關于遙感技術在水質監(jiān)測中的應用探究

劉珠琳

【摘要】利用遙感技術進行水環(huán)境質量監(jiān)測的主要機理是被污染水體具有獨特的有別于清潔水體的光譜特征，這些光譜特征體現在其對特定波長的光的吸收或反射，而且這些光譜特征能夠為遙感器所捕獲并在遙感圖象中體現出來。如當水體出現富營養(yǎng)化時，浮游植物中的葉綠素對近紅外波段具有明顯的“陡坡效應”，故而這類水體兼有水體和植物的光譜特征，即在可見光波段反射率低，在近紅外波段反射率卻明顯升高。

【關鍵詞】遙感技術；水質監(jiān)測；污染水體；光譜

1水體遙感監(jiān)測的基本理論

水質參數的遙感監(jiān)測過程。首先，根據水質參數選擇遙感數據，并獲得同期內的地面監(jiān)測的水質分析數據?，F今廣泛使用的遙感圖象波段較寬，所反映的往往是綜合信息，加之太陽光、大氣等因素的影響，遙感信息表現的不甚明顯，要對遙感數據進行一系列校正和轉換將原始數字圖像格式轉換為輻射值或反射率值。然后根據經驗選擇不同波段或波段組合的數據與同步觀測的地面數據進行統(tǒng)計分析，再經檢驗得到最后滿意的模型方程。

2水質遙感監(jiān)測常用的遙感數據

2.1多光譜遙感數據。在水質遙感監(jiān)測中常用的多光譜遙感數據，包括美國Landsat衛(wèi)星的MSS、TM、ETM+數據，法國SPOT衛(wèi)星的HRV數據，氣象衛(wèi)星NOAA的AVHRR數據，印度遙感IRS系統(tǒng)的LISS數據，日本JERS衛(wèi)星的OPS（光學傳感器）接收的多光譜圖像數據，中巴地球資源1號衛(wèi)星（CBERS--1）CCD相機數據等。

Landsat數據是目前應用較廣的數據。1972年Landsat1發(fā)射后，MSS數據便開始被用于水質研究中。如解亞龍等用MSS數據對滇池懸浮物污染豐度進行了研究，明確了遙感數據與懸浮物濃度的關系；張海林等用MSS和TM數據建立了內陸水體的水質模型；Anne等人用TM和ETM+數據對芬蘭的海岸水體進行了研究。

2.2高光譜遙感數據

2.2.1成像光譜儀數據。成像光譜儀也稱高光譜成像儀，實質上是將二維圖像和地物光譜測量結合起來的圖譜合一的遙感技術，其光譜分辨率高達納米數量級。國內外的學者主要利用的有：美國的AVIRIS數據、加拿大的CASI數據、芬蘭的AISA數據、中國的PHI數據以及OMIS數據、SEAWIFS數據等進行了水體水質遙感研究，對一些水質參數，如葉綠素濃度、懸浮物濃度、溶解性有機物作了估測。

2.2.2非成像光譜儀數據。非成像光譜儀主要指各種野外工作時用的地面光譜測量儀，地物的光譜反射率不以影像的形式記錄，而以圖形等非影像形式記錄。常見的有ASD野外光譜儀、便攜式超光譜儀等。如對我國太湖進行水質監(jiān)測時，水面光譜測量就用了GRE-1500便攜式超光譜儀，光譜的響應范圍0.30～1.1um，共512個測量通道，主要將其中0.35～0.90um的316個通道的數據用于水質光譜分析。并且非成像光譜儀與星載高光譜數據的結合，可望研究出具有一定適用性的水質參數反演模型。

2.3新型衛(wèi)星遙感數據。新的衛(wèi)星陸續(xù)升空為水質遙感監(jiān)測提供了更高空間、時間和光譜分辨率的遙感數據。如美國的Landsat ETM+、EO--1ALI、MODIS，歐空局的Envlsat MERIS等多光譜數據和美國的EO-1Hyperion高光譜數據。Koponen用AISA數據模擬MERIS數據對芬蘭南部的湖泊水質進行分類，結果表明分類精度和利用AISA數據幾乎相同；Hanna等利用AISA數據模擬MODIS和MERIS數據來研究這兩種數據在水質監(jiān)測中的可用性時發(fā)現；MERIS以705nm為中心的波段9很適合用來估算葉綠素a的濃度，但是利用模擬的MODIS數據得到的算法精度并不高。Sabine等把CASI數據和HyMap數據結合，對德國梅克萊堡州湖區(qū)水質進行了監(jiān)測，為營養(yǎng)參數和葉綠素濃度的定量化建立了算法。

3水質遙感存在的問題與發(fā)展趨勢

3.1存在的問題：①多數限定于定性研究，或進行已有的航空和衛(wèi)星遙感數據分析，卻很少進行定量分析。②監(jiān)測精度不高，各種算法以經驗、半經驗方法為主。③算法具有局部性、地方性和季節(jié)性，適用性、可移植性差。④監(jiān)測的水質參數少，主要集中在懸浮沉積物、葉綠素和透明度、渾濁度等參數。⑤遙感水質監(jiān)測的波段范圍小，多集中于可見光和近紅外波段范圍，而且光譜分辨率大小不等，尤其是缺乏微波波段表面水質的研究。

3.2發(fā)展趨勢

3.2.1建立遙感監(jiān)測技術體系。研究利用新型遙感數據進行水質定量監(jiān)測的關鍵技術與方法，形成一個標準化的水安全定量遙感監(jiān)測技術體系，針對不同類型的內陸水體，建立多種水質參數反演算法，實現實驗遙感和定量遙感的跨躍，從中獲得原始創(chuàng)新性的成果。

3.2.2加強水質遙感基礎研究。加深對遙感機理的認識，特別是水質對表層水體的光學和熱量特征的影響機理上，以進一步發(fā)展基于物理的模型，把水質參數更好的和遙感器獲得的光學測量值聯系起來；加深目視解譯和數字圖象處理的研究，提高遙感影象的解譯精度；增強高光譜遙感的研究，完善航空成像光譜儀數據處理技術。

3.2.3開展微波波段對水質的遙感監(jiān)測。常規(guī)水質遙感監(jiān)測波段范圍多數選擇在可見光或近紅外，尤其是缺乏微波波段表面水質的研究情況。將微波波段與可見光或近紅外復合可提高對表面水質參數的反演能力。

3.2.4拓寬遙感水質監(jiān)測項。現階段水質遙感局限于某些特定的水質參數，葉綠素、懸浮物及與之相關的水體透明度、渾濁度等參數，對可溶性有機物、COD等參數光譜特征和定量遙感監(jiān)測研究較少，拓寬遙感監(jiān)測項是今后的發(fā)展趨勢之一。應加強其他水質參數的光譜特征研究，以擴大水質參數的定量監(jiān)測種類，進一步建立不同水質參數的光譜特征數據庫。

3.2.5綜合利用“3S”技術。利用遙感技術視域廣，信息更新快的特點，實時、快速地提取大面積流域及其周邊地區(qū)的水環(huán)境信息及各種變化參數；GPS為所獲取的空間目標及屬性信息提供實時、快速的空間定位，實現空間與地面實測數據的對應關系；GIS完成龐大的水資源環(huán)境信息存儲、管理和分析。將“3S”技術在水質遙感監(jiān)測中綜合應用，建立水質遙感監(jiān)測和評價系統(tǒng)，實現水環(huán)境質量信息的準確、動態(tài)快速發(fā)布，推動國家水安全預警系統(tǒng)建設。

參考文獻：

[1]劉紅；張清海；林紹霞；趙璐玥；林昌虎.遙感技術在水環(huán)境和大氣環(huán)境監(jiān)測中的應用研究進展 [J].貴州農業(yè)科學，2013，（1）.

[2]韓陽；陳春林；趙云升.城市生活污水偏振反射特性研究[J].北方環(huán)境，2011.

[3]徐曉娟.水環(huán)境監(jiān)測中遙感技術的應用價值[J].科技創(chuàng)新與應用，2013，（30）.