監(jiān)測，這使其成為環(huán)境監(jiān)測的理想方法之一。遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測上的最早應(yīng)用可以追溯到20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)作為新興學(xué)科的遙感技術(shù)逐步進(jìn)入環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，尤其是大氣污染和水污染監(jiān)測等方面的應(yīng)用引起廣泛關(guān)注。此后，遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增多，得到迅速發(fā)展。如今，遙感技術(shù)可以通過航拍、衛(wèi)星遙感等手段對(duì)大氣、水、土壤、噪聲、放射性等環(huán)境污染因素進(jìn)行快速、高效、非接觸的監(jiān)測和分析，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供重要支持。

2遙感技術(shù)在不同環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1土壤監(jiān)測

20世紀(jì)70年代，科學(xué)家主要依賴低分辨率的光學(xué)衛(wèi)星數(shù)據(jù)研究土壤的光譜特性，以識(shí)別基本的土壤污染類型。這些研究為遙感技術(shù)在土壤監(jiān)測中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[1]。20世紀(jì)80年代至90年代，高光譜遙感技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，尤其在監(jiān)測土壤重金屬污染方面顯示出顯著的優(yōu)勢。例如，通過高光譜數(shù)據(jù)反演，可以測量土壤中銅、錳、鎳等重金屬的含量；結(jié)合反射光譜分析和化學(xué)計(jì)量學(xué)模型，能夠評(píng)估土壤中重金屬的分布和含量[2。21世紀(jì)以來，多源數(shù)據(jù)融合已成為土壤污染監(jiān)測的關(guān)鍵手段。例如，將高光譜、雷達(dá)和熱紅外遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)合，能夠更全面地評(píng)估土壤污染的空間分布和程度。高分辨率衛(wèi)星的發(fā)射提升遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率，使得土壤監(jiān)測更為精確。無人機(jī)遙感技術(shù)憑借其靈活性和高分辨率，在農(nóng)田土壤污染調(diào)查中得到廣泛應(yīng)用。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用顯著提高遙感數(shù)據(jù)處理效率和精度。例如，基于深度學(xué)習(xí)的圖像分類和模式識(shí)別技術(shù)已被用于土壤污染源的快速識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[3]。

2.2大氣監(jiān)測

20世紀(jì)70年代開始，科學(xué)家開始嘗試?yán)霉鈱W(xué)、紅外和微波遙感技術(shù)進(jìn)行大氣成分的探測，如氣溶膠和溫室氣體等[4。隨后，研究者開始廣泛利用光學(xué)、衛(wèi)星和雷達(dá)等監(jiān)測技術(shù)。紅外遙感技術(shù)主要用于監(jiān)測臭氧等氣體成分，高光譜遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于大氣氣溶膠、二氧化硫、二氧化氮等污染物的監(jiān)測，同時(shí)國際衛(wèi)星項(xiàng)目高速提升全球范圍內(nèi)的污染氣體監(jiān)測能力。例如，美國通過衛(wèi)星探測氣溶膠光學(xué)厚度來反演近地面細(xì)顆粒物濃度，為研究區(qū)域空氣污染提供重要數(shù)據(jù)[5。進(jìn)入21世紀(jì)，大氣遙感監(jiān)測技術(shù)迅速發(fā)展。衛(wèi)星傳感器技術(shù)的進(jìn)步顯著提高監(jiān)測精度和效率，多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)融合和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用也日益深入。例如，紫外光譜遙感技術(shù)在痕量氣體的監(jiān)測上發(fā)揮重要作用[。ZHONG等使用多種遙感技術(shù)來獲取大氣污染物的信息，通過反演算法確定污染源和污染物濃度，進(jìn)而評(píng)估污染狀況。

2.3水環(huán)境監(jiān)測

水環(huán)境監(jiān)測的遙感技術(shù)應(yīng)用起源于20世紀(jì)70年代，初期主要依賴衛(wèi)星和航空器收集數(shù)據(jù)。然而，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)限制，圖像分辨率較低，難以精確反映復(fù)雜水體的水質(zhì)狀況，因此主要用途是估算水質(zhì)參數(shù)，如葉綠素a濃度、濁度、懸浮固體等。到了20世紀(jì)90年代，隨著高光譜傳感器和多傳感器融合技術(shù)的應(yīng)用，遙感監(jiān)測在水環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用得到顯著拓展。水體污染的類型、分布和程度可以通過遙感技術(shù)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估，湖泊藻類暴發(fā)監(jiān)測、水體富營養(yǎng)化評(píng)估等方面也取得顯著進(jìn)展。例如，通過MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)估算葉綠素a濃度，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型提高檢測精度[8。21世紀(jì)以來，水污染遙感監(jiān)測技術(shù)取得更多突破。隨著衛(wèi)星遙感成像技術(shù)與水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的融合，遙感技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，能夠?qū)λw藻類、浮游生物種群、水體葉綠素a含量等進(jìn)行定量分析，并對(duì)水質(zhì)變化進(jìn)行預(yù)測。結(jié)合地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)，顯著提高水質(zhì)監(jiān)測的效率和覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市水網(wǎng)、小型水體以及復(fù)雜地形區(qū)域的水質(zhì)監(jiān)測。無人機(jī)技術(shù)的普及使得高分辨率、實(shí)時(shí)監(jiān)測成為可能，配備光譜儀的無人機(jī)能夠精確測量水體中的懸浮物、總磷和總氮等。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用進(jìn)一步提升遙感數(shù)據(jù)處理的速度和準(zhǔn)確性。

2.4放射性監(jiān)測

20世紀(jì)70年代至90年代，遙感技術(shù)逐步被應(yīng)用于放射性污染研究，展現(xiàn)出其顯著的潛力。許多國家利用衛(wèi)星和航空遙感技術(shù)，對(duì)空氣、水體及土壤中的放射性物質(zhì)分布進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測與分析，展現(xiàn)這一技術(shù)在放射性環(huán)境污染研究中的獨(dú)特價(jià)值。20世紀(jì)90年代開始，遙感技術(shù)開始從航空遙感向衛(wèi)星遙感轉(zhuǎn)型，地理信息系統(tǒng)與遙感技術(shù)的結(jié)合顯著提升放射性污染監(jiān)測的精度和效率。進(jìn)入21世紀(jì)，遙感技術(shù)在放射性污染監(jiān)測中的應(yīng)用日益多元化且更加精準(zhǔn)?！?射線檢測技術(shù)、 γ 射線探測器以及搭載輻射傳感器的無人機(jī)等新技術(shù)逐步應(yīng)用于監(jiān)測。高光譜遙感技術(shù)已成為放射性污染監(jiān)測的關(guān)鍵手段，而光纖傳感器與無人機(jī)技術(shù)的結(jié)合則進(jìn)一步提升監(jiān)測的效率和可靠性。例如，利用高光譜傳感器分析土壤中特定金屬元素的光譜響應(yīng)，有助于識(shí)別重金屬污染區(qū)域及放射性物質(zhì)的分布[10]

2.5噪聲監(jiān)測

噪聲污染的遙感監(jiān)測應(yīng)用起步較晚。早在1988年，研究者就已經(jīng)開始探索利用航拍遙感技術(shù)來監(jiān)測城市交通噪聲污染。以西安市雁塔區(qū)為例，將遙感數(shù)據(jù)與地面實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，兩者具有良好的一致性[1]。此后，隨著遙感技術(shù)的不斷進(jìn)步，研究者逐漸拓展應(yīng)用領(lǐng)域。進(jìn)入21世紀(jì)，利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測噪聲污染的研究逐漸增多，不僅涵蓋交通噪聲，還擴(kuò)展至工業(yè)噪聲及城市環(huán)境噪聲等領(lǐng)域。研究者結(jié)合多光譜和高分辨率數(shù)據(jù)，與聲學(xué)模型相結(jié)合，成功進(jìn)行噪聲分布的空間分析和動(dòng)態(tài)監(jiān)測。同時(shí)，以無人機(jī)為基礎(chǔ)的遙感技術(shù)逐漸嶄露頭角，憑借其靈活性和高性價(jià)比，成為環(huán)境監(jiān)測的新一代工具。隨著大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，噪聲污染監(jiān)測的分析手段也實(shí)現(xiàn)升級(jí)，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測不同城市區(qū)域在不同時(shí)間段的噪聲分布。

3遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的優(yōu)勢與局限

3.1優(yōu)勢

遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域具有諸多優(yōu)勢。一是覆蓋面廣。獲取大范圍的地表信息，用于監(jiān)測污染源的分布和范圍。二是高分辨率。提供高分辨率的圖像和數(shù)據(jù)，更好地反映地表污染源的特征。三是實(shí)時(shí)性。實(shí)時(shí)獲取地表信息，可以快速響應(yīng)環(huán)境污染事件，并及時(shí)采取控制措施。四是非接觸式。遠(yuǎn)距離獲取信息，不需要進(jìn)入污染區(qū)域，從而避免采樣帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 局限

遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的局限性也十分顯著。一是空間分辨率不足。目前，遙感數(shù)據(jù)通常只能提供區(qū)域或國家層面的信息，難以達(dá)到城市或更小尺度的精度。二是數(shù)據(jù)處理技術(shù)要求高。遙感數(shù)據(jù)量大，處理技術(shù)要求高，需要具備專業(yè)的技術(shù)和處理能力。三是傳感器特性限制。不同傳感器的特性可能影響遙感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。四是無法替代現(xiàn)場監(jiān)測。遙感技術(shù)可以提供大量數(shù)據(jù)，但無法完全替代人工監(jiān)測，原因是其直接獲取污染物濃度等具體數(shù)據(jù)時(shí)在多領(lǐng)域受限，復(fù)雜大氣環(huán)境下的適應(yīng)性較差。五是跨區(qū)域轉(zhuǎn)移性差。遙感研究往往局限于單一區(qū)域，缺乏跨區(qū)域的可轉(zhuǎn)移性。

4遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的發(fā)展方向

隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，其在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用前景愈加廣闊。一是智能化監(jiān)測系統(tǒng)。遙感技術(shù)將與人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測，從而快速分析污染物種類和分布范圍。二是高精度濃度監(jiān)測。新一代遙感技術(shù)將實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物濃度的精確監(jiān)測，例如，通過高分辨率的圖像和傳感器或開發(fā)新型遙感傳感器，提高監(jiān)測的準(zhǔn)確性。三是可靠性提升。遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用還需要與傳統(tǒng)的監(jiān)測方法相結(jié)合，以最大限度提高監(jiān)測結(jié)果的可靠性。四是多平臺(tái)遙感融合。將從多個(gè)平臺(tái)獲取的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，如地面氣象站、監(jiān)測站、衛(wèi)星和無人機(jī)等，提高數(shù)據(jù)的可信度和準(zhǔn)確性。五是快速響應(yīng)和應(yīng)急處理。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測和污染事件預(yù)警系統(tǒng)，快速響應(yīng)和處理突發(fā)污染事件，減少環(huán)境影響，并保護(hù)公共安全。

5結(jié)論

遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，具有覆蓋面廣、分辨率高等優(yōu)勢，空間分辨率、數(shù)據(jù)處理和跨區(qū)域轉(zhuǎn)移性等成為制約環(huán)境遙感監(jiān)測的關(guān)鍵，全方位、精準(zhǔn)化、智能化已然成為其主要發(fā)展方向。未來，隨著技術(shù)研究的不斷深人，在遙感技術(shù)支持下，環(huán)境監(jiān)測將會(huì)變得更加方便、快捷和準(zhǔn)確。

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