摘要：20世紀80年代以來，遙感信息技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用得到了長足發(fā)展。遙感信息技術(shù)導(dǎo)致環(huán)境保護領(lǐng)域的研究范圍、內(nèi)容和方法的重要變化，標志著環(huán)境信息獲取和處理方法的一場革命。
關(guān)鍵詞：遙感信息技術(shù) 環(huán)境保護 20世紀80年代以來，遙感信息技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用得到了長足發(fā)展。遙感信息技術(shù)導(dǎo)致環(huán)境保護領(lǐng)域的研究范圍、內(nèi)容和方法的重要變化，標志著環(huán)境信息獲取和處理方法的一場革命。
一、遙感信息技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展中的意義
遙感信息提供了全球或大區(qū)域精確定位的高頻度宏觀環(huán)境影像。它擴大了人們的視野，從可見光發(fā)展到紅外、微波等波譜范圍，加深了人們對生態(tài)環(huán)境的了解。在遙感與地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)了空間和時間轉(zhuǎn)移，在空間上由野外轉(zhuǎn)入室內(nèi)，在時間上從過去、現(xiàn)在的研究發(fā)展到三維空間上定量地預(yù)測未來。
遙感信息技術(shù)對環(huán)境科學(xué)的發(fā)展起了重要推動作用。遙感信息科學(xué)從理論、技術(shù)和方法上進一步將地球大氣圈、水圈、生物圈作為一個完整的、開放的、非線性的系統(tǒng)，以現(xiàn)代高新技術(shù)為手段，全面地、綜合地、系統(tǒng)地研究地球生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的各個要素及其相互關(guān)系，建立全球尺度上的關(guān)系和變化規(guī)律。針對全球環(huán)境問題，世界各國提出了一系列大型國際環(huán)境遙感信息合作計劃(有的已付諸實施)。這些計劃充分顯示了遙感信息科學(xué)在環(huán)境保護領(lǐng)域中的作用和地位。
利用遙感信息對環(huán)境進行監(jiān)測，獲取了生態(tài)環(huán)境變化的基本數(shù)據(jù)的圖面資料，提供了沙漠化進程、土地鹽漬化和水土流失、生態(tài)環(huán)境惡化(如酸雨對植被的污染)、工業(yè)廢水和生活污水對水體的污染、石油對海洋的污染等基本狀況和發(fā)展程度的數(shù)據(jù)和資料，為環(huán)境的管理與治理等科學(xué)決策提供了依據(jù)。
遙感信息技術(shù)為環(huán)境科學(xué)提供了全新的研究手段。它標志著信息獲取和分析處理方法等前沿、交*學(xué)科的興起，具有重要的意義。遙感信息技術(shù)的理論和方法在環(huán)境監(jiān)測、評估和環(huán)境災(zāi)害的調(diào)查以及在地理信息系統(tǒng)支持下的分析預(yù)測諸方面有著廣泛的應(yīng)用前景。
二、遙感信息技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用
遙感信息技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域的應(yīng)用尚處在起步階段，有些關(guān)鍵技術(shù)尚須突破，有些應(yīng)用還沒有達到實用化、產(chǎn)業(yè)化的目標。但現(xiàn)有的成果已充分顯示了遙感應(yīng)用的光明前景。
1.在大氣污染監(jiān)測中的應(yīng)用
(1)城市大氣污染監(jiān)測
依據(jù)航空遙感監(jiān)測資料所編繪的各類大氣污染源的分布圖，顯示了建成區(qū)工廠的煙囪和高能耗分布，而老建成區(qū)中的商業(yè)區(qū)、人口密集區(qū)和交通擁堵分布采用航空多光譜攝影手段，根據(jù)同一地物的不同光譜特性，進行計算機處理，可監(jiān)測大氣污染的主要污染物、顆粒大小及空間區(qū)域的分布。
(2)大氣污染物擴散規(guī)律的研究
遙感可觀測到大氣中氣溶膠類型及其含量分布、大氣微量氣體的鉛垂分布。根據(jù)對熱紅外掃描圖像的分析研究，可提出城市地面輻射溫度和城市“熱島”現(xiàn)象形成的關(guān)系。
2.在內(nèi)陸水體污染監(jiān)測中的應(yīng)用
應(yīng)用遙感手段，可以快速監(jiān)測出水體污染源的類型、位置分布以及水體污染的分布范圍等。排放區(qū)水溫一般高于自然水溫，用熱紅外遙感技術(shù)可以方便地探測。其溫度分辨率可達到0.2°C。各種工廠排入污水因所含物質(zhì)成分不同，導(dǎo)致污水的顏色也不同，可通過測定遙感圖像的密度來鑒別污染水體。確定這些污染水體往往采用色密度法，即通過常規(guī)方法對污染水體QU樣，建立不同水體污染類型和濃度以及與遙感圖像密度的相關(guān)關(guān)系。
3.在海洋污染監(jiān)測中的應(yīng)用
(1)利用紅外掃描儀監(jiān)視石油污染
利用紅外掃描儀(使用波段為7.5～14μm)在白晝和夜間拍攝地面和海面的熱圖像，可有效地監(jiān)視海面的石油污染。應(yīng)用紅外掃描儀可以測出輻射溫度的差值，可從熱圖像上顯示出海面的油污染及其分布情況。在熱圖像上計算出的厚油膜輻射溫度與水的輻射溫度差，要高于薄層油膜與水的輻射溫度差，以此可區(qū)分海面油膜的厚度。
(2)海洋污染監(jiān)測
水體中不同物質(zhì)在海洋水色的各波段影像中得到了不同程度的顯示。通過目視、光電方法解譯判讀，或以各種不同模式應(yīng)用計算機進行處理，可以獲得海面懸浮泥沙、浮游生物、可溶性有機物、海面油膜和其它污染物等海洋水色不同的信息。使用可見光遙感器(海岸帶水色掃描儀、熒光水色成像儀、多波段可見光掃描儀)、紅外遙感器(紅外輻射計、紅外掃描儀、熱像儀)、微波遙感器(微波輻射計、雷達)以及激光掃描儀等，可得到上述各種所需信息。
4.利用遙感信息技術(shù)分析城市生態(tài)與環(huán)境污染
(1)城市生態(tài)與環(huán)境污染
應(yīng)用衛(wèi)星或機載熱紅外圖像，通過圖像處理技術(shù)，可定期把熱污染的分布范圍和強度顯示出來。如武漢市1988年利用熱紅外遙感技術(shù)進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)城區(qū)熱源點多達185處，城市熱島中心則主要分布在漢口老城區(qū)。城市熱CHANG對生態(tài)環(huán)境的影響是造成老城區(qū)大氣污染程度加劇，大氣擴散受到抑制，生態(tài)環(huán)境惡化。環(huán)繞老城區(qū)的高溫熱異常帶，造成老城區(qū)內(nèi)大氣渾濁度增高與氧的平衡失調(diào)，在無風的盛夏季節(jié)尤為明顯，對人體的危害較大。
(2)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測
根據(jù)植被光譜反射率及其影像特征，利用諾阿衛(wèi)星掃描輻射計第1，2通道、陸地衛(wèi)星多光譜掃描儀(MSS)和主題繪圖儀(TM)的有關(guān)通道的圖像數(shù)據(jù)資料，可以獲QU許多植被信息資料，如植被覆蓋率、葉面積指數(shù)、植被類型等。植被指數(shù)在全球環(huán)境變化中具有很大的應(yīng)用價值，對氣候脆弱帶中局部地區(qū)氣候變化的監(jiān)測也有很大作用。采用多光譜有關(guān)數(shù)據(jù)及其生成的植被指數(shù)，經(jīng)圖像處理和定量分析，可以對全球各地區(qū)的植被和土地狀況進行分類，監(jiān)測土地沙漠化、森林砍伐、城市化等環(huán)境變化進程。
5.利用衛(wèi)星遙感信息技術(shù)開展環(huán)境災(zāi)害監(jiān)測
(1)赤潮分析
在我國，從渤海灣到南海，近幾年來，每年都有多次赤潮發(fā)生。1989年9月下旬，美國陸地衛(wèi)星TM圖像反映的渤海灣赤潮非常清晰。赤潮區(qū)的光譜特性是藻類生物體、泥沙和海水的復(fù)合光譜。含懸浮泥沙的海水，在光譜的黃紅波段范圍，具有很高的反射率，但到紅外波段后急劇下降。含赤潮生物海水，TM3波段數(shù)值比含泥沙海水稍低。在TM4波段下降平緩，到TM5波段才急劇下降，這是因赤潮物所含葉綠素A在紅光區(qū)的吸收作用和到0.69μm后的陡坡效應(yīng)所形成的。衛(wèi)星遙感可監(jiān)測某些赤潮發(fā)生的時間、地點和范圍，并根據(jù)水文氣象資料進行赤潮的實時速報。
(2)地質(zhì)環(huán)境災(zāi)害調(diào)查
用遙感技術(shù)調(diào)查與滑坡、泥石流有關(guān)的環(huán)境因素(如構(gòu)造部位、地層巖性、斷裂、含水帶、植被覆蓋、土地利用等)，推測滑坡、泥石流發(fā)育環(huán)境因素及產(chǎn)生條件，進行區(qū)域危險性分區(qū)及預(yù)測，可為防治地質(zhì)災(zāi)害提供依據(jù)。
6.衛(wèi)星遙感在全球環(huán)境監(jiān)測中的作用
全球環(huán)境變化監(jiān)測的一個重要問題是需要了解大氣層具有輻射和化學(xué)重要性的微量氣體在全球范圍的時空分布和變化趨勢，特別是CO2，CO，CH4，O3， N2O，NO2， NH3，(CH3)2S，H2S和SO2。用雨云系列衛(wèi)星搭載的被動式傳感器第一次獲得了溫度和H2O，CH4，HNO3的全球信息。1 978年發(fā)射的雨云7號上攜帶了TOMS(總臭氧量制圖光譜儀)，觀測了全球臭氧分布，在發(fā)現(xiàn)臭氧洞方面做出了貢獻，取得了與平流層中臭氧層的破壞有關(guān)的重要信息。當前，數(shù)值模式在全球變化研究中起著重要作用，測量結(jié)果的水平分辨率應(yīng)大致相當于所使用的數(shù)值模式的水平分辨率。
三、遙感信息技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域應(yīng)用的展望
根據(jù)遙感技術(shù)(RS)與地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)相結(jié)合的“3S”技術(shù)的發(fā)展趨勢，應(yīng)推動其系統(tǒng)技術(shù)整合，并進入電子信息網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)在國家有關(guān)部門支持下開展“3S”技術(shù)應(yīng)用研究，使“3S”技術(shù)在我國環(huán)境保護領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用。研究和應(yīng)用的重點應(yīng)該是開發(fā)集GPS， RS，GIS于一體、適合環(huán)境保護領(lǐng)域應(yīng)用的綜合多功能型的遙感信息技術(shù)。
1.為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展開展區(qū)域環(huán)境信息的管理分析
區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究是一個巨大的系統(tǒng)工程。它涉及的信息具有類型繁多、數(shù)據(jù)量大等特點。 GIS具有輸入、存貯、查詢、檢索、處理、分析、更新、輸出各種空間信息的能力，是綜合分析、評價和提供可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃決策的有效工具。因此，應(yīng)建立集GPS，RS，GIS于一體的可持續(xù)發(fā)展信息系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)，并做好信息的科學(xué)管理和分析工作，以確保信息傳輸順暢，達到信息共享的目的。
可持續(xù)發(fā)展信息系統(tǒng)與一般信息系統(tǒng)的主要區(qū)別在于，它特別關(guān)注全球和區(qū)域資源枯竭和環(huán)境惡化狀況。以“3S”為基礎(chǔ)的可持續(xù)發(fā)展信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)除了能及時獲得動態(tài)的信息外，還能充分利用存貯在各個部門的各種信息對區(qū)域環(huán)境、社會、經(jīng)濟進行綜合分析、系統(tǒng)仿真研究，為可持續(xù)發(fā)展與決策提供科學(xué)依據(jù)。
展望今后10年，新一代衛(wèi)星影像的分辨率將有大幅度提高。在專家系統(tǒng)支持下，計算機識別精度也將有明顯的改善，遙感與地理信息系統(tǒng)一體化已是可以看到的前景?！?S”系統(tǒng)集成技術(shù)將最終建成新型的地面三維信息和地理編碼影像的實時或準實時獲取與處理系統(tǒng)，形成快速、高精度的信息處理流程。這對遙感技術(shù)在環(huán)境保護領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展具有深遠的意義。
2.建立國家環(huán)境信息系統(tǒng)
國家環(huán)境信息系統(tǒng)的建立是遙感與地理信息系統(tǒng)技術(shù)實用化的必然結(jié)果。國家環(huán)境信息是國家的重要戰(zhàn)略資源，環(huán)境數(shù)據(jù)庫是國家環(huán)境信息建設(shè)的核心。20多年來，環(huán)境調(diào)查及其圖件、數(shù)據(jù)從不間斷。但是條塊分割、自成體系，且多為部門所有，很難在數(shù)據(jù)共享和在地理信息系統(tǒng)支持下進行環(huán)境定量化空間分析和綜合評價。因此，在統(tǒng)一規(guī)劃和統(tǒng)一規(guī)范標準的前提下，以部門和區(qū)域數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，建立分布式全國環(huán)境數(shù)據(jù)庫，是一項十分緊迫的任務(wù)。
國家環(huán)境信息系統(tǒng)是可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)支撐。我國正在推進加速通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，迫切需要在遙感技術(shù)支持下，對國家環(huán)境數(shù)據(jù)庫進行定期的準同步更新，并在地理信息系統(tǒng)支持下，建立基于大協(xié)調(diào)的全息反饋和綜合協(xié)調(diào)機制。“中國21世紀議程”的優(yōu)先項目中，需要建立40多個信息系統(tǒng)，以提高對資源與環(huán)境宏觀調(diào)控的能力，為我國經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、布局和趨勢作出預(yù)測，為環(huán)境管理、環(huán)境保護以及實現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟、社會的宏觀調(diào)控提供科學(xué)數(shù)據(jù)和決策支持。
“3S”技術(shù)集成，已列為我國“九五”科技發(fā)展的15個重中之重的攻關(guān)項目。在這種集成中， GPS主要用于實時、快速地提供目標的空間位置；RS用于實時、快速地提供大面積地表物體及其環(huán)境的幾何與物理信息及各種變化；GIS則是對多種來源時空數(shù)據(jù)進行綜合處理分析和應(yīng)用的平臺。
這種高技術(shù)的集成有多種方式：GPS與GIS的集成可用于環(huán)境動態(tài)監(jiān)測、自動駕駛、環(huán)境管理等方面；GPS與RS的集成可用于自動定時數(shù)據(jù)采集環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境災(zāi)害預(yù)測等方面；RS與GIS的集成可用于全球環(huán)境變化監(jiān)測、空間數(shù)據(jù)自動更新等。
對地觀測的“3S”集成系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是引入專家系統(tǒng)和現(xiàn)代通信技術(shù)，從而形成地理信息科學(xué)與工程。專家系統(tǒng)的引入將力求使數(shù)據(jù)采集、更新、分析和應(yīng)用更加自動化和智能化?，F(xiàn)代通信技術(shù)，尤其是正在興建的信息高速公路將為地理信息在環(huán)境保護各部門的傳播和應(yīng)用提供保證。
