遙感技術在水生態環境管理的應用探究

2024-10-27 00:00:00全宇

農業災害研究 2024年8期

摘要：現階段的水生態環境管理中廣泛應用遙感技術，以紅外遙感技術、無人機遙感技術、微波遙感技術、高光譜遙感技術為主。為持續提高水生態環境管理水平，應該注重遙感技術的推廣應用，重點監測與分析懸浮物質、水質、水溫、藻類水華、水體深度這些關鍵信息，確保各種遙感技術得到科學有效的應用，助力水生態環境管理水平的提高。為此，概述了遙感技術，介紹了水生態環境管理中常用的遙感技術，并從水體渾濁度檢測、水體熱污染檢測等方面探究了遙感技術在水生態環境管理的應用。

關鍵詞：水生態環境管理；遙感技術；紅外遙感技術；水體渾濁度

中圖分類號：X87 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）08–0-03

水是生命之源，保護水資源一直都是社會的共識。當前階段，黨和國家更為重視水生態環境的改善與管理，要求持續加大水污染防治力度，開展科學有效的水生態環境管理工作。當前，為了切實做好水生態環境管理工作，應注重多措并舉和多種技術手段的綜合利用，其中，遙感技術是廣泛應用的技術手段，對水生態環境管理具有重要意義。針對當前突出的水環境問題及水生態環境改善要求，如何應用遙感技術為水生態環境管理提供強有力的支持是當前重點探究問題。結合已有的文獻資料，進一步分析探討了遙感技術在水生態環境管理的應用。

1 遙感技術的概述

遙感技術是重要的探測技術，可以探測與識別地面各種景物，具有多方面的優越性。所應用的遙感技術是以電磁波的理論為主，在各種傳感儀器的支持下，可以對遠距離目標所輻射和反射的電磁波信息進行收集與處理，并且最終成像?，F階段，遙感技術的應用已經十分廣泛，可以用于軍事偵察、地圖測繪、氣象觀測，且由于傳感器正在向電磁波譜全波段覆蓋，使得遙感技術定量化與精確化處于不斷提升的狀態。

遙感技術之所以發揮出重要作用，是因為有先進有效的傳感器設備，無人機、飛機、衛星等載體均可安裝傳感器設備。傳感器設備通過發揮作用，能夠有效捕捉來自地球表面的電磁輻射，以微波、可見光、紅外線為主，所形成的數據信息發揮重要作用，如基于數據信息而生成圖像與地圖。當前，城市規劃領域、農業領域、水資源管理領域、氣象學領域、地質學領域、環境監測領域都注重應用遙感技術。在應用遙感技術的過程中，遙感技術有以下5個方面的特點。

第一，遙感技術可以實現遠距離感測。應用遙感技術時能夠全面且全過程地獲取地表信息，且不需要直接與目標區域產生接觸，因此，遙感技術可以在無法輕易進入的地區得到有效應用，如可以在沙漠、高山、海洋、森林等地區獲得有效信息[1]。

第二，遙感技術可以實現多光譜數據處理。在應用遙感技術的過程中，各種傳感器可以捕捉多個波長的電磁輻射，包括紅外線、可見光、微波在內的多光譜數據，豐富的多光譜數據可以應用于不同領域[2]。

第三，遙感技術可以實現數字化與自動化。在處理和分析遙感數據的過程中，可以重點依賴于計算機技術手段，能夠實現自動化處理，且在這一基礎上可以生成所需要的數字化地圖和信息，使遙感數據發揮出重要作用，可用性和精確性均值得肯定。

第四，遙感技術可以實現時間序列數據?；谶b感技術所獲得的遙感數據能夠用于生成時間序列，研究者可以隨時間的演變對地表特征情況進行觀察。當前主要是自然災害、植被季節性變化、城市擴張。

第五，遙感技術可以實現大范圍覆蓋。當前，遙感技術可以較容易地獲取到廣大地區的遙感數據。因此，在監測和分析大規模地理信息數據中要考慮遙感技術的推廣應用，確保遙感技術可以成為監測和分析大規模地理的有力工具。

2 水生態環境管理中常用的遙感技術

2.1 紅外遙感技術

當前，在水生態環境管理中，紅外遙感技術應用廣泛。紅外遙感技術主要依賴紅外波段，其波長范圍為0.77～1 000 μm，重點利用“不同物質對紅外波段的電磁輻射有不同的吸收特性”這一性質原理，評估水體中不同成分的紅外光譜特征，并對水體的污染類型、污染程度進行分析評價。

同時，水生態環境管理較為關注水溫，強調對水體的表面溫度進行有效測量，確保可以達到監測水溫變化的效果，這一過程中需要應用到紅外遙感技術。當前，紅外遙感技術可以對水溫變化進行有效監測，有助于動態掌握水體的熱動力特性，如掌握水體溫度的梯度變化與季節性變化。在反映水中的溶解物質和懸浮物含量時，紅外遙感技術能夠有效捕捉到水體的顏色信息，為技術人員識別水體中的雜質和藻類水華提供支持，有助于早期發現水體異常情況。并且，當前的水生態環境管理中強調確定出具體的污染物，而紅外遙感技術對不同污染物表現出高度敏感性，通過紅外遙感技術更容易對水體中的污染物進行監測分析。

此外，紅外遙感技術能夠對紅外波段和近紅外波段的信息、可見光的信息進行具體分析，如此可以形成和提供多光譜數據，有助于更好、更快地對水環境的變化和特征進行分析論證，如反映出植被分布、水體類型、土地利用的具體信息[3]。

2.2 高光譜遙感技術

高光譜遙感技術的顯著優勢是可以獲得連續圖像資料與較窄波段，廣泛應用于水生態環境的監測與管理。相較于傳統遙感技術，高光譜遙感技術具有連續譜這一特點，可以連續且全面地獲取到水生態環境的數據信息，且獲得的數據信息具有詳盡、精確的優勢，甚至可以將水生態環境的每個細節及變化情況直觀且完整地反映出來。水生態環境管理中高光譜遙感技術的應用及優勢集中體現在以下3個方面。

第一，高光譜遙感技術被廣泛應用于水質監測中。其重點是對水體的三大特性進行監測，即散射特性、吸收特性、反射特性，并在此基礎上對水質進行評估。值得注意的是，當物質不同時，其在不同波長的光譜上可以呈現出不同的光譜特征，因此借助高光譜遙感技術可以對水體中的污染物和溶解物質進行準確識別及動態分析。

第二，在水色監測中，高光譜遙感技術可以對水體的顏色信息進行準確且全面的捕捉，動態監測水色的變化情況[4]。水體顏色在很大限度上可以反映水中藻類水華、懸浮物、其他雜質的分布情況。因此，應用高光譜遙感技術能對水生態環境進行評估，有助于及時發現水體異常的風險及問題。

第三，高光譜遙感技術可用于監測海岸線的位置和變化。借助高光譜遙感技術可以對不同地物（主要包括海水、植被、巖石、海灘等）的光譜特征進行監測分析，及時了解并掌握海岸線的動態變化情況。

2.3 無人機遙感技術

在無人機遙感技術中，重點是利用無人駕駛飛行器有效且高效地采集遙感數據。當前，地球上的觀測衛星數量不斷增加，但衛星傳感器存在可用性較低、分辨率較低的問題，而應用無人機遙感技術可以獲取到更為準確的數據，且數據信息的分辨率較高。其在水生態環境的監測與管理中達到低空飛行的效果，能夠有效監測到小尺度的水體特征[5-6]。

相較于衛星，無人機遙感技術可以更好地滿足水生態環境的監測與管理的具體需求，如水生態環境出現嚴重污染事件時，相關部門可以指揮無人機及時飛往目標區域進行監測作業，獲取實時有效數據，為水生態環境的污染治理提供依據[7-8]。與此同時，在應用無人機遙感技術時，可結合實際情況進行裝備和配置，促使無人機遙感技術發揮出最大價值，如可以靈活配置相機、遙感傳感器等其他設備。此外，在水生態環境的監測與管理中，應用無人機可以有效避免大氣散射問題與云層遮擋問題，即使是在惡劣天氣條件下，也可以確保無人機遙感技術有良好的適用性，能有效完成水生態環境數據的采集[9]。

當前，在水生態環境管理中要注重無人機遙感技術的推廣應用，且必須要求無人機遙感技術可以提供高質量的監測數據，即監測數據具有靈活性強、高分辨率、快速響應、成本較低這些顯著特點，切實有效地支持水生態環境管理活動。

2.4 微波遙感技術

微波遙感技術是一種能夠進行遠距離監測和識別的遙感技術，其波長范圍為1～10 000 m。在實際應用微波遙感技術的過程中，依托微波傳感器對不同物質所發射的電磁輻射信息進行精準捕捉與獲取，并基于所獲取的數據信息對所存在的物質進行判讀與識

別[10-11]。當前在水生態環境管理中，微波遙感技術應用廣泛，尤其是在水體監測、洪水分布等活動中。

微波遙感技術的穿透性很強，可以有效穿透土壤、云層、植被，因此可以在識別水體的過程中應用微波遙感技術。在海岸線信息的獲取中，可以借助微波遙感技術重點獲取到海岸線的形狀信息、位置信息、變化信息，所獲取的信息可以應用于海岸線管理、海岸生態系統保護。在監測洪水分布這一方面，可以在不同的季節與天氣條件下應用微波遙感技術監測洪水分布情況，重點監測水體的高度與面積，實現對洪水的快速預警。

總體而言，微波遙感技術不易受天氣條件影響，當進行水生態環境的全天候與多季節的監測及管理時，優先考慮應用微波遙感技術。

3 遙感技術在水生態環境管理的應用探究

3.1 水體渾濁度檢測中遙感技術的應用

在水體渾濁度的檢測與管理中，傳統技術存在一定的局限性，諸如獲得檢測結果的時間較長，且檢測范圍復雜，檢測效果不佳。而應用遙感技術檢測水體渾濁度，其核心原理是結合物體自身的光譜反射特征得到水體渾濁度的數據信息，并根據光譜影像的差異對水體渾濁度進行判斷與分析[12]。

相關研究結果顯示，光譜的衰減系數會直接受到水體中懸浮物質數量的影響，極易穿透的波段可以從0.50 μm向紅色區域逐漸移動。當前已經確定出水體渾濁度與散射率之間的關系，即當水體渾濁度分別是0%、10%、30%、50%、80%、90%時，散射率分別為18.2%、19.8%、22.4%、28.7%、35.9%、47.8%，觀測波段分別為460、580、700、820、960、1 200 nm。當水體渾濁度較高時，入射光散射的深度會變淺，所對應的反射率增加，此時獲取水體渾濁度數據信息的難度會降低。

3.2 水體熱污染檢測中應用遙感技術

在水生態環境管理中，水體熱污染檢測與治理是一大重點，要求在水體熱污染檢測中對各種污染物質的數目與種類進行監測，在此基礎上系統且綜合分析水體。當前在水體熱污染檢測中注重遙感技術的推廣應用，先是利用遙感技術獲取到水體熱污染的信息，然后對污染元素進行準確辨別[13-14]。各種污染元素可以對水體造成影響，水體的熱污染存在一定的差別，通常是水體中的污染物數量可以增加，基于遙感技術的探測功能與識別功能，可以提高污染元素辨別的準確性。此外，遙感技術可以全面檢測水體熱污染，在相關軟件平臺的支持下可以繪制出關于水體熱污染的曲線，直觀形象地呈現出水體熱污染的數量與物質。熱污染等級與曲線變化之間有特定的關系，當熱污染級別為0、10、30、50、80、90時，曲線變化幅值分別為0、27.2、35.9、47.8、64.6、70.2，曲線特異性分別是無、一般、一般、突出、突出、突出。因此，在水體熱污染檢測中應用遙感技術時，要強調應用遙感技術準確反映水體污染物等級，并結合檢測過程中所獲得數據信息繪制遙感曲線，但要注意將遙感曲線特異性的誤差嚴格控制在2%以內。

3.3 其他領域中應用遙感技術

除在水體熱污染、水體渾濁度的檢測中應用遙感技術，在積雪覆蓋調查與管理、地表水體動態監測與管理、濕地資源與管理等方面也可應用遙感技術。在積雪覆蓋調查與管理中，遙感技術代替氣象臺站，調查積雪的分布范圍和面積，獲取積雪純度、積雪濕度、積雪深度等信息[15-16]。在地表水體動態監測與管理中，以湖水面分布范圍為例，應用遙感技術可以調取湖水面不同分布范圍的遙感影像，直觀地對比分析湖面動態變化的影像及數據，并與氣象站的氣象觀測資料相結合，從而更好地分析湖面變化成因。在濕地資源與管理中，重點應用遙感技術實時監測濕地種類及數量，切實發揮好遙感技術的諸多優勢（包括獲取信息快、信息量大、觀測范圍廣、人為干擾因素少、更新周期短等）。此外，在提取濕地邊界、濕地動態變化監測、濕地分類的過程中也應該注重遙感技術的推廣應用。

4 結束語

在生態環境監測及管理中應高度重視遙感技術的推廣應用，切實發揮好遙感技術的各方面優勢，助力生態環境管理水平的提高。當前，遙感技術已有效地應用于生態環境管理中，相關部門在注重對成熟經驗做法進行推廣應用的同時，也應進一步探究遙感技術應用于生態環境監測及管理的要點，從而確保遙感技術處于有效的應用狀態，為水生態環境管理提供助力。

參考文獻

[1] 陳向進.遙感技術在生態環境監測中的應用[J].電子世界，2021（18）：146-147.

[2] 倪見.遙感技術在水生態環境管理的應用與前景[J].綠色環保建材，2020（11）：42-43.

[3] 張春霞.遙感技術運用于生態環境監測的分析[J].現代農村科技，2022（8）：99-100.

[4] 袁文靜，董翔宇.基于遙感技術的生態環境監測與保護應用研究[J].中國科技信息，2020（19）：89-90.

[5] 曹俊萍，王慧.無人機遙感技術在生態環境監測工作中的運用[J].清洗世界，2022，38（8）：143-145.

[6] 雷英杰.遙感技術助力生態環境變化監測[J].環境經濟， 2024（4）：34-37.

[7] 侯勇團，王莉，胡云輝，等.環境監測技術在生態環境保護中的應用分析[J].黑龍江環境通報，2023，36（4）：147-149.

[8] 張建國，魯佳，蔡厚安，等.高光譜遙感技術在大冶地區水環境監測中的應用[J].礦產勘查，2023，14（3）：471-479.

[9] 陳穎，郭萍.無人機遙感技術在生態環境影響評價中的應用分析[J].環境與發展，2020，32（5）：97，99.

[10] 尼瑪卓瑪，次仁央金，普布央金.遙感技術在大氣、水、生態環境監測中的應用[J].西藏科技，2016（9）：50，76.

[11] 鐘潔玲.無人機遙感技術在生態環境影響評價中的應用分析[J].環境與發展，2019，31（8）：18，20.