張增祥

摘 要 我國的資源環(huán)境遙感監(jiān)測始于20世紀70年代。其遙感監(jiān)測技術應用流程為，選擇遙感數(shù)據類型及其時相，得到數(shù)據后進行糾正，進一步采用人機交互和計算機輔助分類與提取 的 *** 來獲取專題信息。在資源研究中利用遙感技術對水、土地、地質礦產、生物等資源進行調查，由早期的1：100萬比例尺向1：50萬、1：25萬、1：10萬比例尺 變化，由早期的靜態(tài)調查變?yōu)楝F(xiàn)在的動態(tài)監(jiān)測，同時精度有了大幅度的提高。在環(huán)境監(jiān)測中利用遙感技術對研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況、水土流失情況、土壤鹽堿化、土地沙漠化等 方面進行研究，實現(xiàn)了由定性向定量轉化，進而能夠客觀、快速、全面地評價區(qū)域的環(huán)境狀況。隨著遙感技術的空間分辨率、時間分辨率、波段分辨率的完善，遙感技術將在資源 與環(huán)境領域發(fā)揮重要的作用。

關鍵詞

資源 環(huán)境 遙感監(jiān)測

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目前，遙感技術已形成多星種、多傳感器、多分辨率共同發(fā)展的局面。遙感衛(wèi)星包括資源衛(wèi)星、環(huán)境衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等，所獲取的遙感信息具有厘米到千米級的多種尺度，如63cm、lm、3m、4m、5m、lOm、20m、30m、60m、120m、150m、180m、250m、500m、1000m等多種分辨率。重訪周期從1天到40-50天不等，在獲取資源環(huán)境空間和時間信息方面構成很好的互補關系。遙感技術在資源與環(huán)境研究和測量任務中扮演著越來越重要的角色，它所具有的高度空間概括能力，有助于對區(qū)域的完整了解。不同衛(wèi)星適宜的重訪周期有利于對地表資源環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測和過程分析。以多光譜觀測為主并輔以較高分辨率的全色數(shù)據，極大地提升了對地物的識別和分類。

一、遙感技術應用的一般技術流程

1．遙感數(shù)據類型選擇

根據研究內容或希望達到的目的有針對性地選擇合適的信息源，主要是對星種或傳感器選擇。多數(shù)情況下，選擇還需要考慮經濟因素。
在一般的資源環(huán)境研究中，目前采用光學傳感器遙感信息較多，如Landsat的TM和ETM+，SPOT，NOAA的AVHRR，Terra的MODIS，CBERS的CCD等。
對于空間精度要求很高的研究工作，如數(shù)字城市建設、大比例尺資源環(huán)境調查、考古等專項遙感監(jiān)測等，還需要在空間分辨率方面提出嚴格要求，通常選擇米級或厘米級的遙感數(shù)據作為主要信息源，目前可以選擇的米級數(shù)據包括SPOT5、IRS、IKONOS、QuickBird等。

2．遙感數(shù)據時相選擇

不同研究對象要求不同時間獲取遙感數(shù)據，具體包括兩個方面：

在資源環(huán)境現(xiàn)狀研究中，針對內容需要更清晰、更全面反映研究對象的遙感數(shù)據，土地利用和土地覆蓋研究一般更多地要了解地表植被的信息，因而多選擇植被生長旺期獲取的遙感數(shù)據。為了了解植被的變化，以及在某些區(qū)域和植被類型間提高分類精度，還會要求相鄰時相的遙感數(shù)據。大區(qū)域作業(yè)要求相鄰景之間具有最接近的時相。
資源環(huán)境動態(tài)變化的遙感監(jiān)測與研究，通常需要對不同年度相近似的季相遙感數(shù)據進行對比分析，年內變化則選擇不同季節(jié)時間序列的同種遙感信息。

3．遙感數(shù)據糾正

在開展資源環(huán)境研究中，一般獲取的遙感數(shù)據已經進行了初步的輻射糾正。幾何校正通常要應用部門根據工作需要自行完成。幾何糾正的主要目的是對遙感圖像進行地理編碼，使其具備希望的坐標系統(tǒng)和投影參數(shù)。

4．專題信息獲取

從遙感數(shù)據到專題信息主要可以歸納為人機交互和計算機輔助分類與提取及其混合應用等三種方式。
遙感信息全數(shù)字人機交互分析 *** 的成熟與廣泛應用，主要是在近10年左右的時間內，該 *** 需要投入大量的人力、物力和財力，而且需要投入相對更多的時間，但取得的成果質量相對更高，更便于應用，因而目前仍然被廣泛采用。
計算機自動分類技術主要立足于遙感信息的定量分析和統(tǒng)計分析，但由于遙感信息傳輸中的各種干擾造成的偏差，以及不同時空條件下地物遙感信息的差異，會產生空間的不一致性和時間的不一致性，以及同物異譜和同譜異物的現(xiàn)象，自動分類精度還難以滿足資源與環(huán)境監(jiān)測的要求。所以在采用計算機自動分類技術產生結果的情況下，仍然需要依靠目視判讀分析來進行改值干預，但最終結果仍會出現(xiàn)較多問題。
現(xiàn)有的自動分類 *** 基本上都是在限定區(qū)域內形成和實現(xiàn)的，在其他地區(qū)的應用往往需要模型的調整和參數(shù)的選擇，很難在大區(qū)域而精度要求又較高的工作中實際應用。這種技術 *** 在特別大的區(qū)域內，而精度要求又相對較低的工作中可以應用，如全球性的植被研究、土地利用／土地覆蓋分類、荒漠化監(jiān)測等；在較小的區(qū)域，專門建立有針對性的模型，所確定的參數(shù)不需要根據區(qū)域復雜程度進行調整，遙感數(shù)據相對單一，不受或少受獲取時相和外部環(huán)境參數(shù)的影響，應用效果也比較理想。

5．專題信息處理與集成

人機交互一般直接獲取矢量信息和屬性信息。以計算機自動分類為主要特點的分類，獲取的專題信息包括矢量與柵格兩種，同時獲取相關的屬性信息。這些信息由獲取到應用需要進行必要的數(shù)據處理與集成才能實現(xiàn)，一般包括圖形的輸入輸出、圖形的編輯、圖形處理、面積平差和分類匯總等過程。

6．專題信息的更新

遙感為大量的數(shù)據更新創(chuàng)造了有利條件，由于技術的發(fā)展和適宜的重訪周期，能夠在各種情況下實現(xiàn)對同一地點的周期性觀測。只有完整、連續(xù)、規(guī)范化的時間序列數(shù)據，才能夠提供研究對象的更多信息，也才能夠更全面和更深入地了解研究對象。

二、資源研究中遙感技術的應用

1．水資源

我國“六五”和“七五”期間開展并完成的“黃淮海平原地區(qū)水域動態(tài)演變遙感分析”，利用遙感技術對黃淮海平原地區(qū)的河流、湖泊、洼淀等地表水體開展了演變過程、空間差異等方面的系統(tǒng)研究。

2．土地資源

從20世紀80年代初期開始，我國已經利用資源衛(wèi)星數(shù)據進行了多次全國范圍的土地資源調查、土地利用監(jiān)測等工作。1980年6月至1983年12月，在全國農業(yè)區(qū)劃委員會辦公室的組織下，利用地球資源衛(wèi)星MSS進行全國土地資源概查。這是之一次利用MSS數(shù)據進行的全國15個地類的土地利用現(xiàn)狀調查，完成了1:50萬比例尺制圖。1997～1998年，中國科學院和國家統(tǒng)計局共同完成了“全國農業(yè)土地資源遙感調查”，遙感調查完成的土地資源成果首次在國家統(tǒng)計工作中發(fā)揮實質性作用。
從1999年開始，國土資源部在全國相繼開展了人口50萬以上城市的土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測，采用SPOT、Land *** 等衛(wèi)星數(shù)據，成功地監(jiān)測了全國60多個大中城市在近兩三年間土地利用的變化情況，監(jiān)測面積達71.4萬km2。

3．地質與礦產資源

我國利用資源衛(wèi)星資料在尋找多金屬富集地段、金礦、鈾礦、儲油構造、煤田等方面也取得多項成果。在西部地區(qū)開展的1:25萬地質調查及礦產資源勘查中，衛(wèi)星遙感數(shù)據是基礎數(shù)據源之一。同時，在金屬礦藏、煤炭和油氣資源的勘探中也發(fā)揮了重要的作用，獲得了顯著的經濟效益。
在新的國土資源大調查中，利用新一代遙感影像進行區(qū)域地質填圖、示礦遙感異常信息識別與提取、地質災害監(jiān)測等，使遙感技術在地質研究領域得到了更廣泛的應用。

4．生物資源

(1)草資源

我國利用遙感技術已經開展了多項草地資源的調查、監(jiān)測和資源評價，區(qū)域性和全國性的草地資源遙感應用成果已經發(fā)揮了作用。
1989～1993年，利用遙感技術開展了中國北方草原草畜動態(tài)平衡監(jiān)測研究，建立了我國北方草原草畜動態(tài)平衡監(jiān)測業(yè)務化運行系統(tǒng)，主要利用NOAA氣象衛(wèi)星資料估測草地生物量。20世紀80年代完成了1:100萬比例尺的全國草地資源圖。2003年完成的全國草地資源動態(tài)監(jiān)測工作，建設完成了1:50萬比例尺的草地資源數(shù)據庫，包括草地資源的18個類和亞類等。

(2)森林資源

我國現(xiàn)行資源監(jiān)測體系中除森林資源監(jiān)測外，荒漠化監(jiān)測、濕地監(jiān)測、野生動物植物監(jiān)測、森林火災監(jiān)測、森林病蟲害監(jiān)測等都廣泛地應用了遙感技術，在林業(yè)的經營管理活動中 也逐步推廣普及了資源衛(wèi)星資料的應用。

1977年利用MSS圖像，首次對我國 *** 地區(qū)的森林資源進行了清查，填補了森林資源數(shù)據的空白。1993～1997年，由聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)援助的“中國森林資源調查技術現(xiàn)代化”項目得到順利執(zhí)行。
目前，正在以全國林業(yè)監(jiān)測站點數(shù)據和遙感數(shù)據為主要信息源，進行全國林地生態(tài)類型數(shù)據庫的建設，將在空間和時間序列上完整、系統(tǒng)地反映林地區(qū)域不同的生態(tài)系統(tǒng)特點、林種、群落特征及其林(樹)齡等。

三、環(huán)境研究中遙感技術的應用

1．環(huán)境綜合評價

1991～2000年間，中國科學院與 *** 自治區(qū)氣象局合作，完成了 *** “一江兩河”中部流域地區(qū)環(huán)境動態(tài)遙感監(jiān)測工作。在獲得比較豐富、全面的料的基礎上，從土地利用、植被、土壤、水文、氣候等方面，研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況，作出了比較科學、客觀的分析評價和描述。
“九五”期間，針對土地資源利用的變化與分析的需要，利用1:100萬和1:25萬DEM數(shù)據、AVHRR數(shù)據和溫度、降水等地面觀測數(shù)據，構建了生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據庫，為土地利用數(shù)據的應用和綜合分析提供了支持。
2000年國家環(huán)保部門充分利用資源衛(wèi)星數(shù)據，對西部12個省、自治區(qū)、直轄市的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進行了全面調查和分析，為我國西部大開發(fā)的生態(tài)環(huán)境戰(zhàn)略提供了最新的科學依據。

2．水土流失

水土流失是復雜的人文和地理過程，受到諸如降水、下墊面基底巖性、地形坡度、土地覆蓋類型及管理方式等眾多因素的影響。其調查 *** 主要有實地定位觀測法、定性遙感法和基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的遙感定量法。其中，基于GIS的遙感定量法是近年來隨著遙感技術的迅速發(fā)展才得以出現(xiàn)的水土流失調查新 *** 。
從1999年開始，水利部和中科院合作，利用資源衛(wèi)星數(shù)據完成了全國土壤侵蝕數(shù)據庫建設，完成了全國水蝕一風蝕交錯區(qū)遙感調查工作。本項研究在實現(xiàn)全國土壤侵蝕動態(tài)監(jiān)測與數(shù)據庫快速更新能力等方面均有突破與創(chuàng)新，成果內容豐富，科學性、系統(tǒng)性、時效性強，對于我國生態(tài)建設與環(huán)境保護具有重要科學意義和應用價值。該項成果在宏觀尺度和多類型土壤侵蝕綜合調查方面達到了國際先進水平。基于此成果，水利部于2002年1月21日發(fā)布了《全國水土流失公告》。

3．土地退化

(1)土壤鹽堿化方面的應用

20世紀90年代，在華北平原地區(qū)開展了基于陸地衛(wèi)星TM數(shù)據的鹽堿土分類研究。在土壤水分、土壤腐殖質含量、土壤氧化鐵含量等方面開展了試驗研究，利用TM的7個波段的數(shù)據對于鹽堿土反射率特性的研究，輔之以植被指數(shù)、居民點分布、人口密度等空間化輔助數(shù)據指標，實現(xiàn)了鹽堿土壤的細分類。

(2)土地沙漠化方面應用

黃河上游地區(qū)的共和盆地處于半干旱干旱草原和干旱荒漠草原的過渡帶，生態(tài)環(huán)境極其脆弱，不合理的人類經濟活動導致沙漠的強烈發(fā)展。在GIS技術支持下，利用陸地衛(wèi)星TM遙感數(shù)據開展了動態(tài)監(jiān)測。研究表明，在GIS技術支持下利用遙感數(shù)據開展沙漠化動態(tài)監(jiān)測是定量研究沙漠化災害的有效途徑，實現(xiàn)了沙漠化土地的沙漠化程度分級，包括潛在沙漠化土地、正在發(fā)展中的沙漠化土地、強烈發(fā)展中的沙漠化土地及嚴重沙漠化土地等。
2002年末啟動并實施的生態(tài)安全相關要素遙感定量反演研究中，土地退化的遙感監(jiān)測與相關要素遙感定量反演研究是重要組成部分。該項目選擇我國西北等地區(qū)土地退化相對顯著的區(qū)域，從植被覆蓋度、植被類型、生物量、土壤表層含水量、土壤鹽堿化、土壤類型等方面進行研究，以期形成適用于大區(qū)域、相對快速的土地退化遙感監(jiān)測研究，特別側重于高時間分辨率遙感技術的應用，從時空兩個方面系統(tǒng)、全面地了解、研究區(qū)域土地退化。

四、資源環(huán)境遙感應用研究的主要特點

隨著應用研究的深入，遙感已不僅僅是在為相關研究提供信息獲取的技術 *** ，在促進研究深度方面也發(fā)揮著越來越大的作用。各種傳感器的發(fā)展和性能的提高，為研究工作提供了一個從更多方面了解研究對象的途徑，能夠獲取一系列的遙感反演參數(shù)。
人機交互解譯和計算機自動分類仍然是目前研究中最常采用的 *** 。在計算機自動分類技術研究不斷取得進展的同時，由專業(yè)人員目視解譯發(fā)展而來的交互分析 *** 已經發(fā)展到全數(shù)字作業(yè)方式，在專題數(shù)據信息獲取、更新、管理、應用等方面具有明顯優(yōu)勢，而且為GIS技術支持下開展多源數(shù)據的綜合分析提供了方便。
遙感技術誕生以來的30多年時間里，航天遙感技術日臻完善，應用越來越廣，除了普遍采用的中等分辨率的遙感數(shù)據外，米級和分米級、厘米級的遙感數(shù)據得到了發(fā)展，不同的空間分辨率不存在相互替代問題，而高、中、低空間分辨率的遙感數(shù)據又對其構成了很好的補充，可以在不同空間尺度下開展多方面的應用研究，可以滿足資源環(huán)境等研究工作中對于不同尺度，不同研究對象自身發(fā)生、發(fā)展規(guī)律的需要。
應用研究的深入開展，加深了人們對于資源環(huán)境認識的深度和廣度，特別是專門化傳感器的發(fā)展，在海洋、環(huán)境、雨林等領域促進了專業(yè)衛(wèi)星的研制，波譜分辨率進一步細化，數(shù)十波段至100～200波段的傳感器逐步在資源環(huán)境領域得到應用，以期獲取地物某方面的更有針對性和更具體的信息，同時波段總數(shù)的增加，為研究同一對象提供了更多的波段選擇。通過綜合應用各種方式的波段組合，可以極大地提高遙感技術的應用能力。目前，在高光譜遙感數(shù)據波段選擇和具體應用研究等方面，基本上尚處于起步階段，大量的研究還有待進一步深入。
新型遙感技術將在社會經濟可持續(xù)發(fā)展過程中的資源環(huán)境研究領域日益發(fā)揮重要的作用。我國的信息化和數(shù)字化建設進一步加快，國家資源環(huán)境綜合信息預警能力正在進一步加緊建設，特別需要通過遙感技術獲取的客觀、快速、全面的資源環(huán)境信息，遙感技術在我國未來的建設事業(yè)中有著極大的應用潛力。

來源：開源地理空間基金會中文分會

來源鏈接：https://www.osgeo.cn/post/512gg

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