遙感技術在水環境和大氣環境監測中的應用研究

孫 鵬，逄少堃

（1.山東省濰坊生態環境監測中心，山東 濰坊 261041；2.濰坊市生態環境監控中心，山東 濰坊 261041）

遙感技術主要是指工作人員借助感應探測設備，來做好相關信息的采集，通過遙感影像及時地了解相關的信息，對數據進行綜合性分析。在這個過程中，遙感技術轉變成圖像處理技術，從而發揮出綜合性的特點。近幾年來，遙感技術在各地環境監測過程中有著非常廣泛的運用，尤其是水體環境和大氣環境監測方面利用，遙感技術能夠獲得更精準的數據，給工作人員做出相關的決策，提供數據參考[1]。環保部門要以控遙感技術核心，做好遙感技術的廣泛應用，結合當地的實際情況進行環境監測工作，從而更好地發揮出遙感技術的重要作用。

1 遙感技術主要特點分析

與傳統的技術相比，遙感技術是一種新型的數據監測技術，本質上幫助工作人員利用電磁波探測裝置來收集相關的數據和信息，通過分析有關的監測數據，給出更準確的監測結果，由此可以看出該技術的集成性比較強。遙感技術運用中包括：集成處理、信息傳輸、感應探測等各個環節，通過監測不同區域的維度信息，給出更全方面的遙感探測結論，從而有效地避免結論的局限性。與人工環境監測方式相比，電磁波監測的方法能夠體現出信息化自動化的特點。

對目前環境監測工作來說，利用遙感技術能夠節約一定的資金，保障監測數據的全面性，同時也能夠不斷地優化監測流程。近幾年來，環境監測部門對可見光攝影技術，光譜掃描技術的運用，使環境監測工作更加高效[2]。

2 遙感技術的主要作用分析

首先，遙感技術在環境監測過程中，能夠發揮出監測范圍大、立體性強的作用，由于遙感技術所涉及到的監測范圍比較廣，包括水利、海洋、環境、氣象、地礦、交通線路等多個方面。在地面點、線監測的過程中，由于航空相片所提供的立體圖像相關的問題，對生態環境要素的研究，可以從整體的角度出發，有效地監測區域生態環境，做好動態化的把握。

其次，遙感技術的運用能夠獲得大量的信息，保障信息效率。遙感技術的運用，能夠幫助工作人員通過飛行工具獲得相關的圖像和數據資料，從而加快了生態環境監測的進度。與此同時，還能更好地幫助工作人員做好信息的傳導，處理編譯、編圖等各項工作，利用光學儀器和計算機，有效地把握宏觀生態環境情況，做好環境監測工作。

再次，遙感技術的能夠發揮其適應性強的特點，能夠獲得其它監測手段無法獲得的信息，比如對海洋、原始森林、冰川、沙漠、高寒山區等環境監測的過程中，人們很難獲得全方面的監測環境信息，通過遙感技術的穿透效果，就可以解決這個問題。再如，在穿透植被覆蓋方面，遙感技術可以獲得一定深度的資源信息，能夠及時地了解深部基巖裂縫地下水污染的情況，幫助提出有關的防護措施[3]。此外，工作人員還可以通過覆蓋層厚度的變化，及時了解赤藻類分布的情況，對近海污染進行有效的監測。

最后，運用遙感技術，能夠更好地保障動態化監測的效果。遙感技術可以獲得更準確的動態資料，實現大規模監測。比如在西安的世園中，利用遙感技術能夠更好地了解城市植被覆蓋情況，通過分析高分辨率衛星數據，合理地分析城市植被的參數，為世園會提供植被覆蓋率的動態監測。

3 遙感技術在水環境監測中的應用

影響水質的主要因素包括病原體、油類物質、化學物質、藻類等各類有害物質，監測時需要結合水體溫度、特點和光學性質，通過可見光遙感技術和熱紅外光遙感技術，及時地了解水體污染的實際情況。通常來講，水體清澈狀態下的反射率是比較低的，往往在10%以下，而水體對光有著較強的吸收性，所以在水環境監測過程中，工作人員可以結合水體光譜的特點，運用遙感技術，實現水環境污染監測的效果。

3.1 監測水體渾濁度

水中通常會有一些生物粒子和懸浮物照，水體會吸收太陽光，水體都具有光譜反射的特點，工作人員通過遙感技術了解光譜影像的差異性，分析水環境污染情況[4]。

有些研究人員認為，遙感技術的運用能夠更好地分析光譜影像上的特點，從光譜影像可以看到透過波段從0.5 μm向紅色區域移動。在水的泥沙濃度不斷增加時，進入到水體的太陽光散射越來越淺，反射率也在不斷提高，光譜影像由藍色向黃色不斷轉變。除此之外，外國研究人員分析證明500～600納米的波段內，比較適合來監測水體中的懸浮物；在700～900納米波段內，對于懸浮物質的濃度動態化變化中，反射率是比較敏感的，這也表明了遙感技術對水體懸浮物估算的最佳濃度為700～900納米。遙感技術能夠觀察到圖像上波峰的位置，從而進一步地判斷水體渾濁物的情況。

3.2 監測城市污水

隨著城市化加快，生活污水和工業廢水導致水質惡化情況越來越嚴重。衛星遙感技術結合光譜影像的差異性，能夠及時了解水體污染情況，實時觀察污染物的動態化變化，根據水中的懸浮物判斷污染的程度，做好污染源的追蹤工作[5]。

對于不同樣本來說，進行多角度的偏振反射光譜的測量工作，可以獲得有關的信息，從光線入射角、探測天頂角、波段偏振角等多個角度，充分了解水體偏振數據的關系，從而更好地分析有關的內容。以慶陽市境內的環江和馬蓮河為例，通過對這些水體監測，結合水環境，化學需氧量，COD測量的流程，工作人員采用Fisher 判別方法，構建地面實測和研究區域COD識別相結合的模式，更好地完成了水環境的監測工作。

環境COD污染遙感技術，可以結合遙感影像，更好地實現對水環境監測。如珠江口水污染的實際情況，通過多光譜、高光譜遙感技術，對于水環境進行全方面的分析，對珠江口水污染情況進行全方位了解，同時驗證了該方法的高效性。除此之外，工作人員還可以結合反射光譜的數據和光譜信息，以及實測水體波譜，建立有關的模型，更好地對水環境進行準確的監測。

3.3 監測水體熱污染

水體中會蘊含多種多樣的懸浮物，使得光譜影像中所呈現出來的反射風的強度和位置有所不同。工作人員要合理地分析多光譜合成圖像，充分的檢測廢水污染的程度，結合溫度的改變，利用紅外光的方法來了解水體熱污染的問題[6]。由于熱紅外光傳感器對熱源的敏感性比較強，能夠更高效地探測出熱污染排放的主要情況。我國的吳傳慶通過多時相的TM熱紅外數據，對于大亞灣核電廠周圍的溫度進行了有效的監測，通過對各信息的分析和提取，有效地了解核電站周圍環境的實況，對環境進行了評估。

研究人員還通過熱紅外光掃描技術，構建數學模型，更好地分析水體熱污染空間和時間上的動態化變化，并建立了相關的動態方程，有效地把數學擬合誤差控制在2.7以下。從這些案例，我們可以了解到在水體熱污染監測方面，通過航空熱紅外光掃描技術和數學模型相結合的方式，可以有效地獲取影像中的相關信息，及時地了解熱污染分布的狀態，高效評估熱污染問題。

3.4 監測水體富營養化

遙感技術在水體富營養化監測方面，能夠結合浮游植物葉綠素的情況，通過分析葉綠素的含量，很好地分析出光譜中反射率的峰值，從而監測水體富營養化的分布范圍。除此之外，工作人員還可以通過彩色紅外圖像顏色的改變，來了解富營養化的程度。

宋瑜在高光譜的實驗數據的基礎上，構建了有關的數據模型，對太湖水體富營養化的情況進行了研究工作。通過對太湖水體富營養化信息的提取，提出了有針對性的解決措施。部分學者的研究也充分地證明了，TM遙感數據能夠對水體富養化進行遠程監控和評估工作，能夠提高整體的工作效率。

3.5 監測石油污染

港口石油污染是比較常見的水體污染情形式，石油污染的范圍比較廣，影響比較深。工作人員通過分析遙感技術圖像，可以了解水體是否被油層所污染，為油膜的識別提供一定的參考。我國的張永寧在研究的過程中，通過可見波波段，及時地了解不同厚度重柴油、煤油檢測過程中所呈現出來的圖像信息，發現了油膜厚度和油膜反射率具有一定的聯系；趙冬至總結了油膜在可見光近紅外波段的特點，從而更好地了解油膜自身的厚度。部分研究人員通過小型的機載成像光譜儀，有效地了解英國所出現的溢油事件，更好地證明了油膜提取的高效波段在440～900納米之間。工作人員從遙感影像中，能夠快速掌握石油泄漏的特點和擴散規律，把握石油污染的分布區域，為更好地進行污染治理工作提高了整體工作效率。

4 遙感技術在大氣環境監測中的應用

4.1 在氣溶膠監測方面的應用

氣溶膠主要是指懸浮在大氣中固體微粒所形成的煙、霧、塵，這些形式稱為氣溶膠。工作人員通過遙感技術的運用，能夠通過分析遙感圖像來掌握工廠運轉所排放出來的煙霧，分析這些氣溶膠的影響。在氣溶膠檢測方面，遙感技術的原理是比較簡單的，工作人員通過分析光學參數和氣溶膠粒子的特征，并結合影像能夠更好地掌握氣溶膠分布的情況。

目前，工作人員要充分地了解氣溶膠的組成成分，利用遙感技術做好對各成分的監測工作，常見的方法有主動式地基遙感技術和被動式空基遙感技術。這些方法都能夠很好地保障監測數據的準確性。

運用這些方法時，需要將有關的設備放置到戶外環境中，工作人員要結合目標對象的特點，持續不斷地對數據進行收集和分析，并將有關的圖像做好分離處理，合理地分析不同特點與單一氣溶膠呈現的匹配效果。如果圖像相似性越高，則表明大氣中蘊含氣溶膠物質成分越多。除此之外，氣溶膠光學厚度會對地表反射率比較敏感，為了更好地保障監測的效果，工作人員要采用主動式地基遙感技術，針對性地進行分析，從而更好地保障目標對象的合理性。

4.2 在有害氣體監測方面的應用

遙感技術在有害氣體監測方面，主要表現為工作人員分析二氧化硫、煙霧、乙烯等各種成分，了解有害氣體的實際情況。在實際工作中，通常運用邊界分析法和反射率分析法這兩種形式。部分學者通過反向推理的方式，進行了有害氣體的檢測工作。通過對不同類型有害氣體適合波段的分析，發現二氧化氮的最佳觀測波段在432-448納米之間。以河北某地霧霾例子分析，工作人員通過反射率分析的方法，選取300～900納米之間的波段，分析這些有害氣體的觀測波段，并獲得了相關的環境信息。他們將該信息與同時期北京地區的二氧化碳、二氧化硫監測結果進行了對比，發現兩者的差異平均為0.2左右，信息準確度比較高。除此之外，邊界分析方法是一種典型分析方法，該方法在應用的過程中，能夠全方面地收集有害氣體的數據，結合混合氣體的監測效果，生成有關的模型，通過遙感技術做好目標的監測工作，及時了解大氣中有害氣體的分布情況。

4.3 在城市熱島效應方面的應用

隨著我國城市化腳步的不斷加快，城市熱島效應是常見的一種現象，通常表現為城市空氣溫度高于城市郊外溫度，形成從城市向郊區的一種環流。各個國家對于城市熱島效應的研究都非常積極，同時也得出遙感技術是進行城市熱島效應研究的關鍵。研究人員在各城市中，運用熱紅外光遙感技術，對于不同時相的資料進行收集、整理和分析，得出了城市熱島效應的一般規律。他們在紅外成像原理基礎上，對熱量信息進行了進一步的追蹤。例如，某德國學者結合熱導效率監測原理，通過和常規建筑物相比，認為存在著低消耗建筑物熱能存儲能力比常規建筑物高，存儲能力大約高40%左右。

4.4 在臭氧層監測方面的應用

臭氧層能夠對動植物和人類起到保護作用，將遙感技術運用到臭氧層監測過程中，能夠及時地了解臭氧層的變化情況，找到臭氧層空洞的具體位置。在南極，每年會出現臭氧層空洞現象，每年還在不斷地擴大中，這對于地球生物的正常生活來說非常不利。我國科學家通過激光雷達技術，對某一高度的充氧層分布進行了測量，我們了解到，結合激光不同的波段的不同表現，能夠得到準確的臭氧層分布情況，從而更好地保障了臭氧層監測數據的準確性。

5 結語

總之，在我國信息技術不斷進步的背景下，遙感技術在大氣環境和水環境監測方面的應用效果越來越顯著，工作人員可以結合不同對象、不同指標的監測要求來進行相關的監測工作。在應用遙感技術的過程中，工作人員需要借助專門的設備進行檢測工作，同時需要運用相關的理論知識，對不同對象的特點進行分析，為后續工作奠定堅實的基礎。