遙感技術在環境監測中的應用和發展前景

陳海健

（廣東省海洋工程職業技術學校，廣東 廣州 510320）

隨著我國經濟的高速發展，環境污染和生態破壞日益嚴重，突發性環境污染事故也時有發生.環境監測作為環境管理和污染控制的主要手段之一，正發揮著不可替代的作用.遙感技術是獲取環境信息的有力手段，是實現這一目的的極有效的技術.運用遙感技術監測環境污染及生態環境狀況，正確評價環境質量，尋求改善生態環境的途徑和措施，具有重要的意義。

1 遙感技術概述

1.1 基本概念

遙感技術是從衛星、飛機或其他飛行器上收集地物目標的電磁輻射信息，判認地球環境和資源的技術.它是60年代在航空攝影和判讀的基礎上隨航天技術和電子計算機技術的發展而逐漸形成的綜合性感測技術.任何物體都有不同的電磁波反射或輻射特征.航空航天遙感就是利用安裝在飛行器上的遙感器感測地物目標的電磁輻射特征，并將特征記錄下來，供識別和判斷。

1.2 基本原理

任何物體都具有光譜特性，具體地說，它們都具有不同的吸收、反射、輻射光譜的性能.在同一光譜區各種物體反映的情況不同，同一物體對不同光譜的反映也有明顯差別.即使是同一物體，在不同的時間和地點，由于太陽光照射角度不同，它們反射和吸收的光譜也各不相同.遙感技術就是根據這些原理，對物體判斷。

1.3 系統組成

由遙感器、遙感平臺、信息傳輸設備、接收裝置以及圖像處理設備等組成.遙感器裝在遙感平臺上，它是遙感系統的重要設備，它可以是照相機、多光譜掃描儀、微波輻射計或合成孔徑雷達等。信息傳輸設備是飛行器和地面間傳遞信息的工具。圖像處理設備對地面接收到的遙感圖像信息進行處理以獲取反映地物性質和狀態的信息。

1.4 特點

遙感技術具有監測范圍廣、速度快、成本低、質量高，便于進行長期動態監測等優勢，還能發現用常規方法往往難以揭示的污染源及其擴散的狀態，因此遙感技術正廣泛地應用于監測水污染、大氣污染等方面.其最重要的作用是不需要采樣而直接可以進行區域性的跟蹤測量，快速進行污染源的定點定位、污染范圍的核定、大氣生態效應、污染物在水體、大氣中的分布、擴散等變化，從而獲得全面的綜合信息。

2 環境污染遙感監測技術

遙感技術是一種利用物體反射或輻射電磁波的固有特性，遠距離不直接接觸物體而識別、測量并分析目標物性質的技術，根據所利用的波段，遙感監測技術主要分為可見光、反射紅外遙感技術、熱紅外遙感技術、微波遙感技術三種類型.當前，遙感的應用已深入到農業、林業、漁業、地理、地質、海洋、水文、氣象、環境監測、地球資源勘探、城鄉規劃、土地管理和軍事偵察等諸多領域。

3 環境污染遙感監測技術的應用

3.1 水環境污染遙感監測

對水體的遙感監測是以污染水與清潔水的反射光譜特征研究為基礎的，總的看來，清潔水體反射率比較低，水體對光有較強的吸收性能，為了進行水質監測，可以采用以水體光譜特性和水色為指標的遙感技術。遙感監測視野開闊，對大范圍內發生的水體擴散過程容易通覽全貌觀察出污染物的排放源、擴散方向、影響范圍及與清潔水混合稀釋的特點.從而查明污染物的來龍去脈。

3.1.1 泥沙污染及水體渾濁度分析

水體中泥沙含量增加使水反射率提高.隨著水中懸浮泥沙濃度的增加及懸粒徑增加，水體反射量逐漸增加，反射峰亦隨之向長波方向移動，即紅移.又由于水體在0.93～1.13μm附近對紅外線吸收多，不適宜作懸浮泥沙濃度的判定波段.定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段應在0.65～0.85μm之間。

3.1.2 城市污水監測

城市大量排放的工業廢水和生活污水中帶有大量有機物，它們分解時耗去大量氧氣，使污水發黑發臭，當有機物嚴重污染時呈漆黑色，使水體的反射率顯著降低，在黑白像片上呈灰黑或黑色色調的條帶.使用紅外傳感器，能根據水中含有的染料、氫氧化合物、酸類等物質的紅外輻射光譜弄清楚水污染的狀況.水體污染狀況在彩紅外像片上有很好的顯示，不僅可以直接觀察到污染物運移的情況，而且憑借水中泥沙懸浮物和浮游植物作為判讀指示物，可追蹤出污染源。

3.1.3 廢水污染和水體熱污染調查

廢水由于水色與懸浮物性狀千差萬別，特征曲線上的反射峰位置和強度也不大一樣.廢水污染一般用多光譜合成圖像進行監測，有的根據溫度的差異也可用熱紅外方法測定.熱污染使用紅外傳感器，能根據熱效應的差異有效地探測出熱污染排放源.熱紅外掃描圖像主要反映目標的信息，無論白天、黑夜，在熱紅外像片上排熱水口的位置、排放熱水的分布范圍和擴散狀態都十分明顯，水溫的差異在像片上也能識別出來.利用光學技術或計算機對熱圖像作密度分割，根據少量同步實測水溫，可正確地繪出水體的等溫線.因此熱紅外圖像能基本上反映熱污染區溫度的特征，達到定量解譯的目的。

3.1.4 水體富營養化

水體里浮游植物大量繁生是水質富營養化的顯著標志.由于浮游植物體內含的葉綠素對可見和近紅外光具有特殊的“陡坡效應”，使那些浮游植物含量大的水體兼有水體和植物的反射光譜特征.隨浮游植物含量的增高，其光譜曲線與綠色植物的反射光譜越近似.因此，為了調查水體中懸浮物質的數量及葉綠素含量，最好采用0.45～0.65μm附近的光譜線段.在可見光波段，反射率較低;在近紅外波段，反射率明顯升高，因此，在彩色紅外圖像上，富營養化水體呈紅褐色或紫紅色。

3.2 大氣污染遙感監測

大氣遙感是利用遙感器監測大氣結構、狀態及變化。大氣遙感器除了測量氣溫、水蒸汽、大氣中的微量成分氣體、氣溶膠等的三維分布以外，還用來進行風的測量及地球輻射收支的測量等.影響大氣環境質量的主要因素是氣溶膠含量和各種有害氣體，這些物理量通常不可能用遙感手段直接識別。對于水汽、二氧化碳、臭氧、甲烷等微量氣體成分具有各自分子所固有的輻射和吸收光譜，可以通過測量大氣的吸收及輻射的光譜而從其結果中推算出來。

3.2.1 有害氣體的監測

人為或自然條件下產生的SO2、氟化物等對生物肌體有毒害的氣體，通常采用間接解譯標志進行.植被受污染后對紅外線的反射能力下降，其顏色、紋理及動態標志都不同于正常的植被，如在彩紅外圖象上顏色發暗、樹木郁閉度下降、植被個體物候異常等，利用這些特點就可以間接分析污染情況.對于地面污染，例如農田遭受污染之后，作物的生長將起特殊變化，地下水的污染也會引起地面植被的變化，與正常生長區的作物有不同的光譜表現.多光譜成像儀能監測這些變化，從而圈定地面污染分布范圍，進一步對地面污染預防規劃。

3.2.2 臭氧層監測

由于臭氧對0.3μm以下紫外區的電磁波吸收嚴重，因此可以用紫外波段來測定臭氧層臭氧含量的變化.在2.74μm處有個吸收帶，可以用頻率為11083 MHz的地面微波或用望遠鏡來測定臭氧在大氣中的垂直分布.又由于大氣中臭氧含量高則溫度高，又可以用紅外波段來探測。

4 發展趨勢

遙感影像獲取技術方面，隨著高性能新型傳感器的研制開發水平的提高以及環境資源遙感對高精度遙感數據要求的提高，高空間和高光譜分辨率已是衛星遙感影像獲取技術的總發展趨勢.雷達遙感技術具有全天候全天時影像的獲取能力以及對一些地物的穿透能力，將得到更廣泛的應用.以地球為研究對象的綜合對地觀測數據獲取系統必將是當前及今后遙感技術發展的重要方向之一.遙感信息模型的發展方面，遙感信息機理模型的發展和拓寬，特別是不確定性遙感信息模型與人工智能決策支持系統的開發與綜合應用也將是一個重要研究和應用方向.將環境污染遙感監測技術（RS）與地理信息系統（GIS）、全球定位系統（Geographic Information System,GPS）、專家系統（Expert System，ES）技術集成，利用環境污染遙感監測集成系統，可以大大提高環境監測的科學性，合理性及智能化程度，從而大擴展環境監測的應用范圍，開發集 GPS、RS、GIS、ES于一體、適合環境保護領域應用的綜合多功能型的遙感信息技術，也將是今后環境遙感技術的發展趨勢。

5 結束語當前，我國環境污染遙感監測技術應依托我國的對地觀測技術和對地觀測系統的發展計劃，同時充分利用國際上資源環境衛星系統，開展廣泛的國際合作和交流，大力發展我國的環境污染遙感監測技術，并充分利用現有的環境監測網點和常規監測方法，采用遙感技術與地面監測相結合的方法，建立我國的環境污染遙感監測系統.

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