遙感技術(shù)在濕地調(diào)查中的應(yīng)用探討

胡古月　王毅　朱姝

【摘 要】濕地是陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，由于其對生態(tài)環(huán)境具有調(diào)節(jié)作用，因而被譽(yù)為“地球之腎”。運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行濕地調(diào)查可準(zhǔn)確了解濕地的分布現(xiàn)狀，為管理者提供決策依據(jù)。文章根據(jù)不同時空分辨率遙感影像各自的特點(diǎn)，論述了不同影像在濕地調(diào)查中的處理方法和過程，并指出了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為后續(xù)的濕地管理和保護(hù)工作提供參考意見。

【關(guān)鍵詞】濕地；遙感技術(shù)；空間分辨率

濕地指天然或人工形成的沼澤地等帶有靜止或流動水體的成片淺水區(qū)，因其具有能滯留沉積物、有毒物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)，以及防止土壤沙化、減少溫室效應(yīng)等眾多有益的作用，因此被人們稱之為“地球之腎”。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用遙感影像對濕地進(jìn)行大范圍的調(diào)查技術(shù)變得日益成熟，有效地提高了濕地資源調(diào)查的效率和準(zhǔn)確度。目前運(yùn)用遙感技術(shù)進(jìn)行調(diào)查研究的方法已逐步細(xì)化成了多種不同的遙感技術(shù)應(yīng)用于資源環(huán)境的調(diào)查和研究，并不斷的形成新的濕地提取方法，如多光譜遙感、微波遙感、以及高光譜遙感等。濕地調(diào)查人員主要是利用中、高空間分辨率不同尺度影像，通過不同波段波的反射率之間的數(shù)學(xué)運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)濕地的特征提取，并結(jié)合野外調(diào)查進(jìn)行綜合解譯，從而有效地掌握濕地的資源環(huán)境狀況，對濕地的管理和保護(hù)工作提供有效的前期調(diào)查資料。

一、低空間分辨率影像濕地調(diào)查方法

低空間分辨率影像大多采用Modis影像運(yùn)用于濕地資源的調(diào)查。Modis影像具有較高的時間分辨率，是用一系列低軌道衛(wèi)星對地球進(jìn)行連續(xù)綜合觀測圖譜合一的光學(xué)遙感儀器，由于其影像數(shù)據(jù)類型豐富、獲取方式便捷，因此被廣大學(xué)者所青睞。應(yīng)用Modis影像數(shù)據(jù)進(jìn)行濕地調(diào)查，可通過不同的方法處理光譜數(shù)據(jù)并結(jié)合野外考察資料得到所需的濕地資源的最佳效果。采用的主要方法包括以下幾類：

（1）利用波譜進(jìn)行最小噪音分離變化結(jié)合非監(jiān)督分類手段濕地監(jiān)測；

（2）通過線性變換確定歸一化植被指數(shù)（NDVI）最佳閾值，在對不同類型濕地像元進(jìn)行面積統(tǒng)計，從而得到濕地資源分布現(xiàn)狀圖；

（3）由于改進(jìn)型植被含水率（VWR）指數(shù)具有很好的濕地參數(shù)反演能力，增強(qiáng)型植被指數(shù)（EVI）能更好的反映植被生長變化過程，改進(jìn)型土壤調(diào)節(jié)植被指數(shù)（MSAVI）能很好減弱不同植被覆蓋度下土壤因素對植被指數(shù)的影響，地表水分指數(shù)（LSWI）能較好反映植被含水量變化，因此VWR指數(shù)常被用于濕地遙感調(diào)查中，計算公式為：

式中VI代表植被指數(shù)。

目前，Modis數(shù)據(jù)用于濕地提取主要采用的是250m空間分辨率16天合成歸一化植被指數(shù)產(chǎn)品MOD13Q1和500M地表反射率8天合成產(chǎn)品MYD09A1，通過MRT軟件對影像數(shù)據(jù)進(jìn)行投影轉(zhuǎn)換，再利用ENVI對影像進(jìn)行輻射定標(biāo)等一系列預(yù)處理工作后，利用不同的指數(shù)提取各濕地類型。由于Modis影像數(shù)據(jù)所含信息量豐富、時間分辨率高等因素，常被用于大范圍時間序列的濕地監(jiān)測，同時，因該影像空間分辨率相對較低，易致使提取的結(jié)果誤差較大，還需結(jié)合大量的野外考察才能得到相對精確的結(jié)果。

二、中空間分辨率影像濕地調(diào)查方法

利用Landsat衛(wèi)星中高分辨率影像數(shù)據(jù)針對濕地的調(diào)查技術(shù)如今已較為成熟，主要采用同年不同時相的MSS、TM、ETM、OLI影像，利用不同地物在不同波段的反射率差異，對影像進(jìn)行預(yù)處理后可通過各波段反射率的線性和非線性運(yùn)算計算出植被、水體等各項指數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)濕地特征提取，或利用單波段閾值法和譜間關(guān)系法相結(jié)合的方式進(jìn)行提取。

Landsat影像數(shù)據(jù)主要使用ENVI、ERDAS、ArcGIS、MapGIS等軟件操做平臺對影像進(jìn)行預(yù)處理以及濕地分類。常用濕地分類方法主要包括：

（1）利用支持向量機(jī)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、光譜角等算法進(jìn)行的監(jiān)督分類；

（2）利用IsoData重復(fù)自組織數(shù)據(jù)分析技術(shù)、K-Means聚類分析方法進(jìn)行非監(jiān)督分類并結(jié)合人工目視修正提取濕地；

（3）結(jié)合DEM、NDWI（歸一化水體指數(shù)）、NDVI、坡度等多源數(shù)據(jù)采用面向?qū)ο蠓诸惙椒ㄌ崛。?/p>

（4）通過多源數(shù)據(jù)并結(jié)合專家先驗(yàn)知識建立決策樹進(jìn)行分類提取。

不同類型方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，需同時利用多種方法分類才能彌補(bǔ)不同方法各自存在的不足，并結(jié)合濕地的具體情況決定最適合的提取方法。其中，面向?qū)ο蠓诸惙椒ㄔ跐竦氐奶崛∵^程中能有效地避免分類結(jié)果出現(xiàn)“椒鹽現(xiàn)象”，原因在于不同地物之間存在混淆，因此該方法是先將影像分割、合并分塊后再進(jìn)行特征提取，因而提高了分類的精度，對沼澤、草地、水田、水體、河灘的分類混淆狀況起到了很大的改善作用。Landsat影像由于多時相的特點(diǎn)，常被用作大面積濕地調(diào)查，但對于濕地的多級分類的效果卻不明顯，還需結(jié)合高分辨率影像和野外實(shí)地調(diào)查才能實(shí)現(xiàn)群落級的分類效果。

三、高空間分辨率影像濕地調(diào)查方法

隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，高空間分辨率衛(wèi)星越來越多例如：IKONOS、QuickBird、OrbView-3、GeoEye-1、ZY-1、GF-1等可提供高分辨率影像，獲取豐富的地物信息，實(shí)現(xiàn)濕地的群落尺度分類，分類的精度較低空間分辨率和中空間分辨率影像都有了很大的提升。隨著高分辨率衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，該類影像已逐漸被應(yīng)用于城市規(guī)劃、土地利用等諸多領(lǐng)域，通過傳統(tǒng)的分類法如最大似然比、面向?qū)ο蠓诸惤Y(jié)合多源數(shù)據(jù)可得到理想的濕地提取結(jié)果。但由于高空間分辨率影像存在數(shù)據(jù)量較大、價格昂貴、不易獲取、針對濕地信息提取的圖像預(yù)處理過程較為復(fù)雜等特點(diǎn)，因此當(dāng)前實(shí)際應(yīng)用中使用的機(jī)會相對較少。

四、結(jié)語

濕地調(diào)查通過運(yùn)用不同時間和空間分辨率影像，由傳統(tǒng)的全野外調(diào)查發(fā)展到了遙感技術(shù)和野外考察并行，極大地提高了濕地調(diào)查的效率和精度，節(jié)省了大量的資金和人力。同時，還要進(jìn)一步采用不同的方法和技術(shù)，室內(nèi)和野外相互結(jié)合來不斷完善和提高遙感濕地調(diào)查技術(shù)，同時還應(yīng)加強(qiáng)遙感濕地提取新技術(shù)新方法的改進(jìn)，如加大無人機(jī)技術(shù)在濕地調(diào)查中的投入力度，從而彌補(bǔ)野外調(diào)查和不同影像濕地提取中存在的不足。

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作者簡介：胡古月（1991.12- ），男，四川成都人，成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院碩士研究生。