摘要：遙感技術(shù)集合了空間、電子、光學(xué)、計算機、生物學(xué)和地學(xué)等科學(xué)的最新成就，是現代高新技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。自從1972年美國第一顆地球資源技術(shù)衛星發(fā)射成功并獲取了大量地球表面的衛星圖像后，遙感技術(shù)就開(kāi)始在世界范圍內迅速發(fā)展和廣泛應用。遙感技術(shù)的出現揭開(kāi)了人類(lèi)從外層空間觀(guān)測地球的序幕，為人類(lèi)認識國土、開(kāi)發(fā)資源、監測環(huán)境、研究災害以及分析全球氣候變化等提供了新的途徑。

　　關(guān)鍵詞：遙感技術(shù) 環(huán)境科學(xué) 應用 3S一體化 發(fā)展趨勢遙感是從遠離地面的不同工作平臺上，如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛星、宇宙飛船和航天飛機等，通過(guò)傳感器對地球表面的電磁波輻射信息進(jìn)行探測，然后經(jīng)信息的傳輸、處理和判讀分析，對地球的資源與環(huán)境進(jìn)行探測與監測的綜合性技術(shù)。遙感技術(shù)從遠距離采用高空鳥(niǎo)瞰的形式進(jìn)行探測，包括多點(diǎn)位、多譜段、多時(shí)段和多高度的遙感影像以及多次增強的遙感信息，能提供綜合系統性、瞬時(shí)或同步性的連續區域性同步信息，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應用具有很大優(yōu)越性。

　　20世紀90年代以來(lái)，環(huán)境遙感技術(shù)應用越來(lái)越廣。從陸地的土地覆被變化，城市擴展動(dòng)態(tài)監測評價(jià)，土壤侵蝕與地面水污染負荷產(chǎn)生量估算，生物棲息地評價(jià)和保護，工程選址以及防護林保護規劃和建設。到水域的海洋和海岸帶生態(tài)環(huán)境變遷分析，海面懸浮泥沙、葉綠素含量、黃色物質(zhì)、海上溢油、赤潮以及熱污染等的發(fā)現和監測，珊瑚和紅樹(shù)林的現狀調查與變化監測，堤壩的規劃與水沙平衡分析，水下地形地遙調查以及水域初級生產(chǎn)率的估算。再到大氣環(huán)境遙感中的城市熱島效應分析，大氣污染范圍識別與定量評價(jià)，大氣氣溶膠污染特征參數化，全球水、氣和化學(xué)元素等的循環(huán)研究，全球環(huán)境變化以及重大自然災害的評估等，幾乎覆蓋了整個(gè)地球系統。

　　一、遙感技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應用

　　1.遙感技術(shù)在水污染監測方面的應用

　�。�1）利用紅外掃描儀監視石油污染全球每年排入海洋的石油及其制品高達1000萬(wàn)噸，利用多光譜航片可對海面石油污染進(jìn)行半定量分析，將彩色航片同步拍照與近紅外片做的彩色密度分割圖相比較，更精密地判斷和解譯信息，參照圖片畫(huà)出不同油膜厚度的大致分級圖。通過(guò)彩色密度分割圖像，特別是數字密度分割圖，可以更準確地判斷油量的分布情況。通過(guò)彩色密度分割可把相差零點(diǎn)零幾厚度的海面油膜區分出層次來(lái)，這有利于用航空遙感對海面油的擴散分布和半定量研究。濃度大的地方是黃色，往外擴散的油膜變薄，呈黃紫混在一起的顏色，再往外擴散的油膜就更薄些呈紫色。通過(guò)對污染發(fā)生后各天的氣象衛星圖像的對比分析，確定油膜的漂移方向，計算出其擴散速度和擴散面積。

　�。�2）利用遙感技術(shù)監測水體富營(yíng)養化浮游植物中的葉綠素對藍紫光和紅橙光有較強的吸收作用，當水體出現富營(yíng)養化時(shí)，我們就可以利用遙感技術(shù)推算出水體中的葉綠素分布情況。赤潮區的海水光譜特征是藻類(lèi)、泥沙和海水的復合光譜，另外有機或無(wú)機顆粒物也會(huì )吸收入射光，影響水體的透明度。

　�。�3）通過(guò)遙感技術(shù)調查廢水污染和泥沙污染廢水的顏色與懸浮物性狀千差萬(wàn)別，特征曲線(xiàn)上的反射峰位置和強度也不大一樣，可以用多光譜合成圖像進(jìn)行監測。水中懸浮泥沙的濃度和粒徑增大，水體反射量也會(huì )相應增加，反射峰隨之紅移，定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段是0.65～0.85微米。

　�。�4）應用紅外掃描儀監測水體熱污染應用紅外掃描儀記錄水體的熱輻射能量，真實(shí)反映其溫度差異。在熱紅外圖像上，熱水溫度高，輻射能量多，呈淺色調。冷水和冰輻射能量少，呈深色調。熱排水口處通常呈白色羽流，利用光學(xué)技術(shù)和計算機對熱圖像作密度分割，根據少量的同步實(shí)測水溫，畫(huà)出水體等溫線(xiàn)。

　�。�5）通過(guò)遙感技術(shù)分析水域的分布變化和水體沼澤化水體總體反射率較低，選擇1.55～1.75微米波段的多時(shí)域影像可以分析水域的分布變化。沼澤化在時(shí)域圖像上反映為水體面積縮小，從水體向邊緣有規律變化，顯示出不同程度的植被特征。

　　2.遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監測方面的應用

　�。�1）臭氧層臭氧層位于地球上空25～30千米的平流層中，對0.3米以下紫外區的電磁波有較大吸收，可用紫外波段來(lái)測定臭氧層的變化。臭氧層在2.74毫米處也有一個(gè)吸收帶，可用頻率為11083兆赫茲的地面微波輻射計來(lái)測定臭氧在大氣中的垂直分布。另外臭氧層會(huì )吸收太陽(yáng)紫外線(xiàn)而升溫，可使用紅外波段來(lái)探測，如用7.75～13.3微米熱紅外探測器測定臭氧層的溫度變化，參照濃度與溫度的相關(guān)關(guān)系，推算出臭氧濃度的水平分布。

　�。�2）大氣氣溶膠利用遙感圖像可分析大氣氣溶膠的分布和含量，工業(yè)煙霧、火災濃煙和大規模沙塵暴在遙感圖像上都有清晰的圖像，可以直接圈定其大致范圍。利用周期性氣象衛星圖可監測沙塵運動(dòng)，估計其運動(dòng)速度，及時(shí)預報沙塵暴。通過(guò)衛星資料可及早發(fā)現森林火災，把災害損失降到最低。大比例圖片可用來(lái)調查城市煙囪的數量和分布，還可以通過(guò)煙囪陰影的長(cháng)度來(lái)計算其大致高度。應用計算機對影像進(jìn)行微密度分割，建立煙霧濃度與影像灰度值的相關(guān)關(guān)系，可測出煙霧濃度的等值線(xiàn)圖。

　�。�3）有害氣體彩紅外相片可監測有毒氣體對污染源周?chē)鷺?shù)木和農作物的危害情況，通過(guò)植物對有害氣體的敏感性來(lái)推斷某地區大氣污染的程度和性質(zhì)。一般污染較輕的地區，植被受污染的情況不宜被人察覺(jué)，但其光譜反射率卻會(huì )明顯變化，在遙感影像上表現為灰度的差異。正常生長(cháng)的植物葉片能強烈反射紅外線(xiàn)，在彩紅外相片上色澤鮮紅明亮。受到污染的葉子，其葉綠素遭到破壞，對紅外線(xiàn)的反射能力下降，其彩紅外相片顏色發(fā)暗，如白蠟樹(shù)受污染后呈紫紅色，柳樹(shù)呈品紅色略帶藍灰色。

　�。�4）氣候變化美國、歐盟、日本和俄羅斯的地球同步軌道氣象衛星組成的靜止氣象衛星監測系統晝夜不停地觀(guān)測地球的氣候變化，得到全球范圍內的大氣參數、海洋參數、地表狀況、輻射收支和臭氧分布等信息，對全球變暖、臭氧層空洞以及厄爾尼諾現象的研究非常重要。

　　3.遙感技術(shù)在城市環(huán)境監測與管理中的應用

　　彩紅外遙感影像可監測固體廢棄物引起的生態(tài)環(huán)境變化，熱紅外遙感影像可調查工業(yè)廢水和廢氣的排放情況。城市道路寬的呈帶狀和環(huán)狀，窄的呈線(xiàn)狀，城市廣場(chǎng)一般以塊狀藍灰色與街道緊密相連于中心地帶。居民區呈灰色，高層樓房帶有寬長(cháng)影，平房呈密集排列的小長(cháng)方塊狀。水系呈淺藍色，綠地呈紅色。從遙感圖像上獲取這些信息，對優(yōu)化城市結構有很大幫助。另外城市里的高大建筑物對太陽(yáng)輻射和其他熱輻射的吸收和釋放特性跟以土地和農作物為主要下墊面的郊區有很大不同，利用熱紅外遙感對城市下墊面進(jìn)行分析就可以得出城市的熱島效應。

　　4.應用遙感技術(shù)

　　監控生態(tài)環(huán)境遙感影像真實(shí)記錄地貌形態(tài)特征并提供各環(huán)境參數的組合情況，根據其空間一致性和差異性進(jìn)行區域環(huán)境范圍的生態(tài)區劃。利用遙感衛星相片還可以編制森林樹(shù)種、生長(cháng)狀況和森林覆蓋圖，使用計算機集群分類(lèi)，精度可高達8O％ .一般野生動(dòng)物環(huán)境與森林植被關(guān)系最為密切，通過(guò)研究植物的分布與長(cháng)勢可大致確定動(dòng)物的活動(dòng)繁殖場(chǎng)所，從而編制森林野生動(dòng)物保護規劃。

　　5.利用遙感技術(shù)監測自然災害遙感技術(shù)對于暴雨、水土流失、地震和山體滑坡等地質(zhì)災害的調查與監測也很有效。比如說(shuō)地震與地球活動(dòng)構造塊體分布及其活動(dòng)方式密切相關(guān)，利用衛星預測地震技術(shù)主要集中在電磁波輻射和電離層異常監測、地表形變監測、紅外輻射監測以及衛星重力監測等方面。但由于目前技術(shù)條件的限制，地震還是不能準確預測，2008年5月的汶川大地震幾乎震碎了中國人的心，期待有一天，我們中國人能通過(guò)遙感技術(shù)準確預測地震災害，今天的悲劇永遠不要發(fā)生了。

　　二、遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，光譜信息成像化，雷達成像多極化，光學(xué)探測多向化，地學(xué)分析智能化，環(huán)境研究動(dòng)態(tài)化以及資源研究定量化，大大提高了遙感技術(shù)的實(shí)時(shí)性和運行性，使其向多尺度、多頻率、全天候、高精度和高效快速的目標發(fā)展。

　　1.遙感影像獲取技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)

　�。�1）隨著(zhù)高性能新型傳感器研制開(kāi)發(fā)水平以及環(huán)境資源遙感對高精度遙感數據要求的提高，高空間和高光譜分辨率已是衛星遙感影像獲取技術(shù)的總發(fā)展趨勢。遙感傳感器的改進(jìn)和突破主要集中在成像雷達和光譜儀，高分辨率的遙感資料對地質(zhì)勘測和海洋陸地生物資源調查十分有效。

　�。�2）雷達遙感具有全天候全天時(shí)獲取影像以及穿透地物的能力，在對地觀(guān)測領(lǐng)域有很大優(yōu)勢。干涉雷達技術(shù)、被動(dòng)微波合成孔徑成像技術(shù)、三維成像技術(shù)以及植物穿透性寬波段雷達技術(shù)會(huì )變得越來(lái)越重要，成為實(shí)現全天候對地觀(guān)測的主要技術(shù)，大大提高環(huán)境資源的動(dòng)態(tài)監測能力。

　�。�3）開(kāi)發(fā)和完善陸地表面溫度和發(fā)射率的分離技術(shù)，定量估算和監測陸地表面的能量交換和平衡過(guò)程，將在全球氣候變化的研究中發(fā)揮更大的作用。

　�。�4）由航天、航空和地面觀(guān)測臺站網(wǎng)絡(luò )等組成以地球為研究對象的綜合對地觀(guān)測數據獲取系統，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全時(shí)域和全空間的數據能力，為地學(xué)研究、資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護以及區域經(jīng)濟持續協(xié)調發(fā)展提供科學(xué)數據和信息服務(wù)。

　　2.遙感信息處理方法和模型越來(lái)越科學(xué)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、小波、分形、認知模型、地學(xué)專(zhuān)家知識以及影像處理系統的集成等信息模型和技術(shù)，會(huì )大大提高多源遙感技術(shù)的融合、分類(lèi)識別以及提取的精度和可靠性。統計分類(lèi)、模糊技術(shù)、專(zhuān)家知識和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )分類(lèi)有機結合構成一個(gè)復合的分類(lèi)器，大大提高分類(lèi)的精度和類(lèi)數。多平臺、多層面、多傳感器、多時(shí)相、多光譜、多角度以及多空間分辨率的融合與復合應用，是目前遙感技術(shù)的重要發(fā)展方向。不確定性遙感信息模型和人工智能決策支持系統的開(kāi)發(fā)應用也有待進(jìn)一步研究。

　　3.3S一體化計算機和空間技術(shù)的發(fā)展、信息共享的需要以及地球空間與生態(tài)環(huán)境數據的空間分布式和動(dòng)態(tài)時(shí)序等特點(diǎn)，將推動(dòng)3S一體化。全球定位系統為遙感對地觀(guān)測信息提供實(shí)時(shí)或準實(shí)時(shí)的定位信息和地面高程模型；遙感為地理信息系統提供自然環(huán)境信息，為地理現象的空間分析提供定位、定性和定量的空間動(dòng)態(tài)數據；地理信息系統為遙感影像處理提供輔助，用于圖像處理時(shí)的幾何配準和輻射訂正、選擇訓練區以及輔助關(guān)心區域等。在環(huán)境模擬分析中，遙感與地理信息系統的結合可實(shí)現環(huán)境分析結果的可視化。3S一體化將最終建成新型的地面三維信息和地理編碼影像的實(shí)時(shí)或準實(shí)時(shí)獲取與處理系統。

　　4.建立高速、高精度和大容量的遙感數據處理系統隨著(zhù)3S一體化，資源與環(huán)境的遙感數據量和計算機處理量也將大幅度增加，遙感數據處理系統就必須要有更高的處理速度和精度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )具有全并行處理、自適應學(xué)習和聯(lián)想功能等特點(diǎn)，在解決計算機視覺(jué)和模式識別等特大復雜的數據信息方面有明顯優(yōu)勢。認真總結專(zhuān)家知識，建立知識庫，尋求研究定量精確化算法，發(fā)展快速有效的遙感數據壓縮算法，建立高速、高精度和大容量的遙感數據處理系統。

　　5.建立國家環(huán)境資源信息系統國家環(huán)境資源信息是重要的戰略資源，環(huán)境資源數據庫是國家環(huán)境資源信息系統的核心。我們要提高對環(huán)境資源的宏觀(guān)調控能力，為我國社會(huì )經(jīng)濟和資源環(huán)境的協(xié)調可持續發(fā)展提供科學(xué)的數據和決策支持。

　　6.建立國家環(huán)境遙感應用系統國家環(huán)境遙感應用系統將利用衛星遙感數據和地面環(huán)境監測數據，建立天地一體化的國家級生態(tài)環(huán)境遙感監測預報系統以及重大污染事故應急監測系統，可定期報告大氣環(huán)境、水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的狀況。環(huán)境遙感地理信息系統是其支撐系統，在各種應用軟件的輔助下實(shí)現環(huán)境遙感數據的存儲、處理和管理；環(huán)境遙感專(zhuān)業(yè)應用系統是其應用平臺，在環(huán)境專(zhuān)業(yè)模型的支持下實(shí)現環(huán)境遙感數據的環(huán)境應用；環(huán)境遙感決策支持系統是其最上層系統，在環(huán)境預測評價(jià)和決策模型的驅動(dòng)下進(jìn)行環(huán)境預測評價(jià)分析，制定環(huán)境保護的輔助決策方案；數據網(wǎng)絡(luò )環(huán)境是其數據輸入和輸出的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )環(huán)境，實(shí)現環(huán)境海量數據的快速流通。

　　總之，遙感技術(shù)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域有廣泛應用，隨著(zhù)科學(xué)的進(jìn)步，遙感技術(shù)會(huì )越來(lái)越先進(jìn)，其所發(fā)揮的作用也會(huì )越來(lái)越大。

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