资源环境遥感的研究

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资源环境遥感 论文

我国资源环境遥感研究及其发展方向

China's resources and environment remote sensing

research and its development direction

我国资源环境遥感研究及其发展方向

摘要：我国的资源环境遥感监测始于20世纪70年代。其遥感监测技术应用流程为，选择遥感数据类型及其时相，得到数据后进行纠正，进一步采用人机交互和计算机辅助分类与提取的方法来获取专题信息。在资源研究中利用遥感技术对水、土地、地质矿产、生物等资源进行调查，由早期的1:100万比例尺向1:50万、1:25万、1:10 万比例尺变化，由早期的静态调查变为现在的动态监测，同时精度有了大幅度的提高。在环境监测中利用遥感技术对研究区域的生态环境状况、水土流失情况、土壤盐碱化、土地沙漠化等方面进行研究，实现了由定性向定量转化，进而能够客观、快速、全面地评价区域的环境状况。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: 资源 环境 遥感监测 China's resources and environment remote sensing

research and its development direction

Abstract: China's resources and environment remote sensing monitoring began in the nineteen seventies. The remote sensing monitoring technology application process, selection of remote sensing data types and their phase, get data after correction, further use of human-computer interaction and computer aided classification and extraction method to obtain information. In the research of resources using remote sensing technology on water, land, geology and mineral resources, biological resources survey, by the early1:100 million scale to1:50 million,1:25 million,1:10 million scale changes, and by the early static investigation into the current dynamic monitoring, while precision is greatly increased. In environmental monitoring using remote sensing technology in the study of the regional ecological environment, soil erosion, soil salinization, land desertification and other aspects.

Key words: Resources environment remote sensing monitoring

引言

随着经济的发展，生活水平的提高，人们也认识到了资源有效利用和环境保护的重要性。在研究各种环境问题时，我们有着各种计算机软件系统的支持，同时我们也通过遥感技术，实现了对地面资源和环境的动态监测等。

一、研究现状

目前，遥感技术已形成多星种、多传感器、多分辨共同发展的局面。遥感卫星包括资源卫星、环境卫星、海洋卫星、气象卫星等，所获取的遥感信息具有厘米到千米级的多种尺度，如63cm 、1m 、3m 、4m 、10m 、20m 、50m 、120m 、150m 、250m 、1000m 等多种分辨率。重访周期从一天到40~50天不等，在获取资源环境空间和时间信息方面构成很好的互补关系。遥感技术在资源与环境研究和测量任务中扮演着越来越重要的角色，它所具有的高度空间概括能力，有助于对区域的完整了解。不同卫星适宜的重访周期有利于对地表资源环境的

动态监测和过程分析。以多光谱观测为主并辅以较高分辨率的全色数据，极大地提升了对地物的识别和分类。

二、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Landsat 的TM 和ETM+,SPOT,NOAA的A VHRR ，Terra 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SPOTS ，IRS ，IRUSUS 、QuickBird 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. 专题信息获取

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，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。

三、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。利用陆地卫星TM 影像研究闽江竹岐至侯官河段的水深，建立了遥感信息与水深之间关系的数学模型。研究表明：用最低通航水位时的水域边界裁取研究水域，可消除边界点因水陆信息混合产生的误差，提高遥感水深精度；用两个时相遥感所得的水下地形计算河床冲淤值，进一步削减了由遥感信息源转换成水深信息时的误差，结果与用实测地形资料计算的结果基本一致，能满足河床演变分析和冲淤量计算的要求。

利用RS （遥感技术）和GIS （地理信息系统）集成分析流域水资源环境及其生态变化响应的定量性质，识别主要影响因子，监测其动态变化过程；通过分析水资源环境及其生态变化背后的各种驱动因子来揭示水资源环境及其生态变化响应的机制，从而模拟流域水资源环境变化及其在不同时空尺度下的生态变化响应。

山东省水资源短缺，供需矛盾突出，严重制约着工农业生产的发展和城乡人民生活用水的正常需求。因此，采用卫星遥感技术，充分利用遥感信息综合、客观、快速的技术特点，及时对全省水资源及环境进行综合调查研究，弄清水资源开发利用现状及存在的问题，为缓解我省水资源供需矛盾提供决策依据，对于实现水资源可持续利用，保障国民经济健康发展

具有十分重要的意义。山东省水资源及环境遥感综合调查研究，利用RS 与GIS 技术，首次将遥感解译编图与水资源专题研究相结合，探索性的研究制定了一整套应用遥感技术进行水资源调查分析、成果图编绘、遥感信息系统建设的完整工作流程，为遥感技术在水资源及环境综合调查方面的应用做出了开拓性贡献。该项研究作为目前国内第一份将遥感技术全面应用于省级水资源综合调查方面的成果，为开拓遥感技术在水行业中的广泛应用提供了经验，同时为水资源及环境调查技术的全面进步找到了一条途径，具有重要的实用价值和推广应用价值。

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进的组织下，利用地球资源卫星MSS 进行全国土地资源概查。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。1977~1998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。

遥感信息因其覆盖面积大、实时性和现势性强、速度快、周期性和准确可靠以及省时、省力、费用低等优点，已被广泛用于土地资源和土地利用现状调查，土地利用变化监测，对其方法也进行了广泛的探讨。土地利用动态遥感监测是基于同一区域不同年份的同一时相影像间存在着光谱特征差异的原理，来识别土地利用状态或现象变化的工作。其本质就是对影像系列时域效果量化，通过量化多时相遥感影像空间域、时间域、光谱域的耦合特征，以获得区域土地利用变化的类型、位置和数量等内容。

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 、Lansat 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71.4万平方公里。

长江三角洲是一个经济最发达、人口稠密、城市化程度高的地区，采用现代空间信息技术对土地利用变化进行动态监测和及时更新势在必行。本研究以多时相 TM 图像为主要信息源、采用遥感与GIS 技术相结合、遥感分类与实地调查相结合、卫星遥感信息提取与航空像片测算细小地物相结合的方法进行。在了解全区地理环境、物候、农事、耕作制度的基础上，研究土地利用分布特点及其与周围环境的关系；在研究地物特性，电磁波谱和影像特征三者关系的基础上，研究不同地物的波谱特性及其在影像上色调、形状、大小和纹理等信息的差异性；借助影像的差异和变化及组合特征来确定地物分布的范围及属性。在统一坐标系统下，提取多时段土地利用分类信息；建立包括以遥感数据，土地利用、地形行政界线的基础数据库。在 GIS 技术的支持下，实现对不同时段土地利用信息进行融合分析，产生土地动态变化图和数据实现对土地资源的动态监测影像的差异和变化，及组合特征来确定地物分布的范围及属性，在统一坐标系统下提取多时段土地利。

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图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。

要通过遥感图像来提取地质岩性与构造信息，选择遥感数据源时就必须考虑具有较高的光谱分辨率啪。本次调查主要采用美国陆地卫星Land sat-7 ETM 多光谱遥感数据，影像数据总体上清晰、少云雪，数据时相适宜，成像记录质量良好，经过处理，所反映地质体的色调纹理和形态特征信息较丰富，除部分地区有常年冰雪覆盖外，基本能满足矿产资源遥感调查工作的需要，是地质找矿常用卫星数据．研究区域范围较大，涉及景号为137—038与138-038，时相选择分别为2002-12—28和2001—06-13的两景数据。在进行辐射校正和几何纠正的基础上，选择ETM7，4，1三个波段进行伪彩色合成嘟．然后采用局部反差增强、拉伸变换、均衡化和比值法等方法对图像进行处理，增强后的图像色彩丰富，影像清晰，层次分明，反差适中，完全满足了遥感地质调查研究的需要。蚀变信息提取由航遥物探中心进行，主要针对本区已知金属矿产Fe ，cr ，Ni ，Au ，cu ，Pb ，zn 等，采用波段比值、主成分分析、光谱角法分别提取了泥化和铁化信息，并进行了蚀变信息强度分级。

根据靶区内找矿要素的发育程度、遥感找矿异常分布范围的大小和种类的齐全程度等，对找矿靶区进行分级，确定出最有利于找矿的靶区。通过图像解译结合野外验证，新发现和预测了一批找矿前景区。

4. 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。

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。

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。

近期国内许多学者参考国外研究，对生态资产价值估算的理论和方法进行了介绍的同时，并尝试对全国或区域的生态资产价值进行了估算。陈仲新等把中国植被划分为10个陆地生态系统和2个海洋生态系统，估算出中国生态系统每年的效益价值为7．78万亿元人民币（其中，陆地5．61万亿元人民币；海洋生态系统效益2．17万亿元人民币）。欧阳志云等人从有机物质的生产、维持大气二氧化碳和氧气的平衡、营养物质的循环和储存、水土保持、涵养水源、生态系统对环境污染的净化作用等6个方面，对中国陆地生态系统每年的服务价值进行了估算，6个方面的总经济价值为30．488万亿元(人民币) ．中国生物多样性国情研究报告编写组将中国生物多样性的经济价值分为直接使用价值、间接使用价值、潜在使用价值等3类开展了评估研究，上述3类价值总计为39．33万亿元．而他们都认为其研究只是对中国生态资产价值的保守估计．此外还有大量的针对区域或单个生态系统资产估算的研究成果。然而，目前国内外有关生态资产估算方面的研究成果基本限于利用单位面积价值对总量的静态估算，对生态系统类型、质量状况的空间／时间差异缺乏考虑，估算结果难以反映生态资产在空间分布上的真实状况。实际上，在全球和区域生态资产全覆盖的测量方面的研究仍然处于探索阶段。本文旨在利用遥感技术，在对生态系统类型、质量状况参数测量的基础上，建立生态资产遥感定量计算模型，结合前人的研究成果，对中国陆地生态系统生态资产进行定量计算，以期得到能够准确反映中国陆地生态系统生态资产空间真实分布状况的测量结果，为进一步推动生态资产遥感定量测量进行探索性研究。

四、可持续发展

人类的生存和经济发展是以消费资源和消耗能源为基础的。长期以来，经济的发展以资源的过度开发和能源的过度消耗为代价，随着人类活动的加剧，城市化和工业化的迅猛发展，资源和能源的消耗速度不断加快，其结果是出现了诸如全球气候变暖、臭氧层破坏、生物多样性消失、土地荒漠化和水土流失加剧、自然灾害频繁发生等一系列的不利因素，同时资源和能源的过度性及不合性开发、消耗，对环境和生态造成了污染和破坏，也严重地影响着人类的生存、健康和发展，使得资源和环境问题已成为当今世界所面临的人口、资源和环境三大主题中的重要内容。由此可见，资源和环境是制约人类生存和经济发展的决定因素。 显然，建立人口一资源一环境的平衡机制，使人类与资源和环境协调、健康发展，已成为当前所面临的重大而紧迫的问题。

“可持续发展是满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”，因此，我们在经济发展过程中和建立人口一资源一环境的平衡机制的进程中，必须坚持“可持续发展”的观念和战略，在这一前提下，首先要努力作到资源和环境的可持续发展，因为人类的生存和经济发展必须要依赖于资源与环境，资源和环境的可持续发展又决定着人类生存和经济建设的可持续发展。

3s 所提供的巨大市场将在国民经济及海洋资源与环境可持续发展中发挥越来越重要的作用。随着科学技术的发展，海洋遥感卫星相继升空，海洋探测技术越来越先进，水下地形测量、重力测量仪器不断更新换代，为海洋基础数据获取提供了保障。3s 理论的日益完善，算法研究的不断深入，全球网络化的逐步实现，测绘工作者、海洋科学工作者的密切配合，都为海洋地理信息系统和海洋遥感的普及提高创造条件，最终为决策者提供高质量的服务和科学的建议。只有经济、社会的发展与资源、环境相协调，走可持续发展之路，才是中国发展的前途所在。

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