环境资源遥感的研究与应用

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第 5 期 (总第 161 期 ) 2006 年 10 月 20 日
华 东 公 路 EAST CH I A H IGHWAY N
No. 5 ( Total　No. 161 ) October　2006
文章编号 : 1001 - 7291 ( 2006 ) 05 - 0076 - 04 文献标识码 : B
环境资源遥感的研究与应用
郭云开 , 彭文澜 , 潘志林 , 王正军 , 谭立霞 , 范志勇 ( 11中南大学信息物理工程学院 , 湖南 长沙 410083; 21长沙理工大学公路工程学院 , 湖南 长沙 410076 ) 摘要 : 从环境资源遥感研究应用角度 , 提出了其应用研究的技术流程 , 分析了遥感信息提取 方法及其特性 , 结合我国环境资源遥感研究实践探讨了资源环境评价 、规划 、灾害监测与预报遥 感技术方法 , 对公路环境遥感监测有较好的借鉴作用 。随着遥感技术的空间分辨率 、时间分辨 率 、波段分辨率的完善 , 遥感技术将在资源与环境领域发挥重要的作用 。 关键词 : 环境 ; 资源 ; 信息提取 ; 公路环境 ; 遥感监测
1 环境资源遥感的一般技术流程 111 选择遥感数据 SPOT, NOAA 的 113 遥感数据纠正
1, 2 2 1, 2 2 1, 2 1, 2
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 。
114 提取专题信息
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 , 主要是选择星种或传感器 。当然在多 数情况下 , 选择时还需要考虑经济因素 。 在一般的资源环境研究中 , 采用光学传感器获取
AVHRR , TERRA 的 MOD IS,
的遥 感 信 息 较 多 , 如 LANDSAT 的 T 和 ET + , M M
从遥感数据到专题信息主要可以归纳为人机交互 遥感信息全数字人机交互分析方法的成熟与广泛
和计算机辅助分类与提取及其混合应用等三种方式 。 应用 , 主要是在近 10 年左右的时间 。该方法需要投 入大量的人力 、物力和财力 , 而且需要投入更多的时 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
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 、公路 环境评估 、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精度 的遥感数据作为主要信息源 , 目前可以选择的数据包 括 SPOT5、 IRS、 IKONOS、QU ICKB ird等 。
112 选择遥感数据时相
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 。 现有的自动分类方法基本上都是在限定区域内形
不同研究对象要求不同时间获取遥感数据 , 它包 其一 , 在资源环境现状研究中 , 针对内容需要更
括两个方面 。
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 。 其二 , 资源环境动态变化的遥感监测与研究 , 通
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 , 很难在大区域且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
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 收稿日期 : 2006 2 2 05 24
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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 。 115 专题信息处理与集成 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 。 2 环境资源的遥感应用研究 211 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 M SS 进 行全 国土 地资 源概 查 。这 是 第 一 次 利 用 M SS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 年 ～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 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图 、矿 床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 。
116 专题信息的更新
我国在上世纪 80 年代开展并完成的 “ 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 、洼淀等地表水体开展了 演变过程 、空间差异等方面的系统研究 。后来在全国 主要流域及干旱半干旱地区开展了水资源遥感调查 , 较好的摸清了 “ 家底 ” 为国家决策提供了较好的基 , 础支持 。 213 公路环境 随着中国经济实力的稳步提高 , 我国的公路建设 迅猛发展 , 但其建设与运营也对环境造成了较大的压 力 , 政府相继出台了一系列的政策与条例 , 以确保公 路环境能够得到合理的保护 。多时相 、多分辩率 、多 角度的遥感数据为公路生态环境监测提供了实时 、准 确的空间信息 , 特别是近二十年来定量遥感研究 , 为 开展定量遥感在公路生态环境动态监测应用研究提供 了有利条件 , 人们正在研究为此建立一套遥感监测评 价体系 ; 由于植被信息能够敏感的反应公路环境的诸 多因素 , 而定量遥感在植被信息反演中取得了丰硕的 成果 , 高速公路又具有较好的代表性 , 我们联合有关 单位和专家正在研究基于植被指数的高等级公路生态 环境评价 , 已取得阶段性成果 。 214 生物资源 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 年 ～1993 年 , 利 用遥感技术开展了中国北方草原草畜动态平衡监测研 究 , 建立了我国北方草原草畜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 ∶100 万比例尺的全 国草地资源图 。 2003 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 。 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 M SS 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 年 ～ 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
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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 。
SPOT、LANDSAT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间土地利用的变化情况 , 监 测面积达 7114 万平方公里 。 212 矿产与水资源 我国利用资源卫星资料在寻找多金属富集地段 、
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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 。 3 遥感在环境研究中的应用
311 环境综合评价 1991 年 ～2000 年间 , 中国科学院与西藏自治区
同时 , 用遥感方法对土地沙漠化监测 。 黄河上游 地区的共和盆地处于半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 T 遥感数据开展了动态监测 。研究表明 , 在 GIS M 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
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 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 , 作出了比较科 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析的需要 , 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析提供了支持 。
2000 年国家环保部门充分利用资源卫星数据 ,
定量反演研究中 , 土地退化的遥感监测与相关要素遥 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 。 313 规模工程建设影响环境 公路等大规模的工程建设从勘测阶段开始就会对 其周边生态环境产生影响 , 随着施工 、使用 、维护等 各个阶段的时间推移 , 这种影响将不断地发生变化 。 为公路生态环境监测提供依据 , 在公路的建设时期及 以后的运营管理时期对其动态监控非常必要 。传统的 环境监测方法侧重在地面布点监控 , 但缺乏动态环境 检测需要的宏观与连续性 。利用遥感信息进行动态监 测与评价可拓展定量遥感的研究领域 , 改变目前的公 路生态环境评价方式 , 可真正做到实时的 、快速的公 路生态环境监测 。 公路生态环境中特有的大多数环境破坏或环境污 染问题 , 都能强烈的影响周边植被的健康状况 。把植 被发育状况作为其生态环境评价的重要指标 , 既可以 充分发挥定量遥感的优越性 , 又抓住了植被对环境敏 感的重要性 ; 将植被遥感评价作为应用定量遥感的理 论和作为公路环境监测评价的高新技术 , 已经初步证 明是快捷 、有效的 。 4 环境资源遥感应用研究前程似锦 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 。
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对西部 12 个省 、自治区 、直辖市的生态环境现状进 行了全面调查和分析 , 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 。 312 水土流失和土地退化 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 、公 路等土木工程建设及管理方式等众多因素的影响 。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着遥感技术的迅速发展

才得以出现的水土流失调查新方法 。 1999 年开始 , 从 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 。该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 》 。
上世纪 90 年代 , 开展了对土壤盐碱化遥感评价 工作 。在华北平原地区开展了基于陆地卫星 T 数据 M 的盐碱土分类研究 。在土壤水分 、土壤腐植质含量 、 土壤氧化铁含量等方面开展了试验研究 , 利用 T 的 M
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 。
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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 互分析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 GIS技术支持下开展多源数据的综合分析提供 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 、公路环境等领域促进了专业卫星 的研制 , 波谱分辨率进一步细化 , 数十波段乃至 100 波段 ～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 处于起步阶段 , 大量的研究还有待进一步深入 。 如基 于定量遥感的公路植被环境评价研究 , 将能够利用遥 感领域的前沿研究成果 , 充分挖掘丰富的遥感信息资 源 , 确保公路环境动态监测的实时性 , 开辟公路环境 动态监测的新方向 , 同时又将促进定量遥感研究的进 一步发展 。 新型遥感技术将在社会经济可持续发展过程中的 环境资源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 , 国家环境资源综合信息 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 、全面的环境资源信息 , 遥感技 术在我国未来的建设事业中有着极大的应用潜力 。
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参
考
文
献
[ 1 ] 国家遥感中心 , 奋进创新 20 年 , 庆祝国家遥感中心成立 20 周年
报告 [ R ] 1
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