衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用研究

賈 煒 (武威市基礎(chǔ)地理勘測(cè)技術(shù)服務(wù)中心 甘肅 武威 733000)

環(huán)境污染是各國(guó)急需解決的問(wèn)題,尤其是環(huán)境事故和環(huán)境災(zāi)害的問(wèn)題。在信息時(shí)代下,大量的科學(xué)技術(shù)廣泛使用在各行業(yè)當(dāng)中,也為解決環(huán)境污染提供了技術(shù)支持,如衛(wèi)星遙感技術(shù)。此種技術(shù)可以觀察土壤和生態(tài)等情況,做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作,從而了解我國(guó)的實(shí)際環(huán)境問(wèn)題,得到滿意的監(jiān)測(cè)效果。與此同時(shí),所建立的衛(wèi)星遙控平臺(tái)應(yīng)用在生態(tài)保護(hù)和污染治理等領(lǐng)域當(dāng)中,為環(huán)境監(jiān)測(cè)的質(zhì)量提升提供保障,便于環(huán)境治理工作的開(kāi)展。

一、衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用在環(huán)境保護(hù)中的重要性

(一)提升我國(guó)的大氣質(zhì)量

衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠?qū)諝夂统粞鯇赢?dāng)中的有害氣體含量進(jìn)行檢測(cè),保證大氣環(huán)境的穩(wěn)定性。近幾年,城市化進(jìn)程不斷加快,部分環(huán)境問(wèn)題的出現(xiàn)均不能在生活中有效避免,尤其是有毒和有害的氣體對(duì)居民的生活質(zhì)量以及工作產(chǎn)生影響,而如何有效分析這些氣體在大氣中污染的情況,成為了較多人員關(guān)注和重視的問(wèn)題。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),使用衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠顯示所監(jiān)測(cè)地區(qū)的植被和水體等多方面的信息,獲得較為滿意的環(huán)境保護(hù)效果。我國(guó)在上個(gè)世紀(jì)已經(jīng)研究出對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)技術(shù),利用臭氧制圖光譜儀對(duì)臭氧層的實(shí)際情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),現(xiàn)如今可以使用激光雷達(dá)完成臭氧層的監(jiān)測(cè)工作。

(二)提升環(huán)境監(jiān)測(cè)的質(zhì)量

衛(wèi)星遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中廣泛使用,其中包含海水、水體富氧化和廢水等多方面監(jiān)測(cè)。水體熱和廢水污染均是由工廠排放熱水和廢水導(dǎo)致的,在大量排放之后如果沒(méi)有合理的治理和控制會(huì)對(duì)周圍的水體生物以及農(nóng)作物產(chǎn)生影響,導(dǎo)致環(huán)境污染加重。而在使用衛(wèi)星遙感技術(shù)之后,對(duì)水體熱污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)可以使用紅外傳感器,此時(shí)能夠監(jiān)測(cè)排放和流向,獲得準(zhǔn)確度較高的探測(cè)圖像。因?yàn)樗w富氧化對(duì)于水環(huán)境有較大的影響,要求技術(shù)人員利用葉綠素和總磷等對(duì)其富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行評(píng)估,并使用合理的方式解決。

(三)提升環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的獨(dú)立性

部分污染排放企業(yè)為了降低自身的運(yùn)營(yíng)成本,提升經(jīng)濟(jì)效益,在環(huán)境監(jiān)測(cè)當(dāng)中逃脫法律的約束,隨意更改數(shù)據(jù),這樣的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)缺少真實(shí)性。而在環(huán)境監(jiān)測(cè)中,還會(huì)出現(xiàn)委托的現(xiàn)象,讓環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)無(wú)法發(fā)揮自身的作用。為了改變此種情況,應(yīng)強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的獨(dú)立性,消除弄虛作假的情況。而具有獨(dú)立性的監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)在實(shí)際監(jiān)測(cè)當(dāng)中和政府等多方面并不會(huì)有利益上的沖突,所有的數(shù)據(jù)均有較高的真實(shí)性。并且在開(kāi)展工作時(shí),社會(huì)化環(huán)境監(jiān)測(cè)獨(dú)立存在所獲得的結(jié)果也十分公平公正。

(四)降低監(jiān)測(cè)成本

目前,環(huán)境監(jiān)測(cè)工作在實(shí)際開(kāi)展過(guò)程中的資金來(lái)源主要為財(cái)政部門(mén)撥款,在進(jìn)行工作時(shí)應(yīng)貫徹落實(shí)年度的監(jiān)督任務(wù),還需要按照具體的要求落實(shí)監(jiān)測(cè)工作。而從事此方面工作的人員并沒(méi)有利益上的關(guān)系,所以在開(kāi)展工作的時(shí)候缺少動(dòng)力,讓監(jiān)測(cè)技術(shù)的作用無(wú)法有效發(fā)揮出來(lái),監(jiān)測(cè)的技術(shù)也處在無(wú)法向前發(fā)展的狀態(tài)當(dāng)中。與之相關(guān)的工作人員在實(shí)際工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn),將自身的專業(yè)能力和知識(shí)提升,并在不斷完善和改革的情況下,保證其符合社會(huì)發(fā)展的要求,降低監(jiān)測(cè)成本,提升經(jīng)濟(jì)效益。

二、衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題

(一)技術(shù)處在初級(jí)階段,研究較少

遙感技術(shù)在近幾年發(fā)展速度較快,但是分析環(huán)境監(jiān)測(cè)的任務(wù)內(nèi)容,技術(shù)在使用中依舊無(wú)法滿足部分要求,需要對(duì)其改進(jìn)和創(chuàng)新。就目前情況來(lái)看,衛(wèi)生遙感技術(shù)在環(huán)境方面的研究較少,只有局部的研究,不能大范圍和多目標(biāo)地滿足監(jiān)測(cè)需求。在實(shí)際使用當(dāng)中,衛(wèi)星遙感技術(shù)依舊存在較多的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有解決。例如,環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星在發(fā)射之后,衛(wèi)星高光譜、環(huán)境空氣指標(biāo)定量遙感以及信息獲取和處理等方面的研究均在初級(jí)極端,和歐美國(guó)家的技術(shù)相差較遠(yuǎn)。為了可以將技術(shù)水平提升,保證環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量,需要增強(qiáng)研究的力度。

(二)載荷功能并不完善

分析我國(guó)現(xiàn)階段的情況,環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)的遙感衛(wèi)星資源并不是十分充足,部分衛(wèi)星的載荷雖然可以順利完成監(jiān)測(cè)工作,但是功能并不完善。例如,海洋衛(wèi)星只能對(duì)水色方面進(jìn)行監(jiān)測(cè),氣象衛(wèi)星只能對(duì)天氣變化方面監(jiān)測(cè),技術(shù)受到了限制,局限性較強(qiáng)。且有效載荷的空間和時(shí)間分辨率均十分有限,這會(huì)影響環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量,無(wú)法將環(huán)境管理作用發(fā)揮出來(lái)。而對(duì)于環(huán)境一號(hào)來(lái)說(shuō),其重訪周期為2天到4天,不符合環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測(cè)的要求。并且衛(wèi)星中所具有的相機(jī)和超光譜成像儀的空間分辨率均比較低,這無(wú)法對(duì)河流污染以及化學(xué)泄露等進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè),提取的信息有限,所以衛(wèi)星載荷的功能還需要不斷的完善和升級(jí)。

(三)系統(tǒng)較為落后

近幾年我國(guó)重視環(huán)境污染的治理工作,所以不斷的發(fā)展和完善衛(wèi)星監(jiān)測(cè)技術(shù),但是地面應(yīng)用系統(tǒng)并不是十分完善,讓其所涵蓋的作用不能有效發(fā)揮出來(lái),浪費(fèi)技術(shù)資源。為了解決這方面的問(wèn)題,國(guó)家重視衛(wèi)星地面系統(tǒng)的建設(shè)和協(xié)調(diào)工作,讓其從實(shí)驗(yàn)逐漸演變?yōu)樵谡鎸?shí)生活中使用。在不斷地對(duì)其研究后,環(huán)境保護(hù)部門(mén)制定了業(yè)務(wù)評(píng)估流程,但是也沒(méi)有達(dá)到設(shè)定的監(jiān)測(cè)水平,表現(xiàn)為:首先,沒(méi)有對(duì)業(yè)務(wù)調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一,形成的數(shù)據(jù)接收比較困難,一體化服務(wù)不全面;其次,缺少對(duì)多源和多載荷數(shù)據(jù)的快速處理;最后,沒(méi)有建立具有環(huán)境特征的信息模型,無(wú)法滿足遙感產(chǎn)品快速生產(chǎn)的要求。

三、衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用

(一)在水環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在進(jìn)行水環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測(cè)的時(shí)候,衛(wèi)星遙感技術(shù)能夠?qū)λw熱、廢水和泥沙等多方面的污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)于水體熱污染來(lái)說(shuō),一般為工廠排放的廢水和熱水導(dǎo)致的,會(huì)對(duì)水中生物和水體產(chǎn)生影響,應(yīng)重視此方面污染的監(jiān)測(cè)工作。紅外遙感技術(shù)應(yīng)用在水體熱污染中,觀察實(shí)際排風(fēng)和溫度變化,并在探測(cè)的圖像上表現(xiàn)出來(lái)。廢水污染主要為工業(yè)和生活中產(chǎn)生的廢水,在水中沉積后水體散發(fā)出異味,對(duì)水資源造成污染。對(duì)廢水監(jiān)測(cè)的時(shí)候,可以利用溫度差加上紅外遙感探測(cè)技術(shù)檢查廢水是否符合我國(guó)對(duì)于廢水排放的要求,同時(shí)也可以使用多光譜合成圖像完成監(jiān)測(cè)。水體富氧化會(huì)導(dǎo)致水中的葉綠素濃度不斷地提升,對(duì)水質(zhì)量產(chǎn)生影響。在對(duì)其監(jiān)測(cè)時(shí),利用葉綠素濃度遙感反演方式分析情況,濃度比較高的地帶,水體富氧化越嚴(yán)重。如果出現(xiàn)了泥沙污染,會(huì)讓水的反射率不斷地提升,出現(xiàn)紅移,吸收紅外輻射,所以這個(gè)時(shí)候需要監(jiān)測(cè)懸浮泥沙的濃度,做好定量波段的工作,找到合適的方式解決問(wèn)題。衛(wèi)星遙感技術(shù)在海洋環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測(cè)中使用對(duì)表面、洋流循環(huán)等影響海洋生物生長(zhǎng)的因素監(jiān)測(cè),為監(jiān)測(cè)海洋污染作出了貢獻(xiàn)。

(二)在大氣環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

衛(wèi)星遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境的時(shí)候也有著十分重要的作用,主要可以對(duì)二氧化碳、霧霾、臭氧以及秸稈焚燒等方面進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式不能將氣溶膠空間變化趨勢(shì)和分布情況展示出來(lái),而使用衛(wèi)星遙感技術(shù)之后,可以彌補(bǔ)此缺陷,在較為廣闊的空間當(dāng)中有效的監(jiān)測(cè)大氣當(dāng)中氣溶膠的含量。而其中包含的有害氣體,可以在監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)是否存在濃度過(guò)高的情況,及時(shí)對(duì)其處理,減少對(duì)人們的影響。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),污染氣體的信息和植被以及水資源等信息疊加在一起時(shí)使用此技術(shù),也可以將其中的有害氣體濃度信息反映出來(lái),這對(duì)于大氣環(huán)境的有害氣體監(jiān)測(cè)意義重大。而在監(jiān)測(cè)城市熱島效應(yīng)的時(shí)候,衛(wèi)星遙感探測(cè)技術(shù)也可以使用其中。熱紅外遙感測(cè)量地面輻射的溫度,分析導(dǎo)致此效應(yīng)出現(xiàn)的主要來(lái)源,及時(shí)對(duì)其進(jìn)行干預(yù),減少熱島現(xiàn)象。

(三)在生態(tài)環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

土地、植被的覆蓋以及地表溫度等多方面的監(jiān)測(cè)均屬于生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè),衛(wèi)星遙感技術(shù)也可以在其中發(fā)揮作用,并對(duì)生物多樣性以及礦山開(kāi)采等進(jìn)行監(jiān)測(cè),獲得更多有利信息,便于環(huán)境保護(hù)。在對(duì)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的時(shí)候,此項(xiàng)技術(shù)監(jiān)測(cè)其變動(dòng),定期測(cè)評(píng)生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量。實(shí)際使用時(shí),不光需要使用高空間、高光譜等多種遙感技術(shù),還需要進(jìn)行地面試驗(yàn)和創(chuàng)建模型的方式讓這些技術(shù)手段結(jié)合在一起監(jiān)測(cè)和評(píng)定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。監(jiān)測(cè)土地覆蓋時(shí),不同時(shí)間段的相同地區(qū)覆蓋情況分類,獲得對(duì)應(yīng)的土地利用信息,形成動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。在監(jiān)測(cè)時(shí),了解土地覆蓋的實(shí)際情況,便于根據(jù)實(shí)際情況對(duì)土地合理使用。地面污染屬于生態(tài)環(huán)境污染中主要問(wèn)題,在對(duì)地面監(jiān)測(cè)時(shí),將污染的區(qū)域合理地劃分出來(lái),并提出預(yù)防措施,減少地面污染。與此同時(shí),對(duì)地表的溫度差進(jìn)行排查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱火區(qū),讓人們的生活和生產(chǎn)更有保障。

(四)在土壤環(huán)境保護(hù)和監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

在環(huán)境治理的工作當(dāng)中,土壤污染是重點(diǎn)內(nèi)容,我國(guó)對(duì)于此方面的研究比較晚,一般為實(shí)驗(yàn)室分析。部分研究人員利用傳感器光譜響應(yīng)函數(shù)合理的轉(zhuǎn)換土壤光譜曲線,讓其成為一個(gè)工作波段,從而對(duì)土壤中的重金屬含量有效分析。研究表示,此種方式獲得的數(shù)據(jù)可以有效地評(píng)估土壤重金屬元素含量,這可以為遙感技術(shù)的使用提供依據(jù)。但是如果出現(xiàn)了土壤中沒(méi)有較高重金屬含量的情況,衛(wèi)星遙感上信號(hào)比較弱,這會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)產(chǎn)生影響。就目前來(lái)看,土壤環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)廣泛使用在土地的水分以及地表溫度等多方面當(dāng)中。使用近紅外和熱紅外的技術(shù)對(duì)土壤水分監(jiān)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)和實(shí)際情況基本吻合。在之后的研究中可以重視紅外、高光譜和高空間等技術(shù)對(duì)土壤污染的監(jiān)測(cè),并創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)平臺(tái),強(qiáng)化城市和鄉(xiāng)村的監(jiān)測(cè)力度,做好防治工作。

(五)合理布設(shè)采樣站

1.功能區(qū)布點(diǎn)的方式

在環(huán)境污染的監(jiān)測(cè)中最常見(jiàn)的便是功能區(qū)布點(diǎn)的方法,一般使用在較為偏遠(yuǎn)的地區(qū)。監(jiān)測(cè)時(shí)使用此種方式可以在不同的地點(diǎn)完成同步監(jiān)測(cè),減少監(jiān)測(cè)成本,有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。而使用功能區(qū)布點(diǎn)方式的主要優(yōu)勢(shì)為:首先,將成本控制在最低的范圍當(dāng)中;其次,適用范圍更廣,廣泛使用在各種污染源的監(jiān)測(cè)當(dāng)中。而在實(shí)際使用時(shí),對(duì)城市人口的分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),根據(jù)此情況在監(jiān)測(cè)中使用合理的方式完成工作,因?yàn)槿丝诿芗牡貐^(qū),監(jiān)測(cè)較為困難,需要提前制定計(jì)劃,并選擇合理的技術(shù)和方式,減少人群對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的影響。環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系應(yīng)用時(shí)需避免周圍有大面積的植被或者綠化帶。功能區(qū)布點(diǎn)方式在城市中使用時(shí),對(duì)其功能合理的布局,然后開(kāi)展工作,并在整個(gè)布局當(dāng)中嚴(yán)格根據(jù)相關(guān)的制度與要求完成布局,確保工作順利進(jìn)行。

2.網(wǎng)格布點(diǎn)的方式

網(wǎng)絡(luò)布點(diǎn)的方式和上述所說(shuō)的功能區(qū)方式都是常用方法,主要是將需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域劃分為多個(gè)網(wǎng)格,然后選擇監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn),一般在兩條直線相交的位置當(dāng)中,從而對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍全方位的監(jiān)測(cè)。現(xiàn)階段,環(huán)境監(jiān)測(cè)污染的網(wǎng)絡(luò)體系已經(jīng)成熟,在布置的時(shí)候主要將保護(hù)此區(qū)域的環(huán)境當(dāng)做基礎(chǔ),然后通過(guò)每一個(gè)位置的布點(diǎn)收集監(jiān)測(cè)信息,對(duì)影響環(huán)境質(zhì)量的因素詳細(xì)的分析和考察,包括周圍的建筑物、風(fēng)向以及設(shè)備等,而這些因素均對(duì)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度產(chǎn)生影響,所以在布點(diǎn)的時(shí)候應(yīng)該多加考慮。在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)受到影響時(shí)應(yīng)該優(yōu)先檢查網(wǎng)格是否在設(shè)置的時(shí)候過(guò)小,如果出現(xiàn)過(guò)小的情況,對(duì)其大小及時(shí)調(diào)整,將所監(jiān)測(cè)區(qū)域的實(shí)際情況當(dāng)做主要條件,保證網(wǎng)格的大小與其相符。

3.同心圓多方位布點(diǎn)的方式

在使用同心圓多方位布點(diǎn)的方式時(shí)應(yīng)該根據(jù)所使用的技術(shù)以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)際情況制定完善的策略,觀察所在地區(qū)的地理特征以及氣候,保證策略針對(duì)性較強(qiáng)。環(huán)境污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系受到多種因素的影響,主要是周圍的環(huán)境和居住的人群。此種方式設(shè)置時(shí)具有陷阱的特點(diǎn),首先需要掌握污染源的流向,將污染源的發(fā)生地當(dāng)做中心點(diǎn),做出6個(gè)方位或者是28個(gè)方位的放射線,建立多個(gè)同心圓,一般情況下每一個(gè)圓的半徑在3厘米以內(nèi)。需要注意的是,半徑在確定的時(shí)候應(yīng)該結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛞约拔廴驹吹呐欧帕窟M(jìn)行計(jì)算,也不是固定的。

結(jié)束語(yǔ)

衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)當(dāng)中可以發(fā)揮較大的作用,解決我國(guó)所出現(xiàn)的環(huán)境污染問(wèn)題。但是在使用的時(shí)候依舊需要重視技術(shù)的更新與完善,保證應(yīng)用效果可以進(jìn)一步提升。而全方位、全天候的環(huán)境監(jiān)測(cè)和一體化的系統(tǒng)是不能缺少的內(nèi)容,應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況完成對(duì)應(yīng)技術(shù)和系統(tǒng)的使用,根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做好污染防治工作,保證有更為良好的生活環(huán)境。