遙感技術(shù)在環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

【摘 要】遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境污染監(jiān)測(cè)有較多優(yōu)勢(shì)及優(yōu)點(diǎn)，如監(jiān)測(cè)費(fèi)用較低、速度很快、監(jiān)測(cè)范圍較廣、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能長(zhǎng)期進(jìn)行等，是一種宏觀的較新穎高效的環(huán)境污染監(jiān)測(cè)技術(shù)手段。本文首先介紹了環(huán)境污染中的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)，進(jìn)一步具體闡述遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的各種應(yīng)用，讓環(huán)境污染得到有效控制。

【關(guān)鍵詞】環(huán)境污染 遙感技術(shù) 監(jiān)測(cè) 應(yīng)用

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的步伐下，生態(tài)破壞和環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)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(cè)。對(duì)于比較分散的現(xiàn)存環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和監(jiān)測(cè)臺(tái)站已不再適應(yīng)環(huán)境污染的快速、動(dòng)態(tài)變化，致使環(huán)境質(zhì)量報(bào)告不再準(zhǔn)確，污染預(yù)報(bào)也不及時(shí)。所以，環(huán)境的不斷惡化急切需要準(zhǔn)確、快速的監(jiān)測(cè)技術(shù)，便于準(zhǔn)確體現(xiàn)環(huán)境污染影響人體健康和生態(tài)系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)外研究表明，具有較強(qiáng)獲取環(huán)境信息的手段是遙感技術(shù)。

1 環(huán)境污染中的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

遙感技術(shù)是在遠(yuǎn)距離范圍內(nèi)，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(duì)目標(biāo)物性質(zhì)進(jìn)行識(shí)別、分析并測(cè)量的一種技術(shù)。遙感技術(shù)依據(jù)波段分為微波遙感技術(shù)、熱紅外線遙感技術(shù)和可見(jiàn)光、反射紅外遙感技術(shù)三種。遙感目前已經(jīng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，它更是在境污染監(jiān)測(cè)方面得到迅速發(fā)展，遙感技術(shù)已可測(cè)定大氣濕度；測(cè)出水體泥沙含量等等。

1.1 光學(xué)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.1.1 可見(jiàn)光、反射紅外遙感技術(shù)

這種技術(shù)可根據(jù)不同物體含有不同光譜反射率進(jìn)行分析和識(shí)別物體。它是較成熟的用于溫室效應(yīng)、熱污染、大氣污染等方面的監(jiān)測(cè)技術(shù)。這種遙感技術(shù)在環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中運(yùn)用，需要加強(qiáng)傳感器復(fù)合譜段信息源，搜尋信息提取方法及圖像處理技術(shù)，增強(qiáng)對(duì)物體的識(shí)別能力。

1.1.2 熱紅外遙感技術(shù)

此技術(shù)的目標(biāo)物就是電磁波中運(yùn)用8-14?m范圍波長(zhǎng)進(jìn)行觀測(cè)的輻射源，其溫度和發(fā)射率是熱紅外遙感的探測(cè)目的，它能重復(fù)對(duì)大范圍地表在很短的時(shí)間里觀測(cè)其溫度分布。

1.1.3 高光譜遙感技術(shù)

這種技術(shù)得到重大突破且發(fā)展在遙感技術(shù)前沿，其數(shù)據(jù)有高空間分辨率、高光譜分辨率及波段多等特點(diǎn)，高光譜遙感技術(shù)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(shí)得到，實(shí)現(xiàn)地物識(shí)別，按照地物的光譜特征實(shí)現(xiàn)反演其成份信息。高光譜遙感技術(shù)在不斷發(fā)展中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)到實(shí)用階段的轉(zhuǎn)變，對(duì)監(jiān)測(cè)不同污染物也起到重要作用。

1.2 微波遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

相較于光學(xué)遙感，微波遙感有非常豐富的信號(hào)，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(qiáng)于紅外波段。微波到達(dá)遙感目標(biāo)區(qū)的傳播中，因?yàn)槊浇橘|(zhì)不均勻、不連續(xù)等因素，會(huì)出現(xiàn)散射、吸收等現(xiàn)象。電磁波會(huì)在散射的電磁波和目標(biāo)作用下產(chǎn)生時(shí)間、極化、幅度等參數(shù)調(diào)制，讓返回的電磁波帶著信息，把這些信息經(jīng)過(guò)信號(hào)處理技術(shù)和標(biāo)定轉(zhuǎn)換為不同特征信號(hào)，如極化系數(shù)、表觀溫度、多普勒頻譜等，還有時(shí)域統(tǒng)計(jì)中的各種階矩。經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)模型或半經(jīng)驗(yàn)公式的建立，建立監(jiān)測(cè)目標(biāo)物理量和特征信號(hào)兩者間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以此推知遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性和物理特征，便于識(shí)別和辨認(rèn)目標(biāo)。

1.3 成像雷達(dá)技術(shù)

這種技術(shù)屬于微波遙感技術(shù)中較主動(dòng)且未受天氣影響的技術(shù)，能時(shí)刻精細(xì)探測(cè)地物在其表面的粗糙程度，同時(shí)成像，能有效監(jiān)督海洋石油污染。成像雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)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(cè)中，希望它能在監(jiān)測(cè)技術(shù)水平上有所提高，監(jiān)測(cè)領(lǐng)域也不斷拓寬。

1.4 激光雷達(dá)遙感技術(shù)

激光雷達(dá)指經(jīng)過(guò)激光的光波發(fā)射，它的裝置、物理性質(zhì)方法、目標(biāo)距離以及光波返回時(shí)間。激光雷達(dá)是一種較主動(dòng)的測(cè)量大氣污染及其狀態(tài)等物質(zhì)的微波遙感器。激光雷達(dá)由于測(cè)量目標(biāo)和種類(lèi)不同，分為瑞利光雷達(dá)、多普勒光雷達(dá)、熒光雷達(dá)等多種。在監(jiān)測(cè)環(huán)境污染時(shí)，既能監(jiān)測(cè)石油在水中污染、臭氧在大氣中分布等，又能對(duì)大氣污染包含的成分進(jìn)行探測(cè)。

1.5 微波輻射計(jì)監(jiān)測(cè)技術(shù)

微波輻射計(jì)是無(wú)源的一種對(duì)地物所產(chǎn)的熱輻射功率進(jìn)行測(cè)量并接收的微波遙感器，它通過(guò)微波波段不同的特性，分辨不同目標(biāo)并導(dǎo)出其參數(shù)。微波輻射計(jì)能對(duì)大氣和海面狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)，如臭氧、大氣溫度、海面溫度等。

2 遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 大氣污染中的遙感監(jiān)測(cè)

采用遙感器對(duì)大氣狀態(tài)及結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)其變化就是大氣遙感。大氣遙感器不僅能測(cè)量地球輻射收支和風(fēng)，還能對(duì)氣溶膠、水蒸汽及氣溫進(jìn)行測(cè)量。多普光成像儀可以監(jiān)測(cè)農(nóng)田、地下水等地面污染，圈出污染范圍，便于預(yù)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(jù)紅外遙感圖像對(duì)不同的地物輻射溫度逐步體現(xiàn)；還能依據(jù)不同時(shí)相資料，研究其年和日的變化規(guī)律。以城市規(guī)劃為依據(jù)，總結(jié)下墊面性質(zhì)和城市熱島之間的相關(guān)性，控制熱島形成因素，阻礙城市環(huán)境惡化。有害氣體指對(duì)生物有機(jī)體產(chǎn)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(zhì)和程度。植物紋理、顏色、形態(tài)和動(dòng)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(zhì)，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(jì)和可調(diào)諧激光系統(tǒng)在大氣中進(jìn)行定量或定性的探測(cè)有害物質(zhì)。氣溶膠可用多通道粒子計(jì)數(shù)器進(jìn)行測(cè)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(guò)遙感圖像進(jìn)行分析。

2.2 水環(huán)境污染中的遙感監(jiān)測(cè)

遙感監(jiān)測(cè)水體的基礎(chǔ)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(qiáng)的吸收光的性能，分子較強(qiáng)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(diào)。我們可把水色或水體光譜特性作為指標(biāo)運(yùn)用遙感技術(shù)。由于污染物在不同水體中的種類(lèi)特別多，我們這里采用遙感方法對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化及熱污染兩種類(lèi)型進(jìn)行研究。

2.2.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化

水質(zhì)出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化就標(biāo)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(jiàn)光下，其葉綠素出現(xiàn)“陡坡效應(yīng)”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(yīng)利用0.45-0.65?m的光譜線段調(diào)查葉綠素含量及懸浮物數(shù)量。反射率在可見(jiàn)光波段較低，在近紅外波段較高，所以，富營(yíng)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(jù)熱污染的熱效應(yīng)不同，可以有效通過(guò)紅外傳感器探測(cè)排放源。被探測(cè)物體的熱輻射信息可通過(guò)熱紅外掃描圖像獲得，不管黑夜還是白天，熱污染的水溫、擴(kuò)散和分布范圍及排熱位置都能清晰識(shí)別。采用計(jì)算機(jī)或光學(xué)技術(shù)進(jìn)行密度分割熱圖像，可依據(jù)同步測(cè)量水溫繪制出相關(guān)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(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，遙感技術(shù)已經(jīng)逐步過(guò)渡到綜合分析內(nèi)在規(guī)律、全程預(yù)報(bào)及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)定量制圖等高新技術(shù)階段。我國(guó)應(yīng)用于環(huán)境污染中的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)以對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)及技術(shù)為發(fā)展依據(jù)，運(yùn)用環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)資源，展開(kāi)全球交流合作，讓環(huán)境污染遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在我國(guó)得到大力推廣和發(fā)展。同時(shí)，我們應(yīng)最大限度發(fā)揮現(xiàn)存常規(guī)監(jiān)測(cè)方法和環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)作用，把地面監(jiān)測(cè)和遙感技術(shù)互相結(jié)合，建立并完善監(jiān)測(cè)環(huán)境污染的遙感系統(tǒng)。

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作者簡(jiǎn)介：馮濤（1979—），男，工程師，現(xiàn)職于河南省地質(zhì)調(diào)查院，主要從事遙感地質(zhì)研究。