倪 見

泰州市靖江環(huán)境監(jiān)測站

1 引言

我國對水生態(tài)環(huán)境的改善越來越重視，如何防治水污染并且實(shí)現(xiàn)流域環(huán)境的科學(xué)治理，是我國目前所面臨的最大難題。我國水污染的防治現(xiàn)階段重點(diǎn)在于對黑臭水體的整治以及重點(diǎn)流域惡劣水體的消除以及排污口的針對整治。針對以上這些問題，遙感技術(shù)在水生態(tài)環(huán)境的管理方面起到了明顯地作用。

2 遙感技術(shù)的概述

2.1 定義

遙感技術(shù)，即通過遙遠(yuǎn)的距離來對目標(biāo)進(jìn)行感知和勘測。利用目標(biāo)自身的輻射電磁波、反射或者紅外線等進(jìn)行對目標(biāo)的探測。是一門興起較晚的學(xué)科，以物理學(xué)科、地理學(xué)課、空間學(xué)科以及計(jì)算機(jī)學(xué)科作為基礎(chǔ)，將科技技術(shù)互相結(jié)合，從而研發(fā)出探測的功能。主要以傳感器為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過不同的平臺(tái)與平臺(tái)之間進(jìn)行反射來獲得信息。因其主要職能是用來勘測，遙感技術(shù)利用人造衛(wèi)星、宇宙飛船等高科技技術(shù)來拓展可視范圍，被廣泛應(yīng)用在農(nóng)林牧漁以及氣象與環(huán)境方面的探測中。近幾年我國對遙感技術(shù)的研究逐漸深入，相關(guān)的研究內(nèi)容和綜合性實(shí)用性應(yīng)用也在逐漸完善。

2.2 原理

任何物體都存在反射波，物體的組成不同，周圍環(huán)境也不同，同樣也就存在著不同的電磁波波長，反射能力同樣也不一樣。遙感技術(shù)通過探知物體反射各種光所產(chǎn)生的電磁波來捕獲信息并且進(jìn)行分析和處理，從而達(dá)到遠(yuǎn)程勘測的作用。

2.3 系統(tǒng)

遙感技術(shù)的系統(tǒng)可以分為四個(gè)部分。

（1）信息來源。信息來源泛指所有需要勘測的物質(zhì)，即勘測對象。任何物質(zhì)都存在著吸收以及反射電磁波的特性。由于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)不同，反射的能力也不同，由此可以區(qū)別勘測對象的相關(guān)信息。

（2）信息獲取。通過對勘測對象反射電磁波的相關(guān)信息的收集，使用設(shè)備來控制工作平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)的傳感，對勘測對象進(jìn)行具體的信息收集。

（3）信息處理。獲得信息后，進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理、校對以及匯總分析。對勘測對象進(jìn)行特征總結(jié)，篩選出需要的信息。

（4）信息應(yīng)用。在進(jìn)行信息匯總和分析之后，將相應(yīng)的信息和數(shù)據(jù)根據(jù)具體需求應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，并且可以根據(jù)需求來進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢和應(yīng)用。

3 遙感技術(shù)的具體應(yīng)用

3.1 農(nóng)業(yè)方面

遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)方面的具體應(yīng)用主要是通過對農(nóng)田土壤的勘測來對土質(zhì)進(jìn)行分類。在農(nóng)業(yè)方面，遙感技術(shù)可以有效對農(nóng)作物進(jìn)行種類的區(qū)分，并且對農(nóng)作物的生長過程和狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過對數(shù)據(jù)的分析來預(yù)測年產(chǎn)量。同時(shí)還能夠?qū)r(nóng)作物的病蟲害情況進(jìn)行監(jiān)督，及時(shí)針對實(shí)際情況來進(jìn)行相關(guān)措施的方案設(shè)置。目前遙感技術(shù)正在全面進(jìn)行推廣，尤其是玉米以及棉花方面。

3.2 環(huán)境方面

環(huán)境問題是世界范圍的問題之一，遙感技術(shù)能夠有效增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的力度。通過衛(wèi)星遙感技術(shù)來對環(huán)境方面進(jìn)行監(jiān)測，隨時(shí)隨地對水質(zhì)、土壤質(zhì)量以及空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測。同時(shí)也可以測算出植被的覆蓋率等。通過遙感技術(shù)能夠收集到許多相關(guān)信息數(shù)據(jù)，這樣有助于預(yù)測自然災(zāi)害的發(fā)生，通過遙感技術(shù)也可以對發(fā)生災(zāi)害的地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，降低環(huán)境問題帶來的危險(xiǎn)性。

3.3 預(yù)防方面

前面提到了自然災(zāi)害，自然災(zāi)害是任何一個(gè)國家乃至全人類都無法攻克的一項(xiàng)難題。自然災(zāi)害不僅會(huì)影響到社會(huì)的發(fā)展，同時(shí)也會(huì)危及人類的生命安全。因此提高自然災(zāi)害的防治是全人類共同的目標(biāo)。自然災(zāi)害必然是無法組織的，但人們可以對自然災(zāi)害進(jìn)行預(yù)測，通過預(yù)先采取措施來減少自然災(zāi)害帶來的損失，尤其可以減少人類的傷亡。通過遙感技術(shù)可以大量采集災(zāi)害發(fā)生前、災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候以及災(zāi)害發(fā)生之后的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過對數(shù)據(jù)信息的分析來預(yù)測自然災(zāi)害的發(fā)生。并且在災(zāi)害發(fā)生之后，可以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來對受災(zāi)地區(qū)進(jìn)行重建方案的制定。節(jié)約了時(shí)間的同時(shí)，也減少了損失。

3.4 新領(lǐng)域方面

近幾年，遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用在考古學(xué)方面。通過電磁波的反射，達(dá)到考古人員難以達(dá)到的歷史遺跡內(nèi)部并且進(jìn)行勘測。有效降低了考古人員的工作難度和工作量，加快了考古工作的進(jìn)度，同時(shí)也不會(huì)對古遺跡造成不必要的損壞。不僅如此，遙感技術(shù)還被應(yīng)用在公共衛(wèi)生方面。通過遙感技術(shù)來收集數(shù)據(jù)，有效地控制流行病毒和傳染病的傳播情況。除此之外，遙感技術(shù)還被應(yīng)用在巖石力學(xué)方面。利用遙感技術(shù)的光譜曲線分析來確定巖石的材料和性質(zhì)。

4 遙感技術(shù)的優(yōu)勢

對比其他勘測技術(shù)，遙感技術(shù)的適應(yīng)性更好。地球上有許多地區(qū)并不適合傳統(tǒng)的勘測技術(shù)。遙感技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測可以完美地彌補(bǔ)傳統(tǒng)勘測技術(shù)在這方面的漏洞。并不需要直接解除目標(biāo)或者身處目標(biāo)所在的環(huán)境，也能夠在不同的條件下進(jìn)行相關(guān)信息數(shù)據(jù)的收集。遙感技術(shù)對環(huán)境污染的追蹤可以達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的程度。有助于及時(shí)了解環(huán)境污染的真實(shí)情況，同時(shí)技術(shù)人員也可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)對環(huán)境污染進(jìn)行詳細(xì)的分析，預(yù)測其發(fā)展趨勢，并且制定出相應(yīng)的對策，有效地對環(huán)境采取治理和保護(hù)的作用。對比傳統(tǒng)的勘測技術(shù)，遙感技術(shù)的數(shù)據(jù)收集更加廣泛并且具有較高的效率。遙感技術(shù)結(jié)合了航空航天技術(shù)，利用衛(wèi)星或者飛行棋來對地面上的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)可以立刻傳達(dá)到計(jì)算機(jī)中，通過相關(guān)軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，篩選校正需要的資料。因?yàn)檫b感技術(shù)與航空航天技術(shù)聯(lián)合使用，所以勘測的范圍也更廣，隨著科技的不斷進(jìn)步，遙感技術(shù)所能夠應(yīng)用的覆蓋范圍越來越廣，同時(shí)也可以對這些范圍進(jìn)行監(jiān)測，大大地克服了傳統(tǒng)技術(shù)在覆蓋范圍方面的局限性。

5 遙感技術(shù)在水環(huán)境檢測中的應(yīng)用

水環(huán)境檢測通常指的是對水資源的環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。其中包含地表水、地下水以及降水等各種水資源形式。通常運(yùn)用的是生物、物理以及化學(xué)技術(shù)等相關(guān)手段來對水資源進(jìn)行檢測。監(jiān)測的對象除了純天然的水資源環(huán)境，也包含了人類對水資源環(huán)境變化所產(chǎn)生的影響。當(dāng)水資源的環(huán)境出現(xiàn)了污染的情況，就需要及時(shí)采取手段進(jìn)行保護(hù)。

傳統(tǒng)的水環(huán)境檢測主要以實(shí)驗(yàn)室檢測分析為主要檢測手法。雖然能夠有效地檢測出水質(zhì)的具體參數(shù)，卻無法滿足對水環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控。也無法確定水環(huán)境的動(dòng)態(tài)檢測數(shù)據(jù)，因此將遙感技術(shù)應(yīng)用在水環(huán)境的監(jiān)測中能夠有效滿足以上水環(huán)境監(jiān)測的要求。遙感技術(shù)的應(yīng)用更加便捷有效，并且能夠?yàn)榄h(huán)境部門提供重要的參考依據(jù)。應(yīng)用較為普遍的部分為水體溫度的監(jiān)測、水體深度的監(jiān)測、水體環(huán)境是否有流沙的監(jiān)測以及有機(jī)質(zhì)分布等情況的檢查。通過監(jiān)測水體光譜和水體色度來對水域的變化來進(jìn)行觀測并且推演出后期變化的結(jié)果。通過監(jiān)測能夠有效分析出水環(huán)境在人類活動(dòng)后是否存在影響。水體在清澈的情況下反射率通常比較低，因?yàn)樗w有較強(qiáng)的吸光能力。污水中因?yàn)橛形镔|(zhì)能夠吸收光，這樣就造成了污水的反射率與清水局部一致。遙感技術(shù)主要是利用顏色差異和水體反射率來計(jì)算水質(zhì)的具體情況。水體的組分信息以及狀態(tài)會(huì)直接影響到水體光譜，陽光經(jīng)過吸收和反射之后照射在水面上。衛(wèi)星傳感器吸收到水面上的反射光和散射光以及水底的反射光，通過分析輻射亮度就能夠直觀地建立起水體組分與觀測值的關(guān)系了。水體中能夠影響到光強(qiáng)度的物質(zhì)主要有三種，即懸浮物質(zhì)、葉綠素以及黃色物質(zhì)。日常水體監(jiān)測中是通過遙感技術(shù)來測量出水體中的懸浮物質(zhì)數(shù)量、葉綠素濃度以及水體的透明度。

遙感技術(shù)的具體監(jiān)測步驟為：導(dǎo)入既定數(shù)據(jù)→輻射值定標(biāo)→幾何圖像糾正→將圖像進(jìn)行劃區(qū)→水表面觀測反射率的計(jì)算→平滑濾波統(tǒng)計(jì)→建立圖像掩膜→掩膜應(yīng)用→建立水環(huán)境的模型庫→水質(zhì)的反演。

現(xiàn)階段水體發(fā)黑的情況極大地影響到監(jiān)測結(jié)果，由于生活污水和工業(yè)用水導(dǎo)致水體中有機(jī)物增多，對溶解氧的消耗過大，遙感監(jiān)測在面臨這樣的情況時(shí)采取紅外傳感器的光譜檢測模式，能夠有效掌握水體污染的實(shí)際情況。

6 遙感技術(shù)在水環(huán)境檢測中的前景

傳統(tǒng)水環(huán)境監(jiān)測主要是通過布點(diǎn)采樣的方式來進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，空間布點(diǎn)局限性較大，采樣的分析時(shí)間不夠及時(shí)，缺乏精準(zhǔn)度。遙感技術(shù)的監(jiān)測范圍更廣并且能夠提供連續(xù)立體的圖像，在區(qū)域環(huán)境過大的研究中也能夠提供宏觀的生態(tài)因素聯(lián)系，更加便捷精準(zhǔn)。

遙感技術(shù)主要采取無人機(jī)和衛(wèi)星相結(jié)合的工作手法，能夠更加快速地獲取資料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，加大了生態(tài)監(jiān)測的工作效率。遙感技術(shù)所使用的現(xiàn)代信息化計(jì)算機(jī)來對數(shù)據(jù)資料進(jìn)行處理，效率更高，誤差更小。能夠有效地達(dá)到生態(tài)監(jiān)測區(qū)域的聯(lián)動(dòng)。并且可以根據(jù)數(shù)據(jù)和資料進(jìn)行環(huán)境建模，更加直觀可靠地收集數(shù)據(jù)。

在一些環(huán)境對人類的監(jiān)測具有局限性的監(jiān)測情況中，也可以采用遙感技術(shù)。例如冰川凍土或者高寒山區(qū)等，遙感技術(shù)可以到達(dá)人類到不了的地方，通過這樣的監(jiān)測手法能夠打破以往常規(guī)監(jiān)測無法辦到的監(jiān)測工作，獲取相關(guān)環(huán)境信息，遙感技術(shù)獲取信息的深度也遠(yuǎn)超人類常規(guī)監(jiān)測手段。例如污水下基巖裂縫的信息等，遙感技術(shù)都能夠辦到。遙感技術(shù)能夠盡快更新數(shù)據(jù)，對區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，類似沙漠遷徙以及水土流失等情況都能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。對于地震等自然環(huán)境危害以及人為開采所造成的地面塌陷等情況也可以通過遙感技術(shù)的環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測來進(jìn)行監(jiān)控。

遙感技術(shù)可以有效地監(jiān)測核電站溫排水對水環(huán)境生態(tài)平衡是否有影響。核能本身是一種清潔能源，并不會(huì)造成溫室效應(yīng)。但核電站的運(yùn)行過程需要利用海水進(jìn)行冷卻，這樣就會(huì)造成溫排水。溫排水會(huì)直接排放到附近的海域中，會(huì)對海水的整個(gè)水生環(huán)境造成影響。其中會(huì)影響到生物的種類、數(shù)量結(jié)構(gòu)，也會(huì)影響到水體的理化性質(zhì)，同時(shí)也會(huì)降低氧氣在水中的溶解度進(jìn)而造成生態(tài)環(huán)境發(fā)生變化。遙感技術(shù)對核電站溫排水的監(jiān)測能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)掌握生態(tài)平衡的變化，這對水環(huán)境的優(yōu)化有著積極向上的意義。

近幾年，遙感技術(shù)逐漸開始朝著產(chǎn)業(yè)的方向發(fā)展。通過產(chǎn)業(yè)鏈來整合豐厚的物資，這樣才能夠維持遙感技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展。經(jīng)過研究人員的努力，遙感技術(shù)的傳感器在不間斷地更新?lián)Q代，對研發(fā)技術(shù)是一個(gè)極大地提升。傳感器在雷達(dá)和光譜儀分辨率方面的提升不僅對水質(zhì)勘測有著重要的意義，同時(shí)也加強(qiáng)了雷達(dá)全天候的獲取信息能力。遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，極大程度上促進(jìn)了遙感技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用。雖然目前遙感技術(shù)的應(yīng)用市場并不廣泛，但隨著科學(xué)的進(jìn)步，遙感技術(shù)商業(yè)化是發(fā)展的必然趨勢。

7 結(jié)束語

隨著我國衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展迅速，遙感技術(shù)在水環(huán)境的監(jiān)測方面應(yīng)用會(huì)更加廣泛。雖然目前遙感技術(shù)還存在一些不足之處，但無人機(jī)對遙感技術(shù)進(jìn)行了必要的補(bǔ)充，有效增加了分辨率和空間數(shù)據(jù)，并且可以根據(jù)天氣的具體情況來選擇成像方式。遙感技術(shù)對水體采樣和黑臭水體的監(jiān)測能夠提供更加實(shí)時(shí)有效地?cái)?shù)據(jù)，在不久的將來也會(huì)廣泛應(yīng)用在城市的水環(huán)境維護(hù)管理以及河湖海水生態(tài)修復(fù)中。