遙感監(jiān)測技術(shù)

3.遙感監(jiān)測技術(shù)

遙感監(jiān)測技定義及特點

1、定義：遙感監(jiān)測就是用儀器對一段距離以外的目標(biāo)物或現(xiàn)象進行觀測，是一種不直接接觸目標(biāo)物或現(xiàn)象而能收集信息，對其進行識別、分析、判斷的更高自動化程度的監(jiān)測手段。2、特點：①不需要采樣而直接可以進行區(qū)域性的跟蹤測量②快速進行污染源的定點定位，③污染范圍的核定；④大氣生態(tài)效應(yīng)；⑤污染物在水體、大氣中的分布、擴散等變化。3、主要方法：①攝影②紅外③相關(guān)光譜④光雷達(dá)探測攝影遙感監(jiān)測技術(shù)

1、應(yīng)用范圍攝影機是一種遙感裝置，將其安裝在飛機、衛(wèi)星上對目標(biāo)物進行拍照攝影，可以對土地利用、植被、水體、大氣污染狀況等進行監(jiān)測。2、原理基于上述目標(biāo)物或現(xiàn)象對電磁波的反射特性有差異，用感光膠片感光記錄就會得到不同顏色或色調(diào)的照片。3、技術(shù)要求：必須采用影像移動補償技術(shù)，最簡單的方法是在曝光時移動膠片，使膠片與影像同步移動。還可以將照相攝影裝置設(shè)計成掃描系統(tǒng)，在系統(tǒng)中有一旋轉(zhuǎn)鏡面指向目標(biāo)物并接受其射來的電磁輻射能，將接收到的能量送給光電倍增管產(chǎn)生相應(yīng)的電脈沖，該信號再被調(diào)制成電子束，轉(zhuǎn)換成可被攝影膠片感光的發(fā)光點，從而得到掃描所及區(qū)域的影像。4、作用：用不同波長范圍的感光膠片-濾光鏡組成的多波段攝影系統(tǒng)，用不同鏡頭感應(yīng)不同波段的電磁波，可同時對同空間的同一目標(biāo)物進行拍攝，獲得一組遙感像片，借以判定不同種類的污染物。1、定義：紅外掃描技術(shù)系指采用一定的方式將接受到的監(jiān)測對象的紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號或其他形式的能量，然后加以測量，獲知紅外輻射能的波長和強度，借以判斷污染物種類及其含量。紅外掃描遙測技術(shù)

2、原理：當(dāng)熱紅外掃描儀的旋轉(zhuǎn)鏡頭對準(zhǔn)受檢目標(biāo)物表面掃描時，鏡面將傳來的輻射能反射聚焦在光敏元件上，光敏元件隨受照光量不同，引起阻值變化，從而導(dǎo)致傳導(dǎo)電流的變化。讓此電流流過具有恒定電阻的燈泡時，則燈泡發(fā)光明暗度隨電流大小變化，變化的光度又使照相膠片產(chǎn)生不同程度的曝光，這樣便可得到能反映被檢目標(biāo)物情況的影像。這種影像還可以通過陰極射線管的屏幕得以顯示，或進一步由計算機處理后以直方圖的圖象形式輸出。熱紅外掃描工作過程1、定義：相關(guān)光譜技術(shù)是基于物質(zhì)分子對特征光吸收的原理并輔以相關(guān)技術(shù)的遙測方法。在吸收光譜技術(shù)基礎(chǔ)上配合相關(guān)技術(shù)是為了排除測定中非受檢組分的干擾。這種技術(shù)采用的吸收光為紫外光和可見光，故可利用自然光做光源。

相關(guān)光譜遙測技術(shù)

2、測定過程：測定過程是：自然光源由上而下透過受檢大氣層后，使之相繼進入望遠(yuǎn)鏡和分光器，隨后穿過由一排狹縫組成的與待測氣體分子吸收光譜相匹配的相關(guān)器，則從相關(guān)器透射出的光之光譜圖正好相應(yīng)于受檢氣體分子的特征吸收光譜，加以測量后，便可推知其含量。相關(guān)器是根據(jù)某一特定污染物質(zhì)吸收光譜的某一吸收帶（如SO2選擇300nm左右），預(yù)先復(fù)制出的刻有一組狹縫的光譜型板，狹縫的寬度和間距與真實的吸收光譜波峰和波谷所在波長模擬對應(yīng)，這樣可從這組狹縫射出受檢物質(zhì)分子的吸收光譜。

相關(guān)器裝在一個可旋轉(zhuǎn)的盤上，通過旋轉(zhuǎn)將相關(guān)器兩組件之一輪換地插入光路，分別測定透過光。將這種儀器裝備在汽車或飛機上，即可大范圍遙測大氣污染物及其分布情況。也可以裝在煙囪里側(cè)，在其對面安裝一個人工光源，用以測定煙道氣中的污染物。光譜分析儀系統(tǒng)示意圖相關(guān)光譜技術(shù)的實用對象目前還只限于一氧化氮、二氧化氮和二氧化硫；如對它們同時進行連續(xù)測定時，在系統(tǒng)中需裝置三套相關(guān)器。監(jiān)測這三種污染組分的實際工作波長范圍是：SO2為250—310nm；NO為195—230nm；NO2為420—450nm。激光雷達(dá)遙測技術(shù)

1、定義：激光雷達(dá)遙測環(huán)境污染物質(zhì)是利用測定激光與監(jiān)測對象作用后發(fā)生散射、發(fā)射、吸收等現(xiàn)象來實現(xiàn)的

2、原理：將激光雷達(dá)裝置的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)由煙囪口冒出的煙氣，對發(fā)射后經(jīng)米氏散射折返并聚焦到光電倍增管窗口的激光作強度檢測，就可對煙氣中的煙塵量作出實時性遙測。當(dāng)射向大氣的激光束與氣態(tài)分子相遇時，則可能發(fā)生另外兩種分子散射作用而產(chǎn)生折返信號，一種是散射光頻率與入射光頻率相同的雷利散射，這種散射占絕大部分；另一種是約占1%以下的散射光頻率與入射光頻率相差很小的拉曼散射。3、應(yīng)用：可用于遙測大氣中SO2、NO、CO、CO2、H2S和CH4等污染組分。因為不同組分都有各自的特定拉曼散射光譜，借此可進行定性分析；拉曼散射光的強度又與相應(yīng)組分的濃度成正比，借此又可作定量分析。因為拉曼散射信號較弱，所以這種裝置只適用于近距離（數(shù)百米范圍內(nèi)）或高濃度污染物的監(jiān)測。

發(fā)射系統(tǒng)將波長為λ0（相應(yīng)頻率為f0）的激光脈沖發(fā)射出去，當(dāng)遇到各種污染組分時，則分別產(chǎn)生與這些氣體組分相對應(yīng)的拉曼頻移散射信號（f1、f2、…、fn）。這些信號連同無頻移的雷利和米氏散射信號（f0）一起返回發(fā)射點，經(jīng)接收望遠(yuǎn)鏡收集后，通過分光裝置分出各種頻率的返回光波，并用相應(yīng)的光電檢測器檢測，再經(jīng)電子及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)得到各種污染氣體組分的定性和定量監(jiān)測結(jié)果。3.1遙感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用水體遙感監(jiān)測的基本理論

1、遙感監(jiān)測參數(shù)：渾濁度、浮游植物、溶解性有機物、化學(xué)性水質(zhì)指標(biāo)。2、主要機理：被污染水體具有獨特的有別于清潔水體的光譜特征，這些光譜特征體現(xiàn)在其對特定波長的光的吸收或反射，而且這些光譜特征能夠為遙感器所捕獲并在遙感圖象中體現(xiàn)出來。如當(dāng)水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化時，浮游植物中的葉綠素對近紅外波段具有明顯的“陡坡效應(yīng)”，故而這類水體兼有水體和植物的光譜特征，即在可見光波段反射率低，在近紅外波段反射率卻明顯升高。3、遙感監(jiān)測過程：根據(jù)水質(zhì)參數(shù)選擇遙感數(shù)據(jù)，并獲得同期內(nèi)的地面監(jiān)測的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)?，F(xiàn)今廣泛使用的遙感圖象波段較寬，所反映的往往是綜合信息，加之太陽光、大氣等因素的影響，遙感信息表現(xiàn)的不甚明顯，要對遙感數(shù)據(jù)進行一系列校正和轉(zhuǎn)換將原始數(shù)字圖像格式轉(zhuǎn)換為輻射值或反射率值。然后根據(jù)經(jīng)驗選擇不同波段或波段組合的數(shù)據(jù)與同步觀測的地面數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，再經(jīng)檢驗得到最后滿意的模型方程。水體遙感監(jiān)測的應(yīng)用

水質(zhì)遙感存在的問題與發(fā)展趨勢1、存在的問題：①多數(shù)限定于定性研究，或進行已有的航空和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)分析，卻很少進行定量分析。②監(jiān)測精度不高，各種算法以經(jīng)驗、半經(jīng)驗方法為主。③算法具有局部性、地方性和季節(jié)性，適用性、可移植性差。④監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)少，主要集中在懸浮沉積物、葉綠素和透明度、渾濁度等參數(shù)。⑤遙感水質(zhì)監(jiān)測的波段范圍小，多集中于可見光和近紅外波段范圍，而且光譜分辨率大小不等，尤其是缺乏微波波段表面水質(zhì)的研究。

2、發(fā)展趨勢①建立遙感監(jiān)測技術(shù)體系②加強水質(zhì)遙感基礎(chǔ)研究③開展微波波段對水質(zhì)的遙感監(jiān)測④拓寬遙感水質(zhì)監(jiān)測項⑤提高水質(zhì)遙感監(jiān)測精度⑥擴展水質(zhì)遙感監(jiān)測模型空間⑦改進統(tǒng)計分析技術(shù)⑧綜合利用“3S”技術(shù)。3.2遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用大氣遙感監(jiān)測概述1、基本原理：遙感監(jiān)測就是用儀器對一段距離以外的目標(biāo)物或現(xiàn)象進行觀測,是一種不直接接觸目標(biāo)物或現(xiàn)象而能收集信息,對其進行識別、分析、判斷的更高自動化程度的監(jiān)測手段。2、特點：不需要采樣而直接可以進行區(qū)域性的跟蹤測量,快速進行污染源的定點定位,污染范圍的核定,污染物在大氣中的分布、擴散等,從而獲得全面的綜合信息3、技術(shù)類型：主要分為紫外、可見光、反射紅外遙感技術(shù);熱紅外遙感技術(shù)和微波遙感技術(shù)三種類型。大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

1、被動式遙感監(jiān)測主要依靠接收大氣自身所發(fā)射的紅外光波或微波等輻射而實現(xiàn)對大氣成分的探測;2、主動式遙感監(jiān)測是指由遙感探測儀器發(fā)出波束、次波束與大氣物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生回波,通過檢測這種回波而實現(xiàn)對大氣成分的探測。1、天基、空基遙感是以衛(wèi)星、宇宙飛機、飛機和高空氣球等為遙感平臺；2、地基遙感則是以地面為主要遙感平臺

分類分類遙感平臺的不同大氣環(huán)境遙感監(jiān)測技術(shù)在實際中的應(yīng)用

1、區(qū)域性大氣污染物的被動式空基遙感監(jiān)測：主要包括對臭氧層的監(jiān)測,對大氣氣溶膠和溫室氣體如CO2、甲烷(CH4)的監(jiān)測,對大氣主要污染物、大氣熱污染源等的監(jiān)測。2、對大氣污染事故的監(jiān)測：如對沙塵暴的監(jiān)測。沙塵暴是嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題,同時也是嚴(yán)重的大氣污染問題,它突發(fā)性強,危害巨大,當(dāng)沙塵暴發(fā)生時,大量沙塵粒子懸浮于空中并隨風(fēng)移動,對人畜及環(huán)境造成極大