關于環境監測中對遙感技術的運用分析

劉甲大 萬統軍 王欣

摘 要：在深入推進生態文明建設的背景下，需要更為先進有效的技術手段實現智慧環境監測，保證環境監測質量，遙感技術的進步則為環境監測帶來了新的方案。隨著遙感技術在環境監測中的深度應用，其發揮的作用也越來越顯著。文章對遙感技術的環境監測應用場景進行宏觀分析和研究，僅供參考。

關鍵詞：環境監測;遙感技術;應用場景

中圖分類號：X21;TV1 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）03-099-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.046

在信息技術發展的支持和推動下，環境監測逐步轉型為數字環保監測，利用信息化手段處理、分析、管理所有環保業務及環保事件信息，實現對環保業務的整合與深度支持，實現環境監測的科學化、規范化、大眾化。遙感技術是數字環保監測的重要支撐手段之一，也是近些年來環保領域的重要研究開發方向之一。隨著衛星遙感技術的進步，其應用在環境監測上可以實現自動化、動態化、全局性監測，解決人工監測無法解決的關鍵問題[1]。

1 相關背景分析

早期粗放型的發展模式導致生態環境問題日益突出，隨著生態文明建設的推擠，全社會對生態環境的關注度越來越高，特別是《中華人民共和國環境保護法》修訂以后，環保問題始終保持高壓態勢，環境監測作為控制環境污染的重要手段，發揮著至關重要的作用。

傳統的環境監測手段費時費力、成本消耗也大，長期堅持較為困難。此外，傳統的環境監測手段存在諸多不足且敏感性不強，不能實時監控環境變化，往往是發生了嚴重的環境事故后，才能進行應急性的監測和控制，這明顯不能滿足當前生態文明建設的需求。

對環境監測而言，遙感技術是當前建立智慧環保監測的關鍵技術手段之一，具有傳統技術手段無法比擬的優勢。在遙感技術中，由于每一個物體本身發出的電磁波都不同，因而在遙感影像中呈現不同的狀態，如此遙感就能通過對物體的遠距離監測，進而實時監控環境變化。

2 遙感技術發展現狀

20世紀60年代，遙感技術逐漸發展并成為對地觀測的重要技術手段，其本質是利用電磁波和地球表面物質的相互作用，對地球的資源和環境進行探測，以揭示地球表面各種要素的空間分布特征和時空變化規律。隨著信息技術的深度應用，信息技術與遙感技術相結合，推動了智慧環境監測的發展[2]。

目前，遙感技術在環境監測中的應用非常廣泛，在自然資源動態監測、城市規劃等方面也有深度應用。隨著生態文明建設的提出，遙感技術在環境監測當中的發展非常迅速，從葉綠素含量、泥沙含量，到大氣中的污染氣體濃度、固體廢棄物分布等，都在遙感技術監測的范圍之內。

在環境監測中應用的遙感技術主要有可見光、反射紅外、熱紅外、微波等幾種。可見光、反射紅外遙感利用每個物體不同的反射率，實現對不同物體的監控，通過將地球表面對太陽輻射能的反射情況記錄下來，獲取目標物體信息，其關鍵變量在于大氣的純潔度、地物波普特性以及太陽輻射強度，該技術在污染檢測中的應用已經較為成熟。熱紅外遙感是利用電磁波對物體進行監測，一切物體的輻射和其本身的溫度都有相對應的電磁波，熱紅外遙感可探測并分辨地面輻射源，監測其輻射性能，可在短時間內發現大面積地表溫度分布。微波遙感可全天候進行觀測，對地球覆蓋層的穿透力強，其原理是通過微波遇到物體阻礙后反射回來呈現不同的現象，通過相關公式或模型對物體進行分析，從而得到目標物體相應的運動特性、物理特性等。

3 遙感技術在環境監測中的應用場景

利用遙感技術，可降低后期環境治理的概率，降低了污染物監測的準確率，節約了時間和經濟成本。環境一般涉及大氣環境、水環境、生態環境和城市環境，下面從這四個方面進行分析，分析遙感技術在環境監測中的應用場景[3]。

3.1 大氣環境監測

利用遙感技術對大氣污染源的分布、污染源擴散情況、擴散影響范圍等進行探測，輔以少量地面同步監測數據，可實現對大氣環境污染物濃度的定量分析，確定梯度變化值。目前，遙感影像分辨率越來越高，可清晰地看到某個點的大氣污染情況，比如利用衛星遙感可對地面上的碳黑廠所排放的黑煙塵進行清晰拍攝，又比如利用熱紅外遙感，配合氣象衛星數據，可以對全國范圍內秸稈焚燒情況進行探測分析。

通過痕量氣體的監測可對酸雨、光化學煙霧、溫室效應等進行全面且定量的分析，因為酸雨等污染與痕量氣體具有緊密關系，酸雨的形成主要就是空氣中二氧化硫含量高所形成的，溫室效應則與二氧化碳有關。遙感可快速獲取大范圍的痕量氣體定量信息，用于環境改善。

氣溶膠是大氣當中存在的各種固態或液態微粒，其對全球大氣環境質量有著巨大的影響。我們通常所指霧、煙、塵等均屬于氣溶膠。目前可利用遙感技術對氣溶膠進行實時監測，可有效對這些漂浮在空氣中的微粒進行運動分析，明確其運動規律，配合恰當的算法可預測下一次運動變化，以此進行相應的預報預警[4]。

3.2 水環境監測

水環境遙感監測通過對遙感影響的分析，獲知水體分布、泥沙狀況、有機質狀況、化學污染狀況等，甚至可以對水溫、水色、水深等要素進行探測，豐富的遙感數據可支持對一個地區水資源和水環境情況的評價，進而為環境、航運、水利等部門提供數據支持。遙感可對水環境進行水體富營養化監測、懸浮固體監測、油污染監測、熱污染監測等，其中，富營養化監測利用了水體反射、吸收和散射太陽輻射能形成光譜特征，并對應富營養化水質參數濃度，構建遙感反演模型，分析水質參數的相關性，進而建立富營養化評價模型，完成對水質的定量分析[5]。

懸浮固體是水質指標中的重要指標之一，可作為水體污染物的指示劑，影響水體的透明度、水色等光學特征。利用可見光遙感，分析不同的泥沙濃度，可有效檢測出水體中的懸浮固體含量，目前比較理想的波段是0.58um～0.68um。當然，最好是在實際監測中選擇與懸浮物質濃度相關性好的波段，再配合實地檢驗，進而構建關系模型，最終反演得出懸浮物質濃度[6]。

油污染是水環境遙感監測的重要任務之一，國際上很早就利用遙感監測海洋石油污染情況。我國擁有18 000km的海岸線和14 000km的島嶼岸線，要監測的范圍非常大，早期曾利用海監船、海監飛機對海洋環境進行監測，但因效果不好，只能做點檢。遙感技術的應用解決了最關鍵的問題，幾乎覆蓋我國全部領海范圍，少有漏洞。

3.3 生態環境監測

隨著人類對自然的干預能力越來越強，利用遙感技術可對生態環境進行全天候實時監控，具有宏觀性、客觀性、便捷性和周期性等特點，在土地覆蓋監測、森林覆蓋監測、草地覆蓋監測、森林火災等方面發揮著重要作用。

基于生態環境狀況評價技術規范，其中列舉的生態環境質量相關參數，如林地面積、草地面積、濕地面積、土地利用面積、未利用土地面積、耕地面積、河流、湖泊等等都依賴遙感技術。目前，通過采用遙感技術對黃河河口三角洲濕地進行的多年觀測，已經形成相對完整的濕地面積變化和空間格局變化數據，并納入時空大數據。

3.4 城市環境監測

城鎮化發展帶來了很多環境方面的問題，通過遙感技術，可在城市擴張監測、城市熱島效應、城市綠地建設、固體廢棄物處理等方面進行高效監測。比如城市熱島效應，地表下墊面的理化性質由于城市建設而改變，原本的土壤、草地、水體等比熱大的自然表面被水泥、混凝土等比熱小的表面所代替，加上高樓林立和局部氣溫變化，引起熱島效應。而熱島效應易引發酸雨、破壞城市及周邊地區生態環境，遙感監測可長期對城市進行監控，能夠有效解決傳統實地觀測中的問題，如點位密度低、數據同步差、空間代表性差等。又如綠地是城市當中唯一具有生命力的基礎設施，遙感技術的有效應用，對于城市綠地規劃、城市綠地時空變化等具有非常顯著的作用[7]。

4 結語

目前，遙感技術已經廣泛應用于環境監測中，在信息技術支持下，已經基本實現智慧環境監測。隨著技術進步和深入探索，遙感技術將在環境監測中發揮更為重要的作用，并為提高環境監測質量提供重要的技術支撐。

參考文獻

[1] 郭燕鴻，袁雪.大氣環境監測中遙感技術的應用[J].低碳世界，2017（26）：22-23.

[2] 王立.資源環境監測中遙感技術的作用[J].磚瓦世界，2019（18）：176.

[3] 孫仁文.水環境監測中遙感技術的應用分析[J].四川水泥，2018（2）：119.

[4] 韓維濤，劉秀軍，霍磊，等.河北海岸帶及其近海資源環境監測的遙感技術應用[J].數碼設計，2019（2）：62-64.

[5] 李盈.遙感技術在環境污染監測中的應用分析[J].科學中國人，2016（11）：43.

[6] 張勝平.遙感技術在環境監測中的應用和發展前景分析[J].城市地理，2015（24）：127.

[7] 梁華炎.遙感技術在環境監測中的應用分析[J].生物技術世界，2015（9）：27，29.