遙感應用

遙感應用

20世紀90年代以來，環境遙感技術應用越來越廣。從陸地的土地覆被變化，城市擴展動態監測評價，土壤侵蝕與地面水污染負荷產生量估算，生物棲息地評價和保護，工程選址以及防護林保護規劃和建設。到水域的海洋和海岸帶生態環境變遷分析，海面懸浮泥沙、葉綠素含量、黃色物質、海上溢油、赤潮以及熱污染等的發現和監測，珊瑚和紅樹林的現狀調查與變化監測，堤壩的規劃與水沙平衡分析，水下地形地遙調查以及水域初級生產率的估算。再到大氣環境遙感中的城市熱島效應分析，大氣污染范圍識別與定量評價，大氣氣溶膠污染特征參數化，全球水、氣和化學元素等的循環研究，全球環境變化以及重大自然災害的評估等，幾乎覆蓋了整個地球系統。

一、遙感技術在環境科學中的應用

1.遙感技術在水污染監測方面的應用

（1）利用紅外掃描儀監視石油污染

全球每年排入海洋的石油及其制品高達1000萬噸，利用多光譜航片可對海面石油污染進行半定量分析，將彩色航片同步拍照與近紅外片做的彩色密度分割圖相比較，更精密地判斷和解譯信息，參照圖片畫出不同油膜厚度的大致分級圖。通過彩色密度分割圖像，特別是數字密度分割圖，可以更準確地判斷油量的分布情況。通過彩色密度分割可把相差零點零幾厚度的海面油膜區分出層次來，這有利于用航空遙感對海面油的擴散分布和半定量研究。濃度大的地方是黃色，往外擴散的油膜變薄，呈黃紫混在一起的顏色，再往外擴散的油膜就更薄些呈紫色。通過對污染發生后各天的氣象衛星圖像的對比分析，確定油膜的漂移方向，計算出其擴散速度和擴散面積。

（2）利用遙感技術監測水體富營養化

浮游植物中的葉綠素對藍紫光和紅橙光有較強的吸收作用，當水體出現富營養化時，我們就可以利用遙感技術推算出水體中的葉綠素分布情況。赤潮區的海水光譜特征是藻類、泥沙和海水的復合光譜，另外有機或無機顆粒物也會吸收入射光，影響水體的透明度。

（3）通過遙感技術調查廢水污染和泥沙污染

廢水的顏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，可以用多光譜合成圖像進行監測。水中懸浮泥沙的濃度和粒徑增大，水體反射量也會相應增加，反射峰隨之紅移，定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段是0.65～0.85微米。

（4）應用紅外掃描儀監測水體熱污染

應用紅外掃描儀記錄水體的熱輻射能量，真實反映其溫度差異。在熱紅外圖像上，熱水溫度高，輻射能量多，呈淺色調。冷水和冰輻射能量少，呈深色調。熱排水口處通常呈白色羽流，利用光學技術和計算機對熱圖像作密度分割，根據少量的同步實測水溫，畫出水體等溫線。

（5）通過遙感技術分析水域的分布變化和水體沼澤化

水體總體反射率較低，選擇1.55～1.75微米波段的多時域影像可以分析水域的分布變化。沼澤化在時域圖像上反映為水體面積縮小，從水體向邊緣有規律變化，顯示出不同程度的植被特征。

2.遙感技術在大氣環境監測方面的應用

（1）臭氧層

臭氧層位于地球上空25～30千米的平流層中，對0.3米以下紫外區的電磁波有較大吸收，可用紫外波段來測定臭氧層的變化。臭氧層在2.74毫米處也有一個吸收帶，可用頻率為11O83兆赫茲的地面微波輻射計來測定臭氧在大氣中的垂直分布。另外臭氧層會吸收太陽紫外線而升溫，可使用紅外波段來探測，如用7.75～13.3微米熱紅外探測器測定臭氧層的溫度變化，參照濃度與溫度的相關關系，推算出臭氧濃度的水平分布。

（2）大氣氣溶膠

利用遙感圖像可分析大氣氣溶膠的分布和含量，工業煙霧、火災濃煙和大規模沙塵暴在遙感圖像上都有清晰的圖像，可以直接圈定其大致范圍。利用周期性氣象衛星圖可監測沙塵運動，估計其運動速度，及時預報沙塵暴。通過衛星資料可及早發現森林火災，把災害損失降到最低。大比例圖片可用來調查城市煙囪的數量和分布，還可以通過煙囪陰影的長度來計算其大致高度。應用計算機對影像進行微密度分割，建立煙霧濃度與影像灰度值的相關關系，可測出煙霧濃度的等值線圖。

（3）有害氣體

彩紅外相片可監測有毒氣體對污染源周圍樹木和農作物的危害情況，通過植物對有害氣體的敏感性來推斷某地區大氣污染的程度和性質。一般污染較輕的地區，植被受污染的情況不宜被人察覺，但其光譜反射率卻會明顯變化，在遙感影像上表現為灰度的差異。正常生長的植物葉片能強烈反射紅外線，在彩紅外相片上色澤鮮紅明亮。受到污染的葉子，其葉綠素遭到破壞，對紅外線的反射能力下降，其彩紅外相片顏色發暗，如白蠟樹受污染后呈紫紅色，柳樹呈品紅色略帶藍灰色。

（4）氣候變化

美國、歐盟、日本和俄羅斯的地球同步軌道氣象衛星組成的靜止氣象衛星監測系統晝夜不停地觀測地球的氣候變化，得到全球范圍內的大氣參數、海洋參數、地表狀況、輻射收支和臭氧分布等信息，對全球變暖、臭氧層空洞以及厄爾尼諾現象的研究非常重要。

3.遙感技術在城市環境監測與管理中的應用

彩紅外遙感影像可監測固體廢棄物引起的生態環境變化，熱紅外遙感影像可調查工業廢水和廢氣的排放情況。城市道路寬的呈帶狀和環狀，窄的呈線狀，城市廣場一般以塊狀藍灰色與街道緊密相連于中心地帶。居民區呈灰色，高層樓房帶有寬長影，平房呈密集排列的小長方塊狀。水系呈淺藍色，綠地呈紅色。從遙感圖像上獲取這些信息，對優化城市結構有很大幫助。另外城市里的高大建筑物對太陽輻射和其他熱輻射的吸收和釋放特性跟以土地和農作物為主要下墊面的郊區有很大不同，利用熱紅外遙感對城市下墊面進行分析就可以得出城市的熱島效應。

4.應用遙感技術監控生態環境

遙感影像真實記錄地貌形態特征并提供各環境參數的組合情況，根據其空間一致性和差異性進行區域環境范圍的生態區劃。利用遙感衛星相片還可以編制森林樹種、生長狀況和森林覆蓋圖，使用計算機集群分類，精度可高達8O% 。一般野生動物環境與森林植被關系最為密切，通過研究植物的分布與長勢可大致確定動物的活動繁殖場所，從而編制森林野生動物保護規劃。

5.利用遙感技術監測自然災害

遙感技術對于暴雨、水土流失、地震和山體滑坡等地質災害的調查與監測也很有效。比如說地震與地球活動構造塊體分布及其活動方式密切相關，利用衛星預測地震技術主要集中在電磁波輻射和電離層異常監測、地表形變監測、紅外輻射監測以及衛星重力監測等方面。但由于目前技術條件的限制，地震還是不能準確預測，2008年5月的汶川大地震幾乎震碎了中國人的心，期待有一天，我們中國人能通過遙感技術準確預測地震災害，今天的悲劇永遠不要發生了。

二、遙感在土地資源中的應用

遙感技術是土地資源狀況調查評價與動態監測的重要技術手段。隨著遙感技術在空間識別、地物波譜識別和變化時間識別方面能力的提高，土地遙感正在成為遙感科學的重要分支。

我國歷來對國土資源十分重視，特別是自國土資源部成立以來，非常重視土地資源的動態監測工作，從1999年開始，遙感監測工作作為國土資源大調查的重要組成部分，連續16年，每年開展對全國重點地區的遙感監測。

土地遙感的應用領域包括：監測建設用地變化趨勢、布局及規模；為土地資源管理提供現勢基礎資料；輔助檢查土地利用總體規劃執行情況；復核土地變更調查；輔助開展土地變更調查；輔助開展土地利用現狀圖更新；基本農田保護區監測；配合土地執法檢查。

三、遙感在礦產資源中的應用

不論用什么方法找礦，了解礦床形成過程和成礦原理都是非常重要的，遙感找礦也不例外。在漫長的地質年代里，沉積、巖漿及變質三大類巖石也在不停地進行轉化，在地質構造等作用下，可以在不同類型的巖石中，形成由各種不同的金屬礦物和非金屬礦物富集而形成的各種礦床，而遙感影像能夠真實地記錄地球表面三大類巖石的光譜與紋理特征。同時，采用遙感技術圈定各類構造形態、色異常等現象，對于礦產調查、圈定成礦遠景區、成礦預測也有著重要的指導作用。

遙感技術尋找油是通過提取遙感影像的烴類微滲漏信息來預測油區的烴類微滲漏暈以其特有的 波譜特性可以被遙感技術檢測，從而實現油氣預測，這也是遙感技術直接找油的原理。

四、遙感在城市建設中的應用

城市是一個時代經濟、社會、科學和文化的匯聚點，在全面建設小康社會中，我國城市化速度還將加快。遙感在城市建設中應用主要為以下三個方面：城市景觀結構調查。土地是城市賴以存在的物質基礎，城市遙感首先就是調查城市土地利用狀況，提供工商業、文化、交通、綠地和水體的分布和面積；城市道路規劃與交通環境分析。低空航空攝影對全市車流的瞬時調查，就可以幾乎同時測出各個路段和交叉路口的機動車和自行車的車流密度，編繪出主要道路交叉口的車流量圖，既簡便易行，又準確可靠，在交通管理、道路拓寬和過街橋、立交橋選址等方面，都能夠發揮作用；城市環境污染調查。受污染損害的植物，葉片葉綠素降低，在彩色紅外像片上紅的成分減少，污染程度通過影像色調的變化被記錄下來，再參考樹木缺株、形態或冠幅變小的程度，就可以繪制出分輕、中、重三級的污染程度。

五、遙感在海洋領域的應用

海洋遙感是指以海洋及海岸帶作為監測、研究對象的遙感，包括物理海洋學遙感、生物海洋學、化學海洋學遙感與海水監測、海洋污染監測等。海洋遙感大幅度提升了海洋調查技術水平，與其余調查手段相比，具有很明顯的優勢。如：不受惡劣自然條件的限制、拓展了海洋調查的廣度、能夠實時長效的進行檢測、龐大的信息獲取量以及應用范圍的多樣性。

六、遙感在氣象中的應用

氣象衛星的出現，為人類自上而下觀測大氣層和地表、生態的變化提供了一種新型可靠的手段，由此應運而生的衛星氣象成為大氣科學發展史上又一新的里程碑。氣象遙感的研究內容主要包括兩個方面：一是尋找從衛星上探測和獲取大氣中主要氣象要素和大氣現象的理論和方法；二是研究衛星資料的處理技術和使用方法。例如利用紅外通道和可見光通道中對比，可以很好解決大霧區、中高云區及地表的區分問題，區別出哪些是霧，哪些是云，哪些是裸露地表，此外利用遙感還可以對沙塵暴有很好的監控作用。

七、遙感在地質災害管理中的應用

傳統的獲取災害損失評估信息方法主要依靠地面調查以及歷史資料，耗費時間過長且因資料更新滯后，不能及時的體現地質災害管理的作用。隨著遙感技術及其他相關高新技術的高速發展，地質災害遙感調查正處于逐步推廣的階段。衛星遙感技術的宏觀性、全天候和全天時以及周期性，為地質災害的研究提供了強有力的手段，并逐漸成為地球災害監測系統工程中的主要技術。遙感技術已經應用于地質災害管理的整個過程。在地質災害調查、監測、預警、評估的四個階段中，均能夠及時準確的提供調查、評估、預警，為地質災害管理工作的開展提供依據。

八、遙感在考古中的應用

考古工作，是探索人類文明發展的重要手段。隨著考古研究工作的擴展，考古學家們從了解個別的考古遺址文化上升到對某一地區、某一國家，或者是更大范圍的一個時空去認識人類文明的發展，這就需要考察更大的范圍與空間，僅依靠地面的考古資料就顯得不足，而且也很難使資料收集得完整，利用肉眼去觀察分析考古遺跡現象受時間、地點、氣候、光照等諸多因素影響，具有很大的局限性。而高分辨率遙感圖像、航拍像片的分辨率均可達到1m左右，同時可全球、全天候覆蓋，加上特殊信號可以穿透地表，開展更加精確探測的探測工作，這些先進技術在考古研究、文物保護管理上可起到決定性的作用。

從考古的角度來看，人類遺產的挖掘是繼承和弘揚古代文明的重要途經。利用遙感技術開展古遺址尋找、普查研究是最為有效的手段。遙感信息古遺址研究不僅可以填補或充實人類文明歷史，而且對研究古代地緣政治，確定歷史時期的軍事和疆域爭議十分重要，且將大大提高田野考古的效率和質量，把我國的考古學提高到一個新的高度。