卫星影像和高程数据在农村环境质量试点监测中的应用

蒋文涛

（阜宁县环境监测站，江苏 阜宁 224400）

近年来，由于农作物种植的需求，大量农用塑料薄膜在农村地区被广泛地使用。农用塑料薄膜的使用会使土壤中邻苯二甲酸酯类的含量有所提高，使得土壤中邻苯二甲酸酯类含量超标，造成土壤和环境污染。当前，我国农村地区邻苯二甲酸酯类污染问题十分严峻，急需采取相关措施对农村地区的农用塑料薄膜的使用进行监测，并针对监测结果来确定重点关注区域。对于该问题的解决，可利用卫星影像和高程数据对试点监测区域农用塑料薄膜的使用情况进行监测与统计，结合周边区域农用塑料薄膜的使用情况，确定将来重点调查的区域，为后期邻苯二甲酸酯类污染的治理和防范提供一定的参考。

1 环境监测试点的选取

近年来，农用塑料薄膜的使用给农业发展带来一定便利的同时，给当地环境造成了负面影响，如造成土壤中邻苯二甲酸酯类含量逐年增长，进而造成一定程度的土壤污染。针对邻苯二甲酸酯类污染问题，选取了某一农村地区作为环境试点监测区域。针对该试点监测区域农用塑料薄膜的覆盖比重和土壤中邻苯二甲酸酯类的含量进行分析，为相关部门后期对邻苯二甲酸酯类污染的治理与防范提供一定的参考。

本文选取的试点监测区域为蔬菜种植园区。基于蔬菜种植的需要，大量的农用塑料薄膜在试点区域被广泛使用。此外，由于试点监测区域气候高温湿热，导致农用塑料薄膜中的增塑剂——邻苯二甲酸酯类不断析出，对当地土壤造成一定程度的污染。邻苯二甲酸酯类污染对于人体有着严重的危害，其具有生理毒性和中度积蓄作用，对人类存在致突变、致畸危害。因此，对于试点区域邻苯二甲酸酯类污染的治理与防范刻不容缓。对于试点监测区域农用塑料薄膜的使用情况进行统计与调查是必要的，本文主要利用高分辨率的卫星影像和高程数据对试点监测区域农用塑料薄膜使用面积进行监测与统计，同时对试点监测区域周边农用塑料薄膜的使用情况进行分析对比，为后期针对邻苯二甲酸酯类污染状况的深入调查与防治方案的制定提供科学的参考依据［1-3］。

2 技术方法及路线

由于卫星运行高度的原因，地球表面地形较为复杂的山地区域存在一定的地势差异，针对这种情况的地区，遥感卫星影像计算出来的区域面积与实际面积存在一定的误差［4］。其同斜面映射的原理类似，一般卫星影像所计算的面积往往小于实际区域面积（见图1）。

因此，对试点监测区域面积进行卫星影像计算时，要对存在的面积差异进行计算校正。本文参考了生态工作监测的方法。针对卫星影像计算的数据，利用高程数据对其进行校正修改，以提高计算数据的精确度，降低计算存在的误差，具体工作流程如图2所示。

2.1 卫星影像和高程数据的选取

2.1.1 卫星影像。卫星影像的选择是环境监测工作的重要环节，对监测区域面积的确定起着重要作用。当前，我国可以接收、利用多光谱卫星影像的有Landsat5TM、CBERS-2和IRS-P6等。对于目前可用的几种卫星影像，普遍存在分辨率低的情况，对于试点监测区域情况进行监测的效果不理想；对于高分辨率的卫星影像，往往为有偿使用，在使用成本上限制比较大［5］。本文选取的卫星影像为Google Earth，其为无偿使用的卫星影像。Google Earth 的坐标系为WGS1984，在城市及乡镇空间监测的分辨率约为2 m，属于真彩色影像。综合来说，Google Earth是卫星影像中最适合选取使用的，同时其兼顾了使用成本的限制和监测效果的准确性。

Google Earth 是Google 公司研究开发的一款地球仪软件。其通过一个虚拟三维的地球模型，对所监测的试点区域进行体现。其工作原理是将卫星照片、航空影像及GIS 数据布置在地球模型上，用户可以无偿通过客户端软件对全球各个地区的卫星影像进行下载浏览。Google Earth对于不同区域影像的分辨率不同，对于全球地貌影像的有效分辨率一般为30 m，但对于比较大的城市、景区或建筑物的分辨率为1 m，甚至可达0.5 m。对于本文所选取的试点监测区域，Google Earth影像分辨率为0.5 m左右，影像图片比较清晰［6］。这对本次针对试点监测区域环境的监测研究提供了很大的方便。

2.1.2 高程数据。高程（Elevation）指的是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离称绝对高程，简称高程。高程数据就是某点沿铅垂线方向到绝对基面的距离数值。高精确度的高程数据对于一个国家国防来说是极其重要的，关系着国家区域的安全。所以，一个地方区域的相对比较精确的高程数据是具有保密性质的。对于特殊情况需要申请使用测绘部门的高精度高程数据时，需要经过严格的审查，而且需要支付高昂的使用费用。本文选取ASTER全球数字高程模型（ASTER GDEM），对试点监测区域的农用塑料薄膜使用情况进行统计。ASTER GDEM由美国国家航空航天局与日本经济贸易产业省共同开发，在世界范围内是可供公开使用的。其数据是由ASTER星载地球观测光学仪器进行收集的，其坐标系为WGS1984，空间分辨率约为30 m。

2.2 几何校正

由于地球自身为不规则椭圆形球体，而且WGS1984为地理坐标系统。所以，对于所统计的试点监测区域的面积与实际真实面积数值存在一定的差异，不可以直接进行使用，需要通过把地理坐标系转换为投影坐标系来实现对数据的校正。关于投影坐标系，在生态监测中使用较为广泛的为阿尔伯斯圆锥等面积投影。本文所使用的是投影转换控制影像，然后对卫星影像和高程数据通过Erdas软件的几何校正功能实现坐标系的转换，进而提高统计面积的精确度。

2.3 影像解译及质量核查

本文对影像的解译参考了生态监测中的遥感影像解译方法。将高分辨率的Google Earth 卫星影像经过几何校正软件校正后，通过AreGIS软件中的矢量数据编辑器对试点监测区域的监测范围进行勾勒，并对最后的解译结果AreGIS Shape的文件格式进行保存。为了保证解译后数据结果的精确度，需要根据遥感质量核查方法对解译结果进行质量抽查，做进一步的数据质量核查。

2.4 高程数据的获取

对于高程数据的获得，可通过AreGIS软件中的Are-ToolBox里的空间分析工具的按掩膜提取功能，对上一步骤所解译的数据结果进行提取，实现对高程数据的获取。

2.5 面积统计计算

对试点监测区域面积进行统计计算，依然要用Are-GIS软件。AreGIS软件中三维分析工具条里的面积和体积统计数据工具可以利用之前所获取的高程数据，实现对试点监测区域的面积进行统计计算。

3 结果与分析

①通过卫星影像、高程数据、几何校正和面积统计计算等一系列的工作程序，最终获得的试点监测区域农用塑料薄膜的使用面积统计结果为14.73 hm2，其实际的农用塑料薄膜使用面积为15.07 hm2，统计值与真实值之间差异不大，即通过Google Earth 卫星影像和ASTER 高程数据的解译统计结果较为准确。

②通过对试点监测区域农用塑料薄膜面积的统计可知农用塑料薄膜的覆盖比重，并将其覆盖比重和邻苯二甲酸酯类的污染情况与周边区域进行对比分析。由此可知农用塑料薄膜的覆盖比重与邻苯二甲酸酯类污染情况的关系，以此来确定环境保护治理的重点关注区域，为后期相关环境管理部门治理邻苯二甲酸酯类污染问题以及将来制定邻苯二甲酸酯类污染的防范方案提供重要的参考依据。

4 结语

利用卫星影像和高程数据对试点监测区域的农膜覆盖面积进行统计计算，并根据统计结果对土壤中邻苯二甲酸酯类污染进行推测，进而确定针对该污染重点关注的区域，为邻苯二甲酸酯类污染的防治提供了极大的便利。与传统的地面人工统计方法相比，卫星遥感监测技术的应用不仅效率高、感测范围大，而且可大大节省人力、物力成本。特别是针对位于山地的乡镇农村来说，如丘陵、山地等地势不平的区域，其地理因素造成人工统计的实施存在一定的困难，卫星影像和高程数据在这些试点监测区域具有很高的应用价值。