貴州高原山區(qū)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的選擇問題探討
——以三都水族自治縣為例

王雅敬，王金艷

(銅仁市國土資源局，貴州 銅仁 554300)

貴州高原山區(qū)衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的選擇問題探討
——以三都水族自治縣為例

王雅敬，王金艷

(銅仁市國土資源局，貴州 銅仁 554300)

隨著多種遙感衛(wèi)星的發(fā)射成功，有了許多可利用的多傳感器、多時相、多分辨率和多光譜遙感影像。針對日益龐大的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，根據(jù)具體研究工作的需要，結(jié)合貴州高原山區(qū)特殊的自然地理條件，從各衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的參數(shù)、質(zhì)量、價格、應(yīng)用等方面結(jié)合具體案例加以分析和探討，對在貴州這一特殊的地形區(qū)遙感影像的選擇具有一定的參考作用和指導(dǎo)意義。

衛(wèi)星影像；數(shù)據(jù)選擇；貴州

遙感是20世紀(jì)60年代新興的科學(xué)領(lǐng)域之一。 它是人類邁向太空，對地觀測，獲取地表空間信息的一種先進科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力。具有宏觀、準(zhǔn)確、綜合地進行動態(tài)觀測與監(jiān)測的能力。衛(wèi)星地面接收站的建設(shè)和衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取能力已經(jīng)成為國家生態(tài)環(huán)境、國防安全、地球科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要部分[1]。貴州處于中國西南喀斯特的腹心地帶，地處亞熱帶地區(qū),屬巖溶化的高原山區(qū)，喀斯特面積達10.91km2,占全省土地面積的73.8%,受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響,降水多且集中于夏季,境內(nèi)各地陰天日數(shù)一般超過150天,常年相對濕度在70%以上,是一個兼具喀斯特地貌和多云雨季風(fēng)氣候的特殊地區(qū),在該區(qū)獲取優(yōu)質(zhì)的高時間、空間分辨率的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)是十分困難的。而在所獲取的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)中，根據(jù)具體研究工作的實際需要，有針對性地選擇性價比高的影像數(shù)據(jù)，無論是從經(jīng)濟效益上還是資源的有效利用上都具有一定的現(xiàn)實意義。

一 貴州高原山區(qū)自然環(huán)境概況

貴州省地處云貴高原東部，地勢西高東低，平均海拔1100米左右。國土面積17.62萬平方公里，其中山地占61.7%，丘陵占30.8%，山間壩子占7.5%，屬于典型的山區(qū)省份，山多坡陡，是全國唯一沒有平原支撐的內(nèi)陸山區(qū)省份?？?cè)丝?798萬人，耕地面積6700萬畝，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)農(nóng)田少，單產(chǎn)水平低。巖溶分布廣泛、發(fā)育強烈，巖溶出露面積10.92萬平方公里，占全省國土面積的61.9%，是世界巖溶地貌最典型的地區(qū)之一。[2]氣候溫和、雨量豐沛、雨熱同季，多陰雨少日照，年均降雨量1179毫米，氣溫15℃左右，受大氣環(huán)流及地形等影響，氣候地域性差異很大，災(zāi)害性天氣較多，干旱、洪澇、秋風(fēng)、凌凍、冰雹等災(zāi)害頻發(fā)。

貴州處于中國西南喀斯特的腹心地帶，地處亞熱帶地區(qū),屬巖溶化的高原山區(qū)，喀斯特面積達10.91km2,占全省土地面積的73.8%,受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響,降水多且集中于夏季,境內(nèi)各地陰天日數(shù)一般超過150天,常年相對濕度在70%以上,是一個兼具喀斯特地貌和多云雨季風(fēng)氣候的特殊地區(qū),在該區(qū)獲取優(yōu)質(zhì)的高時間、空間分辨率的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)是十分困難的 。

二 主要陸地資源衛(wèi)星及其影像數(shù)據(jù)介紹

地球資源衛(wèi)星在國民經(jīng)濟建設(shè)各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用，對經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有巨大的影響，世界各國都非常重視地球資源衛(wèi)星的研制和應(yīng)用。地球資源衛(wèi)星包括“陸地衛(wèi)星”、高分辨率衛(wèi)星、高光譜衛(wèi)星和合成孔徑雷達衛(wèi)星。[3]

1.陸地衛(wèi)星。

(1)美國陸地衛(wèi)星。

是第一個地球觀測衛(wèi)星，觀測的數(shù)據(jù)廣泛用于陸地土地覆蓋分析和變化監(jiān)測。二十世紀(jì)七十年代發(fā)射的Landsat-1、2、3為第一代陸地衛(wèi)星。二十世紀(jì)八十年代發(fā)射了第二代陸地衛(wèi)星Landsat-4、5，二十世紀(jì)九十年代發(fā)射了第三代陸地衛(wèi)星Landsat-6、7。 目前在軌運行的為Landsat—5、Landsat—7。

美國陸地衛(wèi)星7號于1999年4月15日升空，在高度為705千米、傾角為98 2°的太陽同步極軌道運行，每天繞地球14圈，1 6天覆蓋地球一遍，圖像幅寬能夠達到185千米。每天拍攝450景地表圖像，傳回地面數(shù)據(jù)處理中心后在24小時之內(nèi)通過因特網(wǎng)發(fā)布。其中250景發(fā)送到美國地質(zhì)勘探局地球資源觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。地球資源觀測系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心將收到的圖像全部存檔，并且為用戶處理其中100景。每景圖像的地面幅寬為185千米，長度為170千米。未經(jīng)處理的0R級基本圖像每景售價為450美元，進行過輻射和幾何修正的1級圖像每景售價為600美元。

(2)印度IRS-P6(Resourcesat-1)、IRS-P5(Cartosat-1)。

IRS-P6(Resourcesat-1)于2003年10月17日發(fā)射，太陽同步軌道，分辨率：5.8m(LISS-IV), 23.5m(LISS-III),56m(AWIF)

IRS-P5(Cartosat-1)太陽同步軌道，618km，降交點時間10:30am，重訪周期5d，重復(fù)周期126d，搭載有兩個2.5m分辨率的全色傳感器，連續(xù)推掃，形成同軌立體像對，數(shù)據(jù)主要應(yīng)用地形圖制圖、高程建模、地籍制圖以及資源調(diào)查。

(3)日本ALOS衛(wèi)星。

日本先進對地觀測衛(wèi)星(ALOS) 發(fā)射于2006年1月24日，太陽同步軌道，重復(fù)周期46d，重訪周期2d，該衛(wèi)星是JERS1和ADEOS的后繼星，主要應(yīng)用于測繪、區(qū)域環(huán)境觀測、災(zāi)害監(jiān)測、資源調(diào)查等領(lǐng)域。(ESA中ZONE指的是30W～60E，60S～80N 之間范圍，不包括俄羅斯、土庫曼斯坦、烏茲別克斯坦、哈薩克斯坦)

(4)德國RapidEye衛(wèi)星。

RapidEye是商業(yè)多光譜遙感衛(wèi)星，由加拿大MDA公司為德國RapidEye AG公司設(shè)計實施，后者負責(zé)運行。衛(wèi)星平臺則由英國Surrey衛(wèi)星技術(shù)公司提供。RapidEye衛(wèi)星星座于2008年8月29日發(fā)射成功并投入運營，是由5顆等距離分布在同一軌道平面、構(gòu)造相同的衛(wèi)星組成的星座，每顆衛(wèi)星大小不到1立方米，總重150kg,衛(wèi)星設(shè)計壽命至少7年。RapidEye衛(wèi)星影像具有5個多光譜波段，是全球首個具有紅邊波段的商業(yè)衛(wèi)星星座，其具有每天重訪同一目標(biāo)、前所未有的大范圍影像數(shù)據(jù)獲取能力，日成像能力可超過400萬平方公里。

2.高分辨率衛(wèi)星。

(1)IKONOS。

由GeoEye經(jīng)營的高分辨率衛(wèi)星，[4]于1999年9年24日發(fā)射成功，軌道高度681km，降交點地方時10:00-11:00，重訪頻率：2.9d(獲取1m)，1.5d(1.5m)。裝載了能夠同時拍攝分辨率為1米的黑白{全色}圖像和分辨率為4米的多譜段{彩色}圖像的CCD數(shù)字相機，幅寬為11千米，覆蓋周期為14天。

(2)合成孔徑雷達衛(wèi)星。

合成孔徑雷達衛(wèi)星以其全天候、全天時觀測的優(yōu)勢受到越來越多用戶的青睞。目前在軌運行的加拿大雷達衛(wèi)星是其中的佼佼者。[5]加拿大航天局于1989年開始進行SAR衛(wèi)星——RadarSat-1的研制，并于1995年11月4日在美國范登堡空軍基地發(fā)射成功，1996年4月正式工作，是加拿大的第1顆商業(yè)對地觀測衛(wèi)星，主要監(jiān)測地球環(huán)境和自然資源變化。

RadarSat一2是加拿大繼RadarSat一1之后的新一代商用合成孔徑雷達衛(wèi)星，它繼承了RadarSat-1所有的工作模式，并在原有的基礎(chǔ)上增加了多極化成像，3m分辨率成像、雙邊(dua1-channe1)成像和動目標(biāo)探測(MODEX)。RadarSat-2與RadarSat一1擁有相同的軌道，但是比RadarSat一1滯后30min。

RADARSAT-2是一顆搭載C波段傳感器的高分辨率商用雷達衛(wèi)星，由加拿大太空署與MDA公司合作，于2007年12月14日在哈薩克斯坦拜科努爾基地發(fā)射升空。衛(wèi)星設(shè)計壽命7年而預(yù)計使用壽命可達12年，目前已投入運營。RADARSAT-2具有1米高分辨率成像能力，多種極化方式使用戶選擇更為靈活，根據(jù)指令進行左右視切換獲取圖像縮短了衛(wèi)星的重訪周期，增加了立體數(shù)據(jù)的獲取能力。另外，衛(wèi)星具有強大的數(shù)據(jù)存儲功能和高精度姿態(tài)測量及控制能力。

RADARSAT-2衛(wèi)星的重要特點及優(yōu)勢:

①波段。

波長為C波段，穿透能力較強，在云層較厚情況下仍然可以獲取高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

②極化。

唯一具有全極化測量能力的高分辨率雷達衛(wèi)星，可進行極化分解等處理。對于地物分類、目標(biāo)檢測、增強及識別有巨大的應(yīng)用潛力。

③輻射定標(biāo)。

具有精確地定標(biāo)功能，能用于精確地定量分析。

三 案例分析——以貴州省三都水族自治縣分辨率不低于5米土地利用現(xiàn)狀圖衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的選擇為例

三都水族自治縣地處云貴高原部南邊坡，貴州省南部，黔南布依族苗族自治州東南，位于東經(jīng)107°40′47″—108°14′10″、北緯25°30′50″—26°26′50″。東靠雷山，南連荔波縣，西毗鄰獨山縣，北部連接都勻市與丹寨縣。全境東西最大跨度56公里，南北最長距離73公里，幅員面積2400平方公里。最高與最低點高程相差1362米。地貌以山地為主，山地占總面積的92%，間有壩地、丘陵、臺地等地形。有“九山半水半分田”之稱。屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑、氣候溫和濕潤，熱量資源豐富、雨量充沛、雨熱同季，無霜期長。年平均氣溫17.3—18.5℃，降雨量1380—1750毫米，無霜期在333天以上，年均日照時間1077—1259小時，常年相對濕度達82.3%。

制作三都水族自治縣土地利用現(xiàn)狀圖，分辨率不低于5米×5米，局部重點區(qū)域達到1米×1米，以滿足不同區(qū)域不同研究尺度的需要。

每一種圖像數(shù)據(jù)都有其固有的特點和特定的應(yīng)用領(lǐng)域,在幾何、光譜和空間分辨率等方面存在一定的局限性和差異性.因此,需要融合來自多傳感器的各種類型遙感圖像信息,將多種信息源所含的信息互補地有機結(jié)合起來，分辨率不同的遙感影像融合后,結(jié)果影像既保持了高分辨率影像的分辨率,又包含了多光譜影像的光譜信息,增強了遙感圖像的解譯力和判讀的準(zhǔn)確性,可提供更可靠的分析結(jié)果。

1.三都水族自治縣衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)選擇。

(1)2.5米分辨率。

ALOS衛(wèi)星2.5米全色數(shù)據(jù)與10米多光譜數(shù)據(jù)融合，所需6景全色和8多光譜才能覆蓋三都水族自治縣。SPOT(5)衛(wèi)星2.5米全色數(shù)據(jù)與10米多光譜數(shù)據(jù)融合，目標(biāo)區(qū)域不能全部覆蓋，所需為(2+1/2)景全色及(2+1/2)景多光譜。

(2)5米分辨率。

SPOT(5)衛(wèi)星5米全色數(shù)據(jù)和10米多光譜數(shù)據(jù)融合，需一景全色及4景多光譜。IRS-P6衛(wèi)星5米全色數(shù)據(jù)與10米多光譜融合，需1景10米多光譜，1景L4mn全色，3景L4mx多光譜。

(3)影像價格計算。

根據(jù)多傳感器的各種類型遙感圖像對目標(biāo)區(qū)域的覆蓋情況，由市場定價計算得到其各類影像數(shù)據(jù)的價格如下表所示：

表1 ALOS影像數(shù)據(jù)價格

表2 SPOT(5)2.5米影像數(shù)據(jù)價格

表3 SPOT(5)5米影像數(shù)據(jù)價格

表4 IRS-P6衛(wèi)星數(shù)據(jù)

表5 RapidEye衛(wèi)星數(shù)據(jù)

(4)影像選擇。

從各衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的參數(shù)、質(zhì)量、價格、應(yīng)用等方面并結(jié)合具體研究工作的實際需要，制作貴州省三都水族自治縣不低于5米分辨率土地利用現(xiàn)狀圖采用Alos衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，分辨率為5米，價格為16800元，較之其他同等性質(zhì)的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，無論是從經(jīng)濟效益上還是影像的使用效益上均能達到最大。

四 結(jié)論與討論

隨著多種遙感衛(wèi)星的發(fā)射成功，我們有了許多可利用的多傳感器、多時相、多分辨率和多光譜遙感影像。每一種圖像數(shù)據(jù)都有其固有的特點和特定的應(yīng)用領(lǐng)域,在幾何、光譜和空間分辨率等方面存在一定的局限性和差異性.針對日益龐大的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，要根據(jù)具體研究工作的實際需要，從各衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)的參數(shù)、質(zhì)量、價格、應(yīng)用等方面綜合評價和考慮，選擇經(jīng)濟效益和使用效益最大化的影像進行研究工作。

[1]安培浚，等.國外遙感衛(wèi)星地面站分布及運行特點[J].遙感技術(shù)及應(yīng)用,2008(6):45-49.

[2]高貴龍，鄧自民，熊康寧，等.喀斯特的呼喚與希望—貴州喀斯特生態(tài)環(huán)境建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展[M].貴陽：貴州科級出版社,2003,7:6-7.

[3]當(dāng)代陸地資源衛(wèi)星誰執(zhí)牛耳.維普資訊 http://www.cqvip.com.

[4]朱光良. IKONOS等高分辨率遙感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用分析[J].地球信息科學(xué),2004(9):25-28.

[5]朱良，等. 合成孔徑雷達衛(wèi)星發(fā)展歷程及趨勢分析[J].現(xiàn)代雷達,2009(4):45-48.

ClassNo.:P935.1DocumentMark：A

(責(zé)任編輯：蔡雪嵐)

OnChoiceofSatelliteImageDateintheMountainousAreaofGuizhouPlateau

Wang Yajing，Wang Jinyan

(Tongren Bureau of State Land and Resources，Tongren，Guizhou 554300，China)

With a variety of remote sensing satellite was successfully launched, many available multi-sensor, multi-temporal, multi-resolution and multi-spectral remote sensing images are obtained. Considering the large amount of satellite image and the specific needs of research, special natural and geographical conditions of mountainous area of Guizhou Plateau, the paper discussed the satellite image data parameters, quality, price. The analysis of remote sensing images is of significance for choice of specific satellite images.

satellite image；choice of data；Guizhou

王雅敬，碩士，銅仁市國土資源局。研究方向：區(qū)域經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展。

1672-6758(2013)12-0064-3

P935.1

A