環(huán)境監(jiān)測(cè)的新武器：高光譜成像技術(shù)助力保護(hù)地球
高光譜成像技術(shù)可以對(duì)大氣、水、土壤等環(huán)境要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析。高光譜成像技術(shù)是一種將光譜信息與空間信息相結(jié)合的技術(shù)，通過(guò)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行光譜和空間的連續(xù)掃描，獲取物體表面的光譜特征信息。光譜成像技術(shù)能夠提供大量的數(shù)據(jù)，有助于深入挖掘環(huán)境問(wèn)題背后的本質(zhì)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)提供有力支持。
高光譜成像技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用
大氣污染監(jiān)測(cè)
高光譜成像技術(shù)可以捕捉到不同污染物在不同光譜段的吸收和反射信息，從而可以更準(zhǔn)確地判斷污染物的種類和濃度。這對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市空氣質(zhì)量、工業(yè)園區(qū)排放的有害氣體等具有重要意義。
水質(zhì)監(jiān)測(cè)
通過(guò)高光譜成像技術(shù)，可以分析出水中的有機(jī)物、無(wú)機(jī)物等物質(zhì)的成分和濃度。這對(duì)于監(jiān)測(cè)水污染源、評(píng)估水資源質(zhì)量、預(yù)警水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)具有重要價(jià)值。
土壤污染監(jiān)測(cè)
高光譜成像技術(shù)可以捕捉到土壤中的有機(jī)物、重金屬等物質(zhì)的光譜信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤污染的快速診斷。這對(duì)于保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、保護(hù)土地資源具有重要作用。
森林資源監(jiān)測(cè)
高光譜成像技術(shù)可以分析森林的生物量、葉綠素含量等信息，從而評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。這對(duì)于保護(hù)森林資源、應(yīng)對(duì)氣候變化具有重要意義。
湖泊海洋監(jiān)測(cè)
高光譜成像技術(shù)可以捕捉到湖泊、海洋中的水生生物、水質(zhì)信息等，從而實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水環(huán)境的變化。這對(duì)于保護(hù)湖泊、海洋生態(tài)系統(tǒng)，防范生態(tài)災(zāi)害具有重要作用。
高光譜成像技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用有助于我們更好地了解環(huán)境污染問(wèn)題，為環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。隨著高光譜成像技術(shù)的不斷發(fā)展，相信在未來(lái)它將在環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮更加重要的作用，為人類創(chuàng)造一個(gè)更美好的地球。
高光譜掃描成像技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用實(shí)例
2020/11 河北某區(qū)域
某新區(qū)該水域面積較為寬闊，高光譜水質(zhì)反演出總磷和化學(xué)需氧量，發(fā)現(xiàn)總磷達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量有超過(guò)所屬流域該新區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)險(xiǎn)。
實(shí)現(xiàn)了區(qū)域性水質(zhì)多參數(shù)信息的及時(shí)高效獲取，為水環(huán)境綜合監(jiān)管提供了新的技術(shù)手段。
2021/07 廣東某區(qū)域
該區(qū)域是城市中的河道無(wú)人機(jī)高光譜水質(zhì)遙測(cè)服務(wù)，左圖總磷是V類水質(zhì)，總磷超標(biāo)區(qū)域主要位于河流的邊緣和下游；右圖總磷是V類水質(zhì)，總磷超標(biāo)區(qū)域分布于圖中的紅色圈畫區(qū)域。
能夠快速完整了解城市河道水體污染狀況，為因地制宜的開(kāi)展水環(huán)境綜合治理提供科學(xué)支撐。
2021/06 寧夏某水庫(kù)
該水庫(kù)區(qū)域無(wú)人機(jī)采集岸邊帶的高光譜數(shù)據(jù)，反演的化學(xué)需氧量普遍為V類水質(zhì)，左圖總氮反演結(jié)果顯示從南側(cè)的上游向下游明顯降低，最大值超過(guò)V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
可以全面掌握湖庫(kù)大范圍水域的富營(yíng)養(yǎng)化水平，為預(yù)防和控制湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生和發(fā)展提供更有力的依據(jù)。
天宮一號(hào)高光譜成像儀應(yīng)用于地球環(huán)境監(jiān)測(cè)
近日，中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用總體部公布了一批天宮一號(hào)空間應(yīng)用成果，其中，由天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器搭載的應(yīng)用載荷——高光譜成像儀成功拍攝大量高光譜圖像，在空間分辨率、波段范圍、波段數(shù)目、地物分類等方面接近或達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品水平，滿足我國(guó)空間科學(xué)應(yīng)用要求，已成功應(yīng)用于礦產(chǎn)、林業(yè)、海洋等地球環(huán)境監(jiān)測(cè)研究。
天宮一號(hào)搭載的高光譜成像儀由中科院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所和中科院上海技術(shù)物理研究所共同研制，是目前我國(guó)空間分辨率和光譜綜合指標(biāo)最高的空間光譜成像儀。2011年9月29日，高光譜成像儀隨天宮一號(hào)目標(biāo)飛行器發(fā)射升空。截至目前，高光譜成像儀已順利運(yùn)行6000多小時(shí)，成功拍攝大量高光譜圖像數(shù)據(jù)。
圖2：天宮一號(hào)拍攝的北京通州區(qū)北部圖像和土地利用監(jiān)測(cè)結(jié)果（圖片來(lái)源：中科院）
目前，相關(guān)數(shù)據(jù)已分別提供給國(guó)土資源部航空物探遙感中心、國(guó)家海洋局、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院以及中科院遙感所、對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球中心、青藏高原所、寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所等用戶單位，為用戶分別開(kāi)展地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)和油氣資源勘查、水文生態(tài)監(jiān)測(cè)以及環(huán)境污染監(jiān)測(cè)提供了支撐服務(wù)。
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