在環(huán)境監(jiān)測中，高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以用于監(jiān)測環(huán)境污染和生態(tài)變化。通過對高光譜數(shù)據(jù)進行分析和處理，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)境保護提供重要的情報支持。高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)還可以用于監(jiān)測氣象和氣候變化，如監(jiān)測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)測上的應(yīng)用

通過高光譜遙感，我們能夠同時獲取觀測目標的圖像和光譜，實現(xiàn)目標空間特征與光譜特征的同步探測。其光譜分辨率高達納米（nm）數(shù)量級，能夠更為精確地區(qū)分不同地物之間的細微差別。高光譜遙感相較于常規(guī)遙感技術(shù)，有著顯著優(yōu)勢，其目前在植被覆蓋率及生長狀況、土壤 有機質(zhì)分析、土壤酸堿度檢測、水體分布及河流、湖泊的水質(zhì)監(jiān)測等領(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)測上的應(yīng)用

通過分析高光譜數(shù)據(jù)特征譜線，能夠準確評估植被和 農(nóng)田的生態(tài)情況。比如：（1）檢測植物的脅迫效應(yīng)；（2）測 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。在對植被的生化指數(shù)評估方面，高光譜方法優(yōu)勢明顯

2.高光譜遙感在沙漠生態(tài)監(jiān)測上的應(yīng)用

荒漠化指通過自然因素或人為活動影響，造成的土壤沙化，其目前已成為世界性環(huán)境難題。我國國土中有27%屬于荒漠化土地，解決荒漠化問題不僅能夠保護我們的綠水青山，更能夠帶動環(huán)境經(jīng)濟發(fā)展。

結(jié)合沙化地區(qū)土壤的實際情況，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，鹽堿地也是重要的潛在土地資源。對鹽堿地的治理修復(fù)和對緩解土地資源緊張具有一定的價值，因此對土壤鹽分的檢測和評估對鹽堿地治理至關(guān)重要。

鹽堿地中常見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量土壤重金屬含量。

對銀川市北部鹽堿地 進行高光譜測量分析，通過建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)了對 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)測上的應(yīng)用

我國是礦產(chǎn)資源生產(chǎn)和消費大國，礦產(chǎn)資源產(chǎn)量及消費量均居世界第一。但是，礦產(chǎn)資源的開采必然會對礦山周圍的生態(tài)環(huán)境造成破壞，進而引發(fā)一系列環(huán)境問題。我們可以通過高光譜遙感來實現(xiàn)對礦山環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測，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)降維主要是通過特征提?。ㄔ脊庾V空間或其子空間的一種數(shù)學(xué)變換）和波段選擇（選擇一個盡可能多地保留原始數(shù)據(jù)的主要光譜），實現(xiàn)信息綜合、特征增強和光譜降維，最終利用低維數(shù)據(jù)來有效表達高維數(shù)據(jù)信息。特征提取方法首先對原始高光譜數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)變換，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)降維。波段選擇問題就是一個組合優(yōu)化問題，標準就是其目標函數(shù)。根據(jù)目標函數(shù)的計算過程，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識別技術(shù)

因高光譜遙感是用很窄而連續(xù)的光譜通道對地物持續(xù)遙感成像，因此其具備捕捉細微光譜特征的能力。針對區(qū)域水環(huán)境中水體目標復(fù)雜多樣的特點，高光譜遙感豐富的光譜信息能夠提高水體目標的識別精度，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)測應(yīng)用

海洋水體對電磁波的強吸收特性，使得海洋水體的回波信號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，對海洋環(huán)境要素信息準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)成為開展海洋資源環(huán)境監(jiān)測的新選擇。

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

基于光譜技術(shù)的水質(zhì)監(jiān)測突破了傳統(tǒng)檢測方法的操作復(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)測的重要方法。

1）目前，隨著食品質(zhì)量安全問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、實時的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對水質(zhì)異常狀況進行預(yù)警。現(xiàn)階段的水質(zhì)檢測往往需要結(jié)合一些實驗室處理方法，如化學(xué)分析法等，在做檢測結(jié)果之前，已經(jīng)消耗了一定的時間，因此水質(zhì)檢測無法做到實時在線進行。將光譜技術(shù)與實時在線監(jiān)測技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)對水產(chǎn)養(yǎng)殖等水質(zhì)進行實時在線監(jiān)測和預(yù)警，將對水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域具有更大的實際意義。

2）多源光譜數(shù)據(jù)融合的水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測將會成為新的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段的水質(zhì)監(jiān)測多采用單一光譜，無法達到較高的監(jiān)測精度。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)性和互補性的不同光譜，可提高預(yù)測模型的分析精度和魯棒性。

3）利用光譜技術(shù)對水質(zhì)多參數(shù)監(jiān)測，是今后水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測研究的發(fā)展方向。由于水中懸浮物對不同波長可見光的散射存在非線性關(guān)系，且水中懸浮物對影響水質(zhì)參數(shù)的部分有機物存在吸附，導(dǎo)致單一可見光波長的濁度補償方法無法準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，對測量光譜進行有效地校正的方法成為水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)測的關(guān)鍵技術(shù)問題。

4）對于光譜數(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，在今后較長一段時間內(nèi)，這種方法仍會占據(jù)主導(dǎo)。常見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，對傳統(tǒng)算法進行改進，能夠更好地發(fā)揮這些算法的優(yōu)勢，以實現(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)測的主流建模方法。水環(huán)境是一個無序的、非穩(wěn)定的、非平衡的隨機系統(tǒng)，不同元素之間往往存在著隨機性、協(xié)同現(xiàn)象和相干效應(yīng)，非線性建模算法可增加監(jiān)測的準確性、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算資源和時間，因此需要開發(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，以便更好地識別和分析目標物體。

3.高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)還需要面對數(shù)據(jù)質(zhì)量不足和數(shù)據(jù)缺失的問題，需要開發(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

未來的高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)將會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.更加精細的空間分辨率和更加寬的光譜范圍

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

3.多傳感器數(shù)據(jù)融合

未來的高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)將會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)測領(lǐng)域具有重要應(yīng)用，同時也面臨著一些挑戰(zhàn)。未來的高光譜數(shù)據(jù)分析技術(shù)將會在處理算法、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)測提供更加準確和可靠的支持。

總結(jié)與發(fā)展趨勢展望

隨著對高光譜遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測和評價方面的研究日益深入，高光譜遙感已經(jīng)成為實現(xiàn)環(huán)境評價的重要工具之一。通過研究植被覆蓋率、植被生長狀況、土壤有機質(zhì)分析、土壤酸堿度檢測、水體分布、河流與湖泊水質(zhì)監(jiān)測以及環(huán)境生物量分析和生物分布等方面，人們已經(jīng)實現(xiàn)了對沙漠、礦山、鹽堿地、植被和農(nóng)田等生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測。這些研究進展為將來在環(huán)境定量評價和自動監(jiān)測方面研究高光譜遙感技術(shù)提供了基礎(chǔ)。

展望未來，高光譜遙感在環(huán)境評價方面的發(fā)展趨勢是：

1.從短期調(diào)查轉(zhuǎn)向長期監(jiān)測。

長期而持續(xù)的環(huán)境監(jiān)測能夠展示調(diào)查地區(qū)更加連貫和詳盡的環(huán)境演變過程，為進一步研究和分析該地區(qū)的環(huán)境演變趨勢提供重要數(shù)據(jù)，從而為評估環(huán)境修復(fù)措施的效果和有效性提供依據(jù)。

2.實現(xiàn)小型化和輕量化。

近年來，無人機技術(shù)迅速發(fā)展，利用搭載高光譜相機的無人機進行環(huán)境監(jiān)測，針對小范圍區(qū)域進行遙感，是一種理想的方案。無人機具有成本低、操作簡便的優(yōu)點，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)測大氣、海洋和陸地狀況。航天遙感的優(yōu)勢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的地區(qū)，航天高光譜遙感的優(yōu)勢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)。