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

鄭秀菊

摘? 要：隨著國(guó)家加大環(huán)境污染防治力度，環(huán)境監(jiān)測(cè)作為控制和治理環(huán)境污染的重要手段，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。遙感技術(shù)突破了傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)手段的限制，廣泛應(yīng)用于水環(huán)境、大氣環(huán)境、城市環(huán)境及有害氣體、固體廢棄物等監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)工作效率。基于此，該文分析了遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，探討了遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù)? 優(yōu)勢(shì)? 環(huán)境監(jiān)測(cè)? 應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U212.2?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：1672-3791（2022）01（b）-0000-00

Application of Remote Sensing Technology in Environmental Monitoring

ZHENG Xiuju

（Shandong GEO-Surveying & Mapping Institute， Jinan， Shandong Province， 250002 China）

Abstract： As the state increases the prevention and control of environmental pollution， environmental monitoring is playing an increasingly important role as an important means to control and control environmental pollution. Remote sensing technology breaks through the limitations of traditional environmental monitoring methods， is widely used in the monitoring fields of water environment， atmospheric environment， urban environment， harmful gases and solid wastes， and improves the efficiency of environmental monitoring. Based on this， this paper analyzes the advantages of remote sensing technology and discusses the specific application of remote sensing technology in environmental monitoring.

Key Words： Remote sensing technology; Advantage; Environmental monitoring; Application

堅(jiān)持精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污、依法治污，強(qiáng)化多污染物協(xié)同控制和區(qū)域協(xié)同治理，必須加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理。而遙感技術(shù)憑借其數(shù)據(jù)客觀真實(shí)、監(jiān)測(cè)效率高、技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，有力促進(jìn)了環(huán)境監(jiān)測(cè)工作效率的提高。

1 遙感技術(shù)概述

1.1 遙感技術(shù)的內(nèi)涵

遙感技術(shù)是利用各種物體輻射、反射電磁波的固有特性的差異，對(duì)物體進(jìn)行遠(yuǎn)距離識(shí)別、觀測(cè)和分析的綜合性技術(shù)系統(tǒng)的總稱。遙感技術(shù)與空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等結(jié)合，建立起了由遙感儀器及信息接受、處理與分析共同組成的探測(cè)技術(shù)系統(tǒng)。目前，遙感技術(shù)在軍事領(lǐng)域、地質(zhì)領(lǐng)域、資源勘察、氣象觀測(cè)、城市規(guī)劃等方面均有廣泛應(yīng)用。而在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，由于遙感技術(shù)可以對(duì)指定區(qū)域、指定物體進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤測(cè)量，且可快速獲取環(huán)境的時(shí)空變化規(guī)律和全范圍信息，在大氣環(huán)境、水環(huán)境、自然資源勘察、大氣污染物監(jiān)測(cè)等方面得到大范圍應(yīng)用，成為當(dāng)前有效的環(huán)境監(jiān)測(cè)手段[1]。環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的遙感技術(shù)，根據(jù)可利用的波段可分為熱紅外遙感技術(shù)、微波遙感技術(shù)及可見(jiàn)光與反身紅外遙感技術(shù)。

1.2 遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

一是監(jiān)測(cè)范圍廣。遙感技術(shù)使環(huán)境監(jiān)測(cè)擺脫了以往室外人工監(jiān)測(cè)的局限，可利用人造衛(wèi)星、飛機(jī)、無(wú)人機(jī)等飛行器，從高空對(duì)地面進(jìn)行觀察與檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)大范圍區(qū)域的環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，大大提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)的效率。

二是獲取的信息量大。遙感技術(shù)適用于地面觀測(cè)的全部地形，包括人工監(jiān)測(cè)難以全面調(diào)查的原始森林、沙漠、冰川、海洋等環(huán)境的監(jiān)測(cè)，大幅度地提升了環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的數(shù)量。而利用現(xiàn)代電子光學(xué)儀器及計(jì)算機(jī)可對(duì)可見(jiàn)光及微波波段的監(jiān)測(cè)信息獲取，填補(bǔ)了人工監(jiān)測(cè)的空白，也豐富了環(huán)境監(jiān)測(cè)信息量。

三是實(shí)現(xiàn)了全面監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)能夠全面獲取生態(tài)環(huán)境的實(shí)時(shí)變化，并對(duì)水環(huán)境、土壤環(huán)境、大氣環(huán)境等的變化進(jìn)行跟蹤和評(píng)價(jià)，使人們能夠準(zhǔn)確分析生態(tài)環(huán)境的整體變化情況。同時(shí)，利用遙感技術(shù)可對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行反復(fù)拍攝、掃描，獲取最新的環(huán)境動(dòng)態(tài)變化資料，并與過(guò)去獲得的資料進(jìn)行對(duì)比和分析，建立起被監(jiān)測(cè)區(qū)域的動(dòng)態(tài)變化模型，甚至可以利用歸一化的方法，分析被監(jiān)測(cè)區(qū)域中植被、水體、大氣等每項(xiàng)指數(shù)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)及污染防治提供精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。

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

2.1 在水環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

利用遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的全面監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)遙感影像的分析，獲取水體的實(shí)際狀況，從而為環(huán)境治理、水資源開(kāi)發(fā)與利用、航運(yùn)、交通等決策提供信息支持。應(yīng)用遙感技術(shù)，可以獲得水體的分布情況、泥沙淤積情況、有機(jī)質(zhì)含量情況、污染物種類(lèi)及分布情況、水體深度情況等水環(huán)境要素信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體現(xiàn)狀及水體污染情況的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用主要包括以下幾方面。

一是水資源總體情況監(jiān)測(cè)。利用主被動(dòng)微波遙感、多光譜遙感監(jiān)測(cè)等方法，對(duì)河流流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的解析可以獲得各水系干流、支流的具體分布位置、水面寬度、水體深度、水流速度等水文參數(shù)，以及枯水期、豐水期等數(shù)據(jù)。整合這些水文參數(shù)，就可繪制出河流地圖，全面掌握水資源的總體情況。同時(shí)，還可以利用長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確獲取水資源的動(dòng)態(tài)變化，為水利工程設(shè)計(jì)、水庫(kù)調(diào)度、航運(yùn)、水災(zāi)預(yù)測(cè)、環(huán)境保護(hù)等工作提供基礎(chǔ)參考依據(jù)。

二是水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)。利用清潔水和污染水在衛(wèi)星遙感影像上的反射光譜特征差異，通過(guò)解析遙感數(shù)據(jù)中的色彩灰度值，可以獲得水環(huán)境污染的狀況。清潔水的反射效率低，而污染水的反射效率較高，在遙感影像上，兩者的紅外圖譜色感會(huì)存在較強(qiáng)差異。通過(guò)對(duì)水面光譜進(jìn)行分析，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就可以判斷水體中污染物的種類(lèi)、污染程度和污染范圍。再結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，就可以明確污染物的來(lái)源、位置、擴(kuò)散方向等。在水環(huán)境污染遙感監(jiān)測(cè)方面，中國(guó)的技術(shù)發(fā)展處于領(lǐng)先地位。比如：中科院遙感應(yīng)用研究所自主研發(fā)的水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)化、懸浮固體、熱污染等水質(zhì)污染現(xiàn)象進(jìn)行精確監(jiān)測(cè)及判斷，及時(shí)測(cè)報(bào)水污染發(fā)生的種類(lèi)、范圍和趨勢(shì)，為水污染治理提供科學(xué)依據(jù)。以水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)為例，利用該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析水體對(duì)太陽(yáng)輻射進(jìn)行反射、吸收和散射所形成的光譜特征，對(duì)比水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的光譜特征，建立水體富營(yíng)養(yǎng)化的定量遙感反演和評(píng)價(jià)模型，準(zhǔn)確提示污染物來(lái)源、遷移方向、擴(kuò)散范圍及對(duì)環(huán)境的影響，指導(dǎo)水環(huán)境污染治理工作的開(kāi)展[3]。

三是海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)。海洋是地球表面面積最大的水體，對(duì)陸地環(huán)境、大氣環(huán)境具有重大影響。而陸地邊緣的海洋環(huán)境則直接影響沿海區(qū)域環(huán)境。利用遙感技術(shù)可以準(zhǔn)確分析海洋表面溫度、坡度、顏色等變化，分析近海區(qū)域的實(shí)際情況，指導(dǎo)航運(yùn)、漁業(yè)生產(chǎn)等工作。而高光譜遙感技術(shù)則可以準(zhǔn)確測(cè)量出海洋赤潮、油污染、廢水排放等污染發(fā)生情況，迅速確定污染源和影響范圍，并通過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)污染的進(jìn)一步擴(kuò)散方向和速度。

2.2 在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中運(yùn)用遙感技術(shù)，主要是調(diào)查大氣環(huán)境、大氣污染物和災(zāi)害性大氣污染的狀況，而應(yīng)用最廣泛的則是對(duì)大氣污染源的分布、擴(kuò)散條件和范圍等的監(jiān)測(cè)，結(jié)合地面同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大氣污染的量化評(píng)價(jià)。大氣污染遙感監(jiān)測(cè)主要依靠遙感衛(wèi)星搭載的溫室氣體監(jiān)測(cè)儀、大氣痕量氣體差分吸收光譜儀、高光譜分辨率探測(cè)儀等，對(duì)污染氣體、溫室氣體、氣溶膠等進(jìn)行綜合探測(cè)。遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用主要包括以下幾方面。

一是大氣污染物監(jiān)測(cè)。利用大氣污染物中的微量成分的光譜特征，以及植物受污染程度所呈現(xiàn)出的光譜顏色變化來(lái)判斷大氣環(huán)境質(zhì)量，主要包括大氣污染源分布、污染程度、污染物擴(kuò)散范圍、污染影響范圍的監(jiān)測(cè)。比如：針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)、生活燃煤、城市排放、森林火災(zāi)等產(chǎn)生的廢氣、粉塵、煙塵及其他有毒有害物質(zhì)，可利用遙感影像分析污染物組分的波長(zhǎng)范圍，通過(guò)紅外激光—熒光遙感器檢測(cè)污染物濃度、污染源信息，為大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)支持[4]。利用衛(wèi)星熱紅外波段數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)秸稈、森林焚燒點(diǎn)，固定污染源。而針對(duì)揚(yáng)塵等粗顆粒污染物的來(lái)源，可利用遙感技術(shù)監(jiān)管裸地等污染物來(lái)源，指導(dǎo)揚(yáng)塵治理工作。比如：北京市利用衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行裸地監(jiān)管，成為全國(guó)首個(gè)大范圍應(yīng)用遙感技術(shù)動(dòng)態(tài)監(jiān)管全市裸地、輔助揚(yáng)塵治理的城市。

二是有害氣體監(jiān)測(cè)。即針對(duì)臭氧、一氧化碳、二氧化硫等痕量氣體成分的監(jiān)測(cè)。這些有害氣體會(huì)對(duì)生物有機(jī)體及大氣環(huán)境造成損害，造成酸雨、臭氧層破壞、光化學(xué)煙霧等污染。利用遙感技術(shù)中的熒光波和強(qiáng)度檢測(cè)，可對(duì)有毒氣體的種類(lèi)、濃度等數(shù)據(jù)進(jìn)行定性和定量監(jiān)測(cè)。同時(shí)，還可以通過(guò)對(duì)植物受有害氣體污染所呈現(xiàn)出的光譜顏色變化，解析遙感衛(wèi)星影像，從而快速獲取有害氣體的污染程度、影響范圍[5]。

三是其他方面的監(jiān)測(cè)。比如：利用衛(wèi)星影像的紅外通道，監(jiān)測(cè)沙塵暴、大霧、霾等災(zāi)害性大氣污染;利用遙感熱紅外波段技術(shù)監(jiān)測(cè)城市熱島效應(yīng)，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)等，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境的定量與定性監(jiān)測(cè)。

2.3 在地面環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用

地面環(huán)境監(jiān)測(cè)涉及的對(duì)象數(shù)量眾多且種類(lèi)復(fù)雜，利用遙感技術(shù)進(jìn)行地面環(huán)境監(jiān)測(cè)可有效降低人工監(jiān)測(cè)的工作量，提高監(jiān)測(cè)效率。地面環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)主要使用多光譜成像技術(shù)、光學(xué)掃描技術(shù)等，通過(guò)對(duì)不同土地覆蓋類(lèi)型的光譜分類(lèi)，實(shí)現(xiàn)地面環(huán)境的大范圍動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)在地面環(huán)境監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用主要包括以下幾方面。

一是土壤覆蓋及土壤污染監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析衛(wèi)星圖象中不同土地覆蓋類(lèi)型的光譜，可以對(duì)地面覆蓋物的反射率和形狀進(jìn)行測(cè)定，提供豐富、動(dòng)態(tài)的土地覆蓋信息。在土壤污染方面，可以通過(guò)分析衛(wèi)片中各種有害物質(zhì)、重金屬等的反射率，評(píng)價(jià)各區(qū)域土壤侵蝕的動(dòng)態(tài)變化和發(fā)展趨勢(shì)，為環(huán)境治理提供信息支持。

二是林草資源監(jiān)測(cè)。在森林資源清查和規(guī)劃調(diào)查工作中，使用遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大面積的森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，客觀、準(zhǔn)確、快速地獲取森林資源分布情況、林分變化情況及生態(tài)狀況變化。而在草地資源調(diào)查中，使用遙感技術(shù)可大幅度提高草地資源的分類(lèi)、定性和評(píng)估效率，提高資源調(diào)查與制圖的精度，為生態(tài)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。在林草及濕地等資源監(jiān)測(cè)中，通過(guò)解析彩紅外遙感衛(wèi)片、假彩色紅外衛(wèi)片，獲得植被長(zhǎng)勢(shì)、分布狀況等信息，并提取出監(jiān)測(cè)區(qū)域的微地貌、動(dòng)植物群落分布等生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)信息[6]。

三是固體廢棄物監(jiān)測(cè)。利用高光譜成像和高分辨率遙感圖像解析，對(duì)比固體廢棄物的解譯標(biāo)志，可以快速分辨廢棄物種類(lèi)、數(shù)量、堆放點(diǎn)分布及面積等情況，指導(dǎo)固體廢棄物的科學(xué)處理，提高環(huán)境治理水平。

2.4 在城市環(huán)境、自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用

遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，除上述方面外，還廣泛應(yīng)用于城市環(huán)境、自然災(zāi)害、重大工程等方面的監(jiān)測(cè)。比如：利用衛(wèi)星遙感影像提示城市建設(shè)及城鎮(zhèn)用地情況，指導(dǎo)土地資源合理利用及生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。再如：利用高分辨率遙感影像對(duì)地震、洪水等自然災(zāi)害造成的影響進(jìn)行快速監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了環(huán)境監(jiān)測(cè)的快速發(fā)展，提升了環(huán)境監(jiān)測(cè)的全面性、精確性、及時(shí)性和客觀性，為環(huán)境保護(hù)與治理提供了數(shù)據(jù)支持。在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中將得到更加廣泛與深入的應(yīng)用，推動(dòng)環(huán)保事業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展階段。

參考文獻(xiàn)

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