遙感技術在環(huán)境污染監(jiān)測中的應用

馮　濤（河南省地質調查院，河南鄭州　450001）

遙感技術在環(huán)境污染監(jiān)測中的應用

馮濤
（河南省地質調查院，河南鄭州450001）

遙感監(jiān)測技術應用于環(huán)境污染監(jiān)測有較多優(yōu)勢及優(yōu)點，如監(jiān)測費用較低、速度很快、監(jiān)測范圍較廣、動態(tài)監(jiān)測能長期進行等，是一種宏觀的較新穎高效的環(huán)境污染監(jiān)測技術手段。本文首先介紹了環(huán)境污染中的遙感監(jiān)測技術，進一步具體闡述遙感技術在環(huán)境監(jiān)測中的各種應用，讓環(huán)境污染得到有效控制。

環(huán)境污染遙感技術監(jiān)測應用

在我國經濟飛速發(fā)展的步伐下，生態(tài)破壞和環(huán)境污染越來越嚴重。控制環(huán)境污染及環(huán)境管理的重要手段就是環(huán)境監(jiān)測。對于比較分散的現(xiàn)存環(huán)境監(jiān)測網點，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術和監(jiān)測臺站已不再適應環(huán)境污染的快速、動態(tài)變化，致使環(huán)境質量報告不再準確，污染預報也不及時。所以，環(huán)境的不斷惡化急切需要準確、快速的監(jiān)測技術，便于準確體現(xiàn)環(huán)境污染影響人體健康和生態(tài)系統(tǒng)。國內外研究表明，具有較強獲取環(huán)境信息的手段是遙感技術。

1　環(huán)境污染中的遙感監(jiān)測技術

遙感技術是在遠距離范圍內，采用物體的輻射和反射原理激發(fā)電磁波特性，不用接觸物體就能對目標物性質進行識別、分析并測量的一種技術。遙感技術依據波段分為微波遙感技術、熱紅外線遙感技術和可見光、反射紅外遙感技術三種。遙感目前已經應用到農業(yè)、地質、環(huán)境監(jiān)測等領域，它更是在境污染監(jiān)測方面得到迅速發(fā)展，遙感技術已可測定大氣濕度；測出水體泥沙含量等等。

1.1光學遙感監(jiān)測技術

1.1.1可見光、反射紅外遙感技術

這種技術可根據不同物體含有不同光譜反射率進行分析和識別物體。它是較成熟的用于溫室效應、熱污染、大氣污染等方面的監(jiān)測技術。這種遙感技術在環(huán)境污染監(jiān)測中運用，需要加強傳感器復合譜段信息源，搜尋信息提取方法及圖像處理技術，增強對物體的識別能力。

1.1.2熱紅外遙感技術

此技術的目標物就是電磁波中運用8-14μm范圍波長進行觀測的輻射源，其溫度和發(fā)射率是熱紅外遙感的探測目的，它能重復對大范圍地表在很短的時間里觀測其溫度分布。

1.1.3高光譜遙感技術

這種技術得到重大突破且發(fā)展在遙感技術前沿，其數(shù)據有高空間分辨率、高光譜分辨率及波段多等特點，高光譜遙感技術把光譜維信息和傳統(tǒng)圖像維彼此融合，獲得地表空間圖像，連續(xù)光譜信息也同時得到，實現(xiàn)地物識別，按照地物的光譜特征實現(xiàn)反演其成份信息。高光譜遙感技術在不斷發(fā)展中實現(xiàn)實驗到實用階段的轉變，對監(jiān)測不同污染物也起到重要作用。

1.2微波遙感監(jiān)測技術

相較于光學遙感，微波遙感有非常豐富的信號，包含極化、相位和幅度等很多信息，穿透地球覆蓋層的能力也強于紅外波段。微波到達遙感目標區(qū)的傳播中，因為媒介質不均勻、不連續(xù)等因素，會出現(xiàn)散射、吸收等現(xiàn)象。電磁波會在散射的電磁波和目標作用下產生時間、極化、幅度等參數(shù)調制，讓返回的電磁波帶著信息，把這些信息經過信號處理技術和標定轉換為不同特征信號，如極化系數(shù)、表觀溫度、多普勒頻譜等，還有時域統(tǒng)計中的各種階矩。經過數(shù)學模型或半經驗公式的建立，建立監(jiān)測目標物理量和特征信號兩者間的對應關系，以此推知遙感技術監(jiān)測目標的運動特性和物理特征，便于識別和辨認目標。

1.3成像雷達技術

這種技術屬于微波遙感技術中較主動且未受天氣影響的技術，能時刻精細探測地物在其表面的粗糙程度，同時成像，能有效監(jiān)督海洋石油污染。成像雷達技術已經從單波段發(fā)展到多波段、從單極化發(fā)展到多極化，環(huán)境污染監(jiān)測中，希望它能在監(jiān)測技術水平上有所提高，監(jiān)測領域也不斷拓寬。

1.4激光雷達遙感技術

激光雷達指經過激光的光波發(fā)射，它的裝置、物理性質方法、目標距離以及光波返回時間。激光雷達是一種較主動的測量大氣污染及其狀態(tài)等物質的微波遙感器。激光雷達由于測量目標和種類不同，分為瑞利光雷達、多普勒光雷達、熒光雷達等多種。在監(jiān)測環(huán)境污染時，既能監(jiān)測石油在水中污染、臭氧在大氣中分布等，又能對大氣污染包含的成分進行探測。

1.5微波輻射計監(jiān)測技術

微波輻射計是無源的一種對地物所產的熱輻射功率進行測量并接收的微波遙感器，它通過微波波段不同的特性，分辨不同目標并導出其參數(shù)。微波輻射計能對大氣和海面狀態(tài)進行觀測，如臭氧、大氣溫度、海面溫度等。

2　遙感技術在環(huán)境監(jiān)測中的應用

2.1大氣污染中的遙感監(jiān)測

采用遙感器對大氣狀態(tài)及結構監(jiān)測其變化就是大氣遙感。大氣遙感器不僅能測量地球輻射收支和風，還能對氣溶膠、水蒸汽及氣溫進行測量。多普光成像儀可以監(jiān)測農田、地下水等地面污染，圈出污染范圍，便于預防規(guī)劃地面污染。城市熱島在城市環(huán)境中也是大氣污染。它依據紅外遙感圖像對不同的地物輻射溫度逐步體現(xiàn)；還能依據不同時相資料，研究其年和日的變化規(guī)律。以城市規(guī)劃為依據，總結下墊面性質和城市熱島之間的相關性，控制熱島形成因素，阻礙城市環(huán)境惡化。有害氣體指對生物有機體產生毒害作用的自然或人為出現(xiàn)的氟化物、二氧化硫等氣體。遙感圖像往往顯示不出有害氣體，只有較敏感的植物才能推斷出有害氣體造成的大氣污染性質和程度。植物紋理、顏色、形態(tài)和動態(tài)都能判斷出大氣污染。大氣中懸浮的各種固態(tài)或液態(tài)微粒如塵、霧、煙等就是氣溶膠。氣溶膠攜帶很多毒害物質，它自身也是污染物，其分布狀況反映不同程度的大氣污染。大氣污染可用多通道輻射計和可調諧激光系統(tǒng)在大氣中進行定量或定性的探測有害物質。氣溶膠可用多通道粒子計數(shù)器進行測定，顯示氣溶膠在大氣中垂直或水平分布。氣溶膠的含量和分布也可通過遙感圖像進行分析。

2.2水環(huán)境污染中的遙感監(jiān)測

遙感監(jiān)測水體的基礎就是清潔水和污染水反射光普的特征。清潔水體有較低的反射率，較強的吸收光的性能，分子較強的散射性只能存在于較短譜段。所以水體在遙感影像中為暗色色調。我們可把水色或水體光譜特性作為指標運用遙感技術。由于污染物在不同水體中的種類特別多，我們這里采用遙感方法對水體富營養(yǎng)化及熱污染兩種類型進行研究。

2.2.1水體富營養(yǎng)化

水質出現(xiàn)富營養(yǎng)化就標志著浮游植物在水體中出現(xiàn)大量繁殖現(xiàn)象。浮游植物在近紅外光和可見光下，其葉綠素出現(xiàn)“陡坡效應”致使植物和水體出現(xiàn)反射光譜特征。光譜曲線由于浮游植物越多越近似其反射光譜。所以我們應利用0.45-0.65μm的光譜線段調查葉綠素含量及懸浮物數(shù)量。反射率在可見光波段較低，在近紅外波段較高，所以，富營養(yǎng)化水體在彩色的紅外圖像中呈紫紅或紅褐色。

2.2.2水體熱污染

依據熱污染的熱效應不同，可以有效通過紅外傳感器探測排放源。被探測物體的熱輻射信息可通過熱紅外掃描圖像獲得，不管黑夜還是白天，熱污染的水溫、擴散和分布范圍及排熱位置都能清晰識別。采用計算機或光學技術進行密度分割熱圖像，可依據同步測量水溫繪制出相關水體等溫線。所以，熱紅外圖像可以定量解譯熱污染區(qū)域的溫度特點。

3　結語

綜上所述，遙感技術已經逐步過渡到綜合分析內在規(guī)律、全程預報及動態(tài)監(jiān)測、自動定量制圖等高新技術階段。我國應用于環(huán)境污染中的遙感監(jiān)測技術應以對地觀測系統(tǒng)及技術為發(fā)展依據，運用環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)資源，展開全球交流合作，讓環(huán)境污染遙感監(jiān)測技術在我國得到大力推廣和發(fā)展。同時，我們應最大限度發(fā)揮現(xiàn)存常規(guī)監(jiān)測方法和環(huán)境監(jiān)測網點作用，把地面監(jiān)測和遙感技術互相結合，建立并完善監(jiān)測環(huán)境污染的遙感系統(tǒng)。

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馮濤（1979—），男，工程師，現(xiàn)職于河南省地質調查院，主要從事遙感地質研究。