环境监测技术现状分析及其发展趋势

杨凤娥

（云南省生态环境厅驻大理州生态环境监测站，云南 大理 671000）

引言

随着全球经济的迅猛发展和人口的持续增长，环境污染问题日益严重，给人类社会和自然生态系统造成了严重的影响。因此，环境监测成了保护环境和人类健康的重要手段。环境监测技术作为环境保护的重要组成部分，不断得到了改进和创新。本文旨在通过分析环境监测技术的现状和发展趋势，为环境保护和环境监测领域的从业人员和研究者提供参考和借鉴。

1 环境监测技术的发展历程及意义

1.1 环境监测技术的历史发展脉络

（1）19世纪初期至20世纪初期：在19世纪初期，人们开始意识到环境质量对人类健康和生态系统的重要性。早期的环境监测主要是通过实地调查和观测来收集数据，例如记录气象数据、水质和土壤状况等。这些数据的收集依赖于人工采样和实验室测试。

（2）20世纪中期至1970年代：随着化学分析技术的进步，20世纪中期以后，环境监测逐渐引入了化学分析的方法。人们开始利用化学方法来检测大气中的污染物、水体中的有害化学物质、土壤中的重金属等。这些化学分析方法为环境监测提供了更准确的、定量的数据。

（3）1970年代至1990年代：在20世纪70年代，建立了全球和国家层面的环境监测网络，以更全面地监测环境状况。此外，遥感技术的应用也为环境监测带来了重大突破。通过卫星和航空器获取的遥感图像和数据可以大范围地进行环境监测，例如监测空气质量、森林覆盖和土地利用等。

（4）1990年代至今：近年来，传感器技术的发展为环境监测带来了革命性的变化。微型传感器和无线传感器网络的出现使得环境监测可以实现实时、连续和分布式的数据采集。传感器可以直接感知环境参数和污染物，将其转化为电信号或数据，并进行传输。这种技术的应用使得监测范围更广、数据更新更快，提高了环境监测的效率和精确度。

1.2 环境监测的意义

环境监测可以及时发现环境污染源和污染物，及时采取措施避免其对人体健康造成危害。例如，对空气中的污染物进行监测，可以及时预警和控制空气污染，从而降低人类呼吸系统疾病的发生率。生态系统对环境变化非常敏感，环境监测可以及时监测生态系统的变化，保护生态系统的完整性和稳定性。例如，对水环境的监测可以有效控制水质，保护水生态系统的健康。环境监测可以为环境治理和管理提供科学依据。通过对环境要素及污染物进行系统、全面、准确的监测和评价，可以了解环境现状和变化趋势，从而采取针对性的环境治理和管理措施，保护环境。环境监测可以提供大量的环境数据和信息，为环境科学研究提供基础数据和依据。通过分析和挖掘环境数据，可以了解环境变化的规律和趋势，为环境相关部门进行科学研究提供支持和指导。环境监测可以提供环境数据和信息，为可持续发展提供决策依据和支持。通过对环境要素的监测和评价，可以了解环境对经济和社会发展的影响，从而制定出可持续发展的规划和战略[1]。

2 环境监测技术的现状

2.1 实验室监测

2.1.1 野外取样

野外取样是指在特定区域采集大气、水体或土壤样品，并将这些样品带回实验室进行分析。野外取样通常需要环境专业人员进行，他们根据监测目的和要求选择合适的采样点和采样方法。野外取样可以提供准确的监测数据，但由于需要手动采集和实验室分析，操作繁琐，费时费力，无法实现实时监测。

2.1.2 实验室分析

实验室分析是传统监测方法的另一关键步骤。野外取样得到的样品在实验室中进行定量分析和测试，以获得各项环境参数的测量值。在进行实验室分析之前，需要对采集的样品进行适当的准备和处理。样品准备过程可能涉及样品的预处理、提取、浓缩和制备等。样品准备的目的是提高分析的准确性和灵敏度，同时消除潜在的干扰因素。实验室分析需要严格遵循标准操作程序和质量控制要求，以确保结果的准确性和可靠性。在环境监测中，要根据监测目标和样品特性，选择适当的分析方法进行测量。不同的环境参数和污染物可能需要不同的分析方法。例如，空气质量监测可选择气相色谱法、质谱法等；水质监测可选择pH值、溶解氧、化学需氧量（COD）等分析方法。分析方法的选择应基于准确性、精确度、灵敏度和特定样品的可操作性。实验室分析依赖于各种分析设备和仪器，以实现对样品的测量和分析。这些设备和仪器需要具备高精度、可靠性和稳定性，以确保准确的测量结果。常见的实验室设备包括气相色谱仪、质谱仪、光谱仪、离子色谱仪、pH计等。这些设备需要定期进行校准和维护，以保证其准确性并稳定运行。在实验室分析过程中，质量控制是确保结果准确性和可靠性的关键步骤。质量控制包括校准、空白样品、质控样品和重复性检测等。校准是使用已知浓度的标准物质对仪器进行校准，以建立分析方法的准确性和线性范围。空白样品用于检测分析过程中的背景污染。质控样品是已知浓度的参考样品，用于评估实验室的准确性和精确性。重复性检测用于评估同一样品分析结果的一致性和可重复性。实验室分析完成后，需要对得到的数据进行分析和解释，并生成最终的监测结果报告。数据分析包括数据处理、统计分析和质量评估等。数据处理包括数据校正、单位换算和异常值处理等。统计分析用于计算平均值、标准差、相关性等统计指标。质量评估用于评估分析结果的可靠性和数据质量。最后，根据分析结果，生成详细的监测结果报告，提供给环境管理者、决策者和其他相关方使用。实验室分析的优点在于其准确性、可靠性和广泛接受性。严格控制实验室环境能够保证标准化操作，确保分析过程的准确性和可重复性。实验室分析的结果也被广泛应用于环境管理、政策制定和环境保护措施的评估。然而，实验室分析也存在一些限制和挑战。其中包括时间消耗较长、成本较高、无法实现实时监测以及对特定仪器和设备的依赖性等。此外，实验室分析工作通常需要专业的实验室设施和技术专家，这对于一些资源有限的地区和监测项目可能存在困难[2]。

2.2 现代监测技术

（1）遥感技术是一种通过获取和解译地球表面的遥感图像和数据来进行环境监测和研究的技术。它利用卫星、航空器和其他遥感平台搭载的传感器，获取不同波段的光谱信息，可以实现对大范围区域的环境要素和变化的遥感监测。遥感数据可以分为光学数据和雷达数据两种类型。光学数据是利用反射和辐射原理获取的，主要包括可见光、红外和热红外数据。这些数据可以提供地表覆盖类型、植被生长状态、土地利用等信息。雷达数据则是利用雷达信号的散射和回波特性获取的，可以用于监测地表高度、形态和湿度等。遥感数据的处理和分析是遥感技术的重要环节。数据预处理包括辐射校正、几何校正和大气校正等，以保证数据质量和准确性。数据解译和分类是利用遥感图像进行地物类型分类和辨识的过程，采用像元级、目标级或物体级的分类方法。遥感数据还可以与地理信息系统（GIS）集成，进行空间分析和建模，以获取更多的环境信息。

（2）传感器技术在现代环境监测中起着至关重要的作用。传感器是一种能够感知环境参数并将其转化为可测量的信号的装置。传感器技术的发展使得环境监测具备了实时、准确和远程监测的能力。传感器类型多种多样，用于监测不同的环境参数。例如，大气传感器用于监测空气质量指标，如颗粒物浓度、气体浓度、温度和湿度等。水质传感器用于监测水体中的pH值、溶解氧、浊度和化学物质浓度等。土壤传感器可以监测土壤湿度、温度和土壤中的营养物质含量。此外，还有声音传感器、光学传感器、振动传感器等，用于监测环境中的噪声、光照强度、振动等。

（3）在环境监测领域，无人机技术提供了一种灵活、高效和安全的方式来获取环境数据。无人机可以搭载各种传感器和设备，如高分辨率相机、红外相机、气象传感器等，用于采集大气、水体、土壤和植被等环境参数相关数据。无人机的灵活性和机动性使得它能够进入难以到达或危险的区域，并能够实现高空、大范围和高分辨率的方式获取环境数据。无人机可以携带气体传感器和颗粒物传感器，实时监测大气中的有害气体浓度、颗粒物分布和空气质量状况。它可以在不同高度和位置进行采样，提供更全面的空气质量信息。无人机可以用于监测湖泊、河流、海洋等水体的水质获取水体参数。通过携带水质传感器，无人机可以获取水体的溶解氧、pH值、浊度、叶绿素浓度等数据，并快速绘制水体参数分布图。无人机搭载多光谱相机或红外相机可以进行植被监测。通过获取植被的光谱特征和热红外辐射，可以评估植被的健康状态、生长情况和叶面积指数等。这对于农业、森林管理和生态保护具有重要意义。无人机技术在环境监测中具有安全性和准确性优势。通过遥控操作或自主飞行，无人机可以进入危险环境，如高空、狭窄的区域或高风险区域，以获取数据，减少人员安全风险。同时，无人机具有较高的定位精度和悬停能力，可以对特定区域进行详细监测和数据采集。

3 环境监测技术的发展趋势

3.1 多元化和综合化的发展

环境监测涉及多个领域和指标，未来的发展趋势是将不同的监测技术进行多元化和综合化的应用。不同环境要素和污染物的监测需要采用多种监测手段的组合，以获取更全面、准确的数据。同时，环境监测将与其他领域的技术相结合，如物联网、云计算、人工智能等，实现环境监测系统的智能化和自动化[3]。

3.2 实时性和移动性的提升

随着传感器技术和无线通信技术的不断进步，环境监测技术将更加注重实时性和移动性的发展。传感器节点可以实时监测环境参数，并通过无线通信传输数据，实现对环境变化的实时监测和响应。此外，移动监测平台的发展也将使环境监测能够灵活地应用于不同区域和场景，满足不同监测需求。

3.3 数据处理和分析能力的提升

随着大数据和人工智能技术的发展，环境监测将更加注重对海量数据的处理和分析能力的提升。传统的环境监测往往面临数据量庞大、复杂性高等挑战，而大数据分析和人工智能技术可以帮助挖掘数据中的隐藏模式和规律，提高数据利用效率和监测结果的准确性。

3.4 智能决策支持的发展

未来环境监测技术将更加注重提供智能化的决策支持。基于大数据和人工智能技术，可以建立环境监测预警系统、风险评估模型等，为环境管理者和决策者提供科学的决策依据和预测能力，实现精细化的环境管理和控制。智能决策支持系统可以通过实时监测数据、模型预测和风险评估，提供可视化的结果和建议，帮助决策者制定和实施环境保护政策。

3.5 共享和开放的发展趋势

环境监测数据的共享和开放是环境监测技术发展的重要趋势。随着信息化技术的发展和数据开放政策的推动，越来越多的环境监测数据被公开和共享。这种数据的共享和开放促进了科学研究的进展，加速了环境问题的解决。共享的数据可以用于跨地区、跨领域的研究，为环境保护决策提供更全面的依据。此外，共享的数据还可以促进公众参与和环境治理的透明度，增强社会的环境意识和责任感。

3.6 环境监测技术与可持续发展的融合

未来环境监测技术的发展将与可持续发展目标密切相关。环境监测技术不仅关注环境污染监测，还将关注资源的可持续利用、生态保护等方面的监测。例如，对可再生能源的监测和评估，对生态系统的监测和保护等，都将成为未来环境监测技术的重要发展方向。

3.7 精细化和个性化的监测

未来环境监测技术将趋向精细化和个性化。传统的大范围均匀监测将逐渐向特定区域、特定目标的监测转变。通过精细化监测，可以更准确地了解特定区域的环境状况，为精细化的环境管理和控制提供支持。同时，个性化监测也将逐渐普及，通过个人设备和移动应用，公众可以获取个人周围环境的实时数据，增强环境意识和参与度。

4 结语

环境监测技术在环境保护和管理中具有重要作用。本文对环境监测技术的现状进行了分析，并展望了其未来的发展趋势。随着科技的不断进步，环境监测技术将更加多元化、综合化，注重实时性和移动性，提升数据处理和分析能力，并提供智能化的决策支持。未来要加强科研和技术创新，加强国际合作和标准制定，以推动环境监测技术的持续发展，营造更清洁、健康、可持续的环境。