遙感技術在水生態環境管理的應用與前景

倪 見

泰州市靖江環境監測站

1 引言

我國對水生態環境的改善越來越重視，如何防治水污染并且實現流域環境的科學治理，是我國目前所面臨的最大難題。我國水污染的防治現階段重點在于對黑臭水體的整治以及重點流域惡劣水體的消除以及排污口的針對整治。針對以上這些問題，遙感技術在水生態環境的管理方面起到了明顯地作用。

2 遙感技術的概述

2.1 定義

遙感技術，即通過遙遠的距離來對目標進行感知和勘測。利用目標自身的輻射電磁波、反射或者紅外線等進行對目標的探測。是一門興起較晚的學科，以物理學科、地理學課、空間學科以及計算機學科作為基礎，將科技技術互相結合，從而研發出探測的功能。主要以傳感器為物質基礎，通過不同的平臺與平臺之間進行反射來獲得信息。因其主要職能是用來勘測，遙感技術利用人造衛星、宇宙飛船等高科技技術來拓展可視范圍，被廣泛應用在農林牧漁以及氣象與環境方面的探測中。近幾年我國對遙感技術的研究逐漸深入，相關的研究內容和綜合性實用性應用也在逐漸完善。

2.2 原理

任何物體都存在反射波，物體的組成不同，周圍環境也不同，同樣也就存在著不同的電磁波波長，反射能力同樣也不一樣。遙感技術通過探知物體反射各種光所產生的電磁波來捕獲信息并且進行分析和處理，從而達到遠程勘測的作用。

2.3 系統

遙感技術的系統可以分為四個部分。

（1）信息來源。信息來源泛指所有需要勘測的物質，即勘測對象。任何物質都存在著吸收以及反射電磁波的特性。由于物質的結構與性質不同，反射的能力也不同，由此可以區別勘測對象的相關信息。

（2）信息獲取。通過對勘測對象反射電磁波的相關信息的收集，使用設備來控制工作平臺進行相關的傳感，對勘測對象進行具體的信息收集。

（3）信息處理。獲得信息后，進行相關的數據處理、校對以及匯總分析。對勘測對象進行特征總結，篩選出需要的信息。

（4）信息應用。在進行信息匯總和分析之后，將相應的信息和數據根據具體需求應用在不同的領域，并且可以根據需求來進行相關數據的查詢和應用。

3 遙感技術的具體應用

3.1 農業方面

遙感技術在農業方面的具體應用主要是通過對農田土壤的勘測來對土質進行分類。在農業方面，遙感技術可以有效對農作物進行種類的區分，并且對農作物的生長過程和狀態進行實時監控，通過對數據的分析來預測年產量。同時還能夠對農作物的病蟲害情況進行監督，及時針對實際情況來進行相關措施的方案設置。目前遙感技術正在全面進行推廣，尤其是玉米以及棉花方面。

3.2 環境方面

環境問題是世界范圍的問題之一，遙感技術能夠有效增強環境保護的力度。通過衛星遙感技術來對環境方面進行監測，隨時隨地對水質、土壤質量以及空氣質量進行監測。同時也可以測算出植被的覆蓋率等。通過遙感技術能夠收集到許多相關信息數據，這樣有助于預測自然災害的發生，通過遙感技術也可以對發生災害的地區進行實時監控，降低環境問題帶來的危險性。

3.3 預防方面

前面提到了自然災害，自然災害是任何一個國家乃至全人類都無法攻克的一項難題。自然災害不僅會影響到社會的發展，同時也會危及人類的生命安全。因此提高自然災害的防治是全人類共同的目標。自然災害必然是無法組織的，但人們可以對自然災害進行預測，通過預先采取措施來減少自然災害帶來的損失，尤其可以減少人類的傷亡。通過遙感技術可以大量采集災害發生前、災害發生的時候以及災害發生之后的相關數據信息，通過對數據信息的分析來預測自然災害的發生。并且在災害發生之后，可以根據相關數據來對受災地區進行重建方案的制定。節約了時間的同時，也減少了損失。

3.4 新領域方面

近幾年，遙感技術被廣泛應用在考古學方面。通過電磁波的反射，達到考古人員難以達到的歷史遺跡內部并且進行勘測。有效降低了考古人員的工作難度和工作量，加快了考古工作的進度，同時也不會對古遺跡造成不必要的損壞。不僅如此，遙感技術還被應用在公共衛生方面。通過遙感技術來收集數據，有效地控制流行病毒和傳染病的傳播情況。除此之外，遙感技術還被應用在巖石力學方面。利用遙感技術的光譜曲線分析來確定巖石的材料和性質。

4 遙感技術的優勢

對比其他勘測技術，遙感技術的適應性更好。地球上有許多地區并不適合傳統的勘測技術。遙感技術的遠程監測可以完美地彌補傳統勘測技術在這方面的漏洞。并不需要直接解除目標或者身處目標所在的環境，也能夠在不同的條件下進行相關信息數據的收集。遙感技術對環境污染的追蹤可以達到實時監控的程度。有助于及時了解環境污染的真實情況，同時技術人員也可以根據這些數據對環境污染進行詳細的分析，預測其發展趨勢，并且制定出相應的對策，有效地對環境采取治理和保護的作用。對比傳統的勘測技術，遙感技術的數據收集更加廣泛并且具有較高的效率。遙感技術結合了航空航天技術，利用衛星或者飛行棋來對地面上的信息進行數據采集，數據可以立刻傳達到計算機中，通過相關軟件來進行數據的分析，篩選校正需要的資料。因為遙感技術與航空航天技術聯合使用，所以勘測的范圍也更廣，隨著科技的不斷進步，遙感技術所能夠應用的覆蓋范圍越來越廣，同時也可以對這些范圍進行監測，大大地克服了傳統技術在覆蓋范圍方面的局限性。

5 遙感技術在水環境檢測中的應用

水環境檢測通常指的是對水資源的環境狀態進行監測。其中包含地表水、地下水以及降水等各種水資源形式。通常運用的是生物、物理以及化學技術等相關手段來對水資源進行檢測。監測的對象除了純天然的水資源環境，也包含了人類對水資源環境變化所產生的影響。當水資源的環境出現了污染的情況，就需要及時采取手段進行保護。

傳統的水環境檢測主要以實驗室檢測分析為主要檢測手法。雖然能夠有效地檢測出水質的具體參數，卻無法滿足對水環境的實時監控。也無法確定水環境的動態檢測數據，因此將遙感技術應用在水環境的監測中能夠有效滿足以上水環境監測的要求。遙感技術的應用更加便捷有效，并且能夠為環境部門提供重要的參考依據。應用較為普遍的部分為水體溫度的監測、水體深度的監測、水體環境是否有流沙的監測以及有機質分布等情況的檢查。通過監測水體光譜和水體色度來對水域的變化來進行觀測并且推演出后期變化的結果。通過監測能夠有效分析出水環境在人類活動后是否存在影響。水體在清澈的情況下反射率通常比較低，因為水體有較強的吸光能力。污水中因為有物質能夠吸收光，這樣就造成了污水的反射率與清水局部一致。遙感技術主要是利用顏色差異和水體反射率來計算水質的具體情況。水體的組分信息以及狀態會直接影響到水體光譜，陽光經過吸收和反射之后照射在水面上。衛星傳感器吸收到水面上的反射光和散射光以及水底的反射光，通過分析輻射亮度就能夠直觀地建立起水體組分與觀測值的關系了。水體中能夠影響到光強度的物質主要有三種，即懸浮物質、葉綠素以及黃色物質。日常水體監測中是通過遙感技術來測量出水體中的懸浮物質數量、葉綠素濃度以及水體的透明度。

遙感技術的具體監測步驟為：導入既定數據→輻射值定標→幾何圖像糾正→將圖像進行劃區→水表面觀測反射率的計算→平滑濾波統計→建立圖像掩膜→掩膜應用→建立水環境的模型庫→水質的反演。

現階段水體發黑的情況極大地影響到監測結果，由于生活污水和工業用水導致水體中有機物增多，對溶解氧的消耗過大，遙感監測在面臨這樣的情況時采取紅外傳感器的光譜檢測模式，能夠有效掌握水體污染的實際情況。

6 遙感技術在水環境檢測中的前景

傳統水環境監測主要是通過布點采樣的方式來進行環境監測，空間布點局限性較大，采樣的分析時間不夠及時，缺乏精準度。遙感技術的監測范圍更廣并且能夠提供連續立體的圖像，在區域環境過大的研究中也能夠提供宏觀的生態因素聯系，更加便捷精準。

遙感技術主要采取無人機和衛星相結合的工作手法，能夠更加快速地獲取資料統計數據，加大了生態監測的工作效率。遙感技術所使用的現代信息化計算機來對數據資料進行處理，效率更高，誤差更小。能夠有效地達到生態監測區域的聯動。并且可以根據數據和資料進行環境建模，更加直觀可靠地收集數據。

在一些環境對人類的監測具有局限性的監測情況中，也可以采用遙感技術。例如冰川凍土或者高寒山區等，遙感技術可以到達人類到不了的地方，通過這樣的監測手法能夠打破以往常規監測無法辦到的監測工作，獲取相關環境信息，遙感技術獲取信息的深度也遠超人類常規監測手段。例如污水下基巖裂縫的信息等，遙感技術都能夠辦到。遙感技術能夠盡快更新數據，對區域進行動態監測，類似沙漠遷徙以及水土流失等情況都能夠進行實時監控。對于地震等自然環境危害以及人為開采所造成的地面塌陷等情況也可以通過遙感技術的環境動態監測來進行監控。

遙感技術可以有效地監測核電站溫排水對水環境生態平衡是否有影響。核能本身是一種清潔能源，并不會造成溫室效應。但核電站的運行過程需要利用海水進行冷卻，這樣就會造成溫排水。溫排水會直接排放到附近的海域中，會對海水的整個水生環境造成影響。其中會影響到生物的種類、數量結構，也會影響到水體的理化性質，同時也會降低氧氣在水中的溶解度進而造成生態環境發生變化。遙感技術對核電站溫排水的監測能夠做到實時監控，隨時掌握生態平衡的變化，這對水環境的優化有著積極向上的意義。

近幾年，遙感技術逐漸開始朝著產業的方向發展。通過產業鏈來整合豐厚的物資，這樣才能夠維持遙感技術的繼續發展。經過研究人員的努力，遙感技術的傳感器在不間斷地更新換代，對研發技術是一個極大地提升。傳感器在雷達和光譜儀分辨率方面的提升不僅對水質勘測有著重要的意義，同時也加強了雷達全天候的獲取信息能力。遙感技術被廣泛應用在各個領域，極大程度上促進了遙感技術的商業應用。雖然目前遙感技術的應用市場并不廣泛，但隨著科學的進步，遙感技術商業化是發展的必然趨勢。

7 結束語

隨著我國衛星技術的發展迅速，遙感技術在水環境的監測方面應用會更加廣泛。雖然目前遙感技術還存在一些不足之處，但無人機對遙感技術進行了必要的補充，有效增加了分辨率和空間數據，并且可以根據天氣的具體情況來選擇成像方式。遙感技術對水體采樣和黑臭水體的監測能夠提供更加實時有效地數據，在不久的將來也會廣泛應用在城市的水環境維護管理以及河湖海水生態修復中。