空天地一体化环境监测体系研究和应用进展

摘要：随着遥感技术以及信息技术的飞速发展，空天地一体化环境监测技术逐渐成为我国环保事业的重要支撑，将天空中的卫星遥感、无人机遥感以及地面的环境监测设备相结合，形成一个全方位、多层次、立体化的环境监测网络，为我国的环境保护、资源调查、灾害预警等方面提供了有力支持。本文首先阐述空天地一体化监测体系的构成，再分析空天地一体化环境监测体系研究和应用。

关键词：空天地一体化；环境监测体系；应用

引言

为了全面地反映生态系统现状及其未来发展趋势，确保生态环境保护工作能够精准有效地开展，同时也为自然资源管理、土地利用规划以及相关政策的制定提供坚实可靠的科学依据，构建一个涵盖全要素、全时段以及全覆盖的常态化“空天地”一体化的环境监测体系，已经成为当前我国生态环境保护工作的必然要求和紧迫任务。以实现生态环境信息的实时获取、动态监控和高效处理，从而为生态环境保护和可持续发展提供强有力的技术支撑。

一、空天地一体化监测体系的构成

1、卫星遥感监测（天）

卫星遥感技术作为空天地一体化环境监测技术体系中的关键组成部分，具有极高的战略地位。首先，卫星遥感监测的覆盖范围广，能够对地球表面的大部分区域进行观测，不受地形、国界等限制，从而确保了信息的全面性和准确性。其次，卫星遥感监测能够获取的信息量大，通过搭载的高分辨率相机和传感器，可以收集到地表各类要素的详细信息，为科学研究、资源调查和环境保护提供了丰富的数据资源[1]。

2、航空遥感监测（空）

通过各类航空器如飞机、无人机、航天器以及气溶胶等飞行平台，航空遥感技术实现了对特定区域进行精细至中等和小尺度级别的即时监测。在深空探测技术领域，常用的遥感设备种类繁多，涵盖了光学摄影器材、高清晰度光谱扫描仪、合成孔径雷达系统以及激光侦测仪器等。根据飞行操纵方式的不同，航空遥感技术可被细分为有人操作的飞行器遥感技术与无人操控的飞行器（涵盖无人机及无人船艇）遥感技术两大类别。空中探测利器数据的搜集方式可在突发状况下灵活应对变局，该技术手段显著克服了在云层遮挡影响下，卫星遥感数据采集面临的约束、实时更新迟缓及任务个性化订制所伴随的沉重经济压力等问题。

3、地面监测（地）

利用地面常规监测技术，结合先进的地面监测网络系统，能够高效、系统地开展环境监测工作。首先，地面环境监测网络负责对空气、水质、土壤等环境因素进行实时监测，以确保环境质量符合国家标准。其次，生态监测网络则关注生态环境的变化，包括生物多样性、生态系统稳定性等方面的监测。此外，地面气象站负责收集和传递气象信息，为天气预报、气候变化研究等提供数据支持[2]。地面监测点还设有地基遥感站点，利用遥感技术对地表进行观测，获取地表信息，以便更好地了解地球表面状况。

二、空天地一体化环境监测体系研究和应用

1、水质监测与水资源调查保护

众多领域广泛应用航空、地面与空间集成式监测技术，特别是在水质监测以及水资源的深入钻研方面。通常情况下，水质监测任务极度依靠于搭建在网络平台上的信息采集网点体系，以及实验室对所收集样本的细致剖析。尽管如此，监测点的设置数量终究限量，在应对广阔区域的水质监控时显得心有余而力不足，从而导致对污染物分布情况的洞察入微变得较为困难。通过运用先进的高光谱无人机搭载系统以及卫星遥感探测手段，对流域内水体质量实施遥测与监督管理，从而有利于勾勒出河流水质演变态势。借助概率论及统计学的核心原理和方法，针对相关数据进行了深入的水文评估与数值推演，从而对该区域的水中总量进行掌握。

2、在水土保持监管中的应用

在北京机场的扩建项目等多个重大工程项目中，都广泛应用了卫星遥感、无人机监测以及地面监测技术相结合的空天地一体化监测技术。这种先进的技术手段，构建了一个以“卫星遥感普查-无人机详查-人工现场勘察”为主体的全方位环水保监管体系，旨在对建设项目的环境影响和水土保持情况进行全面、精准的监控。这三者之间相辅相成、优势互补，形成了一个闭合的监管环路。通过这种综合手段，能够有效地获取工程建设期间的环保水保信息，包括水质、土壤、植被、生态等多方面的数据，不仅大幅提升了监管工作的质量和效率，而且在确保工程建设质量和进度的同时，有力地保护了施工现场的生态环境。

3、在自然资源保护中的应用

随着科技的飞速发展，空天地一体化的监测技术逐渐成熟并广泛应用于我国自然资源保护领域。不仅对黑河流域的草原、森林、河流、湖泊等传统关注的自然资源类型进行了全面监测，还将荒漠、湿地、农田等多种地表资源类型纳入观测范围，实现了对黑河流域自然资源状况的全方位、多层次、立体化的监测和管理，为黑河流域的资源环境保护、合理利用以及可持续发展提供了坚实的科学数据支撑[3]。

4、在自然灾害防治中的应用

为了应对监测、预警、协商及评估等核心业务环节，该系统应实现集成空天地一体化的全方位接入功能。结合地面、空中及宇宙空间的高端科技，搭建了一系列融合空天地一体化的智能型自然灾害预警及应急体系。该系统致力于探究自然灾害的根本成因，构建一套风险审查机制，进而对该风险进行彻底而全方位的评价。科研小组依靠大数据技术，成功实现风险数据的高度融合与系统化处理。

结束语

综上所述，在未来的科技发展进程中，空天地一体化立体监测体系将充分利用卫星遥感技术的宏观覆盖能力，结合航空遥感技术的中观监测优势，以及地面监测的微观精确性，形成一个多层次、多角度、全方位的立体监测网络，能够实现对大气、地表、地下等多领域环境的实时监控，有效提高环境监测、灾害预警、资源调查等方面的准确性和效率，对于促进生态文明建设、保障国家安全、支撑经济社会可持续发展具有重要意义。

参考文献

[1]吴季友，陈传忠，蒋睿晓，等.我国生态环境监测网络建设成效与展望[J].中国环境监测，2021，37（2）：1-7.

[2]宋小晴，章佩丽，王昱，等.饮用水源地天-空-地一体化环境监管的实践应用研究[J].环境科学与管理，2023，48（1）：29-34.

[3]管仁利，卢威志，戚业菲，等.空天地一体自然资源调查监测技术在第三次国土调查中的研究与应用[J].山东国土资源，2022，38（11）：71-74.