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应用&研究 齐欢,黄小贤,杨 2017-04-14 15:49
中国电工网讯:
    随着我国经济的发展,环境污染也日益严重,环境监测作为环境污染的重要手段,可以发挥直观重要作用,随着航空遥感和卫星遥感技术的发展,遥感技术也被广泛地应用在大气、水质、固体污染监测等方面,比传统的环境监测技术具备了许多优势。本文对环境遥感监测技术进行了分析,并对遥感技术在环境各方面的应用进行了深入的探讨。
 
    一、前言
 
    目前我国的环境污染和生态破坏问题依然严重,主要表现在森林和草地生态功能退化、植被覆盖率降低、水生态系统失调、荒漠化速度加快、生物多样化骤减、水土流失严重等问题。环境管理和污染控制的主要手段之一即为环境监测,其对于环境治理有着不可比拟的重要性。但是,我国幅员辽阔,导致地面环境监测网点分布不集中,仅依靠传统的环境监测技术及监测台站无法准确及时的做出环境质量报告和污染预报。为了满足生态系统和人体健康应对日益恶化的环境的需求,环境监测技术需要进行快速准确的优化改进。由此,遥感技术逐渐被应用在环境监测当中。
 
    二、环境遥感监测技术
 
    遥感技术从20世纪60年代发展起来的对地观测综合技术,具体是指基于电磁波和地球表面物质的相互作用,对地球的资源和环境进行探测与分析,以此揭示地球表面各要素的空间分布特征和时空变化规律。可以利用遥感探测仪器,在不和探测目标直接进行接触的情况下,记录目标物体的电磁波谱,从而对目标物体进行分析,不仅可以对大面积进行同步观测,还能够在短时间内对同一区域进行动态的重复监测,具有综合性、可比性和经济型。
 
    当前此技术已经被广泛地用于环境监测、自然资源动态监测、城市规划等各个领域,仍旧以多空间分辨率、多时相遥感图像等优势帮助人们分析环境自然资源等的时空变化规律,推动着人类和谐进步和发展。
 
    遥感技术在环境中的发展非常迅速,可以测出水体的叶绿色含量、泥沙含量、水色和水温,还能够监测到大气中污染气体浓度分布,以及固体废弃物的分布、堆放情况和影响范围。除此以外,还能够追踪调查环境污染现象,并对污染源、扩散程度、分布面积进行预报,对污染损失进行估算。全球环境的问题也在不断加剧,遥感技术具备的全球覆盖、快速、信息量大等优势使其成为当前有效的环境监测手段。
 
    环境遥感监测技术根据可利用的波段分为可见光、反射红外遥感技术和热红外遥感技术、微波遥感技术。
 
    1、可见光、反射红外遥感技术
 
    此技术的原理是基于每个物体的反射率的差异性,通过记录地球表面对太阳辐射能的反射辐射能,来获取目标物体的信息,关键变量是大气的纯洁度、地物波谱特性和太阳辐射强度。因此这类技术通常用于检测各种污染,目前发展已经成熟。
 
    2、热红外遥感技术
 
    热红外遥感技术原理是一切物体辐射和其自身的温度及种类是相对应的电磁波,针对的是地面电磁波的辐射源,主要探测其辐射性能,包括发射率和温度。此技术可以在短时间内对大面积地表的温度的分布情况进行重复观测。
 
    3、微波遥感技术
 
    微波遥感不仅具备全天候和全天时的观测能力,还具有信号丰富、包含幅度相位极化等信息的特点,且对地球覆盖层的穿透力也较强。微波在传播过程中,由于传播介质的不稳定使目标预期会产生反射、散射、投射等现象,因此该技术基于经验建立公式或模型,使信号和目标物体能够有一个严格的对应关系,从而可以推导出相应的运动特性和物理特性,提高辨认和识别目标的能力。
 
    三、遥感技术在环境各方面的应用
 
    1、水环境中的应用
 
    对水环境的遥感监测是基于污染水与清洁水的反射光谱特征分析,清洁水体的反射率要低于污染水的反射率,而在遥感影像中,水体表现为暗色色调,可以明显地在红外频谱段上表现出来,因此,可以将水体光谱特性和水色作为水质遥感监测的指标。海洋在地球表面占面积约为70%,海洋可以缓冲太阳辐射引起的大气自然温度变化,可以调整极端的气候变化。因此其中的污染也是需要重视的。目前对于海洋的污染观测主要是海水的颜色、表面温度、表面粗糙度和表面坡度。遥感技术对海洋监测体现在能够提供天气数据;实现长时间的重复探测;进行大面积的同步观测;能够探测到遥远区域的数据。通过遥感监测海洋表面温度而得到的数据可以通过绘制分析得到海洋的近况和风力强度。
 
    2、大气监测中的应用
 
    大气遥感原理是大气中不同气体中有微量成分,尤其是大气污染的主要原因是气溶胶含量和各种有害气体无法被直接的遥感识别,而其中的微量成分有着固定的辐射和吸收光谱,因此可以通过测量这些成分的光谱而监测大气结构、状态以及变化。大气遥感监测主要是利用气象卫星对大气的温度及水蒸气进行定期的检测,主要的电磁波谱是近紫外线到红外线的范围和微波范围。大气遥感监测是一项高新技术,灵敏度和分辨度都较高,还具有多组分、实时和快速监测等特点。
 
    3、土地和地面中的应用
 
    随着全球变化问题的不断严重,要求数据可以描述大范围土地的覆盖特性,因此,以人造卫星为基础的遥感技术可以依据多光谱扫描仪通过区分不同土地覆盖类型的光谱进行分类。地面发生污染后,污染区内的植物的光谱和正常区域内植物的光谱是有区别的,因此可以定期对地面的植物进行分辨。对于建筑物,可以基于其高反射率和形状的规则性进行检测。地面的遥感监测技术不仅可以可靠地对城市扩大的规模及速度进行跟踪,还能够对隔热性差的建筑物造成的热损失进行监测。
 
    四、结语
 
    综上所述,遥感技术在环境监测中的应用意义重大,也符合可持续发展战略的需求,在今后会随着高性能传感器研发水平的提高,以及对遥感数据精度要求的增加,会朝着高空间和高光谱分辨率的方向有所发展,也将会在环境检测中有更广泛的应用,也会更加有利于环境保护。
 
    来源:《中国战略新兴产业》2017年第8期
 
    作者:齐欢,黄小贤,杨伟光
 
    单位:辽宁工程技术大学
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