關(guān)于環(huán)境監(jiān)測(cè)中對(duì)遙感技術(shù)的運(yùn)用分析

劉甲大 萬統(tǒng)軍 王欣

摘 要：在深入推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的背景下，需要更為先進(jìn)有效的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)智慧環(huán)境監(jiān)測(cè)，保證環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量，遙感技術(shù)的進(jìn)步則為環(huán)境監(jiān)測(cè)帶來了新的方案。隨著遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的深度應(yīng)用，其發(fā)揮的作用也越來越顯著。文章對(duì)遙感技術(shù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行宏觀分析和研究，僅供參考。

關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測(cè);遙感技術(shù);應(yīng)用場(chǎng)景

中圖分類號(hào)：X21;TV1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2021）03-099-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.046

在信息技術(shù)發(fā)展的支持和推動(dòng)下，環(huán)境監(jiān)測(cè)逐步轉(zhuǎn)型為數(shù)字環(huán)保監(jiān)測(cè)，利用信息化手段處理、分析、管理所有環(huán)保業(yè)務(wù)及環(huán)保事件信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)保業(yè)務(wù)的整合與深度支持，實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)的科學(xué)化、規(guī)范化、大眾化。遙感技術(shù)是數(shù)字環(huán)保監(jiān)測(cè)的重要支撐手段之一，也是近些年來環(huán)保領(lǐng)域的重要研究開發(fā)方向之一。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的進(jìn)步，其應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)上可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、動(dòng)態(tài)化、全局性監(jiān)測(cè)，解決人工監(jiān)測(cè)無法解決的關(guān)鍵問題[1]。

1 相關(guān)背景分析

早期粗放型的發(fā)展模式導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問題日益突出，隨著生態(tài)文明建設(shè)的推擠，全社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境的關(guān)注度越來越高，特別是《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》修訂以后，環(huán)保問題始終保持高壓態(tài)勢(shì)，環(huán)境監(jiān)測(cè)作為控制環(huán)境污染的重要手段，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)手段費(fèi)時(shí)費(fèi)力、成本消耗也大，長(zhǎng)期堅(jiān)持較為困難。此外，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)手段存在諸多不足且敏感性不強(qiáng)，不能實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境變化，往往是發(fā)生了嚴(yán)重的環(huán)境事故后，才能進(jìn)行應(yīng)急性的監(jiān)測(cè)和控制，這明顯不能滿足當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的需求。

對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)而言，遙感技術(shù)是當(dāng)前建立智慧環(huán)保監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)手段之一，具有傳統(tǒng)技術(shù)手段無法比擬的優(yōu)勢(shì)。在遙感技術(shù)中，由于每一個(gè)物體本身發(fā)出的電磁波都不同，因而在遙感影像中呈現(xiàn)不同的狀態(tài)，如此遙感就能通過對(duì)物體的遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)，進(jìn)而實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境變化。

2 遙感技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代，遙感技術(shù)逐漸發(fā)展并成為對(duì)地觀測(cè)的重要技術(shù)手段，其本質(zhì)是利用電磁波和地球表面物質(zhì)的相互作用，對(duì)地球的資源和環(huán)境進(jìn)行探測(cè)，以揭示地球表面各種要素的空間分布特征和時(shí)空變化規(guī)律。隨著信息技術(shù)的深度應(yīng)用，信息技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合，推動(dòng)了智慧環(huán)境監(jiān)測(cè)的發(fā)展[2]。

目前，遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用非常廣泛，在自然資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃等方面也有深度應(yīng)用。隨著生態(tài)文明建設(shè)的提出，遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)當(dāng)中的發(fā)展非常迅速，從葉綠素含量、泥沙含量，到大氣中的污染氣體濃度、固體廢棄物分布等，都在遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)的范圍之內(nèi)。

在環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的遙感技術(shù)主要有可見光、反射紅外、熱紅外、微波等幾種?？梢姽狻⒎瓷浼t外遙感利用每個(gè)物體不同的反射率，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同物體的監(jiān)控，通過將地球表面對(duì)太陽輻射能的反射情況記錄下來，獲取目標(biāo)物體信息，其關(guān)鍵變量在于大氣的純潔度、地物波普特性以及太陽輻射強(qiáng)度，該技術(shù)在污染檢測(cè)中的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。熱紅外遙感是利用電磁波對(duì)物體進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一切物體的輻射和其本身的溫度都有相對(duì)應(yīng)的電磁波，熱紅外遙感可探測(cè)并分辨地面輻射源，監(jiān)測(cè)其輻射性能，可在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)大面積地表溫度分布。微波遙感可全天候進(jìn)行觀測(cè)，對(duì)地球覆蓋層的穿透力強(qiáng)，其原理是通過微波遇到物體阻礙后反射回來呈現(xiàn)不同的現(xiàn)象，通過相關(guān)公式或模型對(duì)物體進(jìn)行分析，從而得到目標(biāo)物體相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)特性、物理特性等。

3 遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用場(chǎng)景

利用遙感技術(shù)，可降低后期環(huán)境治理的概率，降低了污染物監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確率，節(jié)約了時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。環(huán)境一般涉及大氣環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和城市環(huán)境，下面從這四個(gè)方面進(jìn)行分析，分析遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用場(chǎng)景[3]。

3.1 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)

利用遙感技術(shù)對(duì)大氣污染源的分布、污染源擴(kuò)散情況、擴(kuò)散影響范圍等進(jìn)行探測(cè)，輔以少量地面同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境污染物濃度的定量分析，確定梯度變化值。目前，遙感影像分辨率越來越高，可清晰地看到某個(gè)點(diǎn)的大氣污染情況，比如利用衛(wèi)星遙感可對(duì)地面上的碳黑廠所排放的黑煙塵進(jìn)行清晰拍攝，又比如利用熱紅外遙感，配合氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，可以對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)秸稈焚燒情況進(jìn)行探測(cè)分析。

通過痕量氣體的監(jiān)測(cè)可對(duì)酸雨、光化學(xué)煙霧、溫室效應(yīng)等進(jìn)行全面且定量的分析，因?yàn)樗嵊甑任廴九c痕量氣體具有緊密關(guān)系，酸雨的形成主要就是空氣中二氧化硫含量高所形成的，溫室效應(yīng)則與二氧化碳有關(guān)。遙感可快速獲取大范圍的痕量氣體定量信息，用于環(huán)境改善。

氣溶膠是大氣當(dāng)中存在的各種固態(tài)或液態(tài)微粒，其對(duì)全球大氣環(huán)境質(zhì)量有著巨大的影響。我們通常所指霧、煙、塵等均屬于氣溶膠。目前可利用遙感技術(shù)對(duì)氣溶膠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可有效對(duì)這些漂浮在空氣中的微粒進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，明確其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，配合恰當(dāng)?shù)乃惴深A(yù)測(cè)下一次運(yùn)動(dòng)變化，以此進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)報(bào)預(yù)警[4]。

3.2 水環(huán)境監(jiān)測(cè)

水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)通過對(duì)遙感影響的分析，獲知水體分布、泥沙狀況、有機(jī)質(zhì)狀況、化學(xué)污染狀況等，甚至可以對(duì)水溫、水色、水深等要素進(jìn)行探測(cè)，豐富的遙感數(shù)據(jù)可支持對(duì)一個(gè)地區(qū)水資源和水環(huán)境情況的評(píng)價(jià)，進(jìn)而為環(huán)境、航運(yùn)、水利等部門提供數(shù)據(jù)支持。遙感可對(duì)水環(huán)境進(jìn)行水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)、懸浮固體監(jiān)測(cè)、油污染監(jiān)測(cè)、熱污染監(jiān)測(cè)等，其中，富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)利用了水體反射、吸收和散射太陽輻射能形成光譜特征，并對(duì)應(yīng)富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)參數(shù)濃度，構(gòu)建遙感反演模型，分析水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性，進(jìn)而建立富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模型，完成對(duì)水質(zhì)的定量分析[5]。

懸浮固體是水質(zhì)指標(biāo)中的重要指標(biāo)之一，可作為水體污染物的指示劑，影響水體的透明度、水色等光學(xué)特征。利用可見光遙感，分析不同的泥沙濃度，可有效檢測(cè)出水體中的懸浮固體含量，目前比較理想的波段是0.58um～0.68um。當(dāng)然，最好是在實(shí)際監(jiān)測(cè)中選擇與懸浮物質(zhì)濃度相關(guān)性好的波段，再配合實(shí)地檢驗(yàn)，進(jìn)而構(gòu)建關(guān)系模型，最終反演得出懸浮物質(zhì)濃度[6]。

油污染是水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)的重要任務(wù)之一，國(guó)際上很早就利用遙感監(jiān)測(cè)海洋石油污染情況。我國(guó)擁有18 000km的海岸線和14 000km的島嶼岸線，要監(jiān)測(cè)的范圍非常大，早期曾利用海監(jiān)船、海監(jiān)飛機(jī)對(duì)海洋環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但因效果不好，只能做點(diǎn)檢。遙感技術(shù)的應(yīng)用解決了最關(guān)鍵的問題，幾乎覆蓋我國(guó)全部領(lǐng)海范圍，少有漏洞。

3.3 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

隨著人類對(duì)自然的干預(yù)能力越來越強(qiáng)，利用遙感技術(shù)可對(duì)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)控，具有宏觀性、客觀性、便捷性和周期性等特點(diǎn)，在土地覆蓋監(jiān)測(cè)、森林覆蓋監(jiān)測(cè)、草地覆蓋監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)等方面發(fā)揮著重要作用。

基于生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范，其中列舉的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相關(guān)參數(shù)，如林地面積、草地面積、濕地面積、土地利用面積、未利用土地面積、耕地面積、河流、湖泊等等都依賴遙感技術(shù)。目前，通過采用遙感技術(shù)對(duì)黃河河口三角洲濕地進(jìn)行的多年觀測(cè)，已經(jīng)形成相對(duì)完整的濕地面積變化和空間格局變化數(shù)據(jù)，并納入時(shí)空大數(shù)據(jù)。

3.4 城市環(huán)境監(jiān)測(cè)

城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來了很多環(huán)境方面的問題，通過遙感技術(shù)，可在城市擴(kuò)張監(jiān)測(cè)、城市熱島效應(yīng)、城市綠地建設(shè)、固體廢棄物處理等方面進(jìn)行高效監(jiān)測(cè)。比如城市熱島效應(yīng)，地表下墊面的理化性質(zhì)由于城市建設(shè)而改變，原本的土壤、草地、水體等比熱大的自然表面被水泥、混凝土等比熱小的表面所代替，加上高樓林立和局部氣溫變化，引起熱島效應(yīng)。而熱島效應(yīng)易引發(fā)酸雨、破壞城市及周邊地區(qū)生態(tài)環(huán)境，遙感監(jiān)測(cè)可長(zhǎng)期對(duì)城市進(jìn)行監(jiān)控，能夠有效解決傳統(tǒng)實(shí)地觀測(cè)中的問題，如點(diǎn)位密度低、數(shù)據(jù)同步差、空間代表性差等。又如綠地是城市當(dāng)中唯一具有生命力的基礎(chǔ)設(shè)施，遙感技術(shù)的有效應(yīng)用，對(duì)于城市綠地規(guī)劃、城市綠地時(shí)空變化等具有非常顯著的作用[7]。

4 結(jié)語

目前，遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)中，在信息技術(shù)支持下，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)智慧環(huán)境監(jiān)測(cè)。隨著技術(shù)進(jìn)步和深入探索，遙感技術(shù)將在環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮更為重要的作用，并為提高環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量提供重要的技術(shù)支撐。

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