我國資源環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)及其進(jìn)展

摘 要 我國的資源環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)始于20世紀(jì)70年代。其遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用流程為，選擇遙感數(shù)據(jù)類型及其時(shí)相，得到數(shù)據(jù)后進(jìn)行糾正，進(jìn)一步采用人機(jī)交互和計(jì)算機(jī)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(shù)對(duì)水、土地、地質(zhì)礦產(chǎn)、生物等資源進(jìn)行調(diào)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(diào)查變?yōu)楝F(xiàn)在的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)精度有了大幅度的提高。在環(huán)境監(jiān)測(cè)中利用遙感技術(shù)對(duì)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(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了由定性向定量轉(zhuǎn)化，進(jìn)而能夠客觀、快速、全面地評(píng)價(jià)區(qū)域的環(huán)境狀況。隨著遙感技術(shù)的空間分辨率、時(shí)間分辨率、波段分辨率的完善，遙感技術(shù)將在資源 與環(huán)境領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

關(guān)鍵詞

資源 環(huán)境 遙感監(jiān)測(cè)

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目前，遙感技術(shù)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(jí)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(shí)間信息方面構(gòu)成很好的互補(bǔ)關(guān)系。遙感技術(shù)在資源與環(huán)境研究和測(cè)量任務(wù)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(duì)區(qū)域的完整了解。不同衛(wèi)星適宜的重訪周期有利于對(duì)地表資源環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和過程分析。以多光譜觀測(cè)為主并輔以較高分辨率的全色數(shù)據(jù)，極大地提升了對(duì)地物的識(shí)別和分類。

一、遙感技術(shù)應(yīng)用的一般技術(shù)流程

1．遙感數(shù)據(jù)類型選擇

根據(jù)研究內(nèi)容或希望達(dá)到的目的有針對(duì)性地選擇合適的信息源，主要是對(duì)星種或傳感器選擇。多數(shù)情況下，選擇還需要考慮經(jīng)濟(jì)因素。
在一般的資源環(huán)境研究中，目前采用光學(xué)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(duì)于空間精度要求很高的研究工作，如數(shù)字城市建設(shè)、大比例尺資源環(huán)境調(diào)查、考古等專項(xiàng)遙感監(jiān)測(cè)等，還需要在空間分辨率方面提出嚴(yán)格要求，通常選擇米級(jí)或厘米級(jí)的遙感數(shù)據(jù)作為主要信息源，目前可以選擇的米級(jí)數(shù)據(jù)包括SPOT5、IRS、IKONOS、QuickBird等。

2．遙感數(shù)據(jù)時(shí)相選擇

不同研究對(duì)象要求不同時(shí)間獲取遙感數(shù)據(jù)，具體包括兩個(gè)方面：

在資源環(huán)境現(xiàn)狀研究中，針對(duì)內(nèi)容需要更清晰、更全面反映研究對(duì)象的遙感數(shù)據(jù)，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(jù)。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(huì)要求相鄰時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)。大區(qū)域作業(yè)要求相鄰景之間具有最接近的時(shí)相。
資源環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的遙感監(jiān)測(cè)與研究，通常需要對(duì)不同年度相近似的季相遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，年內(nèi)變化則選擇不同季節(jié)時(shí)間序列的同種遙感信息。

3．遙感數(shù)據(jù)糾正

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

4．專題信息獲取

從遙感數(shù)據(jù)到專題信息主要可以歸納為人機(jī)交互和計(jì)算機(jī)輔助分類與提取及其混合應(yīng)用等三種方式。
遙感信息全數(shù)字人機(jī)交互分析 *** 的成熟與廣泛應(yīng)用，主要是在近10年左右的時(shí)間內(nèi)，該 *** 需要投入大量的人力、物力和財(cái)力，而且需要投入相對(duì)更多的時(shí)間，但取得的成果質(zhì)量相對(duì)更高，更便于應(yīng)用，因而目前仍然被廣泛采用。
計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類技術(shù)主要立足于遙感信息的定量分析和統(tǒng)計(jì)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(shí)空條件下地物遙感信息的差異，會(huì)產(chǎn)生空間的不一致性和時(shí)間的不一致性，以及同物異譜和同譜異物的現(xiàn)象，自動(dòng)分類精度還難以滿足資源與環(huán)境監(jiān)測(cè)的要求。所以在采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類技術(shù)產(chǎn)生結(jié)果的情況下，仍然需要依靠目視判讀分析來進(jìn)行改值干預(yù)，但最終結(jié)果仍會(huì)出現(xiàn)較多問題。
現(xiàn)有的自動(dòng)分類 *** 基本上都是在限定區(qū)域內(nèi)形成和實(shí)現(xiàn)的，在其他地區(qū)的應(yīng)用往往需要模型的調(diào)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(shí)際應(yīng)用。這種技術(shù) *** 在特別大的區(qū)域內(nèi)，而精度要求又相對(duì)較低的工作中可以應(yīng)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(cè)等；在較小的區(qū)域，專門建立有針對(duì)性的模型，所確定的參數(shù)不需要根據(jù)區(qū)域復(fù)雜程度進(jìn)行調(diào)整，遙感數(shù)據(jù)相對(duì)單一，不受或少受獲取時(shí)相和外部環(huán)境參數(shù)的影響，應(yīng)用效果也比較理想。

5．專題信息處理與集成

人機(jī)交互一般直接獲取矢量信息和屬性信息。以計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類為主要特點(diǎn)的分類，獲取的專題信息包括矢量與柵格兩種，同時(shí)獲取相關(guān)的屬性信息。這些信息由獲取到應(yīng)用需要進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理與集成才能實(shí)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(jù)更新創(chuàng)造了有利條件，由于技術(shù)的發(fā)展和適宜的重訪周期，能夠在各種情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)同一地點(diǎn)的周期性觀測(cè)。只有完整、連續(xù)、規(guī)范化的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，才能夠提供研究對(duì)象的更多信息，也才能夠更全面和更深入地了解研究對(duì)象。

二、資源研究中遙感技術(shù)的應(yīng)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(dòng)態(tài)演變遙感分析”，利用遙感技術(shù)對(duì)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(jì)80年代初期開始，我國已經(jīng)利用資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行了多次全國范圍的土地資源調(diào)查、土地利用監(jiān)測(cè)等工作。1980年6月至1983年12月，在全國農(nóng)業(yè)區(qū)劃委員會(huì)辦公室的組織下，利用地球資源衛(wèi)星MSS進(jìn)行全國土地資源概查。這是之一次利用MSS數(shù)據(jù)進(jìn)行的全國15個(gè)地類的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查，完成了1:50萬比例尺制圖。1997～1998年，中國科學(xué)院和國家統(tǒng)計(jì)局共同完成了“全國農(nóng)業(yè)土地資源遙感調(diào)查”，遙感調(diào)查完成的土地資源成果首次在國家統(tǒng)計(jì)工作中發(fā)揮實(shí)質(zhì)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(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)，采用SPOT、Land *** 等衛(wèi)星數(shù)據(jù)，成功地監(jiān)測(cè)了全國60多個(gè)大中城市在近兩三年間土地利用的變化情況，監(jiān)測(cè)面積達(dá)71.4萬km2。

3．地質(zhì)與礦產(chǎn)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(chǔ)油構(gòu)造、煤田等方面也取得多項(xiàng)成果。在西部地區(qū)開展的1:25萬地質(zhì)調(diào)查及礦產(chǎn)資源勘查中，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源之一。同時(shí)，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(jīng)濟(jì)效益。
在新的國土資源大調(diào)查中，利用新一代遙感影像進(jìn)行區(qū)域地質(zhì)填圖、示礦遙感異常信息識(shí)別與提取、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)等，使遙感技術(shù)在地質(zhì)研究領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用。

4．生物資源

(1)草資源

我國利用遙感技術(shù)已經(jīng)開展了多項(xiàng)草地資源的調(diào)查、監(jiān)測(cè)和資源評(píng)價(jià)，區(qū)域性和全國性的草地資源遙感應(yīng)用成果已經(jīng)發(fā)揮了作用。
1989～1993年，利用遙感技術(shù)開展了中國北方草原草畜動(dòng)態(tài)平衡監(jiān)測(cè)研究，建立了我國北方草原草畜動(dòng)態(tài)平衡監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化運(yùn)行系統(tǒng)，主要利用NOAA氣象衛(wèi)星資料估測(cè)草地生物量。20世紀(jì)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，建設(shè)完成了1:50萬比例尺的草地資源數(shù)據(jù)庫，包括草地資源的18個(gè)類和亞類等。

(2)森林資源

我國現(xiàn)行資源監(jiān)測(cè)體系中除森林資源監(jiān)測(cè)外，荒漠化監(jiān)測(cè)、濕地監(jiān)測(cè)、野生動(dòng)物植物監(jiān)測(cè)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)、森林病蟲害監(jiān)測(cè)等都廣泛地應(yīng)用了遙感技術(shù)，在林業(yè)的經(jīng)營管理活動(dòng)中 也逐步推廣普及了資源衛(wèi)星資料的應(yīng)用。

1977年利用MSS圖像，首次對(duì)我國 *** 地區(qū)的森林資源進(jìn)行了清查，填補(bǔ)了森林資源數(shù)據(jù)的空白。1993～1997年，由聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署(UNDP)援助的“中國森林資源調(diào)查技術(shù)現(xiàn)代化”項(xiàng)目得到順利執(zhí)行。
目前，正在以全國林業(yè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)為主要信息源，進(jìn)行全國林地生態(tài)類型數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，將在空間和時(shí)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(diǎn)、林種、群落特征及其林(樹)齡等。

三、環(huán)境研究中遙感技術(shù)的應(yīng)用

1．環(huán)境綜合評(píng)價(jià)

1991～2000年間，中國科學(xué)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(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)工作。在獲得比較豐富、全面的料的基礎(chǔ)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(xué)、客觀的分析評(píng)價(jià)和描述。
“九五”期間，針對(duì)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(jù)、AVHRR數(shù)據(jù)和溫度、降水等地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)庫，為土地利用數(shù)據(jù)的應(yīng)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(jù)，對(duì)西部12個(gè)省、自治區(qū)、直轄市的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了全面調(diào)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(xué)依據(jù)。

2．水土流失

水土流失是復(fù)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(diào)查 *** 主要有實(shí)地定位觀測(cè)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(shù)的迅速發(fā)展才得以出現(xiàn)的水土流失調(diào)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(jù)完成了全國土壤侵蝕數(shù)據(jù)庫建設(shè)，完成了全國水蝕一風(fēng)蝕交錯(cuò)區(qū)遙感調(diào)查工作。本項(xiàng)研究在實(shí)現(xiàn)全國土壤侵蝕動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)庫快速更新能力等方面均有突破與創(chuàng)新，成果內(nèi)容豐富，科學(xué)性、系統(tǒng)性、時(shí)效性強(qiáng)，對(duì)于我國生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)具有重要科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。該項(xiàng)成果在宏觀尺度和多類型土壤侵蝕綜合調(diào)查方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平?；诖顺晒坑?002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(yīng)用

20世紀(jì)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(jù)的鹽堿土分類研究。在土壤水分、土壤腐殖質(zhì)含量、土壤氧化鐵含量等方面開展了試驗(yàn)研究，利用TM的7個(gè)波段的數(shù)據(jù)對(duì)于鹽堿土反射率特性的研究，輔之以植被指數(shù)、居民點(diǎn)分布、人口密度等空間化輔助數(shù)據(jù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了鹽堿土壤的細(xì)分類。

(2)土地沙漠化方面應(yīng)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(jīng)濟(jì)活動(dòng)導(dǎo)致沙漠的強(qiáng)烈發(fā)展。在GIS技術(shù)支持下，利用陸地衛(wèi)星TM遙感數(shù)據(jù)開展了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。研究表明，在GIS技術(shù)支持下利用遙感數(shù)據(jù)開展沙漠化動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是定量研究沙漠化災(zāi)害的有效途徑，實(shí)現(xiàn)了沙漠化土地的沙漠化程度分級(jí)，包括潛在沙漠化土地、正在發(fā)展中的沙漠化土地、強(qiáng)烈發(fā)展中的沙漠化土地及嚴(yán)重沙漠化土地等。
2002年末啟動(dòng)并實(shí)施的生態(tài)安全相關(guān)要素遙感定量反演研究中，土地退化的遙感監(jiān)測(cè)與相關(guān)要素遙感定量反演研究是重要組成部分。該項(xiàng)目選擇我國西北等地區(qū)土地退化相對(duì)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(jìn)行研究，以期形成適用于大區(qū)域、相對(duì)快速的土地退化遙感監(jiān)測(cè)研究，特別側(cè)重于高時(shí)間分辨率遙感技術(shù)的應(yīng)用，從時(shí)空兩個(gè)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(yīng)用研究的主要特點(diǎn)

隨著應(yīng)用研究的深入，遙感已不僅僅是在為相關(guān)研究提供信息獲取的技術(shù) *** ，在促進(jìn)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(gè)從更多方面了解研究對(duì)象的途徑，能夠獲取一系列的遙感反演參數(shù)。
人機(jī)交互解譯和計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類仍然是目前研究中最常采用的 *** 。在計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類技術(shù)研究不斷取得進(jìn)展的同時(shí)，由專業(yè)人員目視解譯發(fā)展而來的交互分析 *** 已經(jīng)發(fā)展到全數(shù)字作業(yè)方式，在專題數(shù)據(jù)信息獲取、更新、管理、應(yīng)用等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，而且為GIS技術(shù)支持下開展多源數(shù)據(jù)的綜合分析提供了方便。
遙感技術(shù)誕生以來的30多年時(shí)間里，航天遙感技術(shù)日臻完善，應(yīng)用越來越廣，除了普遍采用的中等分辨率的遙感數(shù)據(jù)外，米級(jí)和分米級(jí)、厘米級(jí)的遙感數(shù)據(jù)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(jù)又對(duì)其構(gòu)成了很好的補(bǔ)充，可以在不同空間尺度下開展多方面的應(yīng)用研究，可以滿足資源環(huán)境等研究工作中對(duì)于不同尺度，不同研究對(duì)象自身發(fā)生、發(fā)展規(guī)律的需要。
應(yīng)用研究的深入開展，加深了人們對(duì)于資源環(huán)境認(rèn)識(shí)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(lǐng)域促進(jìn)了專業(yè)衛(wèi)星的研制，波譜分辨率進(jìn)一步細(xì)化，數(shù)十波段至100～200波段的傳感器逐步在資源環(huán)境領(lǐng)域得到應(yīng)用，以期獲取地物某方面的更有針對(duì)性和更具體的信息，同時(shí)波段總數(shù)的增加，為研究同一對(duì)象提供了更多的波段選擇。通過綜合應(yīng)用各種方式的波段組合，可以極大地提高遙感技術(shù)的應(yīng)用能力。目前，在高光譜遙感數(shù)據(jù)波段選擇和具體應(yīng)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(jìn)一步深入。
新型遙感技術(shù)將在社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展過程中的資源環(huán)境研究領(lǐng)域日益發(fā)揮重要的作用。我國的信息化和數(shù)字化建設(shè)進(jìn)一步加快，國家資源環(huán)境綜合信息預(yù)警能力正在進(jìn)一步加緊建設(shè)，特別需要通過遙感技術(shù)獲取的客觀、快速、全面的資源環(huán)境信息，遙感技術(shù)在我國未來的建設(shè)事業(yè)中有著極大的應(yīng)用潛力。

來源：開源地理空間基金會(huì)中文分會(huì)

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