遥感技术在水生态环境管理的应用与前景

倪 见

泰州市靖江环境监测站

1 引言

我国对水生态环境的改善越来越重视，如何防治水污染并且实现流域环境的科学治理，是我国目前所面临的最大难题。我国水污染的防治现阶段重点在于对黑臭水体的整治以及重点流域恶劣水体的消除以及排污口的针对整治。针对以上这些问题，遥感技术在水生态环境的管理方面起到了明显地作用。

2 遥感技术的概述

2.1 定义

遥感技术，即通过遥远的距离来对目标进行感知和勘测。利用目标自身的辐射电磁波、反射或者红外线等进行对目标的探测。是一门兴起较晚的学科，以物理学科、地理学课、空间学科以及计算机学科作为基础，将科技技术互相结合，从而研发出探测的功能。主要以传感器为物质基础，通过不同的平台与平台之间进行反射来获得信息。因其主要职能是用来勘测，遥感技术利用人造卫星、宇宙飞船等高科技技术来拓展可视范围，被广泛应用在农林牧渔以及气象与环境方面的探测中。近几年我国对遥感技术的研究逐渐深入，相关的研究内容和综合性实用性应用也在逐渐完善。

2.2 原理

任何物体都存在反射波，物体的组成不同，周围环境也不同，同样也就存在着不同的电磁波波长，反射能力同样也不一样。遥感技术通过探知物体反射各种光所产生的电磁波来捕获信息并且进行分析和处理，从而达到远程勘测的作用。

2.3 系统

遥感技术的系统可以分为四个部分。

（1）信息来源。信息来源泛指所有需要勘测的物质，即勘测对象。任何物质都存在着吸收以及反射电磁波的特性。由于物质的结构与性质不同，反射的能力也不同，由此可以区别勘测对象的相关信息。

（2）信息获取。通过对勘测对象反射电磁波的相关信息的收集，使用设备来控制工作平台进行相关的传感，对勘测对象进行具体的信息收集。

（3）信息处理。获得信息后，进行相关的数据处理、校对以及汇总分析。对勘测对象进行特征总结，筛选出需要的信息。

（4）信息应用。在进行信息汇总和分析之后，将相应的信息和数据根据具体需求应用在不同的领域，并且可以根据需求来进行相关数据的查询和应用。

3 遥感技术的具体应用

3.1 农业方面

遥感技术在农业方面的具体应用主要是通过对农田土壤的勘测来对土质进行分类。在农业方面，遥感技术可以有效对农作物进行种类的区分，并且对农作物的生长过程和状态进行实时监控，通过对数据的分析来预测年产量。同时还能够对农作物的病虫害情况进行监督，及时针对实际情况来进行相关措施的方案设置。目前遥感技术正在全面进行推广，尤其是玉米以及棉花方面。

3.2 环境方面

环境问题是世界范围的问题之一，遥感技术能够有效增强环境保护的力度。通过卫星遥感技术来对环境方面进行监测，随时随地对水质、土壤质量以及空气质量进行监测。同时也可以测算出植被的覆盖率等。通过遥感技术能够收集到许多相关信息数据，这样有助于预测自然灾害的发生，通过遥感技术也可以对发生灾害的地区进行实时监控，降低环境问题带来的危险性。

3.3 预防方面

前面提到了自然灾害，自然灾害是任何一个国家乃至全人类都无法攻克的一项难题。自然灾害不仅会影响到社会的发展，同时也会危及人类的生命安全。因此提高自然灾害的防治是全人类共同的目标。自然灾害必然是无法组织的，但人们可以对自然灾害进行预测，通过预先采取措施来减少自然灾害带来的损失，尤其可以减少人类的伤亡。通过遥感技术可以大量采集灾害发生前、灾害发生的时候以及灾害发生之后的相关数据信息，通过对数据信息的分析来预测自然灾害的发生。并且在灾害发生之后，可以根据相关数据来对受灾地区进行重建方案的制定。节约了时间的同时，也减少了损失。

3.4 新领域方面

近几年，遥感技术被广泛应用在考古学方面。通过电磁波的反射，达到考古人员难以达到的历史遗迹内部并且进行勘测。有效降低了考古人员的工作难度和工作量，加快了考古工作的进度，同时也不会对古遗迹造成不必要的损坏。不仅如此，遥感技术还被应用在公共卫生方面。通过遥感技术来收集数据，有效地控制流行病毒和传染病的传播情况。除此之外，遥感技术还被应用在岩石力学方面。利用遥感技术的光谱曲线分析来确定岩石的材料和性质。

4 遥感技术的优势

对比其他勘测技术，遥感技术的适应性更好。地球上有许多地区并不适合传统的勘测技术。遥感技术的远程监测可以完美地弥补传统勘测技术在这方面的漏洞。并不需要直接解除目标或者身处目标所在的环境，也能够在不同的条件下进行相关信息数据的收集。遥感技术对环境污染的追踪可以达到实时监控的程度。有助于及时了解环境污染的真实情况，同时技术人员也可以根据这些数据对环境污染进行详细的分析，预测其发展趋势，并且制定出相应的对策，有效地对环境采取治理和保护的作用。对比传统的勘测技术，遥感技术的数据收集更加广泛并且具有较高的效率。遥感技术结合了航空航天技术，利用卫星或者飞行棋来对地面上的信息进行数据采集，数据可以立刻传达到计算机中，通过相关软件来进行数据的分析，筛选校正需要的资料。因为遥感技术与航空航天技术联合使用，所以勘测的范围也更广，随着科技的不断进步，遥感技术所能够应用的覆盖范围越来越广，同时也可以对这些范围进行监测，大大地克服了传统技术在覆盖范围方面的局限性。

5 遥感技术在水环境检测中的应用

水环境检测通常指的是对水资源的环境状态进行监测。其中包含地表水、地下水以及降水等各种水资源形式。通常运用的是生物、物理以及化学技术等相关手段来对水资源进行检测。监测的对象除了纯天然的水资源环境，也包含了人类对水资源环境变化所产生的影响。当水资源的环境出现了污染的情况，就需要及时采取手段进行保护。

传统的水环境检测主要以实验室检测分析为主要检测手法。虽然能够有效地检测出水质的具体参数，却无法满足对水环境的实时监控。也无法确定水环境的动态检测数据，因此将遥感技术应用在水环境的监测中能够有效满足以上水环境监测的要求。遥感技术的应用更加便捷有效，并且能够为环境部门提供重要的参考依据。应用较为普遍的部分为水体温度的监测、水体深度的监测、水体环境是否有流沙的监测以及有机质分布等情况的检查。通过监测水体光谱和水体色度来对水域的变化来进行观测并且推演出后期变化的结果。通过监测能够有效分析出水环境在人类活动后是否存在影响。水体在清澈的情况下反射率通常比较低，因为水体有较强的吸光能力。污水中因为有物质能够吸收光，这样就造成了污水的反射率与清水局部一致。遥感技术主要是利用颜色差异和水体反射率来计算水质的具体情况。水体的组分信息以及状态会直接影响到水体光谱，阳光经过吸收和反射之后照射在水面上。卫星传感器吸收到水面上的反射光和散射光以及水底的反射光，通过分析辐射亮度就能够直观地建立起水体组分与观测值的关系了。水体中能够影响到光强度的物质主要有三种，即悬浮物质、叶绿素以及黄色物质。日常水体监测中是通过遥感技术来测量出水体中的悬浮物质数量、叶绿素浓度以及水体的透明度。

遥感技术的具体监测步骤为：导入既定数据→辐射值定标→几何图像纠正→将图像进行划区→水表面观测反射率的计算→平滑滤波统计→建立图像掩膜→掩膜应用→建立水环境的模型库→水质的反演。

现阶段水体发黑的情况极大地影响到监测结果，由于生活污水和工业用水导致水体中有机物增多，对溶解氧的消耗过大，遥感监测在面临这样的情况时采取红外传感器的光谱检测模式，能够有效掌握水体污染的实际情况。

6 遥感技术在水环境检测中的前景

传统水环境监测主要是通过布点采样的方式来进行环境监测，空间布点局限性较大，采样的分析时间不够及时，缺乏精准度。遥感技术的监测范围更广并且能够提供连续立体的图像，在区域环境过大的研究中也能够提供宏观的生态因素联系，更加便捷精准。

遥感技术主要采取无人机和卫星相结合的工作手法，能够更加快速地获取资料统计数据，加大了生态监测的工作效率。遥感技术所使用的现代信息化计算机来对数据资料进行处理，效率更高，误差更小。能够有效地达到生态监测区域的联动。并且可以根据数据和资料进行环境建模，更加直观可靠地收集数据。

在一些环境对人类的监测具有局限性的监测情况中，也可以采用遥感技术。例如冰川冻土或者高寒山区等，遥感技术可以到达人类到不了的地方，通过这样的监测手法能够打破以往常规监测无法办到的监测工作，获取相关环境信息，遥感技术获取信息的深度也远超人类常规监测手段。例如污水下基岩裂缝的信息等，遥感技术都能够办到。遥感技术能够尽快更新数据，对区域进行动态监测，类似沙漠迁徙以及水土流失等情况都能够进行实时监控。对于地震等自然环境危害以及人为开采所造成的地面塌陷等情况也可以通过遥感技术的环境动态监测来进行监控。

遥感技术可以有效地监测核电站温排水对水环境生态平衡是否有影响。核能本身是一种清洁能源，并不会造成温室效应。但核电站的运行过程需要利用海水进行冷却，这样就会造成温排水。温排水会直接排放到附近的海域中，会对海水的整个水生环境造成影响。其中会影响到生物的种类、数量结构，也会影响到水体的理化性质，同时也会降低氧气在水中的溶解度进而造成生态环境发生变化。遥感技术对核电站温排水的监测能够做到实时监控，随时掌握生态平衡的变化，这对水环境的优化有着积极向上的意义。

近几年，遥感技术逐渐开始朝着产业的方向发展。通过产业链来整合丰厚的物资，这样才能够维持遥感技术的继续发展。经过研究人员的努力，遥感技术的传感器在不间断地更新换代，对研发技术是一个极大地提升。传感器在雷达和光谱仪分辨率方面的提升不仅对水质勘测有着重要的意义，同时也加强了雷达全天候的获取信息能力。遥感技术被广泛应用在各个领域，极大程度上促进了遥感技术的商业应用。虽然目前遥感技术的应用市场并不广泛，但随着科学的进步，遥感技术商业化是发展的必然趋势。

7 结束语

随着我国卫星技术的发展迅速，遥感技术在水环境的监测方面应用会更加广泛。虽然目前遥感技术还存在一些不足之处，但无人机对遥感技术进行了必要的补充，有效增加了分辨率和空间数据，并且可以根据天气的具体情况来选择成像方式。遥感技术对水体采样和黑臭水体的监测能够提供更加实时有效地数据，在不久的将来也会广泛应用在城市的水环境维护管理以及河湖海水生态修复中。