地表水环境遥感监测关键技术分析

作者：张静林

来源：《决策探索·收藏天下（中旬刊）》 2020年第5期

文/张静林

摘要：地表水体环境的遥感监测，是指对地面上河流、沼泽、湖泊、水库等淡水资源的监测，通过地表水分布、水质、水量等参数的实时监测，可以准确把握水资源生态的恶化状况，并采取相应措施进行解决。文章主要探讨地球表面水体监测所使用的关键技术是卫星光学遥感技术、卫星雷达遥感技术、无人机低空遥感技术。

关键词：地表水环境；遥感监测；关键技术

卫星遥感技术、无人机低空遥感技术等，是对空间范围较大水资源进行动态监测的主要技术。这两种技术的投入成本低，水质监测方便及时，能够借助光谱有效穿透地表水体，对深层水的物质资源作出探测或发生作用，并将相应的监测结果经由大气传播回遥感器件之中，得到水体的污染状况信息。基于遥感技术原理开展不同空间地表水体的监测，将为生态环境建设与保护提供助力。

一、地表水环境遥感监测使用的关键技术

（一）卫星光学遥感技术

卫星光学遥感是利用太空发射的卫星，对地面某一区域的水体环境，进行红外波段遥感监测，以此获取到多光谱水体数据信息，通常包含水体指数监测技术、多波段光谱的监测技术和光谱匹配监测技术。

水体指数监测技术：该技术依据地表水环境在红外线光波、绿外线光波照射下所存在的光谱差异，以及近红外波段之间山脉、陆地植被反射率的特征，进行水体面积、水量、水质等信息的提取，通常适用于水源周围具有大量山脉、建筑物的空间地带。

多波段光谱的监测技术：多波段光谱对地表水环境的遥感监测，是通过分析采集到的不同波段多光谱遥感影像进行的。首先运用密度分割法，将多光谱遥感影像分割为多个组成部分，对不同组成部分波段亮度值的差作出运算，使水体环境、其他自然资源物质之间形成明显的区分。然后针对地表水环境多波段光谱在红外遥感监测过程中，反射率低的特征，达到水体多种数据信息识别与监测的目的。

光谱匹配监测技术：光谱匹配是将监测到的地表水体光谱，与已知的区域水质样本光谱、遥感指数信息进行比较分析，来获取到目标监测水体的不同波段数据信息。

（二）卫星雷达遥感技术

卫星雷达遥感对于云层、大雾等气象的穿透性较强，可以完成目标水域的全天候实时监测。在地表水资源空间范围较大情况下，水体本身具有较强的反射、散射与镜面特征，而卫星雷达的波长更长，其信号可以更自由地通过山脉、植被等干扰层，利用双向反射、后向散射等，收集到被遮挡水域的波频复用极化数据信息，并构建起多极化数据集。卫星雷达遥感技术与卫星光学遥感技术进行有效结合，可以实现水体水位、水量、水质等数据信息的更精确提取。

（三）无人机低空遥感技术

“无人机+遥感”技术的快速发展，为地表水体多种要素信息的监测提供帮助，具有低成本、低空云下作业、调度灵活、数据监测精度高的特征。相比于卫星雷达遥感技术、卫星光学遥感技术的高层远距离监测而言，无人机遥感技术通常采取低空监测法，经由地面控制系统的人工操作，贴近于水体表面进行水位、水量、水质等信息的监测，一般更适合小范围水体空间的环境要素监测。

当下无人机低空遥感系统中，主要搭载有多光谱成像仪、红外成像仪、激光雷达等仪器，可以通过红外线光波、绿外线光波照射，获取到区域水体的光谱数据信息，得到可见光谱、水体温度等的正射影像图。但是由于无人机重量较轻，飞行过程中容易受到环境气流影响，使得采集到的光谱图像发生畸变，导致无人机影像数据的采集出现错误，因此需要与卫星雷达遥感技术、卫星光学遥感技术等互相结合，才能实现某一水域地表水资源状况的准确监测。

二、地表水环境中水体面积、水位、水量和水质等多种参量的监测

由于某些水域地区自然地理环境、观测站等因素的制约，难以对水体面积、水位、水量作出实地检测，因而卫星测高成为近年来河湖水位监测的主要方式。如MODIS卫星图像、

Hydroweb卫星数据集等，都可以进行河流、湖泊和水库水位的实时监测，分析不同区域水储量的变化数据。同时由于水体受空间环境、季节等外部因素的影响较大，河流、湖泊或水库中的藻类生物、浮游植物数量也处在不断变化的情况之中。对于地表水环境叶绿素a浓度、悬浮物浓度等的遥感监测，通常采取反演方法、红外线照射法，来完成水体多光谱成像仪、红外成像仪等的遥感数据分析，保证地表水环境遥感监测的效率与质量。

三、结语

卫星光学遥感技术、卫星雷达遥感技术、无人机低空遥感技术等的互相结合，利用多波段光谱、光谱匹配监测技术等，对地表水体中的多方面信息进行监测与提取，能够排除其他建筑、植被、山脉等障碍物影响，提升水体数据的监测精度。搜集到的水体光谱数据信息越多，不同区域水体性质的分类监测精度就越高，识别效果也就越好。

参考文献：

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[2]张润科.基于遥感技术的水库蓄水量监测与变化修正[J].测绘标准化,2018(2).

[3]邱致刚,李艳丽,朱缨.地表水水质监测站最佳取水点精准定位方法研究[J].环境科学与管理,2019(7).

作者单位：

北京航天计量测试技术研究所