光學(xué)遙感技術(shù)及其在污染觀測(cè)中的應(yīng)用

1、    光學(xué)遙感技術(shù)及其在污染觀測(cè)中的應(yīng)用    韓學(xué)飛【摘  要】及時(shí)了解和掌握城市的環(huán)境狀況，對(duì)于合理保護(hù)城市環(huán)境和實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)和調(diào)查，因其人工成本高、效率低、時(shí)間長，不能對(duì)城市環(huán)境的變化趨勢(shì)及時(shí)進(jìn)行反饋。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年我國發(fā)射的遙感衛(wèi)星已經(jīng)達(dá)到了40顆，遠(yuǎn)超過2017年發(fā)射的19顆，預(yù)計(jì)今后會(huì)有更多的遙感衛(wèi)星升空，對(duì)我國的遙感監(jiān)測(cè)發(fā)揮重要作用。隨著遙感技術(shù)的進(jìn)步，遙感衛(wèi)星傳感器的專業(yè)化、高精度化和其光譜的廣域覆蓋能力不斷增強(qiáng)，遙感監(jiān)測(cè)已成為環(huán)境保護(hù)最重要的監(jiān)測(cè)手段之一。【關(guān)鍵詞】光學(xué)遙感技術(shù);

2、污染觀測(cè);應(yīng)用1 城市污染監(jiān)測(cè)的內(nèi)容目前，先進(jìn)的遙感衛(wèi)星上都會(huì)搭載高精度的專業(yè)級(jí)別的光譜傳感器，因?yàn)榈厍蛏细鞯匚锏墓庾V不同，傳感器感受到的反射光譜也不同，這就成為地物辨別、環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)。在所有物質(zhì)中，水體對(duì)光的反射最小，光波大多都被水體吸收了，反射率一般在2%5%左右。能夠?qū)λw進(jìn)行遙感的光波段為可見光，尤其是藍(lán)光波段是最適合的，海洋大多呈現(xiàn)為藍(lán)色也是這個(gè)道理。當(dāng)水體受到污染時(shí)，反射光譜會(huì)隨著污染物的性質(zhì)和濃度的不同而發(fā)生變化，根據(jù)常用儀器檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn)可以反推水體污染不同程度的光譜特征以供遙感技術(shù)的對(duì)比使用。由于監(jiān)測(cè)水體需要用到光譜的分析，水體中與光譜變化有關(guān)，能夠通過反演來測(cè)定的指標(biāo)有葉綠素

3、、固體懸浮物、水體透明度、生物需氧量、總磷、總氮、氨氮等，這些就是進(jìn)行污染遙感監(jiān)測(cè)的內(nèi)容。2 城市污染監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理2.1 污染實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)的獲取此次研究以我國某地級(jí)市為目標(biāo)區(qū)域，城區(qū)內(nèi)的河道有18條，總長度約為30 km。城區(qū)水域的面積占城區(qū)總面積的10%左右。城區(qū)的河道水力坡度差較小，加之城市內(nèi)的河床比郊區(qū)的河床高，周邊清澈的水很難流入市區(qū)，造成河道自凈能力較差，因此隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生產(chǎn)活動(dòng)的加劇，造成水體污染加劇。這就為水體污染監(jiān)測(cè)工作帶來較大困難，常規(guī)的監(jiān)測(cè)手段和現(xiàn)有的人員承擔(dān)不了龐大的工作量，所以需要采用衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以減少大量的外業(yè)工作。2.2 污染遙感數(shù)據(jù)的獲取根據(jù)采

4、樣時(shí)gps-trk定位的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，通過遙感衛(wèi)星得到基礎(chǔ)圖像，基礎(chǔ)圖像的獲得需要通過“地理空間數(shù)據(jù)云”中獲取或者從其他網(wǎng)站取得。在處理遙感圖像時(shí)，需要使用遙感圖像處理平臺(tái)envi，對(duì)遙感圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、水體提取等常規(guī)功能，經(jīng)過處理能夠得到高質(zhì)量的遙感圖像（如圖2所示）以及圖像數(shù)據(jù)。2.3 數(shù)據(jù)處理在對(duì)遙感圖像提取的灰度值與水體實(shí)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析以便遙感衛(wèi)星能夠直接或間接進(jìn)行水體反演時(shí)，需要利用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的兩個(gè)知識(shí)：回歸分析和因素分析。它們是統(tǒng)計(jì)學(xué)的一個(gè)重要分支。回歸分析是確定因變量與一個(gè)或者多個(gè)自變量的相關(guān)關(guān)系，最終建立回歸方程的一種分析。在實(shí)際運(yùn)用中，建立回歸方程的目的就是為了確認(rèn)變

5、量與因變量是否存在某種關(guān)系，用相關(guān)系數(shù)的大小來判斷它們的相關(guān)程度。因素分析是根據(jù)回歸分析結(jié)果，得出各個(gè)自變量對(duì)目標(biāo)變量產(chǎn)生的影響，原理就是按照各變量的相關(guān)性大小進(jìn)行分組，把相關(guān)性大的分為一組，相關(guān)性低的分為一組。每個(gè)組的變量作為一個(gè)因素，用不可預(yù)測(cè)的變量來表示，這個(gè)因素就稱作為公共因素。這樣統(tǒng)計(jì)的問題就能夠用這些公共因素和特殊因素構(gòu)成基本函數(shù)來描述需要統(tǒng)計(jì)的每個(gè)變量。在研究的領(lǐng)域來講，許多問題的產(chǎn)生，都不是孤立的，一般都是有某種因素影響或者多種因素的作用。為了研究遙感圖像提取的灰度值與城區(qū)水域?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)間是否存在相關(guān)聯(lián)的關(guān)系，以采樣位置的遙感圖像灰度值為自變量，以采樣位置的實(shí)測(cè)值為因變量建立回歸

6、分析，再利用因素分析的降維方法，建立簡(jiǎn)單描述各種污染因素的回歸方程。3 遙感技術(shù)在生態(tài)系統(tǒng)脆弱性評(píng)價(jià)上的運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)脆弱性的評(píng)價(jià)可以預(yù)測(cè)在某些外部因素下是否易于引發(fā)生態(tài)問題及環(huán)境污染，能較好地反映生態(tài)環(huán)境對(duì)外界干擾的承受程度。生態(tài)環(huán)境脆弱性研究不僅能為脆弱生態(tài)環(huán)境重建工作提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)行生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)同時(shí)也是制定區(qū)域可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃的重要前提。以遙感和地面調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過分析研究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)格局及演變趨勢(shì)、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能等的時(shí)空特征，判斷其生態(tài)系統(tǒng)脆弱的等級(jí)，提出生態(tài)保護(hù)的對(duì)策和建議。生態(tài)環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)確定方面：該區(qū)域的突出環(huán)境特點(diǎn);區(qū)域地貌、氣候、土壤、植被特點(diǎn)等

7、及人類活動(dòng)。故而，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)里的地形數(shù)據(jù)（高程、坡度、坡向）、土壤數(shù)據(jù)、降水?dāng)?shù)據(jù)（全國范圍內(nèi)分辨率為100米×100米的grid數(shù)據(jù)）、植被數(shù)據(jù)、農(nóng)田分布和農(nóng)業(yè)人口比重?cái)?shù)據(jù)都可以在gis軟件中處理進(jìn)行制圖和分析。4 結(jié)束語通過對(duì)城市污染監(jiān)測(cè)的研究可以看出，環(huán)境遙感的方法比常規(guī)的監(jiān)測(cè)手段有更高的效率、更直觀的效果、更低的成本，隨著技術(shù)的成熟化，完全可以通過遙感技術(shù)建立整個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)正大氣、水、土壤等環(huán)境要素進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行污染預(yù)防、污染治理、突發(fā)狀況處理等工作，有助于城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。本文通過對(duì)遙感污染監(jiān)測(cè)的原理、方法以及數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析得到了污染要素反演的關(guān)聯(lián)關(guān)系以及綜合污染分布圖，證明了經(jīng)驗(yàn)分析模型的有效性。當(dāng)然，遙感水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法在后續(xù)研究工作中，還應(yīng)該加強(qiáng)水體反演方法的研究;由于水質(zhì)監(jiān)測(cè)的參數(shù)較多，目前的遙感技術(shù)還不十分完備，與實(shí)際應(yīng)用中的水質(zhì)監(jiān)測(cè)要求存在一定距離，需要研究更寬范圍的光學(xué)傳感器以增加水質(zhì)監(jiān)測(cè)的范圍。參考文獻(xiàn)：1楊柳，韓瑜，李帆，等.基于etm+影像的溫榆河水質(zhì)參數(shù)反演j.黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2013（4）：533-539.2王旭楠，陳圣波，寧亞靈，等.基于aster數(shù)據(jù)的石頭口門水庫水質(zhì)參數(shù)定量遙感反演j.世界地質(zhì)，2008（1）：105-109.3江輝