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摘要：在我国，由于多种因素的影响，原来在环境保护方面重视度不够，但在当前环境污染与生态破坏日益严重的情况下，社会与环境出现了不协调，人们也越来越意识到保护环境的重要性。但由于我国幅员辽阔，普通的监测站及技术手段已经越来越不适应发展的需要，这就需要有更高新的技术监测手段和方式来取代传统的监测手段和方式。遥感监测技术应运而生，它的使用大大加强了国家对环境的监测力度。本文介绍了遥感技术的特点，分析了遥感技术在环境监测中的应用，以期能促进我国的环境保护。
关键词：遥感技术；监测；特点；应用
一、遥感技术的概念及特点
遥感技术是一种监测技术，主要是基于电磁波理论，借助相应的传感仪器收集反射的电磁波、远距离目标等信息，并经处理和成像，用于探测和识别地面景物，常见的主要有热红外、可见光反射红外、微波等几种监测波段不同的遥感技术，而且普遍具有监测范围广、宏观性强、速度较快、实时动态、成本较低、精度较高等众多优点，故得以快速发展和广泛应用。
二、遥感技术的应用范围及分类
当前,遥感的应用已深入到农业、林业、渔业、地理、地质、海洋、水文、气象、环境监测、地球资源勘探、城乡规划、土地管理、和军事侦察等诸多领域,从室内的工业测量到大范围的陆地、海洋、大气信息的采集以至全球范围的环境变化的监测。
遥感技术在环境污染监测中的应用发展很快,现在已可测出水体的叶绿素含量、泥沙含量、水温、水色;可测定大气气温、湿度、CO、NOx、CO2、O3、ClOx、CH4等主要污染物的浓度分布;可测定固体废弃物的堆放量、分布及其影响范围等,还可对环境污染事故进行遥感跟踪调查,预报事故发生点、污染面积、扩散程度及方向,估算污染造成的损失并提出相应的对策。近几年来,随着全球环境问题日益突出,具有全球覆盖、快速、多光谱、大信息量的遥感技术已成为全球环境变化监测中一种主要的技术手段。
遥感技术是一种利用物体反射或辐射电磁波的固有特性,远距离不直接接触物体而识别、测量并分析目标物性质的技术。根据所利用的波段,遥感监测技术主要分为光学遥感（可见光、反射红外遥感技术和热红外遥感技术）和微波遥感技术两大类型。
2.1 光学遥感监测技术
（1）可见光、反射红外遥感技术
可见光、反射红外遥感技术:用可见光和反射红外遥感器进行物体识别和分析的原理是基于每一物体的光谱反射率不同来获得有关目标物的信息。该类技术可以监测大气污染、温室效应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等,是比较成熟的遥感技术,目前国际上的商业和非商业卫星遥感器多属此类。该类遥感技术用于环境污染监测,目前主要是要提高传感器多个谱段信息源的复合,发展图像处理技术和信息提取方法,提高识别污染物的能力。重点发展其在大气污染、温室效应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等监测中的应用。
（2）热红外遥感技术
在热红外遥感中,所观测的电磁波的辐射源是目标物,采用波长范围为8～14μm。热红外遥感主要探测目标物的辐射特性(发射率和温度)。利用热红外遥感技术可以在短时间内重复观测大范围地表的温度分布状况,这种观测是以“一切物体辐射与其本身温度和种类相对应的电磁波”为基础的。
目前光学遥感的技术发展前沿是高光谱遥感技术，它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据，它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命，它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质，在高光谱遥感中能被探测。
国际遥感界的共识是光谱分辨率在λ/10数量级范围的称为多光谱(Multispectral)，这样的遥感器在可见光和近红外光谱区只有几个波段，如美国 LandsatMSS，TM，法国的SPOT等；而光谱分辨率在λ/100的遥感信息称之为高光谱遥感(HyPerspectral)；随着遥感光谱分辨率的进一步提高，在达到λ/1000时，遥感即进入超高光谱(ultraspectral)阶段。
高光谱遥感数据的特点是波段多、高光谱分辨率、高空间分辨率,它将传统的图像维与光谱维信息融合为一体,在获取地表空间图像的同时,得到每个地物的连续光谱信息,从而实现依据地物光谱特征的地物成份信息反演及地物识别,因此可以在不同的环境污染物监测中发挥主要作用。进入20世纪90年代后期,伴随着高光谱遥感应用的一系列基本问题,如高光谱成像信息的定标和定量化、成像光谱图像信息可视化及多维表达、图像—光谱变换、大数据量信息处理等的解决,高光谱遥感已由实验研究阶段逐步转向实用阶段。在该项技术中,通过建立不同污染物的光谱数据库,开展光谱数据处理和光谱匹配技术,建立污染物光谱识别模型,从而发展成像光谱环境污染监测技术系统。
2.2 微波遥感监测技术
微波遥感与光学遥感相比较,它除了具有光学遥感不具备的全天候和全天时观测能力外,它的特征信号丰富,含有幅度、相位和极化等多种信息,它对地球覆盖层的穿透能力也较红外波段强。微波在传播途径中,由于媒介质的不连续性、不均匀性、各向异性以及耗损等因素,将在遥感目标区产生反射、散射、透射、吸收和辐射等各种现象。目标与散射电磁波的相互作用,使电磁波产生空间、时间、幅度、频率、相位和极化等参数的调制,从而使回波载有信息,通过标定和信号处理技术,把这些信息变换成各种特征信号,例如散射系数、极化系数、相对相位量、发射率、表观温度、亮度温度、多普勒频谱、功率谱、角谱,以及时域统计的各阶矩等。通过建立半经验公式或数学模型,在特征信号与被测目标的物理量之间建立起严格的对应关系,从而推知遥感目标的物理特性和运动特性,达到辨认目标和识别目标的目的。
微波遥感监测技术又分为成像雷达技术、激光雷达遥感技术、微波辐射计监测技术：
（1）成像雷达技术
该技术是是一种主动微波遥感技术,具有不受天气状况影响的全天时、全天候成像能力和对地物表面粗糙度状况精细的探测能力,在海洋石油污染监督中发挥着重要作用。在海洋污染中,油井溢油、船舶海上事故等带来的海洋石油污染居各类海洋污染事故的首位,在海洋表面风速不大(小于3～4m/s)的情况下,分辨率很低(100m左右分辨率)的雷达传感器就能有效地监测到油层厚度很薄的污染物,因此成像雷达技术是探测海洋石油污染的有力工具。目前成像雷达技术已从单波段单极化向多波段、多极化和极化干涉雷达技术发展,有望在环境污染监测中进一步拓展领域和提高监测技术水平,但尚需在信息提取和处理方面进一步开展研究。
（2）激光雷达遥感技术
通过发射光波,从其散射光、反射光的返回时间及强度、频率偏移、偏光状态的变化等测量目标的距离及密度、速度、形状等物理性质的方法及装置叫光波雷达。由于实际上使用的几乎都是激光,所以又叫激光雷达,简称光雷达。激光雷达是主动型微波遥感器的一种,它主要用于测量大气的状态及大气污染,平流层物质等大气中物质的物理性质及其空间分布等。根据它测量的种类及目标的不同,可分为多种类型,如米氏光雷达、瑞利光雷达、荧光雷达、喇曼光雷达、差分光吸收雷达、多普勒光雷达等。在环境污染监测中,激光雷达技术不仅能探测大气污染中的各种成分,而且能监测大气中臭氧的分布和水体中的石油污染或植物的叶绿素含量等。
（3）微波辐射计监测技术
微波辐射计是一种无源微波遥感器。它接收并测量由地面目标产生的热辐射功率,以便掌握目标在微波波段的特性,区分不同目标,并推导出目标的某些参数。辐射计观测的亮度温度用瑞利—金斯辐射定律表示,通常它是地表的各种性质及途中的传播媒介的影响的复合结果。为此要从观测量中推算出特定的物理量就要利用能够把消除各自影响的频率极化组合起来的多通道辐射计。微波辐射计可用来观测海面状态和大气状态,如海面温度、海风、盐度、海冰、水蒸汽量、云层含水量、降水强度、大气温度、风、臭氧、气溶胶、氧化氮等。
三、遥感技术在环境监测中的应用
由于遥感技术的特点及优势，现在已经广泛的应用于环境监测方面，如大气环境监测、水环境监测、固体废弃物环境监测、土地利用监测等等。
3.1遥感技术在大气环境监测中的应用
（1）臭氧层监测
因臭氧自身能够吸收0.3μm以下的紫外区中的电磁波,故此可采用紫外波段进行臭氧含量测定。此外,若大气中的臭氧含量达到一定高度时,温度也会随之升高,所以也可采用红外波段进行探测。遥感检测下臭氧层分布状况图如下图所示：.png)
图3-1遥感检测下臭氧层分布状况图
（2）有害气体监测
对于由自然或人为条件下生成的二氧化硫及氟化物等有害气体,可采用间接解译标志进行监测。通常情况下,当植被受到一定程度的污染后,其对于红外线的反射能力会有所降低,加之纹理、颜色等外在特征也会异于正常状态下的植被,所以可利用植被这一特点,对污染情况进行间接分析。
3.2 遥感技术在水环境中的应用
对水体的遥感监测是以污染水与清洁水的反射光谱特征研究为基础的。总的看来,清洁水体反射率比较低,水体对光有较强的吸收性能,而较强的分子散射性仅存在于光谱区较短的谱段上。故在一般遥感影像上,水体表现为暗色色调,在红外谱段上尤其明显。为了进行水质监测,可以采用以水体光谱特性和水色为指标的遥感技术。遥感监测视野开阔,对大面积范围里发生的水体扩散过程容易通览全貌,观察出污染物的排放源、扩散方向、影响范围及与清洁水混合稀释的特点。从而查明污染物的来龙去脉,为科学地布设地面水样监测提供依据。在江河湖海各种水体中,污染物种类繁多。为了便于遥感方法研究各种水污染,习惯上将其分为泥沙污染、石油污染、废水污染、热污染和水体富营养化等几种类型。
（1）水体浑浊度分析
水中悬浮物微粒会对入射进水里的光发生散射和反射,增大水体的反射率。浑浊度不同的水体其光谱衰减特性也不同,随着水的混浊度即悬浮物质数量的增加,衰减系数增大,最容易透过的波段从0.50μm附近向红色区移动。随着浑浊水泥沙浓度的增大和悬浮沙粒径的增大,水的反射率逐渐增高,其峰值逐渐从蓝光移向绿光和黄绿光。所以,定量监测悬沙浓度的最佳波段为0.65～0.8μm之间,此外,若采用蓝光波段反射率和绿光波段反射率的比值,则可以判别两种水体浑浊度的大小。
（2）石油污染监测
海上或港口的石油污染是一种常见的水体污染。遥感调查石油污染,不仅能发现已知污染区的范围和估算污染石油的含量,而且可追踪污染源。石油与海水在光谱特性上存在许多差别,如油膜表面致密、平滑,反射率较水体高,但发射率远低于水体等等,因此,在若干光谱段都能将二者分开。此外,根据油膜与海水在微波波段的发射率差异,还可利用微波辐射法测量二者亮度温度的差别,从而显示出海面油污染分布的情况。如前面所述,成像雷达技术也是探测海洋石油污染的有力工具。
（3）城市污水监测
城市大量排放的工业废水和生活污水中带有大量有机物,它们分解时耗去大量氧气,使污水发黑发臭,当有机物严重污染时呈漆黑色,使水体的反射率显著降低,在黑白像片上呈灰黑或黑色色调的条带。使用红外传感器,能根据水中含有的染料、氢氧化合物、酸类等物质的红外辐射光谱弄清楚水污染的状况。水体污染状况在彩红外像片上有很好的显示,不仅可以直接观察到污染物运移的情况,而且凭借水中泥沙悬浮物和浮游植物作为判读指示物,可追踪出污染源。
（4）水体热污染调查
使用红外传感器,能根据热效应的差异有效地探测出热污染排放源。热红外扫描图像主要反映目标的热辐射信息,无论白天、黑夜,在热红外像片上排热水口的位置、排放热水的分布范围和扩散状态都十分明显,水温的差异在像片上也能识别出来。利用光学技术或计算机对热图像作密度分割,根据少量同步实测水温,可正确地绘出水体的等温线。因此热红外图像能基本上反映热污染区温度的特征,达到定量解译的目的。
（5）水体富营养化
水体里浮游植物大量繁生是水质富营养化的显著标志。由于浮游植物体内含的叶绿素对可见和近红外光具有特殊的“陡坡效应”,使那些浮游植物含量大的水体兼有水体和植物的反射光谱特征。随浮游植物含量的增高,其光谱曲线与绿色植物的反射光谱越近似。因此,为了调查水体中悬浮物质的数量及叶绿素含量,最好采用0.45～0.65μm附近的光谱线段。在可见光波段,反射率较低;在近红外波段,反射率明显升高,因此,在彩色红外图像上,富营养化水体呈红褐色或紫红色。
遥感监测下渐渐萎缩的湖泊水资源图如下图所示：
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图3-2遥感监测下渐渐萎缩的湖泊水资源图
3.3遥感技术在固体废弃物监测中的应用
固体废弃物也日益成为环境污染的主要源头，在我们的生活中、工作中，每天都有大量的固体废弃物产生，如果处理不当，将对我们的环境带来灾难性的影响。工业废弃物、建筑废弃物、生活废弃物是主体，如果在这些固体废弃物上采用遥感技术监测，可以有效的监测处固体废弃物的位置、大小、分布情况，也能有效的区分有害的废弃物和可利用的废弃物，使人们能有针对性的对这些废弃物进行分类和处理，从而减少对环境的污染。
遥感监测固体废弃物导致污染严重的分布图如下图所示：
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图3-3遥感监测固体废弃物导致污染严重的分布图
3.4遥感技术在土地利用监测中的应用
土地污染也成为威胁人类生存的一个大问题，现在许多土地都受到污染，人们深受其害，如果加强遥感技术在土地利用监测中的应用，可以分析不同的地区分布的是什么质地的土壤，土质中有哪些元素是超标的，被污染的土壤主要集中分布在哪，不适宜做什么用途，土壤的植被有什么明显变化等，通过植被的长势及分布可以分析出我国的土地资源状况。通过对这些方面的监测，可以及时了解土壤环境污染的程度，并采取对应措施，改善土质，使人类实现可持续发展。
遥感技术在土地利用监测的局部地区土壤质量分布图如下图所示：
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图3-4土地利用监测的局部地区土壤质量分布图
3.5其它方面的环境监测
除了以上四种环境监测外，遥感技术还可以应用在其它方面的环境监测，如油污染监测、焚烧监测、尾气监测等，在这些方面，都可以最大化的发挥遥感监测技术的优势，及时将信息反馈给人们，使环境污染能及时得到有效控制。
四、结语
随着环境污染所带来的问题日益凸显，使人们意识到保护环境的重要性，同时国家也把保护环境作为一项基本国策来抓，因此，需要加强对环境的监测，及时了解环境问题，进而采取相应措施来改善环境。遥感技术的特点和优势非常适合环境监测领域，也在环境保护的环节中发挥了重要作用，它既迅速的对环境变化做出反应，同时反应的结果也是非常真实的，我们应该继续加强对遥感技术的开发和利用，使其更好的服务于环境监测。
参考文献
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论文作者:卢本勇
论文发表刊物:《基层建设》2016年17期
论文发表时间:2016/12/12
标签：遥感论文; 光谱论文; 技术论文; 水体论文; 波段论文; 废弃物论文; 环境监测论文; 《基层建设》2016年17期论文;