数据采集与处理技术课程论文

数据采集与处理技术课程论文数据采集和处理技术在环境科学和工程方向的应用和发展趋势报告专业班：环境工程2011-1姓名：陈范类别编号： 97学位： 2220113199环境科学工程学院摘要随着上世纪末信息技术和其他相关科学技术的迅速发展，许多数据采集和处理新技术已应用于环境科学的研究和工程设计。 调查数据采集和处理技术在环境科学和工程中的应用对今后本科相关工作的开展具有重要的指导意义。 因此，本文对相关技术的现状作了简要概述，分别是遥感监测技术、空气质量自动监测技术、水质自动监测技术三个内容要点，从而合理地判断了相关技术的应用趋势。关键词：遥感技术环境科学环境工程自动监测技术目录第一章绪论11.1课题研究的背景和意义11.1.1数据收集和处理技术1第二章遥感技术22.1遥感技术22.1.1环境遥感技术22.2遥感技术在环境科学中的应用22.2.1遥感技术在水污染监测中的应用32.2.2遥感技术在大气环境监测中的应用.32.2.3应用遥感技术监测生态环境42.2.4利用遥感技术监测自然灾害52.3遥感技术的发展趋势52.3.1遥感影像获取技术越来越先进52.3.2遥感信息处理方法和模型越来越科学.62.3.3 3S一体化62.3.4高速、高精度、大容量遥感数据处理系统的构建62.3.5建立国家环境遥感应用系统.6第三章空气质量自动监测技术83.1空气品质自动监视技术原理83.2空气质量自动监测技术的应用.83.2.1环境空气质量自动监视系统. 83.2.2室内环境空气质量的自动监测9第四章水质自动监视技术114.1水质自动监视技术114.1.1水质自动监视系统的构成114.2在线自动分析仪器的发展12结论12参考文献13数据采集和处理技术在环境科学和工程方向的应用和发展趋势报告第一章绪论1.1课题研究的背景和意义随着20世纪初西方国家工业革命的发展，矿石燃料的应用激增，化工的发展也兴起了一系列的环境问题。 其中最有名的是1952年12月5日至9日在英国伦敦发生的大气污染事件，死亡人数超过4000人。 此外还有日本的镉污染事件等严重的环境事故。 西方工业强国走过的老路已经走不动了，重视环境监测和生态保护是必然的选择。 数据采集和处理技术的发展给环境监测工作带来的变化，为更快、更快地掌握环境动态数据及时解决环境问题提供保障。1.1.1数据采集和处理技术数据采集技术(Data Acquisition )是信息科学的重要分支，研究信息数据采集、存储、处理控制等工作。 智能仪器、信号处理、工业自动控制等领域存在数据测量和控制问题。 将存在于外部世界的温度、压力、流量、位移及角度等模拟信号转换为数字信号(Digital Signal )，由计算机收集并进一步显示、处理、传输、记录的过程称为“数据收集”。 相应的系统是数据收集系统(Data Acquisition System，DAS )数据采集技术广泛应用于雷达、通信、水声、遥感、地质勘探、振动工程、无损检测、语音处理、智能仪器、工业自动控制及生物医学工程等领域。数据收集是指温度、压力、流量、位移等模拟收集转换为数字量后，计算机进行记忆处理、显示、打印的过程。 相应的系统称为数据采集系统。第二章遥感技术2.1遥感技术遥感是通过传感器从远离地面的不同平台，如塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天器等，探测地球表面的电磁波辐射信息，然后通过信息的传递、处理和辨认分析，探测和监测地球资源和环境的综合技术遥感技术采用远距离上空的鸟瞰形式，可提供综合系统性、瞬时性或同步性的连续区域同步信息，包括多点、多频谱、多时域和多高度遥感影像以及多次增强的遥感信息，在环境科学领域的应用具有较大优势。2.1.1环境遥感技术20世纪90年代以来，环境遥感技术的应用越来越广泛。 陆地土地霸权变化，城市动态扩大监测评价，推算土壤侵蚀和地面水污染负荷产生量，进行生物栖息地评价和保护、工程选址和防护林保护规划和建设。 到水域的海洋和海岸带的生态环境变迁分析、海面浮游泥沙、叶绿素含量、黄色物质、海上溢油、赤潮及热污染等的发现和监测、珊瑚和红树林的现状调查和变化监测、堤坝的规划和水沙平衡分析、水下地形远程调查和水域的一次生产率的推测。 并且，大气环境遥感的城市热岛效应分析、大气污染范围的识别和定量评价、大气气溶胶污染的特征参数化、全球水、气体和化学元素等循环研究、全球环境变化和重大自然灾害的评价等几乎独占了整个地球系统。2.2环境遥感技术的应用2.2.1遥感技术在水污染监测中的应用(一)用红外扫描仪监测石油污染；世界上每年排放的石油及其产品达到1000万吨，利用多光谱航摄对海面石油污染进行半定量分析，将彩色航摄与近红外线摄影相比较，更加精密地判断和解信息，参照图像绘制不同油膜厚度的大致等级图。 通过彩色浓度分割图像、特别是数字浓度分割图，能够更正确地判断油量的分布状况。 通过颜色密度的分割，可以将零点厚度不同的海面油膜分层，有利于航空遥感的海面油扩散分布和半定量研究。 浓度高的地方是黄色，向外扩展的油膜变薄，呈黄紫混合的颜色，向外扩展的油膜更薄，呈紫色。 通过对污染发生后各天气象卫星图像的比较分析，确定了油膜的漂移方向，计算了其扩散速度和扩散面积。(2)利用遥感技术监测水体富营养化；浮游植物中的叶绿素对蓝紫光和红橙光有很强的吸收作用，水体富营养化时，我们可以利用遥感技术推测水体中的叶绿素分布情况。 赤潮区海水光谱的特征是藻类、泥沙和海水的复合光谱，有机或无机颗粒物质也能吸收入射光，影响水体的透明度。(3)基于遥感技术的废水污染和泥沙污染的调查废水颜色和浮游物性状千差万别，特征曲线上反射峰的位置和强度不大变化，可以用多光谱合成图像进行监测。 水下浮游泥沙浓度和粒径增大，水体反射量增加，反射峰偏红，定量判断浮游泥沙浓度的最佳波段为0.650.85微米。(4)应用红外扫描仪监测水体的热污染用红外扫描仪记录水体的热辐射能量，真实反映其温差。 热红外图像显示热水温度高，辐射能量多，呈淡色调。 冷水和冰的辐射能量少，呈现深色调。 热排水口通常呈白色羽流，利用光学技术和计算机对热图像进行密度分割，以少量同步实测水温，描绘水体等温线。(5)根据遥感技术分析水域的分布变化和水域沼泽化水体整体反射率较低，选择1.551.75微米带的多时域图像，可分析水体的分布变化。 沼泽化在时域影像中反映了水体面积的缩小，从水体到边缘有规律的变化，显示出不同程度的植被特征。2.2.2遥感技术在大气环境监测中的应用(1)臭氧层臭氧层位于地球上空2530公里的平流层，吸收0.3米以下的紫外区域的电磁波，可以在紫外区域测量臭氧层的变化。 臭氧层在2.74毫米的吸收带，可以用频率11083兆赫的地面微波辐射计测量大气中的臭氧的垂直分布。 此外，臭氧层吸收太阳紫外线而升温，能够利用红外线频带来感知，例如利用7.7513.3微米的热红外线传感器测定臭氧层的温度变化，参照浓度与温度的相关关系来推定臭氧浓度的水平分布。(2)大气气溶胶利用遥感图像可以分析大气气溶胶的分布和含量，工业烟雾、火灾烟雾和大型沙尘暴在遥感图像中有清晰的图像，可以直接包围其大致范围。 利用周期性气象卫星图监测沙尘运动，估计其运动速度，及时预报沙尘暴。 利用卫星资料，可以尽早发现森林火灾，将灾害降至最低。 大型照片用于调查城市烟囱的数量和分布，根据烟囱的影子长度计算大致的高度。 可以用计算机微密度分割图像，建立烟雾浓度与图像灰度值的相关关系，测量烟雾浓度的等值线图。(3)有害气体彩红外照片监测有毒气体对污染源周围树木和农作物的危害状况，从植物对有害气体的敏感性可以推测某些地区大气污染的程度和性质。 一般来说，在污染较轻的地区，植被受到污染并不明显，但其光谱反射率有明显变化，在遥感影像中表现为灰度的差异。 正常生长的植物叶子能强烈反射红外线，颜色的红外照片上有明亮的颜色。 被污染的叶子，叶绿素被破坏，对红外线的反射力降低，其色彩红外照片的颜色变暗。 例如，蜡树受到污染后呈紫红色，柳树呈红紫色。(四)气候变化美国、欧盟、日本和俄罗斯地球同步轨道气象卫星组成的静止气象卫星监测系统不分昼夜地观测地球气候变化，得到全球大气参数、海洋参数、地表状况、辐射平衡和臭氧分布等信息，对全球变暖、臭氧层空洞、厄尔尼诺现象的研究非常重要。2.2.3应用遥感技术监测生态环境遥感影像实际记录地形形态的特征，提供各环境参数的组合状况，根据其空间一致性和差异进行区域环境范围的生态分区。 利用遥感卫星照片可以制作森林树种、生长状况和森林复盖图，利用计算机聚类，精度可达80%。 一般野生动物环境与森林植被关系最密切，通过研究植物的分布和生长状况大致确定动物的活动繁殖场所，制定森林野生动物保护计划。2.2.4利用遥感技术监测自然灾害遥感技术对暴雨、水土流失、地震和泥石流等地质灾害的调查和监测也很有效。 例如地震与地球活动结构的区块分布及其活动方式密切相关，利用卫星预测地震的技术主要集中在电磁波辐射和电离层异常监测、地形畸变监测、红外辐射监测和卫星重力监测等方面。 但是，由于目前技术条件的限制，地震无法准确预测。 2008年5月汶川大地震几乎震撼了中国人的心灵，有一天，我们中国人希望遥感技术能够准确预测地震灾害，今天的悲剧绝不会发生。2.3遥感技术的发展趋势随着科技的进步，光谱信息成像、雷达图像多极化、光学探测多极化、地学分析智能化、环境研究动态化和资源研究量化，大大提高了遥感技术的实时性和运行性，发展到多尺度、多频度、24小时365天、高精度和高效快速的目标。2.3.1遥感影像采集技术越来越先进(1)随着高性能新型传感器的研制水平和环境资源遥感对高精度遥感数据要求的提高，高空间和高光谱分辨率已经是卫星遥感成像技术的总发展趋势。 遥感传感器的改进和突破主要集中在图像雷达和光谱仪上，高分辨率遥感资料对地质测量和海洋陆地生物资源调查有效。(2)雷达遥感具有全天候获取图像、透过地物的能力，在对地观测领域具有很大优势。 干扰雷达技术、无源微波合成孔径成像技术、三维成像技术和植物透射宽带雷达技术越来越重要，成为实现全天候对地观测的主要技术，大大提高了环境资源动态监测能力(3)开发和完善陆地表面温度和辐射率分离技术，定量估算和监测陆地表面能量交换和平衡过程，在全球变暖研究中发挥更大作用。(4)从宇宙、航空和地面观测站网络等以地球为研究对象的综合对地观测数据获取系统，定位、定性和定量，全天候提供全时域和全空间的数据能力，为地学研究、资源开发、环境保护和区域经济的持续协调发展提供科学数据和信息服务。2.3.2遥感信息处理方法和模型越来越科学神经网络、小波、分形、认知模型、地理学专家知识和视频处理系统的集成等信息模型和技术大大提高了多源传感技术的融合、分类识别和提取的精度和可靠性。 统计分类、模糊技术、专家知识和神经网络分类有机结合构成复合分类器，大幅提高分类精度和分类数。 多平台、多电平、多传感器、多相、