遙感技術及其在環境監測方面的應用

李秀華

山東省濟寧市汶上縣環境保護局

遙感技術及其在環境監測方面的應用

李秀華

山東省濟寧市汶上縣環境保護局

基于遙感技術開展環境監測，是一種快速、高效、經濟的辦法，有助于突破傳統手工監測的局限性，有效地提高環境監測的能力。隨著我國衛星遙感技術的發展，其在環境監測領域的優勢將進一步得到體現，運用前景將更加廣闊。但是，遙感監測并不是全能的，依然有很多的污染因子基于各種原因無法通過遙感技術直接進行監測，環境遙感監測還不能夠完全取代常規監測手段，在實際運用中，只有將手工監測與遙感監測相結合，整合其各自的優勢，才能夠更好地為環境監測、環境監管、環境保護服務。鑒于此，本文主要分析遙感技術及其在環境監測方面的應用。

遙感技術；環境監測；應用

1 、遙感技術概述

遙感又被稱之為RS，它是“3S”技術的重要組成部分之一，該技術歸屬于邊緣科學的范疇，作為一項探測技術，RS具有先進性和實用性的特點，正因如此，使其在諸多領域中獲得了越來越廣泛的應用。航攝是RS技術的基礎，其最早出現在20世紀60年代初期，在當時該技術被稱為航空遙感，當首顆陸地衛星成功升天之后，航天遙感的時代隨之正式開啟。自RS技術出現至今，其經歷了50年的發展，如今，RS技術已經十分成熟，并在很多領域內得到了應用，如農林、水文、氣象、環保、國防等，隨著科技水平的不斷進步，相信在未來RS技術將會進入一個高速的發展階段，遙感圖像的空間、時間以及光譜的分辨率都將會有極大程度的提升，在與“3S”技術中其它2項技術的相互滲透，將會使RS的應用范圍進一步擴大。

2 、遙感技術及其在環境監測方面的應用

2.1 水環境的遙感監測

(1)濁度監測。水體雖然與地物的本質有所區別，但2者之間卻有著一個共同點，即光譜反射特征，基于這一前提，可以通過RS技術，對水體在光譜影像中的差異來判定水體的污染變化，水體的渾濁度是其污染之后所呈現出來的一個基本特征，相關研究結果表明：當水體中浮游物的數量增加時，與之相應的光譜衰減系數也會隨之增大，同時，渾濁水體中的泥沙濃度增大后，入射光的散射深度會有所變淺，水體的發射率則會升高，據此便可準確判定出水體是否被污染。

(2)海洋監測。在人類生存的地球上，海洋的面積約占整個地球表面積的71%，其余的29%是陸地面積，由此使得海洋成為地球環境中重要的組成部分之一，為了有效防止海洋環境遭到污染和破壞，必須加大對其的監測力度。自美國向太空成功發射第1顆海洋衛星后，正式拉開了海洋環境遙感監測的序幕。由于海洋中有著各種各樣的資源，人類在對海洋資源進行開發利用的過程中，對海洋的生態環境造成了一定的破壞，海水的污染程度日益加重，致使環境質量隨之下降。RS技術在海洋環境監測中的應用，主要是以反射光譜特征作為前提，由于海洋上方的空間基本沒有任何障礙物，加之RS技術具有較大的監測視線，從而可以對海洋中水體的大范圍擴散情況進行監測，同時還可以探測出污染物的排放原因，為海洋環境治理提供了充足的依據。此外，海洋中有著極為豐富的石油資源，在對石油進行開采的過程中，不可避免地會造成海水污染，借助R S技術能夠對海水中的石油污染情況進行調查分析，并準確確定石油污染區域的范圍，同時，還能估算出污染區內水體當中的石油含量。海水與石油在光譜特性上有著極為明顯的區別，因此，可在某個特定的光譜段上將石油與海水區分開，可采用微波輻射法對海洋環境中的石油污染進行監測。

(3)城市污水監測。目前，我國的城市發展速度變得越來越快，這不但推動了工業的快速發展，而且也使得城市中的人口數量激增，在這一背景下，城市的生活污水和工業廢水的排放量大幅度增多。由于此類水體當中含有一定的有機污染物，其在分解的過程中會消耗大量的O2，隨之會產生出較高的COD和BOD5，水體也會變黑，并散發出非常難聞的臭味。通過運用RS技術中的紅外傳感器，可以有效采集到水體當中所含物質的紅外輻射光譜，由此便可獲悉水污染的程度及具體情況。

2.2 大氣環境的遙感監測

(1)對大氣成分的遙感監測。為全面了解大氣環境變化，需要相關人員能全面掌握大氣的相關內容，進而根據其中的變化判斷大氣質量。通過環境遙感監測技術，技術人員能夠收集臭氧總量、反應性氣體總量、大氣干濕沉降現象變化等基礎參數，進而了解當前一段時間內目標地區大氣環境的整體變化情況。以當前備受關注的霧霾為例，通過遙感技術，技術人員能隨時監測霧霾密度、范圍等基礎資料，再與傳統數據進行比對，判斷未來一段時間內霧霾的變化情況，為人們出行提供必要指導。

(2)對臭氧環境的監測。臭氧是地球的保護傘，但近幾十年來地球臭氧層破壞嚴重，已經成為不可忽視的環境問題。在環境遙感技術的支持下，我國技術人員可以有效測量不同高度的臭氧分布情況，了解在平流層、對流層、熱層等不同氣層中的臭氧分布情況，進而制作臭氧模型，為相關人員提供了更加真實的臭氧分布資料，有助于開展臭氧保護工作。

2.3 遙城市環境監測

遙感技術在城市中的應用主要有城市熱島效應分析，城市時空變化分析，城市綠化面積分析，城市大氣污染情況分析，城市土地利用情況分析等，主要利用TM圖像來實現對城市溫度，植被覆蓋率等指數的策略和比較分析，不同時的TM圖像可以清晰地看出城市的綠化面積，耕種面積，建筑面積的變化，數據分析能夠得出城市建筑的密度和合理性，市區道路的幾何距離，綠化情況，垃圾處理區的分布，地表水的污染情況，更能定量分析城市的綜合環境質量，生態效益和經濟效益的關系，最后能夠得出城市進一步合理規劃和發展的建議。對于城市而言，垃圾處理是一個重要的城市功能，固體廢棄物的光譜反應也是不一樣的，遙感技術可以分辨出建筑垃圾，工業垃圾等各種類型的垃圾，給城市綠化帶來方便，能夠迅速找到大量固體污染物的地域，減輕城市清潔人員的勞動力度。

3 、遙感技術在環境監測應用中的不足和展望

目前人們對于環境問題越來越關注，北京等大中城市已經出現嚴重霧霾天氣，嚴重影響人們的生活和健康。環境監測是預防環境惡化和保護環境的重要手段，人們也開始使用遙感技術應用在環境監測領域，幫助人們獲取相關重要信息，用以建設，空氣質量發布等。而遙感數據量十分龐大，每個采集地每天都會產生海量數據，除了數據的存儲之外，數據的分析，處理和挖掘方法也是缺乏的，人們如何大量數據中分析出一些有利于改變環境狀況的信息是最為關鍵的問題。

未來一段時間，大數據的發展必將帶來遙感技術的進一步發展，人們對于大量數據的處理能力會增強，機器學習的發展必將增加許多分析數據的方法，人們通過數據的訓練和學習能夠給環境帶來改善。主要變化首先反映在數據共享中，遙感技術依賴于衛星通信，而一個國家的地理衛星是有限的，需要各個國家充分利用衛星資源，數據共享，建立全球的遙感測度系統，幫助貧窮國家開發地理環境和保護相關資源，我國也應該開展與其他發達國家的深度合作，大力發展我國的遙感環境監測體系，與其他國家建立溝通，交流和合作的平臺。環境監測領域，除了遙感技術，還有全球定位系統，地理信息系統和專家系統，應該結合這些技術共同保護地理環境，另外隨著物聯網的發展，全國性的監測體系建立不再是夢想，越來越多的監控點會更為簡單和迅速地建立，監測的準確性和范圍會大大增加。

總之，隨著我國經濟和社會的快速發展，環境污染問題日益變得嚴重，突發性環境污染事故時有發生，環境監測為環境污染的管理決策提供重要數據依據，在環境治理發揮著不可替代的作用。傳統的環境監測技術受制于自然條件和時空等因素的影響，具有一定的局限，僅依靠現有的監測臺和傳統監測技術無法滿足宏觀、動態、連續、及時的污染監測和預測要求。遙感的高時間、空間和光譜分辨率恰好能夠適應當下的監測要求，伴隨遙感技術的不斷進步，其在環境監測領域的運用也運來越廣泛。

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