生態環境監測工作中高光譜遙感技術的應用

牛奎剛

（臺州市綠科檢測技術有限公司，浙江 臺州 318010）

現階段，我國在經濟快速發展的同時給生態環境造成了很大的影響。生態環境的穩步發展才是經濟發展的前提條件。隨著科技的進步，高光譜遙感技術在生態環境監測上的應用變得更加廣泛，高光譜遙感技術為生態平衡的穩步發展貢獻了很多力量。隨著國家政策對于環境保護的力度加大，人們對環境的保護意識也在不斷地提高。但是仍有個別地區為了眼前短暫的利益而去破壞生態環境，因此，對生態環境的構建和管理工作應得到更多的重視和完善的管理，對于高光譜遙感技術的應用也應當更加普及。

1 高光譜遙感技術的概述

黨中央提出的加快生態文明建設是促進我國可持續發展的重要舉措，其中的林業生產就是一項非常重要的工程，它與地方的環境和經濟發展有著緊密的聯系，還與國家的可持續發展國策息息相關。由于近些年來，我國的生態環境受到破壞，打破了生態平衡和穩定，這便引起了社會對于生態環境的保護和發展的意識。對于生態環境的檢測也成為重要工作。高光譜遙感即高光譜分辨率遙感，在電磁波譜的范圍內，利用紫外線、可見光、紅外線等來獲取光譜數據的一種技術手段。在國外的高光譜遙感技術相對來說比較成熟，在大氣污染氣體和溫室氣體方面的監測有八顆衛星進行監測工作，在水環境和生態環境方面也有許多的衛星在監測，并且有大量的相關研究資料可以借鑒和學習。國內的高光譜遙感技術也有許多年的歷史，但是高光譜的載荷很少，對于大氣的監測衛星發展成熟的僅有一顆，并且只能探測到臭氧的分布，對于重要的二氧化硫和二氧化氮無法監測到。對于水環境方面和生態環境方面的監測只有一顆衛星上的超光譜儀可以監測，而且其監測的光譜范圍還是十分有限的，遠遠不能滿足環境保護方面的需要[1]。

高光譜遙感技術在環境保護方面的用處很大，在監測方面也提供了很大的便利性，可以對污染氣體、溫室氣體進行監測，還可以對水環境中的水污染源、水質參數等進行監測，還有土壤中的污染參數、植被水分和長勢等方面的監測都有著巨大的發展和應用潛力。通過其技術，可以將其與反映地物目標紋理、形態學等特性的空間信息結合起來。圖1 為高光譜遙感技術圖像分類方法及流程示意圖。

圖1 高光譜遙感技術圖像分類方法及流程

2 高光譜遙感技術在生態環境監測中應用的意義

我國目前在生態環境的發展過程致力于保護文化資源、自然資源和生物多樣性，在這個過程中利用高光譜遙感技術對生態環境進行監測，加入人工干涉進行保護，也是新發展時期需要重視的一個項目，重視生態環境的發展和監測也已經是我國新時期保護生態環境的重要舉措，與此同時，保護了生態環境，也就保護了生活在其中的我們，保護了這些生態環境內的各種動物，用這種方式來保護自然界的生物多樣性，實現人與自然的和諧相處，體現了人類對于生態環境發展的積極作用，實現了資源和物種的可持續發展。另外，通過助力生態環境的穩步發展，可以讓更多的人見識到大自然的神奇和美麗之處，可以在保護生態環境的同時，帶動本地經濟的發展，促進周邊行業的發展，因此重視生態環境的發展和保護，加強對生態環境的監測可以說是一舉三得，非常有利于下一步的發展[2]。

對生態環境的保護需要根據本地的實際情況和必要的數據來制定，不能脫離現實條件。通過高光譜遙感技術可以進行資料的獲取，可以制定生態環境發展和保護的計劃，明確生態環境目前發展的目標和實現目標所需要的時間，而且根據高光譜遙感技術所得到的數據可以進行下一步科學、合理的規劃，并且還能夠更加直觀、準確地了解到現在生態環境發展的問題所在，然后及時修正，也可以為當地的發展提供有利的數據和資料，當地獲得了實際、有效的相關數據之后，就可以根據本地的生態環境情況進行下一步的發展安排。由此分析，高光譜遙感技術不僅可以監測生態環境、促進保護生態環境工作的進行，還可以為當地的發展提供數據以供分析，促進當地的發展。

3 高光譜遙感技術在大氣環境監測中的應用

高光譜遙感技術在大氣環境方面監測的主要有污染氣體、溫室氣體和一些指定氣體，高光譜遙感技術的波長覆蓋的范圍很廣，并且具有很高的光譜分辨率。由于一些污染氣體和溫室氣體在所包含的波段中有著很強的吸收帶，因此高光譜遙感技術可以從污染氣體和溫室氣體中，準確地提取出想要監測的氣體[3]。

大氣環境中的遙感技術主要是用來調查和監測大氣污染源的分布情況、污染源周圍氣體的擴散情況以及污染物的擴散影響范圍等，同時用少量的地面同步監測設備來對氣體進行準確監測，并且還可以快速地、定量地分析出污染物或者臭氧的濃度及變化。

氣溶膠是懸浮在大氣中的固態、液態的微粒，我們日常生活中就充滿了很多種類的氣溶膠，例如常見的霧、煙和灰塵都屬于氣溶膠，氣溶膠是影響大氣環境質量的主要因素之一，對全球的大氣變化都有影響，高光譜遙感技術可以對大氣中的氣溶膠進行監測，并且經過諸多證明發現，高光譜遙感技術是從全局監測氣溶膠分布的一種高效、有力的手段。

對于災害性大氣污染也可以通過遙感技術進行監測，而災害性大氣污染主要指的是沙塵暴，衛星圖像通過紅外通道，可以迅速地確定產生災害性大氣污染的位置，并且進行實時監測，可以監測甚至是預測沙塵暴的運動軌跡，具有很高的時間分辨率。目前國內的沙塵暴監測和研究主要就是通過高光譜遙感技術的手段，除此之外，高光譜遙感技術還可以用來監測災害性大氣污染，例如大霧和霾等天氣。

4 高光譜遙感技術在生態環境監測中的應用

高光譜遙感技術可以監測生態環境中的植被分布、土壤情況、生物多樣性等情況，還對城市生態環境、農村污染情況等進行著小范圍的應用。高光譜遙感技術與傳統的遙感技術相比，獲得的光譜更加的連續，因此就可以獲得更加完整、豐富的信息，可以比較全面地反映出所研究區域的植被覆蓋情況，并且根據各種不同植被所具有的光譜特性，通過比較不同植被的光譜差距，根據細節的差異性進行集體的分析，來監測所研究區域的植被具體情況，高光譜遙感技術的應用大大地提高了對植被的分布、類型的研究精確度[4]。

不同地區的植被覆蓋可能相差甚遠，當地的環境氣候和溫度也可能存在很大的差別，因此在對不同地區的林業通過高光譜遙感技術進行調查和監測時，需要充分地考慮到當地的具體環境，然后制定出合適的、詳細的林業調查規劃設計。并且還需要注意的問題是，在設計過程中要以環境多元化發展為前提，保護生態多樣性，堅持可持續發展的理念，促進當地生態系統的形成。林業生產部門的工作人員應該在互聯網技術以及現代化信息技術的基礎下，和其他部門進行有機聯動，對現階段的經營狀況和業務活動展開更加精細化的全面分析。得到由高光譜遙感技術的相關植被數據之后，可以通過信息化技術制定林木覆蓋和種類的模型，對當前區域的生產經營數據和各類資料展開分析，對日常經營發展過程中的業務活動進行動態化的環節監管，基于不同地區的不同特點、不同植被的不同光譜特征，建立出覆蓋性更強的遙感監測模型，使得林業調查規劃設計之后可以在嚴格的監督機制下發展，實現健康穩定的可持續發展。

土壤的覆蓋是人地相互作用的一種體現，是地球表層系統最直觀的景觀，不同的地區擁有不同的土壤，也有著不同的土壤覆蓋情況，而隨著土壤的變換就會引起一系列的環境變化，因此對于土壤的監測也是十分重要的。高光譜遙感技術可以十分方便地監測土壤的相關數據，根據不同類型的土壤擁有不同的光譜，就可以監測出土壤的質量、所富含營養物質的多少，進而分析出該土壤適合種植哪種植物，或者適合用于什么方面。遙感技術可以提供土壤的動態數據，通過該廉價的數據源就可以獲得十分全面、十分準確的土壤數據，因此高光譜遙感技術在土壤監測方面有著很大的優勢，也是獲取土壤覆蓋信息，分析土壤的可利用性的一種有效手段。

5 高光譜遙感技術在水環境檢測中的應用

高光譜遙感技術可以非常有效地對近岸和陸地的水質進行監測和研究，通過捕捉水體中復雜多變的光學特征和性質來進行檢測，對照光譜進行分析，進而提高監測的精度。在水中的懸浮物也是監測的重要參考物之一，利用高光譜遙感技術對水中的懸浮物及其濃度進行定量的分析，可以獲得更多的水資源和水質的數據。對水中的葉綠素進行監測也是監測水質的方法之一，因為水中所包含的葉綠素可以反映水中的浮游生物多少，反應初級生產力的大致分布情況，葉綠素的含量還可以反應水體富營養化的程度，因此利用高光譜遙感技術對水中的葉綠素進行監測也是一項重要的監測指標[5]。

利用高光譜遙感技術對水環境的監測任務，主要是對遙感后生成的影像進行分析，得出水體相關信息，例如水體的分布、水中的泥沙、有機物、污染物等的含量、水深、水溫等數據和信息，從而對當地的水環境進行客觀的分析和評價，為環境、水利、水運等方面提供了有利的幫助。另外，隨著科技的進步，高光譜遙感技術也在不斷升級，目前在水環境中使用高光譜遙感技術，就可以迅速地監測出所選水體的污染源位置、類型以及水污染的分布范圍，通過水體中的污染物所具有的光譜特性就可以分析出所需要的數據，進而作為水環境監測的具體依據，由此還可以進一步地解決水污染的問題。

水體富營養化問題在近年來還是十分的嚴重，該問題也可以通過高光譜遙感技術來進行監測和評估。水體富營養化就是指水中的氮、磷等元素含量超標導致水質污染，該現象發生在海中具體被稱為赤潮，出現在江河、湖泊中就被稱為水華。高光譜遙感技術可以銅鼓監測水體中的反射、吸收和散射太陽輻射的情況，來形成具體的光譜特征，進而檢測出水體富營養化的具體參數和濃度，建立起水體富營養化的定量遙感模型，分析各個參數之間的關系，最終實現對水體的富營養化情況進行全面、準確的評估和監測。同時，利用高光譜遙感技術對水體富營養化進行分析，是一種非常便捷、高效的方式，利用衛星的遙感技術可以對水體進行大范圍的、長期的、動態的、準確的監測，對于一些大的湖泊、海洋等的監測來說十分的有利，并且這種監測范圍廣、成本低、長期有效的監測優勢，還非常有利于監測水體富營養化的動態變換，還可以發現一些污染物的排放源頭，這種方法可以對一片水域的多個問題進行同時的監測和分析，在很大程度上提高了傳統監測的效率。

6 結語

綜上所述，在生態環境的檢測工作當中，高光譜遙感技術發揮了很大的作用，好的技術可以在很大的程度上促進生態環境的進一步發展和目標的實現，可以提高生態環境監測工作的效率，增加生態環境對于社會的經濟效益。伴隨著對生態環境發展和保護的重視，在未來的發展道路中，高光譜遙感技術會得到更加廣泛的應用，相關的生態環境保護和監測工作逐漸向著信息化、智能化的方向轉型，與時俱進，對監管機制以及監管內容不斷地進行改革和創新，以此來適應全新社會的發展需求，也更好地保護生態環境，促進當地的經濟發展。