高光譜相機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

一、環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

環(huán)境監(jiān)測(cè)是指通過(guò)遙感技術(shù)、傳感器技術(shù)等手段對(duì)環(huán)境要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，包括大氣、水、土壤等多個(gè)方面。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法主要依靠地面調(diào)查和實(shí)驗(yàn)室分析，這些方法耗時(shí)費(fèi)力且難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。隨著高光譜相機(jī)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境監(jiān)測(cè)得以實(shí)現(xiàn)無(wú)損、快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。

二、高光譜相機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

大氣污染監(jiān)測(cè)：高光譜相機(jī)可以對(duì)大氣中的氣體成分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如 CO2、CO、NO2 等。通過(guò)對(duì)這些氣體成分的光譜信息進(jìn)行分析，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣污染狀況，為環(huán)境保護(hù)提供支持。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)：高光譜相機(jī)可以對(duì)水體中的有害物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如重金屬離子、有機(jī)物等。通過(guò)對(duì)這些物質(zhì)的光譜信息進(jìn)行分析，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水體質(zhì)量，為水資源保護(hù)提供依據(jù)。

土壤污染監(jiān)測(cè)：高光譜相機(jī)可以對(duì)土壤中的有害物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如農(nóng)藥殘留、重金屬離子等。通過(guò)對(duì)這些物質(zhì)的光譜信息進(jìn)行分析，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤污染狀況，為土壤修復(fù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供支持。

國(guó)產(chǎn)環(huán)境小衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)應(yīng)用于沿海植被環(huán)境監(jiān)測(cè)

高光譜遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是光譜分辨率高、波段連續(xù)性強(qiáng)，能夠獲得地物在一定范圍內(nèi)連續(xù)的、精細(xì)的光譜曲線(xiàn)，具有非常好的應(yīng)用前景。第一個(gè)星載民用成像光譜儀是高光譜成像儀Hyperion，其平均光譜分辨率為10 nm，空間分辨率達(dá)到30米。2008年9月6日我國(guó)HJ-1順利升空，其中A星搭載了我國(guó)自主研制的空間調(diào)制型干涉高光譜成像儀（HSI）。

HSI 對(duì)地成像幅寬為50 km，星下點(diǎn)像元地面分辨率為100 m，在工作譜段459-956nm內(nèi)有115個(gè)波譜通道。HJ-1A/ HSI 的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在：( 1) 光譜分辨率高。HJ-1A/ HSI 的平均光譜分辨率為4.32 nm，優(yōu)于當(dāng)前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的Hyperion( 10 nm) ，說(shuō)明HSI 能夠獲得更為精細(xì)的地物光譜曲線(xiàn)，對(duì)目標(biāo)識(shí)別和信息提取能力更強(qiáng)。( 2) 重訪周期高。HJ-1A/ H SI 通過(guò)30度側(cè)擺可以實(shí)現(xiàn)96 h 重訪觀測(cè)，而Hyperion 的重訪周期為16 d，HSI 的高重訪周期對(duì)于滿(mǎn)足溢油、赤潮等專(zhuān)題研究需求更有優(yōu)勢(shì)。然而，HJ-1A/ HIS的空間分辨率相對(duì)較低，且工作譜段為459~ 956 nm，這對(duì)其應(yīng)用產(chǎn)生了諸多限制。本文基于HJ-1A/ HIS數(shù)據(jù)，探討其在沿海植被環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的潛力，具有一定的參考意義。

三、高光譜相機(jī)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

無(wú)損監(jiān)測(cè)：高光譜相機(jī)可以通過(guò)非接觸式的光譜測(cè)量，對(duì)大氣、水、土壤等環(huán)境要素進(jìn)行無(wú)損監(jiān)測(cè)，避免了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法對(duì)環(huán)境的破壞。

快速檢測(cè)：高光譜相機(jī)具有較高的光譜分辨率和檢測(cè)靈敏度，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)大量環(huán)境要素的光譜測(cè)量和分析，提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的效率。

準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)：高光譜相機(jī)可以獲取豐富的光譜信息，通過(guò)對(duì)這些信息進(jìn)行分析，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境要素的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。

四、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著高光譜相機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，其在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。未來(lái)，高光譜相機(jī)將在大氣污染監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、土壤污染監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮重要作用，為環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。同時(shí)，高光譜相機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展也將推動(dòng)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新，為環(huán)境科學(xué)研究提供更多可能性。