衛(wèi)星影像和高程數(shù)據(jù)在農(nóng)村環(huán)境質(zhì)量試點(diǎn)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

蔣文濤

（阜寧縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站，江蘇 阜寧 224400）

近年來(lái)，由于農(nóng)作物種植的需求，大量農(nóng)用塑料薄膜在農(nóng)村地區(qū)被廣泛地使用。農(nóng)用塑料薄膜的使用會(huì)使土壤中鄰苯二甲酸酯類的含量有所提高，使得土壤中鄰苯二甲酸酯類含量超標(biāo)，造成土壤和環(huán)境污染。當(dāng)前，我國(guó)農(nóng)村地區(qū)鄰苯二甲酸酯類污染問(wèn)題十分嚴(yán)峻，急需采取相關(guān)措施對(duì)農(nóng)村地區(qū)的農(nóng)用塑料薄膜的使用進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并針對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)確定重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。對(duì)于該問(wèn)題的解決，可利用衛(wèi)星影像和高程數(shù)據(jù)對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域農(nóng)用塑料薄膜的使用情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，結(jié)合周邊區(qū)域農(nóng)用塑料薄膜的使用情況，確定將來(lái)重點(diǎn)調(diào)查的區(qū)域，為后期鄰苯二甲酸酯類污染的治理和防范提供一定的參考。

1 環(huán)境監(jiān)測(cè)試點(diǎn)的選取

近年來(lái)，農(nóng)用塑料薄膜的使用給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來(lái)一定便利的同時(shí)，給當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成了負(fù)面影響，如造成土壤中鄰苯二甲酸酯類含量逐年增長(zhǎng)，進(jìn)而造成一定程度的土壤污染。針對(duì)鄰苯二甲酸酯類污染問(wèn)題，選取了某一農(nóng)村地區(qū)作為環(huán)境試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域。針對(duì)該試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域農(nóng)用塑料薄膜的覆蓋比重和土壤中鄰苯二甲酸酯類的含量進(jìn)行分析，為相關(guān)部門后期對(duì)鄰苯二甲酸酯類污染的治理與防范提供一定的參考。

本文選取的試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)槭卟朔N植園區(qū)。基于蔬菜種植的需要，大量的農(nóng)用塑料薄膜在試點(diǎn)區(qū)域被廣泛使用。此外，由于試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域氣候高溫濕熱，導(dǎo)致農(nóng)用塑料薄膜中的增塑劑——鄰苯二甲酸酯類不斷析出，對(duì)當(dāng)?shù)赝寥涝斐梢欢ǔ潭鹊奈廴尽｀彵蕉姿狨ヮ愇廴緦?duì)于人體有著嚴(yán)重的危害，其具有生理毒性和中度積蓄作用，對(duì)人類存在致突變、致畸危害。因此，對(duì)于試點(diǎn)區(qū)域鄰苯二甲酸酯類污染的治理與防范刻不容緩。對(duì)于試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域農(nóng)用塑料薄膜的使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與調(diào)查是必要的，本文主要利用高分辨率的衛(wèi)星影像和高程數(shù)據(jù)對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域農(nóng)用塑料薄膜使用面積進(jìn)行監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，同時(shí)對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域周邊農(nóng)用塑料薄膜的使用情況進(jìn)行分析對(duì)比，為后期針對(duì)鄰苯二甲酸酯類污染狀況的深入調(diào)查與防治方案的制定提供科學(xué)的參考依據(jù)［1-3］。

2 技術(shù)方法及路線

由于衛(wèi)星運(yùn)行高度的原因，地球表面地形較為復(fù)雜的山地區(qū)域存在一定的地勢(shì)差異，針對(duì)這種情況的地區(qū)，遙感衛(wèi)星影像計(jì)算出來(lái)的區(qū)域面積與實(shí)際面積存在一定的誤差［4］。其同斜面映射的原理類似，一般衛(wèi)星影像所計(jì)算的面積往往小于實(shí)際區(qū)域面積（見(jiàn)圖1）。

因此，對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域面積進(jìn)行衛(wèi)星影像計(jì)算時(shí)，要對(duì)存在的面積差異進(jìn)行計(jì)算校正。本文參考了生態(tài)工作監(jiān)測(cè)的方法。針對(duì)衛(wèi)星影像計(jì)算的數(shù)據(jù)，利用高程數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行校正修改，以提高計(jì)算數(shù)據(jù)的精確度，降低計(jì)算存在的誤差，具體工作流程如圖2所示。

2.1 衛(wèi)星影像和高程數(shù)據(jù)的選取

2.1.1 衛(wèi)星影像。衛(wèi)星影像的選擇是環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的重要環(huán)節(jié)，對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域面積的確定起著重要作用。當(dāng)前，我國(guó)可以接收、利用多光譜衛(wèi)星影像的有Landsat5TM、CBERS-2和IRS-P6等。對(duì)于目前可用的幾種衛(wèi)星影像，普遍存在分辨率低的情況，對(duì)于試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)的效果不理想；對(duì)于高分辨率的衛(wèi)星影像，往往為有償使用，在使用成本上限制比較大［5］。本文選取的衛(wèi)星影像為Google Earth，其為無(wú)償使用的衛(wèi)星影像。Google Earth 的坐標(biāo)系為WGS1984，在城市及鄉(xiāng)鎮(zhèn)空間監(jiān)測(cè)的分辨率約為2 m，屬于真彩色影像。綜合來(lái)說(shuō)，Google Earth是衛(wèi)星影像中最適合選取使用的，同時(shí)其兼顧了使用成本的限制和監(jiān)測(cè)效果的準(zhǔn)確性。

Google Earth 是Google 公司研究開(kāi)發(fā)的一款地球儀軟件。其通過(guò)一個(gè)虛擬三維的地球模型，對(duì)所監(jiān)測(cè)的試點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行體現(xiàn)。其工作原理是將衛(wèi)星照片、航空影像及GIS 數(shù)據(jù)布置在地球模型上，用戶可以無(wú)償通過(guò)客戶端軟件對(duì)全球各個(gè)地區(qū)的衛(wèi)星影像進(jìn)行下載瀏覽。Google Earth對(duì)于不同區(qū)域影像的分辨率不同，對(duì)于全球地貌影像的有效分辨率一般為30 m，但對(duì)于比較大的城市、景區(qū)或建筑物的分辨率為1 m，甚至可達(dá)0.5 m。對(duì)于本文所選取的試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域，Google Earth影像分辨率為0.5 m左右，影像圖片比較清晰［6］。這對(duì)本次針對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境的監(jiān)測(cè)研究提供了很大的方便。

2.1.2 高程數(shù)據(jù)。高程（Elevation）指的是某點(diǎn)沿鉛垂線方向到絕對(duì)基面的距離稱絕對(duì)高程，簡(jiǎn)稱高程。高程數(shù)據(jù)就是某點(diǎn)沿鉛垂線方向到絕對(duì)基面的距離數(shù)值。高精確度的高程數(shù)據(jù)對(duì)于一個(gè)國(guó)家國(guó)防來(lái)說(shuō)是極其重要的，關(guān)系著國(guó)家區(qū)域的安全。所以，一個(gè)地方區(qū)域的相對(duì)比較精確的高程數(shù)據(jù)是具有保密性質(zhì)的。對(duì)于特殊情況需要申請(qǐng)使用測(cè)繪部門的高精度高程數(shù)據(jù)時(shí)，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的審查，而且需要支付高昂的使用費(fèi)用。本文選取ASTER全球數(shù)字高程模型（ASTER GDEM），對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域的農(nóng)用塑料薄膜使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。ASTER GDEM由美國(guó)國(guó)家航空航天局與日本經(jīng)濟(jì)貿(mào)易產(chǎn)業(yè)省共同開(kāi)發(fā)，在世界范圍內(nèi)是可供公開(kāi)使用的。其數(shù)據(jù)是由ASTER星載地球觀測(cè)光學(xué)儀器進(jìn)行收集的，其坐標(biāo)系為WGS1984，空間分辨率約為30 m。

2.2 幾何校正

由于地球自身為不規(guī)則橢圓形球體，而且WGS1984為地理坐標(biāo)系統(tǒng)。所以，對(duì)于所統(tǒng)計(jì)的試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域的面積與實(shí)際真實(shí)面積數(shù)值存在一定的差異，不可以直接進(jìn)行使用，需要通過(guò)把地理坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為投影坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的校正。關(guān)于投影坐標(biāo)系，在生態(tài)監(jiān)測(cè)中使用較為廣泛的為阿爾伯斯圓錐等面積投影。本文所使用的是投影轉(zhuǎn)換控制影像，然后對(duì)衛(wèi)星影像和高程數(shù)據(jù)通過(guò)Erdas軟件的幾何校正功能實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，進(jìn)而提高統(tǒng)計(jì)面積的精確度。

2.3 影像解譯及質(zhì)量核查

本文對(duì)影像的解譯參考了生態(tài)監(jiān)測(cè)中的遙感影像解譯方法。將高分辨率的Google Earth 衛(wèi)星影像經(jīng)過(guò)幾何校正軟件校正后，通過(guò)AreGIS軟件中的矢量數(shù)據(jù)編輯器對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域的監(jiān)測(cè)范圍進(jìn)行勾勒，并對(duì)最后的解譯結(jié)果AreGIS Shape的文件格式進(jìn)行保存。為了保證解譯后數(shù)據(jù)結(jié)果的精確度，需要根據(jù)遙感質(zhì)量核查方法對(duì)解譯結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量抽查，做進(jìn)一步的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查。

2.4 高程數(shù)據(jù)的獲取

對(duì)于高程數(shù)據(jù)的獲得，可通過(guò)AreGIS軟件中的Are-ToolBox里的空間分析工具的按掩膜提取功能，對(duì)上一步驟所解譯的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)高程數(shù)據(jù)的獲取。

2.5 面積統(tǒng)計(jì)計(jì)算

對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，依然要用Are-GIS軟件。AreGIS軟件中三維分析工具條里的面積和體積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)工具可以利用之前所獲取的高程數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

3 結(jié)果與分析

①通過(guò)衛(wèi)星影像、高程數(shù)據(jù)、幾何校正和面積統(tǒng)計(jì)計(jì)算等一系列的工作程序，最終獲得的試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域農(nóng)用塑料薄膜的使用面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果為14.73 hm2，其實(shí)際的農(nóng)用塑料薄膜使用面積為15.07 hm2，統(tǒng)計(jì)值與真實(shí)值之間差異不大，即通過(guò)Google Earth 衛(wèi)星影像和ASTER 高程數(shù)據(jù)的解譯統(tǒng)計(jì)結(jié)果較為準(zhǔn)確。

②通過(guò)對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域農(nóng)用塑料薄膜面積的統(tǒng)計(jì)可知農(nóng)用塑料薄膜的覆蓋比重，并將其覆蓋比重和鄰苯二甲酸酯類的污染情況與周邊區(qū)域進(jìn)行對(duì)比分析。由此可知農(nóng)用塑料薄膜的覆蓋比重與鄰苯二甲酸酯類污染情況的關(guān)系，以此來(lái)確定環(huán)境保護(hù)治理的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，為后期相關(guān)環(huán)境管理部門治理鄰苯二甲酸酯類污染問(wèn)題以及將來(lái)制定鄰苯二甲酸酯類污染的防范方案提供重要的參考依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

利用衛(wèi)星影像和高程數(shù)據(jù)對(duì)試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域的農(nóng)膜覆蓋面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)土壤中鄰苯二甲酸酯類污染進(jìn)行推測(cè)，進(jìn)而確定針對(duì)該污染重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域，為鄰苯二甲酸酯類污染的防治提供了極大的便利。與傳統(tǒng)的地面人工統(tǒng)計(jì)方法相比，衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用不僅效率高、感測(cè)范圍大，而且可大大節(jié)省人力、物力成本。特別是針對(duì)位于山地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村來(lái)說(shuō)，如丘陵、山地等地勢(shì)不平的區(qū)域，其地理因素造成人工統(tǒng)計(jì)的實(shí)施存在一定的困難，衛(wèi)星影像和高程數(shù)據(jù)在這些試點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值。