水体污染卫星遥感监测探讨

【摘要】本文主要介绍了水体污染卫星遥感监测的主要内容，着重介绍了卫星遥感技术在水体油污染、水体悬浮物浓度、水体富营养化以及城区污水等监测方面的应用，并阐述了水体污染卫星遥感监测的主要方法，以期对我国水体污染的监测及控制有所裨益。

【关键词】水体污染；卫星遥感技术；监测

中图分类号:X703

1.前言

近年来，市场经济飞速发展的同时环境污染问题也日益突出，水体污染是造成生态环境日益恶化的主要原因。水体污染监测作为水体污染有效控制以及管理的重要手段，在遏制生态环境恶化方面有着不可替代的作用，其为水体的污染提供准确、可靠的监测数据，为污染处理措施的制定提供指导。然而依靠传统的监测技术手段以及现有的监测站台已无法满足日益恶化的水域污染的监测要求。卫星遥感技术主要是利用物体辐射或者反射的电磁波的特性，不直接接触物体、远距离测量并分析对象物体的性质的技术。运用卫星遥感技术对水体污染进行监测可以看到与清洁水体不同的光谱特征，遥感器捕获这些光谱特征，并将其清晰地体现在遥感图像中，通过分析、处理图像呈现的数据来达到监测的目的。

2.卫星遥感监测的主要内容

2.1水体油污染的遥感监测

港口及海上的水体遭受石油、汽油、柴油等污染是水体污染中较为常见的一种污染。水体油污染在可见光、近红外光、紫外光以及微波图像上一般呈现的是浅色调的不轨斑块，在热红外图像上则呈现的是深色调的不规则斑块。卫星遥感监测水体油污染不仅可以对所发送的数据进行KL变换、HIS变换以及对数变换，还可对变换后的数据进行图像分类及密度分割，使其能够更好地识别及区分水体污染。在对卫星遥感数据进行处理后，结合对水域油污染的污染源以及污染变化趋势研究的结果，应用GIS技术来建立水体油污染预谱遥感系统。通过卫星遥感技术监测到的数据来判断污染区的范围以及污染油的含量，并追踪污染源，并采取相应的措施对污染进行控制。

2.2水体悬浮物浓度的遥感监测

悬浮物微粒在进入到水体后，能对水中的光进行反射及散射，以此增大水体的反射率。浓度不同的水体在卫星遥感监测图像中所呈现的光谱衰减特性是不同的，当水体中泥沙浑浊度增大以及悬浮颗粒增多时，水对光的反射率会不断增高。悬浮颗粒在彩色红外片上呈现的是灰白、淡蓝色调，而在MSS5图像上一般呈现浅色调，清水与浑浊水流的交界处会呈现出羽状的水舌。当前，很多海域、水域都利用卫星遥感监测技术对不同浓度的悬浮物所反射的光谱特性进行遥感定量分析，以此判断悬浮物的浓度、含量。

2.3水体富营养化的遥感监测

当富含氮、磷等营养物质的工业废水或者是生活废水进入到流域或者海域后，会导致水体呈富营养化方向发展，藻类植物大量繁殖，不断消耗水体中的溶解氧使水中的鱼类因缺氧而窒息，甚至是死亡。水体中的NO2-、NO3-等有害的氮氧离子会通过食物链进入到人体中，对人类的生命健康造成严重危害。由于藻类等浮游植物体内具有较多的叶绿素，叶绿素会对近红外光及可见光的波段产生“陡坡效应”，使富营养化、浮游生物多的水体所呈现的光谱特征与清洁水体有所不同。在彩红外图像上，富营养化或浮游生物多的水体一般呈现出紫红色或者是红褐色。人们可以利用水体的监测资料及TM数据来建立水体的营养状态指数与TNIS波段图像灰度间的线性模型，以此实时观测水体的营养状态。

2.4城区内河水污染的遥感监测

城区内每天会排出大量的生活污水以及工业废水，污水及废水中一般都会带有大量的有机物，这些有机物会不断分解及消耗水中的氧气，使得水体发黑、发臭，严重破坏城区周围的空气环境，影响城区居民的生活质量。城区河水中的污染情况能在遥感彩红外图象上清晰地显现出来。卫星遥感技术不仅可以实时观察河水中污染物运动的情况，还可以根据水中的浮游植物以及悬浮物的位置变化来追踪污染源，有助于污染控制措施的制定及选择。

3.卫星遥感光谱监测方法

3.1水体光谱测量仪器的选择

水体的反射普遍会低于陆地目标的反射，基于此，在对水体光谱进行监测时必须要提高测量仪器的辐射分辨率以及信噪比，仪器对于水体微小的光谱反射比的变化识别对水体污染监测非常重要。安徽光机所研制的VF921型地物光谱仪是目前较为先进的用于测量地面物体光谱的仪器，该仪器主要是采用256元线阵 CCD作为探测器，光谱的分辨率为6nm，波长的测量范围为400-1100nm，其测量的灵敏度较高。该仪器可连续工作达3小时，存储的曲线达到496条，其配置有相应的接口，可以与PC机实时连接传输数据。在测量时主要是采取提高增益的方法来监测较小辐射度的变化，通过增加积分时间来实现信噪比的增加。

3.2地面波谱的测量方法

为了排除大气与太阳对测量波谱的影响，在地面对水体进行测量时必须要测量水体的二向反射比因子，即在相同的观测以及照射条件下测量完全反射漫射体反射的辐亮度以及水体反射的辐亮度，求出二者之间的比值。

在实际的测量工作中，主要是采用反射参考板作为完全反射漫射体。首先，在相同观测以及照射条件下用波谱测量仪分别测出完全反射漫射体反射的辐亮度及水体反射的辐亮度。其次，计算完全反射漫射体反射的辐亮度与水体反射的辐亮度的比值。最后，根据波谱测量仪入射辐亮值与输出信号值之间的线性关系来计算地面波谱。

3.3光谱测量仪器的定标

传感器的定标是确保测量数据可靠、准确的重要内容，在对地面的光谱进行测量的前后，必须要对光谱测量仪器进行严格的辐射定标及光谱定标。

3.4卫星、水质、地面监测同步进行

在开展地面监测的同时，要保持卫星、水质监测同步进行，获取水域水体污染的卫星遥感检测数据、对水域进行生活污水、工业废水以及富营养化水体的高分辨率的地面波谱测量数据以及取样分析水体中的SS、COD、油、叶绿素以及氮、磷含量数据，建立波谱特征与污染指标之间的线性关系。全方位，多角度的测量能补偿各测量数据的不足，如通过地面测量获取的大气参数，能够补偿大气对卫星数据的影响,结合污染水体的波谱特征数据,确定卫星遥感监测水体污染物等。

3.5建立卫星遥感监测数据库

对污染水体的卫星遥感监测数据、地面水体光谱特征测量数据以及水质分析数据信息分析与处理结果建成数据库，传输到计算机信息网络中，构成有机的信息网络系统，以便资源共享，为水体污染监测提供经验。

4.结束语

卫星遥感技术应用于水体污染监测取得良好的成效，其利用自身所具有的优势为水体污染提供可靠、全面、准确的数据，为防止水体污染措施的制定提供指导。近年来，传感器技术的飞速发展，为卫星遥感技术在水体污染监测中的应用奠定有力基础。综上，卫星遥感技术在水体污染监测内容主要包括对水体油污染、水体悬浮物污染、水体富营养化污染以及城区河水污染的监测，在监测的过程中要注重光谱测量仪器的选择及定标，并对所监测的数据进行分析汇总，使其组成数据库，便于分析及调整。

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收稿日期:2012年1月4日

姓名： 李慕尧1985 -9 -24男, 本科, 环境工程, 环境监测