水的环境污染在遥感监测中的研究.docx
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水的环境污染在遥感监测中的研究
环境与资源学院
水的环境污染在遥感监测中
的研究
姓名：
谢凯强
所在学院：
环境与资源学院
专业班级：
2011级环境工程2班
学号：
指导教师：
卓义
日期：
2014年12月10日
0绪论第1页
研究的目的、意义
1.1遥感技术第1页
遥感的定义
遥感监测的应用领域
遥感监测的优势
1.2水环境污染现状
1.3水环境污染遥感监测中常用的遥感数据
2国内外研究进展第4页
2.1环境污染遥感监测指标研究进展
2.2水环境污染遥感监测研究进展
3研究趋势第5页
4结论第6页
5参考文献第6页
水的环境污染在遥感监测中的研究
摘要：
遥感技术的发展揭开了人类从外层空间观测地球的序幕，为人类监测全球环境
变化和研究环境灾害提供了新的技术途径。
从遥感应用范围发展来看，遥感技术首先在自
然资源调查和动态监测上得到应用，而后扩展到生态环境、环境污染方面。
本文阐述了应用
遥感技术进行环境监测的现状，介绍了遥感技术在水环境方面的应用，并分析了环境遥感技术的发展趋势。
关键词：
遥感环境监测水环境环境遥感
0.研究的目的与意义
水资源是人类赖以生存和社会发展不可替代的战略资源。
随着人口的急剧增加、社会经济迅速发展，以资源匮乏和污染为主要特征的水资源安全日益成为全球性问题，亦是我国生态环境改善和社会可持深发展的主要制约因素。
随着工农业生产的发展,江河湖海的各种水体受污染的程度不断加重。
它们包括生活废水污染、泥沙等悬浮固体污染、石油污染、重金属污染、富营养化污染和热污染等。
它们对人类社会的危害是十分严重的。
因此,对这些污染进行监测非常重要。
随着遥感技术的进步,遥感监测在水环境等领域的应用已引起环境保护等部门较广泛的重视。
国内外通过各方面的努力实践认为,各种水体污染在遥感图像上都有不同程度的反映（除有的不清晰外）。
因此目前,遥感已成为我们用以监测水环境的依据,而其在水环境监测中的应用也是一先进的技术途径,如何建立有效的方法，科学、准确、快速地对水资源环境进行监测，适时掌握水资源环境的变化信息，进而采取相应的措施，已成为对水资源的有效利用、合理规划及保护的关键问题。
1.1遥感技术
1.1.1遥感的定义
遥感是指非接触的，远距离的探测技术。
一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。
1.1.2遥感监测的应用领域
当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。
为了提高对这样庞大数据的处理速度，遥感数字图像技术随之得以迅速发展。
遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。
在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。
遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。
其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。
遥感在地理学中的应用，进一步推动和促进了地理学的研究和发展，使地理学进入到一个新的发展阶段。
遥感信息应用是遥感的最终目的。
遥感应用则应根据专业目标的需要，选择适宜的遥感信息及其工作方法进行，以取得较好的社会效益和经济效益。
遥感技术系统是个完整的统一体。
它是建筑在空间技术、电子技术、计算机技术以及生物学、地学等现代科学技术的基础上的，是完成遥感过程的有力技术保证。
应用于以下领域
地理数据获取
应急灾害资料
自然灾害遥感
农业遥感监测
水质监测遥感
GIS核心组成
1.1.2遥感监测的优势
遥感作为一门对地观测综合性技术，它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要，更有其它技术手段与之无法比拟的特点。
1.1.2.1大面积观测
遥感探测能在较短的时间内，从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。
这些数据拓展了人们的视觉空间，例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达2万多平方千米。
这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。
1.1.2.2时效性强
获取信息的速度快，周期短。
由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。
例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。
Meteosat每20分钟获得同一地区的图像。
1.1.2.3数据综合性
能动态反映地面事物的变化遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测，这有助于人们通过所获取的遥感数据，发现并动态地跟踪地球上许多事物的变化。
同时，研究自然界的变化规律。
尤其是在监视天气状况、自然灾害、环境污染甚至军事目标等方面，遥感的运用就显得格外重要。
获取的数据具有综合性遥感探测所获取的是同一时段、覆盖大范围地区的遥感数据，这些数据综合地展现了地球上许多自然与人文现象，宏观地反映了地球上各种事物的形态与分布，真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等地物的特征，全面地揭示了地理事物之间的关联性。
并且这些数据在时间上具有相同的现势性。
获取信息的手段多，信息量大。
根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。
例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。
利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。
例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。
1.1.2.4经济社会效益
获取信息受条件限制少。
在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。
采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。
1.2水环境污染现状
我国的水污染问题已经处于一个相当严重的局面。
根据水利部1997年的统计,全国河流中,污染河长，已占总河长65405km的42.7%。
与1984年相比,十几年来受污染河流的长度翻了一番。
10多年过去了,2008年中国环境质量公报公布的数据显示,全国地表水污染依然严重七大水系水质总体为中度污染,浙闽区河流水质为轻度污染,湖泊（水库）富营养化问题突出。
海河、辽河、淮河、巢湖、滇池、太湖污染严重,七大水系中,不适合作饮用水源的河段已接近40%,其中淮河流域和滇池最为严重。
工业较发达城镇河段污染突出,城市河段中78%的河段不适合作饮用水源;城市地下水50%受到污染,水污染加剧了我国水资源短缺的矛盾,对工农业生产和人民生活造成危害。
1.2水环境污染的遥感监测中常用的遥感数据
1.2.1多光谱遥感数据。
在水质遥感监测中常用的多光谱遥感数据，包括美国Landsat卫星的MSS、TM、ETM+数据，法国SPOT卫星的HRV数据，气象卫星NOAA的AVHRR数据，印度遥感IRS系统的LISS数据，日本JERS卫星的OPS（光学传感器）接收的多光谱图像数据，中巴地球资源1号卫星（CBERS--1）CCD相机数据等。
Landsat数据是目前应用较广的数据。
1972年Landsat1发射后，MSS数据便开始被用于水质研究中。
如解亚龙等用MSS数据对滇池悬浮物污染丰度进行了研究，明确了遥感数据与悬浮物浓度的关系；张海林等用MSS和TM数据建立了内陆水体的水质模型；Anne等人用TM和ETM+数据对芬兰的海岸水体进行了研究。
SPOT地球观测卫星系统，较陆地卫星最大的优势是最高空间分辨率达10m。
SPOT数据应用于水质研究中，学者们也做了一些研究。
如可以利用SPOT数据来估算悬浮物质浓度和估计藻类生物参数。
AVHRR（高级甚高分辨率辐射计）是装载在NOAA列卫星上的传感器，每天都可以提供可见光图像和两幅热红外图像，在水质监测等许多领域广泛应用，如1986年，国家海洋局第二海洋研究所用NOAA数据对杭州湾悬浮固体浓度进行了研究。
1.2.2高光谱遥感数据
1.2.2.1成像光谱仪数据
成像光谱仪也称高光谱成像仪，实质上是将二维图像和地物光谱测量结合起来的图谱合一的遥感技术，其光谱分辨率高达纳米数量级。
国内外的学者主要利用的有：
美国的AVIRIS数据、加拿大的CASI数据、芬兰的AISA数据、中国的PHI数据以及OMIS数据、SEAWIFS数据等进行了水体水质遥感研究，对一些水质参数，如叶绿素浓度、悬浮物浓度、溶解性有机物作了估测。
1.2.2.2非成像光谱仪数据
非成像光谱仪主要指各种野外工作时用的地面光谱测量仪，地物的光谱反射率不以影像的形式记录，而以图形等非影像形式记录。
常见的有ASD野外光谱仪、便携式超光谱仪等。
如对我国太湖进行水质监测时，水面光谱测量就用了GRE-1500便携式超光谱仪，光谱的响应范围0.30~1.1um，共512个测量通道，主要将其中0.35~0.90um的316个通道的数据用于水质光谱分析。
并且非成像光谱仪与星载高光谱数据的结合，可望研究出具有一定适用性的水质参数反演模型。
1.2.3新型卫星遥感数据
新的卫星陆续升空为水质遥感监测提供了更高空间、时间和光谱分辨率的遥感数据。
如美国的LandsatETM+、EO--1ALI、MODIS，欧空局的EnvlsatMERIS等多光谱数据和美国的EO-1Hyperion高光谱数据。
Koponen用AISA数据模拟MERIS数据对芬兰南部的湖泊水质进行分类，结果表明分类精度和利用AISA数据几乎相同；Hanna等利用AISA数据模拟MODIS和MERIS数据来研究这两种数据在水质监测中的可用性时发现；MERIS以705nm为中心的波段9很适合用来估算叶绿素a的浓度，但是利用模拟的MODIS数据得到的算法精度并不高。
Sabine等把CASI数据和HyMap数据结合，对德国梅克莱堡州湖区水质进行了监测，为营养参数和叶绿素浓度的定量化建立了算法。
水体的遥感监测主要是以污染水与清洁水的反射光谱特征研究作为基础的。
总的看来，清洁水体反射率比较低，水体对光有较强的吸收性能，而较强的分子散射性仅存在于光谱区较短的谱段上。
故在一般遥感影像上，水体表现为暗色色调，在红外谱段上尤其明显。
为了进行水质监测，可以采用以水体光谱特性和水色为指标的遥感技术。
海洋石油污染和向海洋倾倒废弃物是海洋环境恶化的重要原因。
全世界每年排入海洋的石油及其制品多达1000多万吨，这对海洋生态所造成的灾害性影响是无法估量的。
人海河流把沿岸农田的化学肥料、城市中的生活废水和工业污水不断排人海洋，使海洋污染范围不断扩展，生态环境恶化，环境质量下降。
应用遥感卫星，特别是海洋遥感卫星，可以在大范围内对石油污染和化学污染进行搜索，还可以估算出污染的范围及其扩散情况，从而为海洋环保部门提供了必需的数据和资料。
2国内外研究进展
2.1环境污染遥感监测指标研究进展
遥感技术在我国资源、林业、农业、水利等部门已有广泛的应用，为国家社会经济发展作出了巨大贡献。
同时也完成了大量的基础研究工作，建立了中国典型地物的波谱数据库和资源遥感调查技术规范。
在环境保护中的遥感技术应用在我国开展较晚，但经过广大科研人员的奋发努力，在条件十分有限的情况下，在大气环境、水环境、生态环境等众多领域开展了多方面的研究探索工作，并取得了较大成果。
在大气遥感监测方面，我国重点开展了四个方面的工作：
一是利用遥感技术监测大气污染与污染源，如辽宁省环保所应用红外扫描仪对抚顺露天煤矿进行了监测，分析了矿坑上空逆温层的形成与大气污染物扩散的关系，搞清了矿坑内产生污染的条件，为露天矿场的污染防治和环境污染预报提供了科学依据；中国环境科学研究院在太原市进行了以大气污染为目标的遥感监测；北京市环境保护科学研究院曾对规划市区的烟囱高度、分布进行了航空遥感分析。
二是通过遥感图像上植物的季相节律变化和遭受污染后的反应差异，以植物对污染的指示性反演大气污染，如确定大气污染的范围、程度和扩散变化，如进行津渤环境遥感试验时曾利用遥感图像上呈现的树冠影像的色调和大小差异，圈定了二氧化硫和酸气、氟化氢等典型污染场。
三是以地面采样的分析结果作参照量，与遥感图像相结合进行相关分析，如进行津渤环境遥感试验时，曾采集树木叶片测定其含硫、含氯量，以及树皮的PH值，分析二氧化硫、氯气、酸雾的污染。
四是利用飞机携带大气监测仪器，在污染地区上空分层采样，然后进行数据处理分析，如天津、太原曾用这一方法监测了大气气溶胶、飘尘、二氧化硫的时空分布特征和运移规律。
在水污染的监测方面，我国先后对海河、渤海湾、蓟运河、大连湾、长春南湖、于桥水库、珠江、苏南大运河、滇池等大型水体进行了遥感监测，研究了有机污染、油污染、富营养化等；利用水体叶绿素与富营养化间的关系研究了滇池水体污染与富营养化状况；利用卫星遥感资料估算了渤海湾表层水体叶绿素的含量，建立了叶绿素含量与海水光谱反射率之间的相关模式，定量地划分了有机污染区域；利用水体热污染原理先后对湘江、大连湾、海河、闽江、黄浦江等进行了红外遥感监测。
在固体废弃物的监测方面，利用遥感技术对我国多个城市的工业废渣和生活垃圾及堆放地与污染状况进行了监测，如中国环境科学研究院在“八·五”期间采用遥感方法对北京市的垃圾堆放场作了监测研究。
在生态应用方面，进行了多方面的工作。
如较早进行的津渤环境遥感试验中，曾对天津市区土壤中某些重金属的污染状况做了监测、分析；此后不少城市利用遥感技术开展了城市热岛效应与生态环境研究，如天津市、酒泉市、昆明市等都进行了多级多时相的城市遥感监测研究。
此外，我国在湿地监测、森林调查、草原监测，流域治理等各个方面都采用了先进的卫星遥感技术，完成的重大课题有资源环境动态遥感与模型分析试验研究、再生资源遥感研究、国家资源环境遥感宏观调查与动态监测研究等。
二、环境保护卫星遥感需求分析监测是环境管理的重要手段之一，连续监测、定时监测和严格的管理相结合，才能准确地反映环境质量状况，才能有针对性地加强监督管理。
2.2发展趋势
2.2.1建立遥感监测技术体系。
研究利用新型遥感数据进行水质定量监测的关键技术与方法，形成一个标准化的水安全定量遥感监测技术体系，针对不同类型的内陆水体，建立多种水质参数反演算法，实现实验遥感和定量遥感的跨跃，从中获得原始创新性的成果。
2.2.2加强水质遥感基础研究
加深对遥感机理的认识，特别是水质对表层水体的光学和热量特征的影响机理上，以进一步发展基于物理的模型，把水质参数更好的和遥感器获得的光学测量值联系起来；加深目视解译和数字图象处理的研究，提高遥感影象的解译精度；增强高光谱遥感的研究，完善航空成像光谱仪数据处理技术。
2.2.3开展微波波段对水质的遥感监测
常规水质遥感监测波段范围多数选择在可见光或近红外，尤其是缺乏微波波段表面水质的研究情况。
将微波波段与可见光或近红外复合可提高对表面水质参数的反演能力。
2.2.4拓宽遥感水质监测项
现阶段水质遥感局限于某些特定的水质参数，叶绿素、悬浮物及与之相关的水体透明度、浑浊度等参数，对可溶性有机物、COD等参数光谱特征和定量遥感监测研究较少，拓宽遥感监测项是今后的发展趋势之一。
应加强其他水质参数的光谱特征研究，以扩大水质参数的定量监测种类，进一步建立不同水质参数的光谱特征数据库。
2.2.5提高水质遥感监测精度
研究表明利用遥感进行水质参数反演，其反演精度、稳定度、空间可扩展性受遥感波段设置影响较大，利用星载高光谱数据进行水质参数反演，对其上百的波段宽度为10nm左右的连续波段与主要水质参数的波谱响应特性进行研究，确定水质参数诊断性波谱及波段组合，形成构造水质参数遥感模型和反演的核心技术，提高水质监测精度。
2.2.6扩展水质遥感监测模型空间
系统深入的研究水质组分的内在光学特性，利用高光谱数据和中、低分辨率多光谱数据进行水质遥感定量监测机理研究，进行水质组分的定量提取和组分间混合信息的剥离，消除水质组分间的相互干扰，建立不受时间和地域限制的水质参数反演算法，形成利用中内陆水体水质多光谱遥感监测方法和技术研究低分辨率遥感数据进行大范围、动态监测的遥感定量模型。
2.2.7改进统计分析技术
利用光谱分辨率较低的宽波段遥感数据得到的水质参数算法精度都不是很高，可以借鉴已在地质、生态等领域应用的混合光谱分解技术，人工神经网络分类技术等，充分挖掘水质信息，建立不受时间和地域限制的水质参数反演算法，提高遥感定量监测精度。
2.2.8综合利用“3S”技术
利用遥感技术视域广，信息更新快的特点，实时、快速地提取大面积流域及其周边地区的水环境信息及各种变化参数；GPS为所获取的空间目标及属性信息提供实时、快速的空间定位，实现空间与地面实测数据的对应关系；GIS完成庞大的水资源环境信息存储、管理和分析。
将“3S”技术在水质遥感监测中综合应用，建立水质遥感监测和评价系统，实现水环境质量信息的准确、动态快速发布，推动国家水安全预警系统建设。
3研究趋势
遥感技术问世30多年来，以应用为导向，技术方法与手段日臻完善，应用深度和广度也在不断拓展。
一系列新构思、新理论、新技术和新工艺的发展，如光谱信息的成像化、雷达成像的多极化、光学探测的多向化、地学分析的智能化、环境研究的动态化以及资源研究的定量化，都极大地促进了遥感由定性向定量、由静态研究向动态研究的方向发展，明显地提高了遥感的实时性和运行性。
遥感技术正在向“多尺度、多频率、全天候、高精度、高效快速”的目标发展。
4结语
遥感监测的项目增多、分辨率提高、解译性能增强,逐渐占据环境监测网络的重要地位。
为了发挥遥感技术在环境保护领域中的作用结合国内外遥感技术发展的实际情况,深化环境遥感方面的应用研究十分必要。
为了提高我国环境保护的科技水平,使我国的环境监测和保护水平再上一个新的台阶,环境保护总的环境遥感需求是:
利用卫星遥感技术。
随着卫星遥感技术的发展和人们对环境保护的重视,卫星遥感将在环境保护领域中发挥更大的作用。
希望卫星遥感在中国环境监测方面尽早步入实现化、业务化阶段,为中国的环境保护工作发挥作用。
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