遥感技术在水环境和大气环境监测中的应用研究

孙 鹏，逄少堃

（1.山东省潍坊生态环境监测中心，山东 潍坊 261041；2.潍坊市生态环境监控中心，山东 潍坊 261041）

遥感技术主要是指工作人员借助感应探测设备，来做好相关信息的采集，通过遥感影像及时地了解相关的信息，对数据进行综合性分析。在这个过程中，遥感技术转变成图像处理技术，从而发挥出综合性的特点。近几年来，遥感技术在各地环境监测过程中有着非常广泛的运用，尤其是水体环境和大气环境监测方面利用，遥感技术能够获得更精准的数据，给工作人员做出相关的决策，提供数据参考[1]。环保部门要以控遥感技术核心，做好遥感技术的广泛应用，结合当地的实际情况进行环境监测工作，从而更好地发挥出遥感技术的重要作用。

1 遥感技术主要特点分析

与传统的技术相比，遥感技术是一种新型的数据监测技术，本质上帮助工作人员利用电磁波探测装置来收集相关的数据和信息，通过分析有关的监测数据，给出更准确的监测结果，由此可以看出该技术的集成性比较强。遥感技术运用中包括：集成处理、信息传输、感应探测等各个环节，通过监测不同区域的维度信息，给出更全方面的遥感探测结论，从而有效地避免结论的局限性。与人工环境监测方式相比，电磁波监测的方法能够体现出信息化自动化的特点。

对目前环境监测工作来说，利用遥感技术能够节约一定的资金，保障监测数据的全面性，同时也能够不断地优化监测流程。近几年来，环境监测部门对可见光摄影技术，光谱扫描技术的运用，使环境监测工作更加高效[2]。

2 遥感技术的主要作用分析

首先，遥感技术在环境监测过程中，能够发挥出监测范围大、立体性强的作用，由于遥感技术所涉及到的监测范围比较广，包括水利、海洋、环境、气象、地矿、交通线路等多个方面。在地面点、线监测的过程中，由于航空相片所提供的立体图像相关的问题，对生态环境要素的研究，可以从整体的角度出发，有效地监测区域生态环境，做好动态化的把握。

其次，遥感技术的运用能够获得大量的信息，保障信息效率。遥感技术的运用，能够帮助工作人员通过飞行工具获得相关的图像和数据资料，从而加快了生态环境监测的进度。与此同时，还能更好地帮助工作人员做好信息的传导，处理编译、编图等各项工作，利用光学仪器和计算机，有效地把握宏观生态环境情况，做好环境监测工作。

再次，遥感技术的能够发挥其适应性强的特点，能够获得其它监测手段无法获得的信息，比如对海洋、原始森林、冰川、沙漠、高寒山区等环境监测的过程中，人们很难获得全方面的监测环境信息，通过遥感技术的穿透效果，就可以解决这个问题。再如，在穿透植被覆盖方面，遥感技术可以获得一定深度的资源信息，能够及时地了解深部基岩裂缝地下水污染的情况，帮助提出有关的防护措施[3]。此外，工作人员还可以通过覆盖层厚度的变化，及时了解赤藻类分布的情况，对近海污染进行有效的监测。

最后，运用遥感技术，能够更好地保障动态化监测的效果。遥感技术可以获得更准确的动态资料，实现大规模监测。比如在西安的世园中，利用遥感技术能够更好地了解城市植被覆盖情况，通过分析高分辨率卫星数据，合理地分析城市植被的参数，为世园会提供植被覆盖率的动态监测。

3 遥感技术在水环境监测中的应用

影响水质的主要因素包括病原体、油类物质、化学物质、藻类等各类有害物质，监测时需要结合水体温度、特点和光学性质，通过可见光遥感技术和热红外光遥感技术，及时地了解水体污染的实际情况。通常来讲，水体清澈状态下的反射率是比较低的，往往在10%以下，而水体对光有着较强的吸收性，所以在水环境监测过程中，工作人员可以结合水体光谱的特点，运用遥感技术，实现水环境污染监测的效果。

3.1 监测水体浑浊度

水中通常会有一些生物粒子和悬浮物照，水体会吸收太阳光，水体都具有光谱反射的特点，工作人员通过遥感技术了解光谱影像的差异性，分析水环境污染情况[4]。

有些研究人员认为，遥感技术的运用能够更好地分析光谱影像上的特点，从光谱影像可以看到透过波段从0.5 μm向红色区域移动。在水的泥沙浓度不断增加时，进入到水体的太阳光散射越来越浅，反射率也在不断提高，光谱影像由蓝色向黄色不断转变。除此之外，外国研究人员分析证明500～600纳米的波段内，比较适合来监测水体中的悬浮物；在700～900纳米波段内，对于悬浮物质的浓度动态化变化中，反射率是比较敏感的，这也表明了遥感技术对水体悬浮物估算的最佳浓度为700～900纳米。遥感技术能够观察到图像上波峰的位置，从而进一步地判断水体浑浊物的情况。

3.2 监测城市污水

随着城市化加快，生活污水和工业废水导致水质恶化情况越来越严重。卫星遥感技术结合光谱影像的差异性，能够及时了解水体污染情况，实时观察污染物的动态化变化，根据水中的悬浮物判断污染的程度，做好污染源的追踪工作[5]。

对于不同样本来说，进行多角度的偏振反射光谱的测量工作，可以获得有关的信息，从光线入射角、探测天顶角、波段偏振角等多个角度，充分了解水体偏振数据的关系，从而更好地分析有关的内容。以庆阳市境内的环江和马莲河为例，通过对这些水体监测，结合水环境，化学需氧量，COD测量的流程，工作人员采用Fisher 判别方法，构建地面实测和研究区域COD识别相结合的模式，更好地完成了水环境的监测工作。

环境COD污染遥感技术，可以结合遥感影像，更好地实现对水环境监测。如珠江口水污染的实际情况，通过多光谱、高光谱遥感技术，对于水环境进行全方面的分析，对珠江口水污染情况进行全方位了解，同时验证了该方法的高效性。除此之外，工作人员还可以结合反射光谱的数据和光谱信息，以及实测水体波谱，建立有关的模型，更好地对水环境进行准确的监测。

3.3 监测水体热污染

水体中会蕴含多种多样的悬浮物，使得光谱影像中所呈现出来的反射风的强度和位置有所不同。工作人员要合理地分析多光谱合成图像，充分的检测废水污染的程度，结合温度的改变，利用红外光的方法来了解水体热污染的问题[6]。由于热红外光传感器对热源的敏感性比较强，能够更高效地探测出热污染排放的主要情况。我国的吴传庆通过多时相的TM热红外数据，对于大亚湾核电厂周围的温度进行了有效的监测，通过对各信息的分析和提取，有效地了解核电站周围环境的实况，对环境进行了评估。

研究人员还通过热红外光扫描技术，构建数学模型，更好地分析水体热污染空间和时间上的动态化变化，并建立了相关的动态方程，有效地把数学拟合误差控制在2.7以下。从这些案例，我们可以了解到在水体热污染监测方面，通过航空热红外光扫描技术和数学模型相结合的方式，可以有效地获取影像中的相关信息，及时地了解热污染分布的状态，高效评估热污染问题。

3.4 监测水体富营养化

遥感技术在水体富营养化监测方面，能够结合浮游植物叶绿素的情况，通过分析叶绿素的含量，很好地分析出光谱中反射率的峰值，从而监测水体富营养化的分布范围。除此之外，工作人员还可以通过彩色红外图像颜色的改变，来了解富营养化的程度。

宋瑜在高光谱的实验数据的基础上，构建了有关的数据模型，对太湖水体富营养化的情况进行了研究工作。通过对太湖水体富营养化信息的提取，提出了有针对性的解决措施。部分学者的研究也充分地证明了，TM遥感数据能够对水体富养化进行远程监控和评估工作，能够提高整体的工作效率。

3.5 监测石油污染

港口石油污染是比较常见的水体污染情形式，石油污染的范围比较广，影响比较深。工作人员通过分析遥感技术图像，可以了解水体是否被油层所污染，为油膜的识别提供一定的参考。我国的张永宁在研究的过程中，通过可见波波段，及时地了解不同厚度重柴油、煤油检测过程中所呈现出来的图像信息，发现了油膜厚度和油膜反射率具有一定的联系；赵冬至总结了油膜在可见光近红外波段的特点，从而更好地了解油膜自身的厚度。部分研究人员通过小型的机载成像光谱仪，有效地了解英国所出现的溢油事件，更好地证明了油膜提取的高效波段在440～900纳米之间。工作人员从遥感影像中，能够快速掌握石油泄漏的特点和扩散规律，把握石油污染的分布区域，为更好地进行污染治理工作提高了整体工作效率。

4 遥感技术在大气环境监测中的应用

4.1 在气溶胶监测方面的应用

气溶胶主要是指悬浮在大气中固体微粒所形成的烟、雾、尘，这些形式称为气溶胶。工作人员通过遥感技术的运用，能够通过分析遥感图像来掌握工厂运转所排放出来的烟雾，分析这些气溶胶的影响。在气溶胶检测方面，遥感技术的原理是比较简单的，工作人员通过分析光学参数和气溶胶粒子的特征，并结合影像能够更好地掌握气溶胶分布的情况。

目前，工作人员要充分地了解气溶胶的组成成分，利用遥感技术做好对各成分的监测工作，常见的方法有主动式地基遥感技术和被动式空基遥感技术。这些方法都能够很好地保障监测数据的准确性。

运用这些方法时，需要将有关的设备放置到户外环境中，工作人员要结合目标对象的特点，持续不断地对数据进行收集和分析，并将有关的图像做好分离处理，合理地分析不同特点与单一气溶胶呈现的匹配效果。如果图像相似性越高，则表明大气中蕴含气溶胶物质成分越多。除此之外，气溶胶光学厚度会对地表反射率比较敏感，为了更好地保障监测的效果，工作人员要采用主动式地基遥感技术，针对性地进行分析，从而更好地保障目标对象的合理性。

4.2 在有害气体监测方面的应用

遥感技术在有害气体监测方面，主要表现为工作人员分析二氧化硫、烟雾、乙烯等各种成分，了解有害气体的实际情况。在实际工作中，通常运用边界分析法和反射率分析法这两种形式。部分学者通过反向推理的方式，进行了有害气体的检测工作。通过对不同类型有害气体适合波段的分析，发现二氧化氮的最佳观测波段在432-448纳米之间。以河北某地雾霾例子分析，工作人员通过反射率分析的方法，选取300～900纳米之间的波段，分析这些有害气体的观测波段，并获得了相关的环境信息。他们将该信息与同时期北京地区的二氧化碳、二氧化硫监测结果进行了对比，发现两者的差异平均为0.2左右，信息准确度比较高。除此之外，边界分析方法是一种典型分析方法，该方法在应用的过程中，能够全方面地收集有害气体的数据，结合混合气体的监测效果，生成有关的模型，通过遥感技术做好目标的监测工作，及时了解大气中有害气体的分布情况。

4.3 在城市热岛效应方面的应用

随着我国城市化脚步的不断加快，城市热岛效应是常见的一种现象，通常表现为城市空气温度高于城市郊外温度，形成从城市向郊区的一种环流。各个国家对于城市热岛效应的研究都非常积极，同时也得出遥感技术是进行城市热岛效应研究的关键。研究人员在各城市中，运用热红外光遥感技术，对于不同时相的资料进行收集、整理和分析，得出了城市热岛效应的一般规律。他们在红外成像原理基础上，对热量信息进行了进一步的追踪。例如，某德国学者结合热导效率监测原理，通过和常规建筑物相比，认为存在着低消耗建筑物热能存储能力比常规建筑物高，存储能力大约高40%左右。

4.4 在臭氧层监测方面的应用

臭氧层能够对动植物和人类起到保护作用，将遥感技术运用到臭氧层监测过程中，能够及时地了解臭氧层的变化情况，找到臭氧层空洞的具体位置。在南极，每年会出现臭氧层空洞现象，每年还在不断地扩大中，这对于地球生物的正常生活来说非常不利。我国科学家通过激光雷达技术，对某一高度的充氧层分布进行了测量，我们了解到，结合激光不同的波段的不同表现，能够得到准确的臭氧层分布情况，从而更好地保障了臭氧层监测数据的准确性。

5 结语

总之，在我国信息技术不断进步的背景下，遥感技术在大气环境和水环境监测方面的应用效果越来越显著，工作人员可以结合不同对象、不同指标的监测要求来进行相关的监测工作。在应用遥感技术的过程中，工作人员需要借助专门的设备进行检测工作，同时需要运用相关的理论知识，对不同对象的特点进行分析，为后续工作奠定坚实的基础。