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[资料] 遥感及其运用和新趋势、新概念

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发表于 2017-7-11 11:56 | 显示全部楼层 |阅读模式
摘要:本文介绍了遥感技术的实现基础和遥感在海洋、动态监测、资源调查、城市规划等等中的运用,还简单概述了遥感的新趋势和新概念。
关键词:遥感基础  遥感运用   遥感新发展


1     遥感技术

       遥感技术是20世纪60年代以来,在现代物理学,空间科学,电子计算机科学和地球科学等等理论基础上建立和发展起来的一门新兴、综合性的边缘科学,是一门先进的、实用的探测技术。它从以飞机为主要运载工具的航空遥感发展到以人造地球卫星、宇宙飞船和航天飞机为主要运载工具的航天遥感,从摄影机发展到扫描方式的传感器,扩大了人们的视野,是对地球环境和对资源的监测和研究进入了一个新的阶段,它已广泛地、并将越来越广泛地运用于农业、林业、渔业、地质、海洋、水文、气象等领域中。遥感技术具有先进性、综合性和实用性。其先进性表现在它涉及当代许多先进技术和尖端领域。其综合性表现在它是多项先进技术的有机结合,也是这些先进技术与地球科学的有机综合。其实用性表现在它几乎可运用于一切对地球表层环境进行调查的学科和部门。

       在字面上说,遥感是遥远的感知。自从它作为一门独立学科正式诞生起,遥感技术已获得了飞速的发展,取得了举世瞩目的成就。构成遥感技术的四个必不可少的要数是对象、传感器、信息传播媒介和平台。

对象:即被感知的事物。

传感器:能感测事物并能将感测得结果传递给使用者的仪器。

信息传播媒介:在对象和传感器之间起信息传播作用的媒介。

平台:装载传感器并使之能有效地工作的装置。

       现在实用的遥感技术绝大部分是以电磁波为信息传播的媒介,以飞机、人造卫星等飞行器为平台的。因此,也可以将遥感定义为:利用飞机、人造卫星或其他飞行器做运载工具,以电磁波来检测、度量远距离目标的一种技术手段。

       遥感研究可以分为两个部分----遥感技术研究和遥感运用研究。后者是利用遥感信息资料进行的专业和专题的运用分析研究,遥感技术在地质、海洋等等方面的研究就是属于遥感地学分析。

       下面我们将涉及遥感技术在地学分析上的研究。


2     遥感地学分析

       遥感广泛地运用于地质、农林业、环境、渔业、海洋、水文、气象等等方面。

下面我们将从遥感在海洋上的运用,遥感在资源调查中的运用,包括在土地、矿产、生态、林业,动态监测上的运用,包括自然灾害,水灾,火灾,地质灾害,环境,水资源上的运用,在城市规划的运用等四个方面来展开。


2.1     遥感在海洋上的运用


2.1.1海洋遥感应用基础研究

    海洋遥感应用基础研究包括海洋地韧波诺测量与研究、海洋要宏的反演算法与模式研究等。通过早期的航空遥感一些研究项目,对海岸带、污染水体、悬浮物水体和水面油膜等地物光谱持性、海面热红外辐射性、海面微波散射和辐射特性进行了测量,获得了大量的数据,取得了一些研究成果。

    在海洋要素反演算法模式研究方面,我国学者主要从事了以下几个方面的工作并取得了一定的成果和进展:可见光和热红外遥感中的大气辐射校正方法研究,海水叶绿家浓度写法研究;海水悬浮泥沙浓度算法研究;近岸海域水探测量研究;海水遥感方法研究;海面高度测量及其应用研究;海面风场的算法研究;海面波浪场的算法研究。


2.1.2在海洋环境监测与资源调查中的应用

  我国在海洋环境监测与资源调查方面利用海洋遥感技术取得的成果有:

[1]渔海况速权 利用航空和航天热红外资料分析冷暖锋面,确定渔场中心位置,对渔业作业区域进行速报。经过多年试验证明渔海况速报提高了渔获量,节约了能源,产生了明显的经济效益;

[2]海冰冰情监测 利用航空和航天可见光热红外资料计算渤海和黄海北部海冰的覆盖范围和类别、监测海冰的动态变化

[3]海面油膜污染监测 利用遥感飞机对港湾、锚地、航道、渔场和海洋石油开发区等海域进行定期执行飞行,监视监测以石油为主的海洋污染,在国内外产生了较大影响;

[4]沿海工程应用 利用卫星资料分析黄河、长江、珠江、闽江和鸭绿江入海泥沙的扩散规律,为航道治理、建港以及浅海油气资源开发提供必要的科学数据;

[5]海岸带和海岛调查 利用卫星资料对海岸带和海岛进行调查,编制植被、地貌、地质和土地利用图,为海岸和海岛的开发、利用和管理服务。   


2.1.3在海洋研究中的应用

    海洋遥感技术在我国海洋研究中的应用主要体现在以下几个方面:

[1]海洋表面遥度:利用气象卫星热红外资料观测海面温度,测量精度通常为士1K,局部海域可达±0.5K;

[2]海洋表层悬浮泥沙浓度: 利用气象卫星和陆地资源卫星可见光资料定性或半定量地观测海面悬浮泥沙浓度;

[3]海洋动力现象的研究:一是开展海洋表层温度和悬浮泥沙浓度时空变化的研究,二是开展大、中尺度海洋现象的研究。利用海温和悬浮泥沙浓度分析水团和流系,获取海洋锋面、涡旋、上升流等现象的地理位置、形态特征和时间信息,研究它们的动力机制;


2.1.4对海洋遥感的迫切需求

    如上所述,我国海洋遥感已经取得了一定的社会经济效益和研究成果。但是,国民经济的持续高速发展,特别是沿海地区经济的高速发展,对海洋遥感技术提出了更高的要求,综合起来有几个方面的需求。

[1]我国海洋专日经济区的管辖权

    自联合国于1982年通过国际海洋法公约,确定大陆架和专属经济区的管辖制度以来,与我国毗连的一些周边国家已单方面相继宣布了本国的管辖海域,侵占了应属于我国管辖的大面积海域;引起了与我国的领海纠纷。海洋遥感可为海洋专属经济区划界的外交谈判提供海洋资源环境、地理环境、水文环境和航道环境等有关资料;同时也可为了解对方在海上的军事行动和资源开发现状提供信息,为海上快速反应提供服务。

[2]海洋灾害的监测和预报

    我国是海洋灾害的重灾国,平均每年的直接经济损失为几十亿,严重年份高达上百个亿。为了减轻海洋灾害造成的经济损失和人员伤亡,急需提高预报的时效性和准确性。海洋遥感可为海洋灾害的监测和预报提供全天时、全天候、大范围的资料。

[3]海洋油气资源开发

    目前,我国海洋油气即将进入全面开发阶段。在海上油气勘探和开发的各个阶段都需要详尽的海洋油气环境、地理环境、气象环境和水文环境等资料。利用海洋遥感资料可提高油气开发的安全性,提高设备的利用率,因此可降低开发成本。此外,海洋遥感也可用于油田探测和海洋重力场的测量,进而了解海床地质构造和油田储藏区域。

[4]海洋渔业资源的开发和保护

    我国近海捕捞业面临着两个问题。一是渔业资源与捕捞强度增长不相适应,出现了长期过渡捕捞现象;二是沿海和近海渔场由于水体污染和人为破坏等原因。造成渔场普遍衰竭。海洋遥感可对渔场资源潜力作科学估算,为制定渔业政策和发展规划提供科学依据。

[5]沿岸工程建设

    港口、航道、排污工程、石油平台、围垦工程、旅游设施和海水养殖场等的规划、设计、建设和维护都要考虑海水环境条件。海洋遥感可提供海水宏观、连续、动态的水质、水深和底质信息,补充沿岸工程建设常规海水环境调查的信息量,改善点、线观测的时效和精度。为沿岸工程的设计和施工提供准确可靠的数据。

[6]海洋污染的监测

    我国沿海约有250多处油污染源,每年向海洋的排放量为10万吨以上。随着海上油气的开发,井喷、泄油不断,溢油量之大难以计数。船舶跑油事故屡见不鲜。沿海地区每年向海洋排放的工业废水量和城市生活污水量在80亿吨以上,由于大量陆源污染和向海洋排放,致使局部海域污染严重超标,出现水体富营养化,导致赤潮频发,给渔业生产造成严重的经济损失。因此,必须进一步加强对油污染、污水污染以及赤潮生态环境的监测。遥感技术是监测海洋污染最有效的方法。

[7]海洋测绘与航线选择

    水深和水下地形测量是海洋测绘的基本内容之一。常规的方法是测深声纳。但在地形复杂的海区和有争议的海区,船只不能进出,常规方法无能为力,而利用机载激光雷达测深技术可测量浅海海域的水深,弥补常规测量方法的缺陷。随着国民经济的发展和对外贸易的扩大,海上运输日趋繁忙。为了放行的安全和提高航运效率,需要选择最佳航线。气象和海况资料是选择最佳航线的基本数据,海洋遥感可提供这些数据…

[8]海岸带资源动态法监测

海岸带是人类向海洋进军的前进基地,具有良好的环境和丰富的资源。我国海岸线漫长,滩涂宽广,为了合理利用和管理海岸带资源,需要对海岸自然环境和资源状况进行定期的综合性调查,并进行长期的动态监测。遥感技术是最有效、最经济的动态调查和监测手段。

[9]海洋研究

要开发利用海洋,要知道海洋与大气;海洋与陆地的相互作用,就必须认识和研究海洋。常规监测海洋的手段是调查船、观测站和海洋浮标等。这些观测手段不但耗资大而且也不能给出长时间序列和大空间范围的资料。海洋遥感技术可对海洋实现大面积、定时、同步和连续的观测,目前,应用遥感技术观测和研究海洋已形成一门新的海洋学分支——卫星海洋学。在我国卫星海洋学刚刚起步,必须大力应用海洋遥感技术,促进海洋科学的发展。


2.2遥感技术在城市规划中的应用


卫星遥感技术在城市规划中的应用可以归纳成3个方面:城市空间布局信息分析、城市变化监测及规划实施情况检查。

[1] 城市空间布局信息分析

2.2.1 城市建成区范围及城镇体系分析

由于城市建成区范围反映城市的宏观特性,因此,它的分析并不需要很高空间分辨率的遥感图像,相反,空间分辨率过高,在轮廓界线的提取时就需要较多的制图综合。一般来说,TM或SPOT图像用来分析城市建成区范围比较合适,一方面,它能比较精确地反映建成区的范围,另一方面,由于成像过程中存在的制图综合,能较容易地提取出轮廓界线。

如果要分析一个城市与周围城市或城镇的关系,同样,选择TM或SPOT图像比较合适,如在上海地区的TM图像上,所有乡(镇)政府所在地的城镇都能明显地反映出它们的大小和形状。


2.2.2 城市内部用地结构分析

在卫星遥感图像上,不同类型的城市用地能否判读出,首先取决于它与周围地物的界线能否识别,如果地物的尺寸小于图像的空间分辨率,且与背景的影像特征很接近,那么该地物就会与背景混在一起,就不可能对该地物进行判读。在城市用地的轮廓界线能够反映的情况下,进一步根据影像特征(颜色、形状、大小及纹理等)和相关分析确定城市用地的类型。

从TM、SPOT和IKONOS 3种不同空间分辨率的卫星遥感图像来看,TM图像适合分析绿地、水域、村镇建设用地及新建的居住用地、道路广场用地等,对其它用地的判读则精度较差;SPOT图像与TM图像相比在能判读的内容上并没有本质上的差异,但详细程度和判读精度要提高;IKONOS图像与前面两种图像比较有本质上的提高,不同城市用地的特征基本上都能在图像上反映出,只要判读人员熟悉区域,就能正确地判读出不同类型城市用地的分布。


2.3.3建筑密度与建筑容积串分析

城市建筑密度图的编制通常是以街区(block)为单位,勾绘出每一建筑物的轮廓界线,并计算建筑物占地面积,街区内所有建筑物占地面积之和与街区面积之比即为建筑密度。在卫星遥感图像上能否勾绘出建筑物的轮廓界线,与建筑物之间的距离及图像的空间分辨率有关。一般来说,建筑物之间的距离要大于图像空间分辨率1。5-2倍,才能在图像上勾绘出轮廓界线,如空间分辨率为10 m,则建筑物之间的间距至少要15m才能在图像勾绘出界线。建筑容积率是建筑物地面以上各层面积总和与建筑地块面积之比值。建筑容积率与建筑高度有密切关系,一般来说,高度越高,容积率越大。利用卫星遥感技术获取建筑物的高度信息早在1973年就开始。总的来说有两种方法,落影测量法和立体量测法。

落影测量法的原理是有一定高度的物体在太阳光的照射下,会在地面产生落影,落影的长度与建筑物的高度和太阳入射角有关,当我们知道太阳的入射角,并且测量出落影的长度时,就可以算出建筑的高度。

立体量测法是利用同一区域两张不同角度成像的图像(立体像对),先在一张图上选定所要测量的建筑物底部和顶部两个点,然后在另一张图上找到同名像点,计算同名像点的视差(与像主点之间距离差),并进行相减得出它们的视差较。


2.2.3 城市大气污染

城市大气中的污染物有粉尘、二氧化硫、氯氧化物、一氧化碳、光化学烟雾及含氟、氯废气等。

当大气中的烟尘达到一定量的时候,就会对电磁波产生反射,从而在遥感图像上形成浅白色流动状影像特征(可见光波段)。但这种特征的明显程度与烟尘的浓度、排放范围以及遥感图像的空间分辨率有关。如1990年上海幅的TM图像上明显地反映出黄浦江沿岸几个烟尘排放量大的工厂所排放的烟尘及扩散范围。   

热红外数据对城市大气污染监测特别有用。一方面,一些污染源所排放的废气具有较高的温度,在遥感图像上可以判读出主要的污染源;另一方面,地面的热辐射在通过大气层时,要受到大气的影响,大气污染会减少辐射温度,因此,传感器所获得的热红外波段数据的大小与大气的污染程度存在着关系。以往,热红外波段数据主要主要用于探测地表温度,大气的影响作为噪声来考虑。

[2]城市水体污染

水体污染程度的评价包括对水体中镕解性物质、有机物、固体悬浮物、植物营养物质、重金属等单一污染物的含量分析以及综合分析。水体中污染物的含量变化会改变水体的颜色及水体的光谱反射串,因此有可能利用遥感手段监测水体污染。

[3] 城市固体废物污染

城市团体废物主要包括城市生活垃圾、工业垃圾、建筑垃圾及混合垃圾。

团体废弃物的识别主要是依据纹理信息,一般来说,只有当固体废弃物的面积大于图像空间分辨串5倍以上才有可能被识别。因此,对TM和SPOT图像,它们所能识别的固体废弃物最小面积分别为22500平方米和10000平方米,显然这种精度对固体废弃物的调查没有多大意义。对IKONOS卫星图像,它所能识别的固体废弃物最小面积可达到400平方米,可以用于固体废弃物调查。


2.3.4城市变化监测   

在城市规划中,除了要对城市中的各种要素进行现状分析外,还需要对城市进行变化监测。由于卫星遥感具有重复成像的特点,因此是变化监测的有效手段。

遥感变化监测是通过不同时相遥感图像的组合、加工、处理获得地物动态变化信息的技术。变化检测的方法一般可分为两大类:①基于影像分类,如分类后比较法和多时相图像分类法;②基于单个像元波谱变化,如彩色合成法、图像代数运算法、多时相组合数据法、变化向量法、两值变化掩膜法等。目前比较常用的是分类后比较法、图像代数运算法和变化向量法。

3.1分类后比较法

该法是变化检测中常用的定量方法。首先将两组图像分别进行纠正分类,然后将两个分类固利用变化检测短阵逐像元比较,但该方法会将分类结果的误差引入到变化检测结果中,因此应尽可能提高分类精度。

3.2图像代数运算法    对已配准图像取差值或比值,可以检测出两个时相图像的相同波段间的变化。通常差值图像的宜方固近似高斯分布,没有变化的灰度值位于均值附近,而变化的灰度级则远离均值。比值图像也类似,没有变化的灰度级近似于1或某一常数。一般根据图像用于作差值或比值的波段或波段组合不同,可有植被指数法、穗帽变换指数法等。

3.3变化向量法

变化向量法是一种非常有效的多元变化检测方法。对每一像对(D1和D2),n个输入数据组成n维向量空间,用于描述不同时相输入数据间变化的方向和大小的向量即为变化向量。一个变化像素两个时相的输入数据出现在空间内不同位置的点,而末变化像素两个时相的输入数据则出现在空间内几乎相同位置的点。通过每一像素变化向量的大小和方向的比较就可检测变化。

一般变化向量的方向可用于区分变化类型,大小(常用,o维变化的欧氏距离表示)可用于区分每一类变化的强度。对变化信息的分类可采用不同的方法,例如象限代码法是将变化向量按方向分配到不同的象限内并赋予不同的代码,每种代码代表一种变化类型;主成分分析法是将变化向量在n维空间的分量作主成分分析,每个主成分代表一种变化类型。最后将图像变化信息与末变化信息复合,可得到完整的变化检测图。


2.3.5规划实施情况检查   

对规划实施情况进行监督检查是城市规划管理部门一项主要的日常工作,包括监测未经批准的建设工程及检查规划批准项目的落实情况。

在城市建设过程中存在一些末批先用、越权批地等违法的建设工程项目,作为城市规划管理部门来说,需要及时发现这些违法行为,并进行立案查处。监测未经批准的建设工程首先是要监测新建的建设用地(包括在建和竣工),然后,与规划工程分布图进行叠置分析,产生一张违法建设用地的分布图,并以此查处违法建设工程。

检查规划项目的落实情况包括规划项目的完成情况、建设用地的位置、界限、内容等是否与“两证一书”上有关图纸一致等。

由于该项工作涉及到对具体项目的分析,因此,用于分析的遥感图像首先要能显示出每一建筑物的形状,即空间分辨率至少要5m以上,从目前来看,只有IKONOS卫星数据能达到这个要求,已发射的SPOT 5其全色图像的分辨率将达到2.5m,也能够在这方面发挥作用。

具体的工作方法是首先把遥感图像与工程图进行配准叠置,叠置以后就可以发现位置、范围以及建设内容是否与规划相一致。


2.3   资源环境遥感监测技术及其进展

一、遥感技术应用的一般技术流程

1.遥感数据类型选择

根据研究内容或希望达到的目的有针对性地选择合适的信息源,主要是对星种或传感器选择。多数情况下,选择还需要考虑经济因素。

在一般的资源环境研究中,目前采用光学传感器遥感信息较多,如16ndsat的TM和ETM十,SPOT,NOAA的AVHRR的MODIS,CBERS的CCD等。

对于空间精度要求很高的研究工作,如数字城市建设、大比例尺资源环境调查、考古等专项遥感监测等,还需要在空间分辨率方面提出严格要求,通常选择米级或厘米级的遥感数据作为主要信息源,目前可以选择的米级数据包括SPOT5、IRS、IKONOS、Quick Bird等。2.遥感数据时相选择 不同研究对象要求不同时间获取遥感数据,具体包括两个方面:

在资源环境现状研究中,针对内容需要更清晰、更全面反映研究对象的遥感数据,土地利用和土地覆盖研究一般更多地要了解地表植被的信息,因而多选择植被生长旺期获取的遥感数据。为了了解植被的变化,以及在某些区域和植被类型间提高分类精度,还会要求相邻时相的遥感数据。大区域作业要求相邻景之间具有最接近的时相。

资源环境动态变化的遥感监测与研究,通常需要对不同年度相近似的季相遥感数据进行对比分析,年内变化则选择不同季节时间序列的同种遥感信息。

3。遥感数据纠正

在开展资源环境研究中,一般获取的遥感数据已经进行了初步的辐射纠正。几何校正通常要应用部门根据工作需要自行完成。几何纠正的主要目的是对遥感图像进行地理编码,使其具备希望的坐标系统和投影参数。

4.专题数据获取

从遥感数据到专题信息主要可以归纳为人机交互和计算机辅助分类与提取及其混合应用等三种方式。

遥感信息全数字人机交互分析方法的成熟与广泛应用,主要是在近10年左右的时间内,该方法需要投入大量的人力、物力和财力,而且需要投入相对更多的时间,但取得的成果质量相对更高,更便于应用,因而目前仍然被广泛采用。

计算机自动分类技术主要立足于遥感信息的定量分析和统计分析,但由于遥感信息传输中的各种干扰造成的偏差,以及不同时空条件下地物遥感信息的差异,会产生空间的不一致性和时间的不一致性,以及同物异谱和同谱异物的现象,自动分类精度还难以满足资源与环境监测的要求。所以在采用计算机自动分类技术产生结果的情况下,仍然需要依靠目视判读分析来进行改值干预,但最终结果仍会出现较多问题。

现有的自动分类方法基本上都是在限定区域内形成和实现的,在其他地区的应用往往需要模型的调整和参数的选择,很难在大区域而精度要求又较高的工作中实际应用。这种技术方法在特别大的区域内,而精度要求又相对较低的工作中可以应用,如全球性的植被研究、土地利用/土地覆盖分类、荒漠化监测等;在较小的区域,专门建立有针对性的模型,所确定的参数不需要根据区域复杂程度进行调整,遥感数据相对单一,不受或少受获取时相和外部环境参数的影响,应用效果也比较理想。

5.专题信息处理与集成

人机交互一般直接获取矢量信息和属性信息。以计算机自动分类为主要特点的分类,获取的专题信息包括矢量与栅格两种,同时获取相关的属性信息。这些信息由获取到应用需要进行必要的数据处理与集成才能实现,一般包括图形的输入输出、图形的编辑、图形处理、面积平差和分类汇总等过程。

6.专题信息的更新

遥感为大量的数据更新创造了有利条件,由于技术的发展和适宜的重访周期,能够在各种情况下实现对同一地点的周期性观测。只有完整、连续、规范化的时间序列数据,才能够提供研究对象的更多信息,也才能够更全面和更深入地了解研究对象。

二 资源研究中遥感技术的应用

1.水资源   

我国“六五”和“七五”期间开展并完成的“黄淮海平原地区水域动态演变遥感分析”,利用遥感技术对黄淮海平原地区的河流、湖泊、洼地等地表水体开展了演变过程、空间差异等方面的系统研究。

2.土地资源

从20世纪80年代初期开始,我国已经利用资源卫星数据进行了多次全国范围的土地资源调查、土地利用监测等工作。1980年6月至1983年12月,在全国农业区划委员会办公室的组织下,利用地球资源卫星MSS进行全国土地资源调查。这是第一次利用MSS数据进行的全国15个地类的土地利用现状调查,完成了1:50万比例尺制图。1997—1998年,中国科学院和国家统计局共同完成了“全国农业土地资源遥感调查”,遥感调查完成的土地资源成果首次在国家统计工作中发挥实质性作用。

从1999年开始,国土资源部在全国相继开展了人口50万以上城市的土地利用动态遥感监测,采用SPOT等卫星数据,成功地监测了全国60多个大中城市在近两三年问土地利用的变化情况,监测面积达71.4万平方公里。

3.地质与矿产资源

我国利用资源卫星资料在寻找多金属富集地段、金矿、铀矿、储油构造、煤田等方面也取得多项成果。在西部地区开展的1:25万地质调查及矿产资源勘查中,卫星遥感数据是基础数据源之一。同时,在金属矿藏、煤炭和油气资源的勘探中也发挥了重要的作用,获得了显著的经济效益。

在新的国土资源大调查中,利用新一代遥感影像进行区域地质填固、示矿遥感异常信息识别与提取、地质灾害监测等,使遥感技术在地质研究领域得到了更广泛的应用。

4.生物资源

[1]草资源

我国利用遥感技术已经开展了多项草地资源的调查、监测和资源评价,区域性和全国性的草地资源遥感应用成果已经发挥了作用。

1989—1993年,利用遥感技术开展了中国北方草原草盲动态平衡监测研究,建立了我国北方草原草盲动态平衡监测业务化运行系统,主要利用NOAA气象卫星资料估测草地生物量。20世纪80年代完成了1:1肋万比例尺的全国草地资源固。20帕年完成的全国草地资源动态监测工作,建设完成了1:50万比例尺的草地资源数据库,包括草地资源的18个类和亚类等。

[2]森林资源

我国现行资源监测体系中除森林资源监测外,荒漠化监测、湿地监测、野生动物植物监测、森林火灾监测、森林病虫害监测等都广泛地应用了遥感技术,在林业的经营管理活动中也逐步推广普及了资源卫星资料的应用。

1977年利用MSS图像,首次对我国西藏地区的森林资源进行了清查,填补了森林资源数据的空白。1993—1997年,由联合国开发计划署(UNDP)援助的“中国森林资源调查技术现代化”项目得到顺利执行。目前,正在以全国林业监测站点数据和遥感数据为主要信息源,进行全国林地生态类型数据库的建设,将在空间和时间序列上完整、系统地反映林地区域不同的生态系统特点、林种、群落特征及其林(树)龄等。、环境研究中遥感技术的应用

1.环境综合评价

1991—200旧年间,中国科学院与西藏自治区气象局合作,完成了西藏“一江两河”中部流域地区环境动态遥感监测工作。在获得比较丰富、全面的航空遥感监测图片与行业调查数据资料的基础上,从土地利用、植被、土壤、水文、气候等方面,研究区域的生态环境状况,做出了比较科学、客观的分析评价和描述。

“九五”期间,针对土地资源利用的变化与分桥的需要,利用1:100万和1:25万DEM数据、AVHRR数据和温度、降水等地面观测数据,构建了生态环境背景数据库,为土地利用数据的应用和综合分桥提供了支持。

2000年国家环保部门充分利用资源卫星数据,对西部12个省、自治区、直辖市的生态环境现状进行了全面调查和分桥,为我国西部大开发的生态环境战略提供了最新的科学依据。

2.水土流失

水土流失是复杂的人文和地理过程,受到诸如降水、下垫面基底岩性、地形坡度、土地覆盖类型及管理方式等众多因家的影响。其调查方法主要有实地定位观测法、定性遥感法和基于地理信息系统(GIS)的遥感定量法。其中,基于GIS的遥感定量法是近年来随首遥感技术的迅速发展才得以出现的水土流失调查新方法。

从1她年开始,水利部和中科院合作,利用资源卫星数据完成了全国土壤侵蚀数据库建设,完成了全国水蚀--风蚀交错区遥感调查工作。本项研究在实现全国土壤侵蚀动态监测与数据库快速更新能力等方面均有突破与创新,成果内容丰富,科学性、系统性、时效性强,对于我国生态建设与环境保护具有重要科学意义和应用价值。该项成果在宏观尺度和多类型土壤侵蚀综合调查方面达到了国际先进水平。基于此成果,水利部于2002年1月21日发布了《全国水土流失公告》。

3.土地遗化

[1]土地盐碱化方面的应用

20世纪90年代,在华北平原地区开展了基于陆地卫星TM数据的盐碱土分类研究。在土壤水分、土壤腐蚀质含量、土壤氧化铁含量等方面开展了试验研究,利用TM的7个波段的数据对于盐碱土反射率特性的研究,辅之以植被指数、居民点分布、人口密度等空间化辅助数据指标,实现了盐碱土壤的细分类。

(2)土地沙演化方面应用

黄河上游地区的共和盆地处于半干旱干旱草原和干旱荒漠草原的过渡带,生态环境极其脆弱,不合理的人类经济活动导致沙漠的强烈发展。在GIS技术支持下,利用陆地卫星1M遥感数据开展了动态监测。研究表明,在GIS技术支持下利用遥感数据开展沙漠化动态监测是定量研究沙漠化灾害的有效途径,实现了沙漠化土地的沙漠化程度分级,包括潜在沙漠化土地、正在发展中的沙漠化土地、强烈发展中的沙漠化土地及严重沙漠化土地等。

2002年末启动并实施的生态安全相关要素遥感定量反演研究中,土地退化的遥感监测与相关要家遥感定量反演研究是重要组成部分。该项目选择我国西北等地区土地退化相对显著的区域,从植被覆盖度、植被类型、生物量、土壤表层含水量、土壤盐碱化、土壤类型等方面进行研究,以期形成适用于大区域、相对快速的土地退化遥感监测研究,特别侧重于高时间分辨率遥感技术的应用,从时空两个方面系统、全面地了解、研究区域土地退化。

四、资源环境遥感应用研究的主要特点

随着应用研究的深入,遥感已不仅仅是在为相关研究提供信息获取的技术方法,在促进研究深度方面也发挥着越来越大的作用。各种传感器的发展和性能的提高,为研究工作提供了一个从更多方面了解研究对象的途径,能够获取一系列的遥感反演参数。

人机交互解译和计算机自动分类仍然是目前研究中最常采用的方法。在计算机自动分类技术研究不断取得进展的同时,由专业人员目视解译发展而来的交互分桥方法已经发展到全数字作业方式,在专题数据信息获取、更新、管理、应用等方面具有明显优势,而且为G赐技术支持下开展多源数据的综合分桥提供了方便。

遥感技术诞生以来的30多年时间里,航天遥感技术日臻完善,应用越来越广,除了普遍采用的中等分辨率的遥感数据外,米级和分米级、厘米级的遥感数据得到了发展,不同的空间分辨率不存在相互替代问题,而高、中、低空间分辨率的遥感数据又对其构成了很好的补充,可以在不同空间尺度下开展多方面的应用研究,可以满足资源环境等研究工作中对于不同尺度,不同研究对象自身发生、发展规律的需要。

应用研究的深入开展,加深了人们对于资源环境认识的深度和广度,特别是专门化传感器的发展,在海洋、环境、雨林等领域促进了专业卫星的研制,波谱分辨率进一步细化,数十波段至100-200波段的传感器逐步在资源环境领域得到应用,以期获取地物某方面的更有针对性和更具体的信息,同时波段总数的增加,为研究同一对象提供了更多的波段选择。通过综合应用各种方式的波段组合,可以极大地提高遥感技术的应用能力。目前,在高光谱遥感数据波段选择和具体应用研究等方面,基本上尚处于起步阶段,大量的研究还有待进一步深入。新型遥感技术将在社会经济可持续发展过程中的资源环境研究领域日益发挥重要的作用。我国的信息化和数字化建设进一步加快,国家资源环境综合信息预警能力正在进一步加紧建设,特别需要通过遥感技术获取的客观、快速、全面的资源环境信息,遥感技术在我国未来的建设事业中有着极大的应用潜力;


3     空间遥感与应用的新趋势和观念

[1]卫星遥感与应用系统形成天地一体化快速精确的信息流,赢得预测、预报和预警的时间,是卫星遥感应用系统发展的目标

空间遥感技术是二十世纪科学技术的重大成就之一,对人类发展的各个领域已经起到并将在二十一世纪继续起到巨大的促进作用。二十一世纪空间遥感技术发展的总趋势是更加注重实效性和快速反应的时效性,大力提高航天产品在国际市场上的竞争能力。为达到这一目标,应加速研究和突破在轨处理、人工智能处理软件、大容量归档和数据压缩、在轨信息分发、直接从卫星到作战人员等关键技术,以及光通信与光学计算机结合的空间信息网。

[2]空间遥感与应用系统通过多手段优选、多平台组合、多源信息融合,利用综合集成的方法构建一体化的体系,是空间遥感实用化的重要标志。

二十一世纪的卫星遥感应用将是接力赛式的,要通过遥感手段的优选、多平台的组合乃至多元信息的融合,集成一条快速的生产流水线,形成智能化的作业流程,达到实时或准实时的处理水平,从而赢得预警和预报的前置量。

我国的卫星遥感与应用技术在二十世纪后期已打下了良好的技术基础,达到相当高的水平,开辟了相当宽阔的应用领域。但是,由于工程系统建设投入小,综合集成度不高,当务之急是加速空间遥感系统高度综合与集成。必须树立网络化、全球化的开放观念,明确空间遥感与应用的新目标,简化图像处理与分析的过程,提高自动化和智能化水平,逐步实现准实时和实时的水平。树立多学科交叉的新理念,打破技术层面上的条块分割,走向定量化的综合集成,加速构建一体化的应用体系,努力实现我国二十一世纪卫星遥感与应用系统的总体目标。

[3]重视树立太空意识是具有长远战略意义的举措

我国自从1970年成功地发射了第一颗人造卫星以来,到现在总共发射了50多颗人造卫星,其中包括“实践”系列科学试验卫星、“风云”系列气象卫星和“资源”系列地球资源卫星;近年来,有五次成功地发射并回收了“神舟号”无人和载人飞船。我国卫星遥感应用事业蓬勃发展,先后建立了国家遥感中心、国家气象卫星中心、中国资源卫星应用中心、卫星海洋应用中心、中国遥感卫星地面接收站和信息处理中心等,广泛地开展气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质勘探、海洋预报、环境保护、灾害检测、城市规则、地图测绘和国家安全等遥感业务,并且与全球遥感卫星、通信卫星和导航定位卫星相配合,为国家经济建设和国防现代化提供多方面的信息服务。这也为迎接二十一世纪空间时代和信息社会以及新军事变革的挑战打下了坚实的基础。

近年来,我们加强了对国土意识、环境意识、海洋意识的普及教育,但对太空意识,还没有引起足够的重视。一个现代化强国,必须在太空建设自己的基础设施和安全保障,有能力切实地利用太空资源和应有的生存空间和权益。通过综合信息网络,能将地球观测系统所获取的海、陆、空数据,加以融合、处理和提升,以满足国民经济建设和国家安全日益增长的需要。太空基础设施与农业、能源、交通、电信、环境等密切相关,同等重要。要重视树立太空意识,将其列入国家可持续发展的长远规划和建设计划,加大投入,加速发展,这对中华民族屹立世界民族之林和国家安全是具有长远战略意义的。


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