遙測遙感技術

遙測遙感技術第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日自衛(wèi)星和導彈運行中各種內外參數(shù)遠距離測量，以便了解動態(tài)空間的各種物理參數(shù)，遠距離測量就逐漸形成一門技術普及到國計民生的各個方面，遙控毫無疑問，就是利用遙測遙感和遙信技術對目標進行主動動態(tài)的控制，無論是近距離還是遠距離都離不開對這四種技術的綜合需求

第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日遙測的主要技術；最初主要是通過導彈、衛(wèi)星等飛行體中的傳感器將載荷上的各種物理數(shù)據(jù)采集后通過無線信道傳輸?shù)降孛孢M行分析（內測）和直接用被側目標的反射波所提供的數(shù)據(jù)進行分析（外測）。這里涉及到傳感器的開發(fā)比如溫度、壓力、離子等各種傳感器以及利用無線電波碰到目標產生的回波進行定位（雷達）技術。

遙感的主要技術；利用通常的光學攝象機搬到大氣層外的衛(wèi)星上對地面進行遠距離觀察，攝像顯然有一定難度，因此主要是軍事目的的促動，不斷的發(fā)展，不斷地尋求新的、小型的、高分辨率的、適合特殊環(huán)境的遙感技術不斷地開發(fā)出來，比如CCD、合成孔徑技術等，以及星上處理技術，使得遙感不斷地更新。

第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日一、遙測技術的特點對空氣中污染物的監(jiān)測通常是采用定點取樣的方法，使空氣樣品連續(xù)地流過儀器的傳感器，從而測定出污染物的濃度．一般說來，這種方法所獲得的數(shù)據(jù)，僅反映取樣點周圍很小范圍內兩維空間的空氣污染程度，而具有顯著代表性的取樣點的選擇是很困難的．顯然取樣點設置得愈多，測定結果愈接近實際情況，但從經濟上考慮監(jiān)測網的尺度、取樣點的密度均不可能那么大，這就是取樣法監(jiān)測區(qū)域性空氣污染的局限性．

第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日近年來，對環(huán)境污染的大面積遙測技術正在引起人們的重視．這種技術的優(yōu)點是不需要麻煩的取樣手續(xù)，不需要設置許多測定點，僅用一臺設備即可迅速獲得地面或高空大區(qū)域三維空間的實時數(shù)據(jù)，當在與人類活動范圍差不多的區(qū)域內進行積分測量，即可正確估計對人類的污染總量．這種技術通常用于測定大氣中污染物的總攜載量，污染源的污染排放量，環(huán)境相對污染濃度，污染物的遷移流率、煙羽的動態(tài)分布，大氣擴散參數(shù)以及定量研究點源、面源、流動源擴散規(guī)律，連續(xù)自動監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)化選點評價新污染源的貢獻等等．第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日這種技術的局限性是僅能測出污染物的相對濃度ppm-m,很難直接獲得絕對濃度，必須借助其他手段方可換算成某一區(qū)域內的平均濃度ppm；同時從環(huán)境監(jiān)測的要求看靈敏度還不夠高，目前還沒有跡象表明遙測技術將有可能取代采樣式的連續(xù)監(jiān)測儀器．但對大區(qū)域污染相對程序的普查，特別是對污染源的研究,測遙測技術的遼闊性、快速性、經濟性正在發(fā)揮著優(yōu)勢。第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日遙測技術可定義為定性地和(或)定量地傳感環(huán)境的化學或物理參數(shù)，而遙測儀器和所研究的參數(shù)對象在空間上是分開的．根據(jù)遙測所用輻射源的類型,大氣監(jiān)測中遙測技術可分為兩大類，即被動遙測技術與主動遙測技術。第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日二、被動遙測——相關光譜遙測被動遙測技術采用大氣中可利用的輻射如太陽輻射、地球反射或發(fā)射的輻射，觀測這些輻射與所研究的各種物質間的相互作用(吸收或散射)．或者觀測各種物質的熱發(fā)射，從而推斷其濃度．相關吸收光譜法即為被動遙測技術的一種．第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日大氣中的某些污染氣體分子，對自然光(太陽光)連續(xù)光譜中的可見，紫外、紅外區(qū)具有選擇性的特征吸收,利用光電接收裝置，依據(jù)Lamber-Beer定律，測定該氣體分子的吸光強度，即可測出污染氣體濃度，此即吸收光譜法。為了消除背景干擾以及提高測定的靈敏度，在吸收光譜中采用了相關技術．這種將相技術用于吸收光譜的方法稱為相關光譜法．第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日相關光譜法的技術關鍵是要設計出一個相關盤成稱模擬復制光譜．即根據(jù)某一特定污染氣體(如SO2)吸收光譜中的某一吸收帶(如300nm附近)，預先復制出刻有一組狹縫的光譜型扳，狹縫的寬度與間距和真實的吸收光譜的波峰或波谷模擬對應．從這組狹縫可以透射出該氣體分子的吸收光譜，將此光譜型扳置于光譜儀出射焦面處，在一定入射的光的作用下，被色散了的分子吸收光譜與光譜型板上的狹縫交錯相關，即交替出現(xiàn)完全相關、部分相關、完全不相關等現(xiàn)象，測定透過狹縫組的輸出光譜信號的變化，經信號處理，可使背景干擾信號相互抵消，待測氣體信號相互疊加，從而提高了吸收光譜法的選擇性和靈敏度．第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日方法應用在討論相關光譜儀的應用前，首先須對此類儀器的讀數(shù)有一個正確的認識．這種儀器的輸出信號實際上是以電壓降v來表示的,信號正比CL值．所謂CL值是指氣化平均濃度C與光程長度L的乘積。通過標準參考氣體池的標定，這種信號在記錄儀上可直接用ppm-m的讀數(shù)來表示．ppm-m的單位可換算為mg/m2即(mg／m3)*m.這樣其物理概念就比較清楚了，是指每平方米面積上的柱狀空間中所含污染氣體的毫克數(shù)，因此可以稱之為污染負荷量或垂直攜載量．第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日下面介紹相關光譜儀在大氣污染監(jiān)測中的實際應用(1)大氣污染濃度的監(jiān)測①地面污染濃度的測定第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日②空間平均污染的測定第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日3:空間定點污染濃度的測定第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日(2)污染負荷量分布的調查某些只需了解相對污染濃度的場合，例如追蹤煙波的排放源，監(jiān)測網的布點選址，以及觀察區(qū)域污染狀況的變化等,可以采取測定污染負荷量分布的方法，在短時間內就能取得所需的資料。這種方法與①、②測定空間平均污染濃度的方法相同，只是將儀器裝在汽車上，對上空作連續(xù)流動垂直遙測，將儀器記錄儀的縱軸與汽車里程表同步起來，以便標志測定數(shù)據(jù)的位置。通常車上還裝有SO2、NO2采樣式的儀器，風向、風速計及小型電子計算機、以便更好的利用測定數(shù)迅速作出圖表．調查的方法有如下三種．第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日(3)污染排放源的監(jiān)測第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日三、主動遙測——激光遙測主動遙測技術以向大氣發(fā)射特定的輻射為特征，一般以激光作為輻射源，觀測輻射與大氣相互作用(散射、吸收、熒光等)以推斷各種成分的濃度．(一)基本原理前述被動遙測——相關光譜法利用自然光(太陽光)進行遙測，這將受到天氣變化及晝夜時間的限制。而主動遙測——激光遙測選用單色性純，強度高的激光作為光源，將避免上述應用的限制．第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日激光遙測技術可進一步分為單端系統(tǒng)和雙端系統(tǒng)。單端系統(tǒng)是指激光源和接收望遠鏡放在同一端，一般單端系統(tǒng)以散射作為探測大氣的主要手段，利用直接散射的技術有激光雷達，喇曼激光雷達及共振激光雷達．間接散射技術有微分吸收散射激光雷達，喇曼激光雷達等。雙瑞系統(tǒng)是指激光光源和接收望遠鏡分開放在兩端，或放在一端而遠處設一后向反射器。此類技術包括有收發(fā)分置激光雷達和長光程吸收等．上述各種方法可用于不同的測定對象，用于大氣污染濃度的測定最有前途的是選擇性激光微分吸收光譜法及可調諧激光微分吸收光譜法．第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日激光微分吸收光譜法系利用激光光源向待測大氣輻射，激光束經大氣中污染物分子吸收后，用鏡面后向反射器、固體散射表面、氣溶膠等提供回路信號，后向散射的激光輻射量用一個光學望遠鏡來收集，并用一靈敏探器來檢測．待測組分的柱含量與微分吸收有關.第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日(三)方法應用采用激光微分吸收光譜法可對數(shù)公里范圍內大氣中的CO、NO、O3、C2H4等污染物進行遙測，所獲得的數(shù)據(jù)與用連續(xù)采樣監(jiān)測儀器法測定的結果能很好的符合．例如，對光化學煙霧的監(jiān)測在O.8km的光程范圍內，用激光器微分吸收光譜測定O3及NO的日變化與用紫外吸收臭氧監(jiān)測儀測03,化學發(fā)光氮氧化物監(jiān)測儀測NO所得的數(shù)據(jù)能很好的符合，如圖2-10所示．

第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日激光遙測技術不僅能與連續(xù)采樣技術所得結果相吻合，而且還可以體現(xiàn)其監(jiān)測區(qū)域廣泛的優(yōu)越性．例如，在跨越交通公路3.75km的光程內監(jiān)測光化學煙霧，測定大氣中的O3，乙烯及NO,得到如圖2-11及圖2-12所示的結果．第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日§2—2遙感一、遙感技術概況環(huán)境遙感技術是近年來蓬勃發(fā)展起來的一門綜合性探測技術．遙感技術使人們能夠從宇宙空間的高度上，大范圍、迅速、周期性地探測地球表層各種現(xiàn)象及其變憶因而己被廣泛地應用于資源調查、環(huán)境監(jiān)測、生產管理等各個領域，受到世界各國的重視。第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日(一)遙感的概念

“遙感”(RemoteSensing)是指不接觸物體本身，而從遠處通過探測儀器接收來自目標物體的電磁信息，經過數(shù)據(jù)處理、分析進而識別目標物體．獲取目標物體信息的探測儀器，稱之為“傳感器(sensor)．裝置傳感器的運載工具，稱之為“遙感平臺(Platform)”．根據(jù)不同的高度遙感平臺上裝置的傳感器所測得的環(huán)境信息數(shù)據(jù)(以圖象或數(shù)字表現(xiàn)的形式)，通過一定的數(shù)據(jù)處理、分析、解譯來識別目標物體的技術和方式，稱之為環(huán)境遙感技術．第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日由于大氣窗口”和技術水平的限制，對于電磁波的遙感，目前只能在幾個波段進行．主要有以下幾個波段:第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日近年來發(fā)展起來的遙感技術，主要是從人造衛(wèi)星在宇宙空間的地球軌道上通過星載傳感器探測地球表面的各種現(xiàn)象及其變化狀況，同時還接收設置在地球上的各種科學研究用的遙測站發(fā)送來的遙測數(shù)據(jù)信號．由地面控制站向衛(wèi)星發(fā)送指令．來控制衛(wèi)星本體的運行以及傳感器探測數(shù)據(jù)和接收到的遙測站數(shù)據(jù)的對地發(fā)送．然后由衛(wèi)星地面接收站接收衛(wèi)星發(fā)送來的全部數(shù)據(jù)信號井送交數(shù)據(jù)中心進行各種處理。所得到的圖象、磁帶資料可供應各部門使用.第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日(二)遙感技術發(fā)展概況遙感技術近年來得到迅速的發(fā)展．這是由于利用遙感技術可以獲得大量的，實時的地面信息．由于遙感技術具有上述優(yōu)點，因而各國競相發(fā)展此項技術．近二十幾年來，遙感技術獲得了迅猛的發(fā)展。第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日概括地說遙感技術有以下幾方面的優(yōu)越性．①視野廣,人們可以通過遙感影象直觀地觀測到地球的面貌．②遙感技術能夠把人眼不能看見的信息記錄下來,經過轉換，成為可見的圖象擴大了人的認識領域．⑧應用遙感技術可以周期地重復觀測地球上變化，因而可以獲得地且各種現(xiàn)象的動態(tài)變化資料．④經濟效益高．據(jù)了解，美國從陸地衛(wèi)星所能得到的經濟效益每年約達14億美元．而發(fā)射一顆陸地衛(wèi)星每年平均費用約在2500萬至5000萬美元范圍之內。第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日由于遙感技術具有上述優(yōu)點，因而各國競相發(fā)展此項技術．近二十幾年來，遙感技術獲得了迅猛的發(fā)展。遙感技術作為一種從宇宙空間探測地球的空間技術，大體經歷了航空遙感與航天遙感(即衛(wèi)星遙感)兩個階段．航空遙感已經歷了近百年的歷史．自第二次世界大戰(zhàn)以來．由于紅外膠片，紅外假彩色膠片以及二色膠片等各種產品的出現(xiàn)，使航空遙感在各個方面得到了廣泛的應用．另一方面，由于航空攝影機、電視搔象機、圖象掃描儀以及合成孔徑雷達等機載系統(tǒng)取得了顯著的進展，使圖象可以記錄的波段范圍，從近紫外擴展到遠紅外．并進而延伸到微波領域．

第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日目前，植物生態(tài)調查、大氣污染和水污染監(jiān)測、地質，土壤、水利、農業(yè)、城市管理等有關地球表面的各種學科領域，都廣泛地利用航空遙感資料．第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日隨著我國航天事業(yè)的蓬勃發(fā)展，風云1號、風云2號衛(wèi)星，資源1號、資源2號衛(wèi)星的成功發(fā)射，為環(huán)境遙感監(jiān)測提供豐富的數(shù)據(jù)源，必將為衛(wèi)星遙感在環(huán)境保護領域的廣泛應用起到積極推動作用，并更好地為環(huán)境管理決策服務。第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日在大氣遙感監(jiān)測方面，我國重點開展了四個方面的工作：一是利用遙感技術監(jiān)測大氣污染與污染源，如遼寧省環(huán)保所應用紅外掃描儀對撫順露天煤礦進行了監(jiān)測，分析了礦坑上空逆溫層的形成與大氣污染物擴散的關系，搞清了礦坑內產生污染的條件，為露天礦場的污染防治和環(huán)境污染預報提供了科學依據(jù)；中國環(huán)境科學研究院在太原市進行了以大氣污染為目標的遙感監(jiān)測；北京市環(huán)境保護科學研究院曾對規(guī)劃市區(qū)的煙囪高度、分布進行了航空遙感分析。第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日二是通過遙感圖像上植物的季相節(jié)律變化和遭受污染后的反應差異，以植物對污染的指示性反演大氣污染，如確定大氣污染的范圍、程度和擴散變化，如進行津渤環(huán)境遙感試驗時曾利用遙感圖像上呈現(xiàn)的樹冠影像的色調和大小差異，圈定了二氧化硫和酸氣、氟化氫等典型污染場。第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日三是以地面采樣的分析結果作參照量，與遙感圖像相結合進行相關分析，如進行津渤環(huán)境遙感試驗時，曾采集樹木葉片測定其含硫、含氯量，以及樹皮的PH值，分析二氧化硫、氯氣、酸霧的污染。第39頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日四是利用飛機攜帶大氣監(jiān)測儀器，在污染地區(qū)上空分層采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理分析，如天津、太原曾用這一方法監(jiān)測了大氣氣溶膠、飄塵、二氧化硫的時空分布特征和運移規(guī)律。第40頁，共44頁，2023年，2月20日，星期日在水污染的監(jiān)測方面，我國先后對海河、渤海灣、薊運河、大連灣、長春南湖、于橋水庫、珠江