《遥感监测技术》PPT课件.ppt

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1、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 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 大气生态效应 污染物在水体 大气中的分布 扩散等变化 3 主要方法 摄影 红外 相关光谱 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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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 0 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

8、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

9、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 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 监测精度不高 各种算法以经验 半经验方法为主 算法具有局部性 地方性和季节性 适用性 可移植性差 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 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 建立遥感监测技术体系 加强水质遥感基础研究 开展微波波段对水质的遥感监测 拓宽遥感水

10、质监测项 提高水质遥感监测精度 扩展水质遥感监测模型空间 改进统计分析技术 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

11、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

12、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危害 大气环境遥感监测存在的问题 1 存在的问题 大气环境遥感的定量化 集成化 系统化和全球化 大气环境的主动和被动式卫星遥感的一体化 高光谱 高时间 高空间及多角度 多时相 多偏振等多种数据源的综合应用 高性能传感器的研制 建立自己的大气环境遥感监测业务化运行系统 以便更好地为环境管理决策服务 3 3城市及生态环境遥感监测技术 城市建设中 遥感技术的作用 1 上海市人民政府要求对20世纪末的上海城市发展状况 作一次全面的航空遥感调查 调查的目的是 运用现代信息技术手段 将20

13、世纪末的上海城市发展状况 以数字化的形式真实 详细地记录下来 建立相应的遥感影像资料数据库 并对这些数据充分加以分析和利用 以便为未来的上海城市发展提供信息服务和决策参考 2 高分辨率卫星图像和机载遥感系统 为城市规划和 数字城市 的建设提供了丰富的数据源3 我国资源卫星与SPOT IKONOS等高分辨率的图像数据 在城市建设中的应用 已在北京城市折迁 香港街区地图更新中发挥作用4 天津市早年城市环境遥感的实验成果 率先采用网格化计算机自动制图 出版了环境资源调查 得到世界银行的高度赞誉 为天津市争取世行巨额贷款提供了科学分析依据 5 遥感技术为国家大型工程建设提供了勘察与管理信息支持 包括三

14、峡建设 青藏铁路建设 二滩和龙滩电站水库 三北防护林工程 南水北调西线工程 西气东输等 遥感在选址 勘测 生态环境工程效益评估中 都发挥了应有的作用 6 利用城市遥感技术 我们还可以进行水体污染监测的研究 遥感技术在中国城市环境监测中的应用 1 城市绿地遥感遥感技术能快速准确地获取城市绿地的分布和绿化覆盖度信息 并了解城市绿地景观的组成 种类和布局 利用遥感影像对城市绿地进行监测 首先是对遥感图像的选取 图像的选取分片种 时相和比例尺3个内容 然后对图像进行校正 解译和分类 最后计算出绿化面积并对城市绿化覆盖率按等级进行划分 然后通过不同时相的数据进行动态变化分析 还可以建立数据库以供政府决策

15、 2 城市水体遥感城市水环境的遥感监测主要基于污染水体的光谱效应 由于水体污染物种类 浓度不同 使水体颜色 密度 透明度和温度等产生差异 导致水体反射波谱能量的变化 在遥感图像上反映为色调 灰阶 形态 纹理等特征的差别 根据影像信息 一般可以识别污染源 污染范围 面积和浓度 可实现对城市水域分布变化和水体沼泽化 水体富营养化 泥沙污染等进行监测 遥感技术在中国城市环境监测中的应用 3 城市大气遥感城市大气污染的遥感监测主要是通过遥感手段调查产生大气污染的污染源的分布 污染源周围的扩散条件 污染物的扩散影响范围等 其研究通常用间接解译标志进行 即用植物对大气环境的指示作用来对城市大气环境质量进行

16、判别 生长正常的植物叶片对红外线反射强 因此在彩色红外像片上色泽鲜艳 明亮 受到污染的叶子 反映在彩色红外像片上颜色较暗 因此 通过遥感监测结果可对城市污染源及其扩散影响 污染程度等进行分析研究 城市大气遥感主要包括两方面 1 城市大气污染监测 依据航空遥感监测资料所编绘的各类大气污染源的分布图 显示了建成区工厂烟囱和高能耗的分布 而老建成区中的商业区 人口密集区和交通拥堵分布采用航空多光谱技术 根据同一地物的不同光谱特性 进行计算机处理 可监测大气污染的主要污染物 颗粒大小及空间区域的分布 从而对城市内不同类别的大气污染做不同处理 2 大气污染物扩散规律的研究 遥感可观测到大气中气溶胶类型及其含量 分布与大气微量气体的铅垂分布 根据对热红外扫描图像的分析研究 可提出城市地面辐射温度和城市热岛现象形成的关系 遥感技术在中国城市环境监测中的应用 4 城市热岛效应遥感监测城市热岛是指城市气温高于外围郊区的现象 利用热红外遥感可以在短时间内获得城市下垫面瞬间的温度场图像 使人们可以用视觉来研究那些看不见的热污染现象 热红外遥感方法在城市热岛效应研究方面具有无可比拟的优势 5 城市垃圾堆放和固