鄉村振興背景下遙感技術在農村環境監測的應用

劉 濤

（陜西生態環境規劃設計院有限公司 陜西 西安 710075）

在鄉村振興背景下，隨著工業化和城市化的影響，農村地區面臨越來越嚴峻的經濟條件、商品價格、環境法規、新技術、氣候變化等問題。在發展現代農業的過程中，構建完善的環境監測系統是必然要求。在農村環境監測中應用遙感技術，可以幫助相關人員更準確、全面、及時地了解環境情況，不僅為農村農產品的產量和品質提升提供有效保障，而且能保證綠色宜居農村建設任務的順利完成，促進鄉村振興。

1 農村環境監測的現狀

地方環境治理能夠直接影響國家層面實施可持續發展目標的情況，而資源配置的挑戰和可持續發展目標的互相關聯都需要分析社會生態，從而為未來發展提供有效指導[1]。農村環境監測不但能夠準確了解農村環境變化情況，還能夠借助相關數據指導農村環境治理工作。近年來，在深入落實鄉村振興戰略的背景下，我國正在逐步增強對農村環境保護工作的重視程度，在一定程度上改善了農村環境，而農村環境監測工作在其中發揮了較大的作用，但在實際工作中仍然有一些問題存在。現階段，國家雖然對農村環境監測非常重視，但是卻缺少足夠科學合理的監測手段、監測體系，同時在資金支持、專業人員等方面也存在一定不足。另外，監測人員主要以傳統手工環境監測技術作為農村環境監測手段，只有在少數地區有效融合了手工監測手段與遙感技術等先進監測手段，這也是未來發展農村環境監測的重要方向。

2 遙感技術概述

2.1 遙感技術的定義。遙感技術就是根據不同物體反射電磁波、輻射存在差異的特點，可在遠距離分析、觀測以及識別物體的技術。結合遙感技術和計算機技術、空間技術，可以構建出信息分析、接收、處理與遙感儀器共同組成的探測技術系統。現階段，遙感技術已經較為成熟，并被廣泛應用于城市規劃、資源勘察、氣象觀測、地質及軍事領域等方面[2]。而在監測環境方面，因為遙感技術能夠長期跟蹤測量指定物體、指定區域，可在短時間內獲取環境的全面信息和時空變化規律，被大范圍運用到大氣污染物、水環境、自然資源、大氣環境監測等方面。在使用遙感技術開展農村環境監測時，根據可利用波段進行分類，可以分為反射紅外遙感技術、熱紅外遙感技術、微波遙感技術、可見光遙感技術等。

2.2 在農村環境監測中遙感技術的優勢

2.2.1 可獲取大量信息。遙感技術在各種地面觀測地形中都非常實用，其中包含難以使用人工方式完成監測的河流、森林等，能夠大幅度提高環境監測信息數量。再加上計算機、現代電子光學儀器等，可獲取微波波段和可見光的監測信息，有效補足了人工監測存在的缺陷，同時可使農村環境信息量變得更加豐富。

2.2.2 監測范圍廣。在運用遙感技術后，能夠有效解決室外人工監測農村環境時存在的各種問題，可通過無人機、飛機、衛星等飛行器，從空中監測和觀察地面，可一次性監測較大范圍的環境，有效縮短開展環境監測工作所需的時間。

2.2.3 可滿足動態監測和全面監測目標。運用遙感技術可實時獲取農村生態環境數據，了解農村環境變化情況，并跟蹤評價大氣環境、水環境、土壤環境的變化情況，使相關人員可全面把握農村生態環境的整體情況[3]。同時，在農村監測區域中運用遙感技術反復進行掃描、拍攝，可以明確農村環境在一定時間內的動態變化情況，同時通過對比原有的農村環境資料，可以構建農村環境動態變化模型。相關人員借助歸一化方法，能夠準確了解到監測區域內大氣、水體、植被等各項參數，相關數據可有效支持農村環境監測和治理污染等工作。

2.3 在農村環境監測中常用的遙感技術

2.3.1 微波遙感技術。微波遙感的波長范圍為0.001 ～1.0 m 波長，其是通過微波傳感器來判斷已識別的地物，取得目標表面反射的電磁輻射。現階段在環保領域合成孔徑雷達的應用非常廣泛，國際上常見的是ENVISAT-ASAR、ERS-1/2SAR，在國內使用的是2016 年發射的DF-3 雷達遙感衛星。該衛星可對全球陸地和海洋資源開展全天時、全天候監測工作，在各種應用模式下可高效獲取10 ～650 km 幅寬、100 ～500 m 分辨率的微波遙感數據。相關數據可以在生態環境、植被生長、生物量、土壤濕度、溢油、監測水質等應急處理中應用。

2.3.2 紅外遙感技術。在農村環境保護方面紅外遙感數據擁有非常廣泛的應用前景，屬于監測農村大氣環境的關鍵技術。借助該技術，相關人員可以準確了解地表溫度、土壤濕度、水面溫度、大氣粉塵、秸稈燃燒等因素對生態環境的影響情況。例如，在大氣窗口波段中近紅外波段可以反映大氣水汽含量，因此可在秸稈燃燒現場監測中發揮較好的效果[4]。同時，當短波紅外波段擁有高光譜分辨率后還能夠用于溫室氣體監測。另外，在水環境監測中紅外遙感技術也是較為重要的技術措施，可用于農村水質、水溫、水色監測等。

2.3.3 高光譜遙感技術。高光譜遙感能夠在熱紅外、近紅外、中紅外、可見光等電磁光譜波長范圍內獲取較為狹窄的光譜連續圖像數據。相較于常規遙感技術，高光譜技術具備連續光譜的優勢，可以使各種監測對象原有的細節差異和光譜特征得到真實準確地反映。現階段，高光譜遙感技術在監測飲用水源安全、溫室氣體、污染氣體等方面應用廣泛。但是需要注意的是，在監測農村土壤污染方面高光譜技術仍然處于初期探索階段。

3 鄉村振興背景下遙感技術在農村環境監測方面的應用

3.1 監測水環境。我國農村地區擁有眾多水域、多樣水體類型，對于現階段農村地區水資源嚴重污染以及缺乏等問題，相關人員若是采用傳統人工勘測技術，將具備非常高的實施難度，并且需要大量的物力、人力支出。通過遙感技術可以對農村水體資源進行全面勘測，與水體水色和光譜特性相結合，準確評價農村水環境和水體質量情況，明確水域、水質時空變化情況，通過數據支持水管理部門開展工作，提升管理水資源工作的質量，同時支持環境部門決策。運用遙感技術開展農村水資源監測工作，還能了解水體資源可溶有機物、色度、懸浮物、溫度值等情況。在利用遙感設施開展監測工作時還可以防止各種干擾因素影響監測結果，如水體深度值、水生植物、微生物、水生動物等，使環境監測數值變得更加可靠、準確，幫助相關人員全面了解農村水體質量和水體污染情況，進而制定有針對性的水污染治理措施。例如，山東某農村河流存在肉眼可見的渾濁現象，且水資源擁有較重的顏色，在借助遙感技術開展監測工作后，發現有很多動物和水生植物在河流中死亡，大幅度降低了河流內部溶解氧量，有機物指標明顯超出正常標準。為了解決此問題，相關人員合理增加了遙感監測范圍，通過紅外線光譜技術的合理應用，明確了隨意排放生活污水是導致這一現象出現的根本原因。隨后，向有關部門上報了這種情況，制定了控制污染源和凈化河流水體的綜合防治措施，解決和避免了農村水污染問題。

3.2 監測大氣環境。在監測農村大氣環境時，借助遙感技術可實現動態監測污染物、臭氧層、氣溶膠的目標，可形成大氣宏觀立體圖像，明確定量測定參數，在充分考慮傳統環境監測信息資料的情況下，形成遙感信息圖片，可借助數據反映大氣污染的實際情況。之后相關部門通過分析處理相關評估結果，可治理和控制大氣污染。詳細應用情況如下：

3.2.1 在監測大氣氣溶膠方面。大氣氣溶膠就是在大氣中存在的可見、不可見的液態和固態微粒，如霧、煙等，在傳統的農村環境監測工作中，相關人員無法有效監測大氣氣溶膠，僅能夠采取間接測量措施，如動植物有害氣體反應等。而合理運用遙感技術，以高分辨率的衛星為依托，相關人員可監測大氣中氣溶膠的變化趨勢和分布情況，能獲得準確且全面的監測結果，進而有效支持大氣污染治理等工作。

3.2.2 監測大氣污染物。相關的研究結果表明，在農村大氣顆粒污染物監測中使用遙感技術是切實可行的。同時，與大氣污染分析光譜紅外波為2 ～20 μm這一情況相結合，相關人員可借助多通道粒子計數器完成有害氣體分布情況和含量的測量和計算，了解農村大氣污染物中的有害物質含量；或者將采樣器設置在無人機上，利用無人機遙感技術收集樣品，檢測樣品指標，明確大氣污染情況，采取此種方法具有持續性好、監測視野廣等優勢。同時，當大氣中擁有過量的有害氣體后也會嚴重威脅人們的健康和生活，相關研究表明，當大氣中存在二氧化氮、二氧化硫等污染氣體后將對植被反射紅外光的情況產生不良影響，植物動態標志、顏色等在監測圖像中的表現會與監測圖像存在一定差異[5]。在實際開展分析與研究工作時，衛星遙感技術在監測植物時會呈現出不同像元，相關人員通過有效對比遙感監測像元信息和農村土壤、水體、植被等信息，再適當疊加污染氣體信息，可準確計算出污染氣體累加濃度信息。

3.3 監測地面環境。在監測地面環境的過程中，運用遙感技術中的光譜測定原理，能夠準確測定出農村地區土地資源面積和含量，并明確土壤中有害物質成分，了解農村地區利用土地的情況，可幫助有關部門更加科學合理地開展國土資源調查、農村土地資源規劃等工作。對于存在嚴重水土流失問題的區域，運用無人機遙感技術，將多光譜成像儀設施安裝在無人機上，可實時完成農村地區水土流失情況監測工作，形成多個光譜圖像，以此為實施水土保持項目提供支持。在具體運用中，相關人員可以對多個時間段遙感信息圖像進行對比分析，了解土地變化規律，借助有效對比分析結果與實地勘測情況，可準確計算特定時間段內的水土流失數值。例如，在某農村遙感監測項目中，相關人員對比了連續2 年內2 個縣區農村土地情況，發現在這兩年內2 個縣區只存在較小的土地指標波動情況，證明其擁有穩定的土地狀況；同時通過遙感技術監測這2 個縣區利用土地資源的情況可知，只存在較為輕微的水土流失和土地消耗情況，綜合評定結果為這2 個縣區存在良好的整體狀況。

3.4 監測生態環境和應急監測。除了在以上方面應用遙感技術外，在農村生態環境和應急監測方面也可使用遙感技術。在監測生態環境的過程中，相關人員以地表管控控制體系為基礎，合理運用無人機測定和遙感監測技術的方式，可以獲取全面、準確的監測結果，這也是監測農村生態環境方面較為有效的方式。在實際工作中，相關人員需要遵循以下工作流程：首先將各種可以獲取影像信息的設備安裝在無人機上，如數碼相機、光譜類設備等，并有效連接地面管控體系與相關設備。利用聯動作業完成數據信息的拼接和處理，針對環境數據指標和數據開展宏觀分析，實施相關數據信息資料分析匯總，深入探討生態參數信息，從而準確了解農村地區地質、土壤、森林等情況[6]。另外，相關人員在監測環境突發事件時也可以運用遙感技術。例如，在發生森林火災時，相關人員利用遙感技術可生成森林火災圖像，能夠完成火災現場區域分割，準確了解火災變化趨勢和特點，以此使火災監測達到更為理想的效果。同時，相關人員有機結合無人機遙感技術和人工目視的方式，可了解農村地區植物病害和蟲害的情況，明確病蟲害發生的具體范圍和位置，可以使監測工作達到更高的精確程度，以此有效提升應急工作的質量和效率。

4 結束語

綜上所述，在農村環境監測中遙感技術得到了廣泛應用，有效提升了農村環境監測水平，可以使農村環境監測工作更具客觀性、精確性、及時性、全面性，從而在數據層面有效支持農村環境治理和保護工作。相關人員想要實現鄉村振興的目標，應該積極探索農村環境監測中遙感技術的應用問題，帶動農村環保事業進入新的發展階段，促進農村可持續發展。