在環(huán)境監(jiān)測(cè)中，高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以用于監(jiān)測(cè)環(huán)境污染和生態(tài)變化。通過(guò)對(duì)高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以提取出環(huán)境污染物的種類和濃度，以及生態(tài)系統(tǒng)的變化情況，從而為環(huán)境保護(hù)提供重要的情報(bào)支持。高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)還可以用于監(jiān)測(cè)氣象和氣候變化，如監(jiān)測(cè)大氣中的溫室氣體和氣溶膠等，為氣候變化研究提供重要的數(shù)據(jù)支持。

高光譜遙感在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用

通過(guò)高光譜遙感，我們能夠同時(shí)獲取觀測(cè)目標(biāo)的圖像和光譜，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)空間特征與光譜特征的同步探測(cè)。其光譜分辨率高達(dá)納米（nm）數(shù)量級(jí)，能夠更為精確地區(qū)分不同地物之間的細(xì)微差別。高光譜遙感相較于常規(guī)遙感技術(shù)，有著顯著優(yōu)勢(shì)，其目前在植被覆蓋率及生長(zhǎng)狀況、土壤 有機(jī)質(zhì)分析、土壤酸堿度檢測(cè)、水體分布及河流、湖泊的水質(zhì)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域均有著廣泛的應(yīng)用。

1.高光譜遙感在植被與農(nóng)田生態(tài)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用

通過(guò)分析高光譜數(shù)據(jù)特征譜線，能夠準(zhǔn)確評(píng)估植被和 農(nóng)田的生態(tài)情況。比如：（1）檢測(cè)植物的脅迫效應(yīng)；（2）測(cè) 量植物葉綠素含量；（3）確定植被覆蓋率；（4）提取氮和木質(zhì)素等生物化學(xué)變量；（5）檢測(cè)作物或土壤的水分變化；（6）感應(yīng)葉片色素濃度的變化；（7）監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生物物理特性和估算產(chǎn)量特征等此外，植被的光譜特性在很大程度上取決于其生物理化特性，如葉面積指數(shù)（lad）、生物體的含水量、色素（如葉綠素）含量等。在對(duì)植被的生化指數(shù)評(píng)估方面，高光譜方法優(yōu)勢(shì)明顯

2.高光譜遙感在沙漠生態(tài)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用

荒漠化指通過(guò)自然因素或人為活動(dòng)影響，造成的土壤沙化，其目前已成為世界性環(huán)境難題。我國(guó)國(guó)土中有27%屬于荒漠化土地，解決荒漠化問(wèn)題不僅能夠保護(hù)我們的綠水青山，更能夠帶動(dòng)環(huán)境經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

結(jié)合沙化地區(qū)土壤的實(shí)際情況，提出一種基于高光譜遙感數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，建立了具有較好適用性的地物光譜重建模型。

3.高光譜遙感在鹽堿地生態(tài)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用

土壤鹽堿化，是當(dāng)今世界范圍內(nèi)土地退化的主要形式之一，與此同時(shí)，鹽堿地也是重要的潛在土地資源。對(duì)鹽堿地的治理修復(fù)和對(duì)緩解土地資源緊張具有一定的價(jià)值，因此對(duì)土壤鹽分的檢測(cè)和評(píng)估對(duì)鹽堿地治理至關(guān)重要。

鹽堿地中常見(jiàn)重金屬元素的特征波段以及與重金屬元素相關(guān)的土壤組分，利用高光譜遙感技術(shù)并采用經(jīng)典模型的方式定量反演測(cè)量土壤重金屬含量。

對(duì)銀川市北部鹽堿地 進(jìn)行高光譜測(cè)量分析，通過(guò)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì) 土壤鹽分含量的定量反演。

4.高光譜遙感在礦山環(huán)境生態(tài)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用

我國(guó)是礦產(chǎn)資源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，礦產(chǎn)資源產(chǎn)量及消費(fèi)量均居世界第一。但是，礦產(chǎn)資源的開(kāi)采必然會(huì)對(duì)礦山周圍的生態(tài)環(huán)境造成破壞，進(jìn)而引發(fā)一系列環(huán)境問(wèn)題。我們可以通過(guò)高光譜遙感來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦山環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而指導(dǎo)礦山環(huán)境治理工作。

5.高光譜遙感鐵礦區(qū)水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的主要技術(shù)

1.高光譜數(shù)據(jù)降維技術(shù)

高光譜數(shù)據(jù)降維主要是通過(guò)特征提取（原始光譜空間或其子空間的一種數(shù)學(xué)變換）和波段選擇（選擇一個(gè)盡可能多地保留原始數(shù)據(jù)的主要光譜），實(shí)現(xiàn)信息綜合、特征增強(qiáng)和光譜降維，最終利用低維數(shù)據(jù)來(lái)有效表達(dá)高維數(shù)據(jù)信息。特征提取方法首先對(duì)原始高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)變換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維。波段選擇問(wèn)題就是一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)就是其目標(biāo)函數(shù)。根據(jù)目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算過(guò)程，波段選擇算法分為監(jiān)督的和非監(jiān)督兩類。

2 水體高光譜遙感精細(xì)識(shí)別技術(shù)

因高光譜遙感是用很窄而連續(xù)的光譜通道對(duì)地物持續(xù)遙感成像，因此其具備捕捉細(xì)微光譜特征的能力。針對(duì)區(qū)域水環(huán)境中水體目標(biāo)復(fù)雜多樣的特點(diǎn)，高光譜遙感豐富的光譜信息能夠提高水體目標(biāo)的識(shí)別精度，分析并提取水體的影像波譜、紋理等特征信息。

6.高光譜影像海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用

海洋水體對(duì)電磁波的強(qiáng)吸收特性，使得海洋水體的回波信號(hào)在遙感影像中呈微弱狀態(tài)，目前常用的多光譜遙感光譜分辨率較低，對(duì)海洋環(huán)境要素信息準(zhǔn)確獲取的能力稍顯不足，在此情形下，以高光譜分辨率為主要特征的高光譜遙感技術(shù)成為開(kāi)展海洋資源環(huán)境監(jiān)測(cè)的新選擇。

7.光譜技術(shù)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的發(fā)展趨勢(shì)展望

基于光譜技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)突破了傳統(tǒng)檢測(cè)方法的操作復(fù)雜、不可重復(fù)、易造成附加污染等局限，成為了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重要方法。

1）目前，隨著食品質(zhì)量安全問(wèn)題的日益突出以及水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)污染頻繁發(fā)生，迫切地需要構(gòu)建一種在線、實(shí)時(shí)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)異常狀況進(jìn)行預(yù)警。現(xiàn)階段的水質(zhì)檢測(cè)往往需要結(jié)合一些實(shí)驗(yàn)室處理方法，如化學(xué)分析法等，在做檢測(cè)結(jié)果之前，已經(jīng)消耗了一定的時(shí)間，因此水質(zhì)檢測(cè)無(wú)法做到實(shí)時(shí)在線進(jìn)行。將光譜技術(shù)與實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖等水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警，將對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有更大的實(shí)際意義。

2）多源光譜數(shù)據(jù)融合的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)將會(huì)成為新的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段的水質(zhì)監(jiān)測(cè)多采用單一光譜，無(wú)法達(dá)到較高的監(jiān)測(cè)精度。而將信息融合技術(shù)應(yīng)用于光譜領(lǐng)域，融合存在一定的相關(guān)性和互補(bǔ)性的不同光譜，可提高預(yù)測(cè)模型的分析精度和魯棒性。

3）利用光譜技術(shù)對(duì)水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測(cè)，是今后水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)研究的發(fā)展方向。由于水中懸浮物對(duì)不同波長(zhǎng)可見(jiàn)光的散射存在非線性關(guān)系，且水中懸浮物對(duì)影響水質(zhì)參數(shù)的部分有機(jī)物存在吸附，導(dǎo)致單一可見(jiàn)光波長(zhǎng)的濁度補(bǔ)償方法無(wú)法準(zhǔn)確地扣除濁度引起的散射干擾。因此，研究一種抵消濁度干擾，對(duì)測(cè)量光譜進(jìn)行有效地校正的方法成為水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

4）對(duì)于光譜數(shù)據(jù)的處理，將多種數(shù)據(jù)處理算法相結(jié)合，仍將占據(jù)主導(dǎo)。目前常見(jiàn)的數(shù)據(jù)處理方法是以2種或2種以上的算法融合的數(shù)據(jù)處理方法為主，在今后較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，這種方法仍會(huì)占據(jù)主導(dǎo)。常見(jiàn)的如蒙特卡羅方法結(jié)合連續(xù)投影算法(CARS-SPA)預(yù)處理算法，無(wú)信息變量消除算法結(jié)合連續(xù)投影算法(UVE-SPA)特征波段提取算法，等。將多種數(shù)據(jù)處理算法相結(jié)合，對(duì)傳統(tǒng)算法進(jìn)行改進(jìn)，能夠更好地發(fā)揮這些算法的優(yōu)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)精確、快速地提取水質(zhì)參數(shù)有效的光譜信息。

5）非線性數(shù)據(jù)建模，將成為光譜技術(shù)應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測(cè)的主流建模方法。水環(huán)境是一個(gè)無(wú)序的、非穩(wěn)定的、非平衡的隨機(jī)系統(tǒng)，不同元素之間往往存在著隨機(jī)性、協(xié)同現(xiàn)象和相干效應(yīng)，非線性建模算法可增加監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性、快速性、魯棒性。

高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域臨的挑戰(zhàn)

1.高光譜數(shù)據(jù)的處理和分析需要大量的計(jì)算資源和時(shí)間，因此需要開(kāi)發(fā)更加高效和快速的處理算法。

2.高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)需要有效的特征提取和分類算法，以便更好地識(shí)別和分析目標(biāo)物體。

3.高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)還需要面對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量不足和數(shù)據(jù)缺失的問(wèn)題，需要開(kāi)發(fā)更加有效的數(shù)據(jù)處理和填充算法。

高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展

1.更高效的處理算法和更加智能的特征提取算法

未來(lái)的高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)將會(huì)擁有更高效的處理算法和更加智能的特征提取算法，以便更好地處理和分析高光譜數(shù)據(jù)。

2.更加精細(xì)的空間分辨率和更加寬的光譜范圍

未來(lái)的高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)將會(huì)擁有更加精細(xì)的空間分辨率和更加寬的光譜范圍，以便更好地監(jiān)測(cè)環(huán)境污染和生態(tài)變化。

3.多傳感器數(shù)據(jù)融合

未來(lái)的高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)將會(huì)更加注重多傳感器數(shù)據(jù)融合，以便更好地提取出環(huán)境污染物的種類和濃度，以及生態(tài)系統(tǒng)的變化情況。

高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，同時(shí)也面臨著一些挑戰(zhàn)。未來(lái)的高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)將會(huì)在處理算法、特征提取算法、空間分辨率、光譜范圍、多傳感器數(shù)據(jù)融合等方面得到發(fā)展，為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供更加準(zhǔn)確和可靠的支持。

總結(jié)與發(fā)展趨勢(shì)展望

隨著對(duì)高光譜遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)方面的研究日益深入，高光譜遙感已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)環(huán)境評(píng)價(jià)的重要工具之一。通過(guò)研究植被覆蓋率、植被生長(zhǎng)狀況、土壤有機(jī)質(zhì)分析、土壤酸堿度檢測(cè)、水體分布、河流與湖泊水質(zhì)監(jiān)測(cè)以及環(huán)境生物量分析和生物分布等方面，人們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)沙漠、礦山、鹽堿地、植被和農(nóng)田等生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)。這些研究進(jìn)展為將來(lái)在環(huán)境定量評(píng)價(jià)和自動(dòng)監(jiān)測(cè)方面研究高光譜遙感技術(shù)提供了基礎(chǔ)。

展望未來(lái)，高光譜遙感在環(huán)境評(píng)價(jià)方面的發(fā)展趨勢(shì)是：

1.從短期調(diào)查轉(zhuǎn)向長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。

長(zhǎng)期而持續(xù)的環(huán)境監(jiān)測(cè)能夠展示調(diào)查地區(qū)更加連貫和詳盡的環(huán)境演變過(guò)程，為進(jìn)一步研究和分析該地區(qū)的環(huán)境演變趨勢(shì)提供重要數(shù)據(jù)，從而為評(píng)估環(huán)境修復(fù)措施的效果和有效性提供依據(jù)。

2.實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化。

近年來(lái)，無(wú)人機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，利用搭載高光譜相機(jī)的無(wú)人機(jī)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，針對(duì)小范圍區(qū)域進(jìn)行遙感，是一種理想的方案。無(wú)人機(jī)具有成本低、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)，可以快速獲取遙感數(shù)據(jù)，因此具有巨大的潛力。

3航天高光譜遙感的發(fā)展

全球各國(guó)紛紛發(fā)射了一系列搭載高光譜儀的小型衛(wèi)星，用于監(jiān)測(cè)大氣、海洋和陸地狀況。航天遙感的優(yōu)勢(shì)在于迅速獲取廣闊區(qū)域的遙感數(shù)據(jù)，為大范圍環(huán)境狀況調(diào)查研究提供數(shù)據(jù)支持；此外，在自然條件惡劣或人類難以到達(dá)的地區(qū)，航天高光譜遙感的優(yōu)勢(shì)是不受地面條件限制，能夠提供這些地區(qū)的環(huán)境遙感數(shù)據(jù)。