遥感技术在环境监测领域中的应用

2020-10-20 06:04:07 中国新技术新产品 2020年14期

陈静

摘  要:近年来,我国工业产业快速发展,自然资源和生态资源逐渐枯竭,环境问题已经成为影响我国经济可持续发展的主要因素之一,因此社会各界对环境污染的关注度也越来越大。传统的地面环境监测技术已经跟不上环保要求的发展,遥感技术在此背景下营运而生,遥感技术能够快速、准确的监测到周围资源环境的变化情况,从更广泛的角度掌握土壤、水体和大气的环境状况,并根据监测情况提出可行的决策依据。该文以遥感技术的概念和原理为切入点,介绍了遥感技术在环境监测的具体领域并分析了其相对于传统监测方式的优势,最后总结了遥感技术在环境监测领域的发展趋势。

关键词:遥感技术;环境监测;植被监测领域

中图分类号: TP79        文献标志码:A

1 遥感技术简介

遥感技术是20世纪50、60年代兴起的一种探测技术,它利用了电磁波理论,对目标物体进行探测和识别。众所周知,地球上一切物体都具有自己的能量,这种能量就是我们常说的电磁波,换句话说地球上的一切物体都具有自身独一无二的电磁波,遥感技术就是将这些电磁波进行收集、处理并成像,完成对物体的探测和识别的[1]。遥感技术可以说是当前最先进的边缘科学,它不仅使人类在探测效率上获得了大幅度的提升,还极大程度地拓展了人类探测的范围,如果人类能够将遥感技术与环境保护进行充分的融合,必然能够更好地解决环境污染问题。因此可以预见,遥感监测技术将成为环境监测领域一项不可或缺的新兴技术。

2 遥感技术在环境监测中的优势

2.1 监测范围广

遥感技术监测是将遥感器装在高处,通过俯视的方式对物体展开的观察,这种监测方式能够大幅度提升遥感器可监测的范围,有效地避免了传统地面监测过程中监测视野受阻的问题,使监测效果变得立体化和多维化,运用遥感监测技术能够从宏观的角度对监测物体进行全方位的整体研究,同时遥感技术能够根据环境变化情况为监测人员提供动态实时变化数据。

2.2 监测适应性高

在环境监测工作中,很多地域的自然条件都十分恶劣,甚至一些地域是人类无法涉足的领域,例如沙漠、原始森林以及沼泽冰川地带等。在这些地域,人类进行环境监测将面临极大的危险和难度,而遥感技术则能够很好地解决这一难题,运用遥感技术人们能够获得传统地面监测无法监测到的地域信息,由此可以看出,遥感监测技术具有较高的监测适应性。

2.3 监测信息获取效率高

在使用遥感技术进行环境监测过程中,采用的都是最先进的现代化飞行工具,这些飞行器能够在最短时间内得到被监测物体的相关图形信息和数据资料,监测工作效率得到了大幅度的提升,同时环境监测水平和监测准确度也不断增强,因此近年来,遥感监测技术在环境监测工作中受到人们越来越多的青睐。

2.4 成像效果好

遥感监测技术具有较高的成像效果,例如对一个地区环境进行监测时,遥感器能够随时获得最新的、最精准的环境变化图像和数据,尤其是在监测火山、矿山以及地震等事件造成的环境变化时,遥感监测技术具有明显的成像优势。

3 遥感技术的具体监测领域

环境监测工作包括多方面监测项目,例如大气监测、植被监测、水源监测、地质灾害监测以及城市土地利用监测等。面对如此复杂多样的监测项目,传统的地面监测方式已无法满足环境保护要求,因此将遥感技术应用于环境监测工作中,能够在一定程度上提升环境监测的监测效率和监测准确度,进而更好地完成环境防治工作。

3.1 大气监测领域

大气监测指的是对空气中由于人为原因或者其他自然原因产生的不良气体进行监测的过程,例如对空气中氟化物以及酸性气体的监测。具体操作过程中,监测人员可以利用光谱技术监测出待检气体中一氧化碳以及二氧化硫等有害气体的含量,可以利用荧光遥感器监测出空气中这些有毒气体的浓度。另外,采用遥感监测技术后,还能够对大气中微量气体组成、含量,水蒸气含量进行监测。

首先遥感监测技术可用于对大气中臭氧的监测。地球上空30 km左右位置是臭氧层所在区域,臭氧层对紫外线电磁波有很强的吸收能力,监测人员可以通过遥感监测仪对紫外波段进行监测,从而推断出地球上方臭氧层的变化。另外,臭氧层在吸收大量紫外线后自身温度会升高,监测人员还可以使用红外波段对臭氧层温度变化进行监测,利用臭氧层温度的变化推算出臭氧层浓度的改变。其次,遥感技术可以对沙尘暴进行监测,沙尘暴是一种危害极大的天气情况,现阶段通常運用GMS数据对沙尘暴的具体位置进行监测,同时能够准确地反应出沙尘暴的准确运动轨迹。

3.2 植被监测领域

植被作为地表环境的一个组成部分,在我国范围内有极广泛的覆盖度,不同的植物对地理环境、土壤质量以及其后环境有不同的要求,因此植被生长情况与地理环境、土壤和空气环境有直接的联系,这就要求相关人员能够对植被生长环境进行实时监测,一旦植被的生长环境出现变化,就要及时的做出相应反应。具体操作时,监测人员可以利用遥感监测技术对植被生长情况进行监测,收集整理植被生长数据,从植被生长变化上推断出其周围地质、土壤资源、水资源等环境的改变。另外,监测人员可以根据植被的变化反推出环境污染情况,一般来说,如果植被生产环境受到污染,其枝叶中的叶绿素含量就会大幅度下降,导致植物红外线反射能力也大幅度下降,监测人员通过观察植物在红外相片中的颜色就能判断出当地空气、地质污染情况[2]。

3.3 水环境监测领域

遥感技术在水环境监测领域主要包括海洋水体遥感监测和内陆水体遥感监测,其中海洋水体遥感监测技术相对简单而内陆水体遥感监测技术则相对复杂多样。这是由于内陆水体比海洋水体要更复杂,且水体污染类型多样,因此要求内陆水体遥感监测仪要有更高的空间分辨率和光谱分辨率。对水体进行监测的主要原理是水体中如果含有不同种类的污染物,水体在颜色、密度和温度上就会产生不同的变化,监测人员根据遥感器传输出来图像的特征就能分析出水体中所含污染源的种类、含量、范围和浓度,见表1[3]。

遥感技术应用初期,人们利用遥感技术对水体进行监测的指标相对较少,近年来随着科学技术的不断发展,遥感传感器技术不断提升,利用遥感技术可监测的水体参数也不断增多,主要包括水体中悬浮物的含量,水体的透明度水体中可溶性有机物含量、叶绿素含量以及其他水体状态指标等。

另外,遥感监测技术在对城市废水污染检测方面也有重要的贡献,众所周知,城市工业生产会产生大量的工业废水,人们日常生活也会产生大量的生活污水,这些工业废水和生活污水中通常带有大量的有机物,这些有机物在分解时会消耗水体中大量的氧气,久而久之,水体就会变得乌黑且带有臭味。在利用遥感监测技术进行监测时,监测人员可以根据水体中不同污染类别和不同污染数量进行差异性分析,将监测数据以曲线的形式表达出来,从而根据曲线轨迹判断污染的类型和强度,见表2[4]。

利用遥感技术还可以实现对水体热污染的监测。在发电行业等特殊行业会使用大量的冷却水,如果电厂排放的废弃水温度超过允许排放范围,它们流入附近河流时,就会导致附近河流整体水温上升,导致河流发生理化改变,这种污染就是水体的热污染。因此在排放废弃水体之前应该利用红外扫描记录仪对水体热辐射程度进行检测。在检测过程中,由于热水的能量更高,因此相对于冷水来说热水会散发出更多的能量,在红外扫描图像上呈现出较浅的色调;冷水的能量较低,冷水仅能散发出较少的能量,因此在红外扫描图像上呈现出较深的色调。监测人员根据遥感监测技术、光学技术和计算机技术就能够获得水体的热量图像并对其进行密度分割,制作出水体的等温线。

3.4 城市环境监测领域

首先,遥感技术在城市固体废弃物监测方面有一定的作用,不同的固体废弃物具有不同的电磁波,这些电磁波反应到遥感图像上就会有不同的颜色和形状,监测人员根据这些特性就能将固体废弃物与其他物质进行区分,同时可以根据废弃物的类型进行分类。通过遥感技术能够实现对城市垃圾堆放状况以及堆放地點的监测。其次,遥感技术在城市热岛效益监测中发挥着重要的作用,所谓城市热岛效应是指城市地区的平均温度要高于农村地区的平均温度,监测人员利用GIS空间分析技术,能够对城市内部热力分布进行分析。再次,遥感技术在城市土地利用率监测方面具有重要的作用,要想获得城市土地利用变化信息,就必须对城市土地覆盖变化进行监测,传统的地面监测存在大量的干扰因素,导致监测数据失真,而利用遥感监测技术,则实现了对城市土地利用变化的实时监控,同时对土地应用变化情况进行了准确的预测。

4 遥感技术在环境监测领域的发展趋势

遥感技术在环境监测领域的应用与发展是一个十分复杂的研究工作,需要不同学科和不同部门人员的共同努力和配合。目前我国环境污染遥感监测系统应用仍处于初级阶段,遥感监测的灵敏度和准确度还有待提升,因此在未来发展中相关技术人员必须研究创新出完整的监测技术方法和操作规范,才能从根本上提升我国遥感技术监测能力。

参考文献

[1]崔保春,徐言勋.基于模式识别技术的高光谱遥感图像检测[J].现代电子技术,2019(17):58-62.

[2]张洪林.遥感技术在地质灾害监测中的应用研究[J].农村经济与科技,2020(2):9-10.

[3]张青,陈昌伦,吴狄.遥感技术在环境监测领域中方法运用研究[J].绿色科技,2015(3):235-236.

[4]田海芬.遥感技术在生态环境监测与保护中的应用[J].门窗,2019(24):286.