遥感监测

&ldquo 通过长期遥感监测，我们发现，在秋冬交际的10月份是极易发生灰霾的季节，京津冀以及安徽、东北等地都有灰霾出现。&rdquo 在日前召开的环境空气质量遥 感监测技术研讨会上，环境保护部卫星环境应用中心研究员厉青表示，遥感监测不仅可以监测灰霾，还可以研究各地灰霾的动态发展规律。 　　当前，我国大气污染形势严峻、重污染天频发，环境空气质量遥感监测得到了各级环境监管部门的高度重视和广泛参与。为及时交流遥感监测技术的新进 展，提高空气质量天地一体化监测预警能力与水平，由环境保护部监测司指导，环境保护部卫星环境应用中心主办、中科宇图天下科技有限公司承办的环境空气质量 遥感监测技术研讨会在北京举办，研讨会对遥感监测的技术前沿、监测方法、应用情况、能力建设等进行研讨与交流。 　　中国环境监测总站、中国环境科学院、环境保护部卫星环境应用中心等环境保护部直属单位、全国将近20个省级和40个市级环境监测中心站参加了此次研讨会。 　　记者了解到，遥感监测如今不仅在&ldquo 特殊时期&rdquo 发挥作用，而且已经成为全国环境监测的&ldquo 常规军&rdquo ，在秸秆焚烧、沙尘预警预测、颗粒物监测、雾霾监测方面都发挥了积极作用。目前，已有地方实践将卫星遥感监测与地面监测相配合，形成了立体化的环境监测网络。 　　■满足多种环境监测需求 实现污染物趋势判断 　　可以对颗粒物浓度、污染气体、秸秆焚烧、沙尘等环境要素进行监测，长时间序列的动态监测有助于灰霾的预警预测 　　研讨会上，与会专家无不流露出一致的观点，即卫星遥感技术可以在城市环境质量监测、大气污染防治、大气污染监管、全球气候变化监测方面发挥巨大作用。 　　近两年，雾霾已成为各地面临的共同难题，也成为各级环保部门监测的重点。现实情况是，仅靠地面监测已不能满足空气质量监测的需求，而遥感监测可以实现实时、大范围动态监测，获取区域大气污染物分布情况。 　　环境保护部卫星环境应用中心高级工程师王中挺介绍说，利用卫星遥感技术监测灰霾，相当于每一平方公里就能收集到一组监测数据，这样的监测密度是 普通地面监测站点不能覆盖的。不仅如此，遥感监测还可以实现气溶胶光学厚度（AOD）、颗粒物浓度（PM10、PM2.5），污染气体（SO2、NO2、 O3、CO等）柱浓度的监测，而这些都是雾霾形成的前体物，对于灰霾预测预警有着极大的作用。 　　江苏省环境监测中心副主任李旭文通过实验表明了遥感监测的作用，通过对11张江苏省太湖流域影像中区域能见度信息进行提取，并与30个地面空气 自动监测站采集的PM10和1个能见度自动监测站数据进行对比，结果发现，在稳定的天气系统和晴朗无云、少云条件下，卫星遥感与地面空气质量自动监测结果 有很好的一致性，&ldquo 说明遥感监测具有很高的业务化应用价值，遥感技术可以在区域灰霾问题的大尺度监测预警中发挥重要的作用。&rdquo 李旭文说。 　　&ldquo APEC期间区域大气环境遥感监测结果显示，与去年同期相比，京津冀及周边地区大气PM2.5浓度同步出现了不同程度的下降，各地空气质量都得到了明显改善，PM2.5日均浓度平均值降低了30%以上。&rdquo 北京市环境监测中心遥感室主任李令军介绍说。 　　除此之外，遥感监测在秸秆焚烧、扬尘、沙尘暴、大气环境污染事故等大气环境监管方面也大有可为。比如在秸秆焚烧监测上，环境保护部卫星环境应用 中心主任王桥介绍说，目前秸秆焚烧遥感监测已经形成业务化产品，每天都会对全国秸秆焚烧的数量、点位进行监测，从而形成秸秆焚烧的日报。根据卫星遥感监测 数据统计结果和各地报告的现场巡查检查结果总结的日报，将由环境保护部统一对外发布。 　　遥感监测除了发挥基本的监测、预警作用之外，通过长时间的遥感监测，还可以对长期的气候变化进行预测。比如以二氧化碳、甲烷、臭氧等遥感监测为 重点，对全球变化敏感区温室气体进行遥感监测，可以预测气候变化趋势。江苏省2005年~2010年平均臭氧柱浓度时空分析显示，全省臭氧表现出明显的纬 向分布特征，从北至南逐渐增加。从年际变化变化来看，臭氧的浓度有逐年增加的趋势。 　　■应用产品逐步升温 遥感数据可视化增强 　　卫星遥感监测应用系统和平台层出不穷，其自动生成图表、统计结果、监测报告等功能降低了技术门槛，提高了工作的便利性 　　随着卫星遥感监测的升温，相应的卫星遥感监测应用平台和模块也逐步得到应用和开发。 　　据李旭文介绍，江苏省环境遥感业务化平台在遥感监测业务中发挥了重要的作用。江苏的环境遥感业务化平台主要包括水环境遥感监测应用、大气环境遥 感监测应用和生态遥感监测应用。其中水环境遥感监测中针对监测太湖蓝藻开发的蓝藻水华自动解译系统和海量数据遥感管理平台，可以满足大量遥感影像数据的存 储和解译工作，自动将原始的遥感监测数据直接生成蓝藻遥感监测数据报告，完全不需要人工干预，大大提升了工作效能。 　　而针对灰霾开发的灰霾遥感监测软件则可以实时监测整个江苏省的灰霾指数，有助于宏观地、大范围地反映灰霾发生面积和严重程度。 　　中科宇图环境质量研究院副院长谢涛则介绍了中科宇图推出的卫星遥感监测系统。 　　据了解，系统具有数据获取的功能，可以实现数据自动和半自动批量下载，减少用户重复操作，提高了工作效率。系统在数据下载完毕后，可实现大气颗粒物、秸秆焚烧、沙尘的自动化监测，无须人工干预，降低了系统使用的技术门槛。 　　记者了解到，数据产品有多种呈现方式，系统可自动生成空气质量遥感监测数据的统计制图及监测报告。针对某种环境要素，用户可以选择柱状专题图、 空间柱状分析图（可以统计环境要素分布的最大值、最小值、平均值、标准差），或者根据地理要素进行输出，也就是在地图上用颜色表示浓度变化。除此之外，用 户还可以选择动态播放污染物浓度的空间分布。 　　为了便于直观理解，系统还实现了在线监测数据（点）、遥感监测数据（面）、激光雷达监测数据（垂直）的三维直观展示，使得枯燥的数据可视化，满足了专业人士和普通人双重需求。 　　&ldquo 相比于传统站点监测，系统可以获取颗粒物和污染气体浓度的区域分布，掌握污染物在空间上和时间上的分布趋势和规律，为区域大气联防联控提供支持。&rdquo 谢涛说。 　　■加强环境分区管理 构建遥感监测网络 　　卫星遥感技术的进一步应用将会打破行政区划，强化区域管理与合作，进而构建大气环境监测网络 　　在谈到卫星遥感技术如何在大气环境监测中进一步发挥作用时，与会专家不约而同地强调了大气环境区域管理的重要性。 　　中国工程院院士郝吉明表示，要发挥卫星遥感监测大范围、大区域的监测作用，未来的环境管理应当转变为以质量改善为核心的环境管理模式，大气环境管理应打破行政边界的限制，进行科学大气环境管理分区，比如将我国东部污染较重且传输活跃的省份统一纳入一个分区。 　　他认为，未来以区域进行联防联控应该成为常态，APEC期间经过6省市的联防联控，PM2.5日均浓度值下降30%以上，硫酸盐下降50%左右，有机物、硝酸盐也有大幅下降，减排效果明显。 　　厉青也从目前一项关于&ldquo 中东部地区卫星关键技术研究&rdquo 中，提出分区管理监控的理念。&ldquo 我国中东部是一个非常大的区域，但各地区气溶胶分布不同，成分也不一样，有的以硫酸盐为主，有的以硝酸盐为主，所以对中东部地区进行合理分类，是遥感监测技术进一步发挥作用的关键。&rdquo 　　除此之外，遥感数据与地面监测数据结合，形成立体化监测数据，也成为未来遥感监测研究的方向。谢涛提出，未来将要研究多源数据实时同化技术，也就是说把不同来源、不同分辨率、直接和间接的观测数据与模型模拟结果集成具有时间一致性、空间一致性和物理一致性的数据集。 　　中科宇图环境研究院院长刘锐则进一步提出建立大气环境遥感监测系统。他认为未来应大力发展我国的大气环境遥感监测技术，并充分利用现有的环境监测网点和常规监测方法，采用遥感技术与地面监测相结合的方法，建立我国的大气环境遥感监测系统。 　　厉青也补充到，未来应在区域协作的基础上加强灰霾颗粒物监测能力，各地打破行政区划积极推进合作，形成区域甚至全国的灰霾颗粒物监测网络。

p 　　随着我国经济的发展，环境污染也日益严重，环境监测作为环境污染的重要手段，可以发挥直观重要作用，随着航空遥感和卫星遥感技术的发展，遥感技术也被广泛地应用在大气、水质、固体污染监测等方面，比传统的环境监测技术具备了许多优势。本文对环境遥感监测技术进行了分析，并对遥感技术在环境各方面的应用进行了深入的探讨。 /p p 　　 strong 一、前 言 /strong /p p 　　目前我国的环境污染和生态破坏问题依然严重，主要表现在森林和草地生态功能退化、植被覆盖率降低、水生态系统失调、荒漠化速度加快、生物多样化骤减、水土流失严重等问题。环境管理和污染控制的主要手段之一即为环境监测，其对于环境治理有着不可比拟的重要性。但是，我国幅员辽阔，导致地面环境监测网点分布不集中，仅依靠传统的环境监测技术及监测台站无法准确及时的做出环境质量报告和污染预报。为了满足生态系统和人体健康应对日益恶化的环境的需求，环境监测技术需要进行快速准确的优化改进。由此，遥感技术逐渐被应用在环境监测当中。 /p p 　　 strong 二、环境遥感监测技术 /strong /p p 　　遥感技术从20世纪60年代发展起来的对地观测综合技术，具体是指基于电磁波和地球表面物质的相互作用，对地球的资源和环境进行探测与分析，以此揭示地球表面各要素的空间分布特征和时空变化规律。可以利用遥感探测仪器，在不和探测目标直接进行接触的情况下，记录目标物体的电磁波谱，从而对目标物体进行分析，不仅可以对大面积进行同步观测，还能够在短时间内对同一区域进行动态的重复监测，具有综合性、可比性和经济型。 /p p 　　当前此技术已经被广泛地用于环境监测、自然资源动态监测、城市规划等各个领域，仍旧以多空间分辨率、多时相遥感图像等优势帮助人们分析环境自然资源等的时空变化规律，推动着人类和谐进步和发展。 /p p 　　遥感技术在环境中的发展非常迅速，可以测出水体的叶绿色含量、泥沙含量、水色和水温，还能够监测到大气中污染气体浓度分布，以及固体废弃物的分布、堆放情况和影响范围。除此以外，还能够追踪调查环境污染现象，并对污染源、扩散程度、分布面积进行预报，对污染损失进行估算。全球环境的问题也在不断加剧，遥感技术具备的全球覆盖、快速、信息量大等优势使其成为当前有效的环境监测手段。 /p p 　　环境遥感监测技术根据可利用的波段分为可见光、反射红外遥感技术和热红外遥感技术、微波遥感技术。 /p p 　　 strong 1、可见光、反射红外遥感技术 /strong /p p 　　此技术的原理是基于每个物体的反射率的差异性，通过记录地球表面对太阳辐射能的反射辐射能，来获取目标物体的信息，关键变量是大气的纯洁度、地物波谱特性和太阳辐射强度。因此这类技术通常用于检测各种污染，目前发展已经成熟。 /p p 　　 strong 2、热红外遥感技术 /strong /p p 　　热红外遥感技术原理是一切物体辐射和其自身的温度及种类是相对应的电磁波，针对的是地面电磁波的辐射源，主要探测其辐射性能，包括发射率和温度。此技术可以在短时间内对大面积地表的温度的分布情况进行重复观测。 /p p 　　 strong 3、微波遥感技术 /strong /p p 　　微波遥感不仅具备全天候和全天时的观测能力，还具有信号丰富、包含幅度相位极化等信息的特点，且对地球覆盖层的穿透力也较强。微波在传播过程中，由于传播介质的不稳定使目标预期会产生反射、散射、投射等现象，因此该技术基于经验建立公式或模型，使信号和目标物体能够有一个严格的对应关系，从而可以推导出相应的运动特性和物理特性，提高辨认和识别目标的能力。 /p p 　　 strong 三、遥感技术在环境各方面的应用 /strong /p p 　　 strong 1、水环境中的应用 /strong /p p 　　对水环境的遥感监测是基于污染水与清洁水的反射光谱特征分析，清洁水体的反射率要低于污染水的反射率，而在遥感影像中，水体表现为暗色色调，可以明显地在红外频谱段上表现出来，因此，可以将水体光谱特性和水色作为水质遥感监测的指标。海洋在地球表面占面积约为70%，海洋可以缓冲太阳辐射引起的大气自然温度变化，可以调整极端的气候变化。因此其中的污染也是需要重视的。目前对于海洋的污染观测主要是海水的颜色、表面温度、表面粗糙度和表面坡度。遥感技术对海洋监测体现在能够提供天气数据 实现长时间的重复探测 进行大面积的同步观测 能够探测到遥远区域的数据。通过遥感监测海洋表面温度而得到的数据可以通过绘制分析得到海洋的近况和风力强度。 /p p 　　 strong 2、大气监测中的应用 /strong /p p 　　大气遥感原理是大气中不同气体中有微量成分，尤其是大气污染的主要原因是气溶胶含量和各种有害气体无法被直接的遥感识别，而其中的微量成分有着固定的辐射和吸收光谱，因此可以通过测量这些成分的光谱而监测大气结构、状态以及变化。大气遥感监测主要是利用气象卫星对大气的温度及水蒸气进行定期的检测，主要的电磁波谱是近紫外线到红外线的范围和微波范围。大气遥感监测是一项高新技术，灵敏度和分辨度都较高，还具有多组分、实时和快速监测等特点。 /p p 　　 strong 3、土地和地面中的应用 /strong /p p 　　随着全球变化问题的不断严重，要求数据可以描述大范围土地的覆盖特性，因此，以人造卫星为基础的遥感技术可以依据多光谱扫描仪通过区分不同土地覆盖类型的光谱进行分类。地面发生污染后，污染区内的植物的光谱和正常区域内植物的光谱是有区别的，因此可以定期对地面的植物进行分辨。对于建筑物，可以基于其高反射率和形状的规则性进行检测。地面的遥感监测技术不仅可以可靠地对城市扩大的规模及速度进行跟踪，还能够对隔热性差的建筑物造成的热损失进行监测。 /p p 　　 strong 四、结 语 /strong /p p 　　综上所述，遥感技术在环境监测中的应用意义重大，也符合可持续发展战略的需求，在今后会随着高性能传感器研发水平的提高，以及对遥感数据精度要求的增加，会朝着高空间和高光谱分辨率的方向有所发展，也将会在环境检测中有更广泛的应用，也会更加有利于环境保护。 /p

&ldquo 尾气遥测，合格&rdquo ，随着车辆正常驶过，黄色和绿色的字体在黑屏幕上跳动，白色的遥感车旁，工作人员正记录着数据。北京市机动车排放管理中心副主任厉凛楠介绍，北京将加强整治机动车污染，增加遥感车的数量，在全市重要路段安装150套固定式遥感监测设备。 　　采用激光遥感监测技术检测机动车排放，是指利用遥感设备发出的部分光红外光和紫外光照射机动车尾气，对尾气中不同物质的吸收光谱进行分析，检测出一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳氢化合物(HC)、氮氧化物(NOX)的浓度。 　　目前，北京机动车保有量已达550余万辆，机动车排放的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物分别占空气污染总量的86%、32%、56%。PM2.5来源中，机动车排放占本地排放源的31.1%。 　　厉凛楠介绍，遥感车能够在不影响机动车正常行驶的情况下，对机动车的动态排放进行实时检测，具有检测速度快(0.7秒检测一辆车)、效率高、监测范围广、节省人力的特点，已在很多发达国家和地区采用。 　　&ldquo 遥感监测，填补了对上路行驶的机动车的监管空白&rdquo ，厉凛楠说。他指出，遥感检测车是执法的重要方式，为北京机动车排放监管增添了新手段，增加了执法检查的科技含量。 　　他介绍，数据将自动进入数据库，对于检测超标的车辆，将通过发送短信、书面信件等通知车主进行维修，罚款300元。他说，通过对大量监测数据的分析，评估机动车年检场尾气检测工作情况，可有针对地加强机动车检测场的管理 也可筛选出排放水平较高的机动车类型，加强对车辆的治理。 　　他介绍，目前北京各区县环保部门积极协调交管部门，在全市85个遥感监测点位开展执法检查，市环保局购置了19辆激光遥感检测车配发给全市各区县及亦庄经济开发区，在全国率先对上路行驶的机动车尾气排放实施大规模动态监测。 　　2014年前9个月里，北京市遥感监测597万余辆，处罚超标车4168辆。 　　&ldquo 将不断扩大应用范围&rdquo ，厉凛楠说。他称，在充分发挥现有移动式遥感监测车灵活特性的基础上，北京将补充20辆搭载新型汽柴一体化遥测设备的监测车，并在全市重要路段安装150套固定式遥感监测设备，&ldquo 搭建全市的遥感监测网络信息平台。&rdquo