遥感监测技术

3.遥感监测技术

遥感监测技定义及特点

1、定义：遥感监测就是用仪器对一段距离以外的目标物或现象进行观测，是一种不直接接触目标物或现象而能收集信息，对其进行识别、分析、判断的更高自动化程度的监测手段。2、特点：①不需要采样而直接可以进行区域性的跟踪测量②快速进行污染源的定点定位，③污染范围的核定；④大气生态效应；⑤污染物在水体、大气中的分布、扩散等变化。3、主要方法：①摄影②红外③相关光谱④光雷达探测摄影遥感监测技术

1、应用范围摄影机是一种遥感装置，将其安装在飞机、卫星上对目标物进行拍照摄影，可以对土地利用、植被、水体、大气污染状况等进行监测。2、原理基于上述目标物或现象对电磁波的反射特性有差异，用感光胶片感光记录就会得到不同颜色或色调的照片。3、技术要求：必须采用影像移动补偿技术，最简单的方法是在曝光时移动胶片，使胶片与影像同步移动。还可以将照相摄影装置设计成扫描系统，在系统中有一旋转镜面指向目标物并接受其射来的电磁辐射能，将接收到的能量送给光电倍增管产生相应的电脉冲，该信号再被调制成电子束，转换成可被摄影胶片感光的发光点，从而得到扫描所及区域的影像。4、作用：用不同波长范围的感光胶片-滤光镜组成的多波段摄影系统，用不同镜头感应不同波段的电磁波，可同时对同空间的同一目标物进行拍摄，获得一组遥感像片，借以判定不同种类的污染物。1、定义：红外扫描技术系指采用一定的方式将接受到的监测对象的红外辐射能转换成电信号或其他形式的能量，然后加以测量，获知红外辐射能的波长和强度，借以判断污染物种类及其含量。红外扫描遥测技术

2、原理：当热红外扫描仪的旋转镜头对准受检目标物表面扫描时，镜面将传来的辐射能反射聚焦在光敏元件上，光敏元件随受照光量不同，引起阻值变化，从而导致传导电流的变化。让此电流流过具有恒定电阻的灯泡时，则灯泡发光明暗度随电流大小变化，变化的光度又使照相胶片产生不同程度的曝光，这样便可得到能反映被检目标物情况的影像。这种影像还可以通过阴极射线管的屏幕得以显示，或进一步由计算机处理后以直方图的图象形式输出。热红外扫描工作过程1、定义：相关光谱技术是基于物质分子对特征光吸收的原理并辅以相关技术的遥测方法。在吸收光谱技术基础上配合相关技术是为了排除测定中非受检组分的干扰。这种技术采用的吸收光为紫外光和可见光，故可利用自然光做光源。

相关光谱遥测技术

2、测定过程：测定过程是：自然光源由上而下透过受检大气层后，使之相继进入望远镜和分光器，随后穿过由一排狭缝组成的与待测气体分子吸收光谱相匹配的相关器，则从相关器透射出的光之光谱图正好相应于受检气体分子的特征吸收光谱，加以测量后，便可推知其含量。相关器是根据某一特定污染物质吸收光谱的某一吸收带（如SO2选择300nm左右），预先复制出的刻有一组狭缝的光谱型板，狭缝的宽度和间距与真实的吸收光谱波峰和波谷所在波长模拟对应，这样可从这组狭缝射出受检物质分子的吸收光谱。

相关器装在一个可旋转的盘上，通过旋转将相关器两组件之一轮换地插入光路，分别测定透过光。将这种仪器装备在汽车或飞机上，即可大范围遥测大气污染物及其分布情况。也可以装在烟囱里侧，在其对面安装一个人工光源，用以测定烟道气中的污染物。光谱分析仪系统示意图相关光谱技术的实用对象目前还只限于一氧化氮、二氧化氮和二氧化硫；如对它们同时进行连续测定时，在系统中需装置三套相关器。监测这三种污染组分的实际工作波长范围是：SO2为250—310nm；NO为195—230nm；NO2为420—450nm。激光雷达遥测技术

1、定义：激光雷达遥测环境污染物质是利用测定激光与监测对象作用后发生散射、发射、吸收等现象来实现的

2、原理：将激光雷达装置的望远镜瞄准由烟囱口冒出的烟气，对发射后经米氏散射折返并聚焦到光电倍增管窗口的激光作强度检测，就可对烟气中的烟尘量作出实时性遥测。当射向大气的激光束与气态分子相遇时，则可能发生另外两种分子散射作用而产生折返信号，一种是散射光频率与入射光频率相同的雷利散射，这种散射占绝大部分；另一种是约占1%以下的散射光频率与入射光频率相差很小的拉曼散射。3、应用：可用于遥测大气中SO2、NO、CO、CO2、H2S和CH4等污染组分。因为不同组分都有各自的特定拉曼散射光谱，借此可进行定性分析；拉曼散射光的强度又与相应组分的浓度成正比，借此又可作定量分析。因为拉曼散射信号较弱，所以这种装置只适用于近距离（数百米范围内）或高浓度污染物的监测。

发射系统将波长为λ0（相应频率为f0）的激光脉冲发射出去，当遇到各种污染组分时，则分别产生与这些气体组分相对应的拉曼频移散射信号（f1、f2、…、fn）。这些信号连同无频移的雷利和米氏散射信号（f0）一起返回发射点，经接收望远镜收集后，通过分光装置分出各种频率的返回光波，并用相应的光电检测器检测，再经电子及数据处理系统得到各种污染气体组分的定性和定量监测结果。3.1遥感技术在水质监测中的应用水体遥感监测的基本理论

1、遥感监测参数：浑浊度、浮游植物、溶解性有机物、化学性水质指标。2、主要机理：被污染水体具有独特的有别于清洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在其对特定波长的光的吸收或反射，而且这些光谱特征能够为遥感器所捕获并在遥感图象中体现出来。如当水体出现富营养化时，浮游植物中的叶绿素对近红外波段具有明显的“陡坡效应”，故而这类水体兼有水体和植物的光谱特征，即在可见光波段反射率低，在近红外波段反射率却明显升高。3、遥感监测过程：根据水质参数选择遥感数据，并获得同期内的地面监测的水质分析数据。现今广泛使用的遥感图象波段较宽，所反映的往往是综合信息，加之太阳光、大气等因素的影响，遥感信息表现的不甚明显，要对遥感数据进行一系列校正和转换将原始数字图像格式转换为辐射值或反射率值。然后根据经验选择不同波段或波段组合的数据与同步观测的地面数据进行统计分析，再经检验得到最后满意的模型方程。水体遥感监测的应用

水质遥感存在的问题与发展趋势1、存在的问题：①多数限定于定性研究，或进行已有的航空和卫星遥感数据分析，却很少进行定量分析。②监测精度不高，各种算法以经验、半经验方法为主。③算法具有局部性、地方性和季节性，适用性、可移植性差。④监测的水质参数少，主要集中在悬浮沉积物、叶绿素和透明度、浑浊度等参数。⑤遥感水质监测的波段范围小，多集中于可见光和近红外波段范围，而且光谱分辨率大小不等，尤其是缺乏微波波段表面水质的研究。

2、发展趋势①建立遥感监测技术体系②加强水质遥感基础研究③开展微波波段对水质的遥感监测④拓宽遥感水质监测项⑤提高水质遥感监测精度⑥扩展水质遥感监测模型空间⑦改进统计分析技术⑧综合利用“3S”技术。3.2遥感技术在大气环境监测中的应用大气遥感监测概述1、基本原理：遥感监测就是用仪器对一段距离以外的目标物或现象进行观测,是一种不直接接触目标物或现象而能收集信息,对其进行识别、分析、判断的更高自动化程度的监测手段。2、特点：不需要采样而直接可以进行区域性的跟踪测量,快速进行污染源的定点定位,污染范围的核定,污染物在大气中的分布、扩散等,从而获得全面的综合信息3、技术类型：主要分为紫外、可见光、反射红外遥感技术;热红外遥感技术和微波遥感技术三种类型。大气环境遥感监测技术的应用

1、被动式遥感监测主要依靠接收大气自身所发射的红外光波或微波等辐射而实现对大气成分的探测;2、主动式遥感监测是指由遥感探测仪器发出波束、次波束与大气物质相互作用而产生回波,通过检测这种回波而实现对大气成分的探测。1、天基、空基遥感是以卫星、宇宙飞机、飞机和高空气球等为遥感平台；2、地基遥感则是以地面为主要遥感平台

分类分类遥感平台的不同大气环境遥感监测技术在实际中的应用

1、区域性大气污染物的被动式空基遥感监测：主要包括对臭氧层的监测,对大气气溶胶和温室气体如CO2、甲烷(CH4)的监测,对大气主要污染物、大气热污染源等的监测。2、对大气污染事故的监测：如对沙尘暴的监测。沙尘暴是严重的生态环境问题,同时也是严重的大气污染问题,它突发性强,危害巨大,当沙尘暴发生时,大量沙尘粒子悬浮于空中并随风移动,对人畜及环境造成极大