土地資源調(diào)研中衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用分析

黃海霞

衡陽(yáng)市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖南衡陽(yáng)，421000

0 引言

遙感是指運(yùn)行在不同電磁波范圍、不同高度、不同類型的遙感平臺(tái)上的信息技術(shù)，在20世紀(jì)60年代到70年代發(fā)展迅速。從20世紀(jì)80年代至今，遙感技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了更廣泛的探索，作為獲取信息的有效手段之一，在我國(guó)土地資源調(diào)研和監(jiān)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用。近十幾年來(lái)，衛(wèi)星遙感技術(shù)獲得了突破性的進(jìn)展。從光學(xué)遙感到多光譜/高光譜遙感、雷達(dá)激光遙感等，衛(wèi)星遙感影像獲取手段不斷增加；從人工繁瑣數(shù)據(jù)處理到智能化、流程式數(shù)據(jù)處理，從單景影像到多景影像批量處理，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理方式和軟硬件設(shè)施也在不斷進(jìn)步；衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取技術(shù)與人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合，更是加快了衛(wèi)星遙感技術(shù)市場(chǎng)化應(yīng)用的進(jìn)程。

1 遙感與遙感技術(shù)的概念

1.1 遙感

遙感是指利用運(yùn)行在不同電磁波范圍、不同高度、不同類型的遙感平臺(tái)上的信息技術(shù)，日夜不間斷地收集地球表面的遙感數(shù)據(jù)，探測(cè)地球表面的各種物體，掌握地球表面物體、現(xiàn)象和過(guò)程的變化和演變過(guò)程。

1.2 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)（RST）又稱遙感信息系統(tǒng)（RSIs），是指從衛(wèi)星、飛機(jī)或其他飛行器上收集地面物體的電磁輻射信息，以確定地球環(huán)境與地球資源的技術(shù)。將遙感器放置在高空氣球、飛機(jī)等飛行器上進(jìn)行的遙感為航空遙感，將遙感器安裝在航天器上進(jìn)行的遙感為航天遙感。遙感系統(tǒng)是指完成遙感任務(wù)的整套儀器設(shè)備。

2 遙感圖像處理

遙感影像數(shù)據(jù)流程大致可以分為以下五個(gè)步驟。①預(yù)處理。由于傳感器、氣象等因素，一些獲取的遙感圖像中，會(huì)出現(xiàn)周期性的噪聲、壞線、條帶、薄云和陰影，因此必須對(duì)其進(jìn)行消除或減弱方可使用。②幾何糾正。通常獲取的遙感影像一般都是初級(jí)遙感影像，為使其定位準(zhǔn)確，在使用遙感圖像前，必須對(duì)其進(jìn)行幾何糾正；在地形起伏較大地區(qū)，還必須對(duì)其進(jìn)行正射糾正；特殊情況下還須對(duì)遙感圖像進(jìn)行大氣糾正。③圖像增強(qiáng)。為使遙感圖像所包含的地物信息可讀性更強(qiáng)，感興趣的目標(biāo)更突出，需要對(duì)遙感圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理。④圖像鑲嵌。圖像鑲嵌也叫圖像拼接，是將兩幅或多幅數(shù)字影像拼在一起，構(gòu)成一幅整體圖像的技術(shù)過(guò)程。通常是先對(duì)每幅圖像進(jìn)行幾何校正，將它們投影到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，然后根據(jù)圖像特征，對(duì)它們進(jìn)行裁剪，去掉重疊的部分，再將裁剪后的多幅影像拼接成一幅大幅面的影像。⑤勻光勻色。在實(shí)際應(yīng)用中，用來(lái)進(jìn)行圖像鑲嵌的遙感影像，有可能來(lái)源于不同傳感器、不同時(shí)間 、不同氣候光照條件下的遙感數(shù)據(jù)，因此，在做圖像鑲嵌將多幅影像進(jìn)行拼接時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)色調(diào)、亮度不一致的情況，這時(shí)就需要結(jié)合實(shí)際情況和整體協(xié)調(diào)性對(duì)參與鑲嵌的影像進(jìn)行勻光勻色[1]。

遙感圖像的判讀是指對(duì)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地物識(shí)別，通過(guò)其色調(diào)、光譜特征與空間特征等進(jìn)行分析判斷和解譯。簡(jiǎn)單的地物解譯是根據(jù)衛(wèi)星影像的單波段可見(jiàn)光和近紅外照片進(jìn)行肉眼可見(jiàn)的地物識(shí)別，通過(guò)識(shí)別影像上地物的形狀、顏色、大小、特征和物體陰影，將其與周圍的其他地物區(qū)分開(kāi)來(lái)。例如，某個(gè)城市區(qū)域的窗口圖像為7波段。由于水對(duì)近紅外光的嚴(yán)重吸收，它顯示出深沉的色調(diào)，所以城市建筑對(duì)紅外光的反射比水強(qiáng)。此外，道路上有一排排樹(shù)，這使得城市的色調(diào)比水的色調(diào)要輕，但仍然很深，肉眼分辨灰階的能力相對(duì)差一些，有時(shí)看起來(lái)會(huì)與水的色調(diào)相似。而農(nóng)田作物反射近紅外光較強(qiáng)，因此它們是淺色。隨著人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，遙感解譯已不僅僅是人工目視解譯，更多的是通過(guò)波譜特征、地物波段反演、雷達(dá)激光點(diǎn)云等特征，進(jìn)行智能自動(dòng)提取。

3 遙感技術(shù)在土地資源調(diào)研中應(yīng)考慮的問(wèn)題

3.1 遙感影像數(shù)據(jù)源的選擇

根據(jù)工作需要，選擇并購(gòu)買相應(yīng)的遙感影像數(shù)據(jù)源。分辨率是影響圖像識(shí)別和制圖精確度的關(guān)鍵因素，如果分辨率太低，不僅會(huì)增加數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)，還會(huì)影響圖像的精確度；但也應(yīng)該注意節(jié)約成本，在選擇數(shù)據(jù)源時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合成本因素、數(shù)據(jù)的規(guī)模和可用性綜合考慮，不應(yīng)過(guò)分追求高精度。隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)衛(wèi)星、多光譜/高光譜衛(wèi)星、SAR、InSAR等多種數(shù)據(jù)獲取方式也同步發(fā)展，在衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求，選擇適合的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。如高分系列、資源系列衛(wèi)星能提供高精度的光學(xué)影像，在氣象條件良好時(shí)，能實(shí)時(shí)反應(yīng)地面真實(shí)情況，是土地資源調(diào)研中重要的數(shù)據(jù)獲取來(lái)源；雷達(dá)衛(wèi)星、SAR、InSAR衛(wèi)星能在氣象條件較差、可視度較弱、夜間等情況全天候?qū)崟r(shí)獲取影像數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了光學(xué)衛(wèi)星的不足[2]。隨著立體測(cè)繪衛(wèi)星的發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)為城市三維立體數(shù)據(jù)采集提供了很好的數(shù)據(jù)來(lái)源，未來(lái)將在土地資源調(diào)研中發(fā)揮重要的作用。因此，選擇合適的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來(lái)源、選擇能滿足土地資源調(diào)研所需精度的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，在土地資源調(diào)研工作中非常重要，多數(shù)據(jù)源、多時(shí)相、多精度衛(wèi)星產(chǎn)品的提供也為土地資源調(diào)研技術(shù)的發(fā)展提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。

3.2 遙感數(shù)據(jù)的處理方式

遙感數(shù)據(jù)處理方式包括初始遙感影像的生產(chǎn)及遙感成果信息的提取。然而，在土地資源調(diào)研工作中，選擇適宜的遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)尤為重要。遙感數(shù)據(jù)的處理必須考慮到能滿足土地資源調(diào)研工作所需，能到達(dá)相應(yīng)的數(shù)據(jù)精度要求，減少數(shù)據(jù)位置偏差，提高遙感影像的圖像質(zhì)量。而智能化、流程式的遙感數(shù)據(jù)處理手段能極大地減少人工參與，降低數(shù)據(jù)生產(chǎn)成本。因此在遙感數(shù)據(jù)處理方式的選擇上，采用低人工成本、高智能機(jī)器參與的技術(shù)手段，有助于土地資源調(diào)研技術(shù)的發(fā)展，為土地資源調(diào)研工作提供更廣闊的市場(chǎng)。

4 遙感在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用

4.1 遙感在土地資源調(diào)研中的意義

第一，遙感技術(shù)在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮著重要作用。近些年來(lái)，因衛(wèi)星遙感獲取實(shí)時(shí)、覆蓋廣的優(yōu)點(diǎn)，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星執(zhí)法、衛(wèi)星監(jiān)測(cè)手段的廣泛推廣，使衛(wèi)星遙感在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。第二，遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于土地利用和更新調(diào)研。土地利用變化調(diào)研主要以現(xiàn)有航空正射影像圖和地形圖為基礎(chǔ)調(diào)研數(shù)據(jù)，與原土地利用現(xiàn)狀圖像進(jìn)行結(jié)合對(duì)比，通過(guò)實(shí)際測(cè)繪和補(bǔ)充調(diào)研，實(shí)現(xiàn)土地利用現(xiàn)狀的更新。第三，遙感技術(shù)已充分應(yīng)用于農(nóng)村產(chǎn)權(quán)調(diào)研和城市集約利用潛力評(píng)估。在農(nóng)村產(chǎn)權(quán)調(diào)研中使用航空航天數(shù)據(jù)節(jié)省了大量時(shí)間和人力，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

4.2 土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的新階段

遙感是一個(gè)從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從定性解釋到定量調(diào)研的必然過(guò)程。數(shù)字遙感和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為及時(shí)、有效地收集土地利用現(xiàn)狀及其變更信息提供了更強(qiáng)有力的技術(shù)手段。從數(shù)據(jù)來(lái)源來(lái)看，主要表現(xiàn)有：①遙感信息空間同步但時(shí)間不連續(xù)的弱點(diǎn)正在逐漸改變，遙感信息已序列化；②遙感信息的多層空間分辨率使大面積遙感信息觀測(cè)內(nèi)容更加詳細(xì)；③遙感圖像的光譜分辨率也表現(xiàn)出層次性特征，總體發(fā)展趨勢(shì)是光譜分辨率越來(lái)越高，為土地利用調(diào)研中的高精度光譜分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.3 使用遙感技術(shù)進(jìn)行城市地籍的更新調(diào)研

在城市地籍的更新調(diào)研中，利用航空攝影測(cè)量制作城市地籍圖與地籍影像圖，建立城市地籍的數(shù)據(jù)庫(kù)和管理系統(tǒng)，逐步形成全市的城市地籍管理與應(yīng)用信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，有利于土地資源更好地利用，加強(qiáng)土地權(quán)屬的管理，落實(shí)各項(xiàng)土地的嚴(yán)格管理措施，加強(qiáng)土地集約利用。

4.4 利用遙感技術(shù)配合土地執(zhí)法檢查

利用遙感技術(shù)對(duì)土地執(zhí)法開(kāi)展檢查，是黨中央、國(guó)務(wù)院土地管理法規(guī)政策的嚴(yán)格貫徹落實(shí)，加強(qiáng)土地規(guī)劃管理和建設(shè)用地規(guī)劃審批，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和依法查處土地違法行為，鞏固土地市場(chǎng)治理整頓成果。遙感監(jiān)測(cè)與土地執(zhí)法檢查的相結(jié)合，最大限度地及時(shí)發(fā)現(xiàn)土地違法行為，并將其消滅在萌芽狀態(tài)。特別是因執(zhí)法監(jiān)督不力而隱蔽的、因交通不便而不易通過(guò)巡查發(fā)現(xiàn)的行為，將違法用地現(xiàn)象盡可能杜絕。

4.5 土地資源調(diào)研方法

隨著RS與GIS技術(shù)在土地調(diào)研、監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)中的廣泛應(yīng)用，基于遙感的土地調(diào)研監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理技術(shù)與提取技術(shù)也越來(lái)越完善。第一，在土地變化信息的計(jì)算機(jī)識(shí)別中，提出了“土地圖斑單元變化自動(dòng)檢測(cè)方法”。第二，通過(guò)對(duì)土地動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)多年的研究和實(shí)踐，提出和發(fā)展了一系列可行的土地利用變化信息自動(dòng)提取辦法，比如差異主成分法、多波段主成分變換法等。

5 遙感技術(shù)應(yīng)用在土地資源調(diào)研中存在的問(wèn)題

5.1 數(shù)據(jù)資源不足

雖然目前的遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)在各個(gè)方面都有了很大的提高，但由于資金、科技等方面的限制，高分辨率衛(wèi)星影像覆蓋范圍不足，主要集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，山區(qū)、郊區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)衛(wèi)星覆蓋率不足。同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，土地變化迅速，對(duì)衛(wèi)星更新周期提供了更高的要求，從年更新到季度更新、月更新。其次，數(shù)據(jù)壁壘、數(shù)據(jù)保密等問(wèn)題使得衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的共享成為較大問(wèn)題，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)共享困難、共享不及時(shí)、數(shù)據(jù)不互通，使得衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)重復(fù)生產(chǎn)、多方生產(chǎn)、重復(fù)購(gòu)買，不僅浪費(fèi)了人力、物力，同時(shí)也拖慢了遙感技術(shù)在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用進(jìn)度[4]。

5.2 遙感技術(shù)實(shí)力較弱，高分辨率遙感影像信息自動(dòng)化水平有待提升

如今，遙感技術(shù)可以對(duì)高分辨率遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行非常成熟的科學(xué)研究，其中土地利用調(diào)研的遙感監(jiān)測(cè)必須在充分滿足管理和生產(chǎn)需要的前提下進(jìn)行。目前，遙感技術(shù)實(shí)力較弱，高分辨率遙感影像信息自動(dòng)化水平還有待提升，主要有兩個(gè)問(wèn)題：①遙感數(shù)據(jù)生產(chǎn)周期長(zhǎng)；②遙感圖像智能化識(shí)別技術(shù)發(fā)展不夠。雖然近十幾年來(lái)，人工智能識(shí)別技術(shù)快速發(fā)展，然而受數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)質(zhì)量、分辨率、智能化技術(shù)水平等限制，人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)普及程度不夠，依然需要耗費(fèi)大量人力。

6 遙感技術(shù)在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用價(jià)值

在傳統(tǒng)測(cè)繪和國(guó)土資源調(diào)研領(lǐng)域，由于探測(cè)目標(biāo)的空間分布復(fù)雜，存在不同的地物空間位置和形狀等，信息的測(cè)繪工作非常困難，從探測(cè)方案和現(xiàn)場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中收集基本信息、繪制圖形和分析數(shù)據(jù)需要很長(zhǎng)時(shí)間。近年來(lái)，遙感技術(shù)、衛(wèi)星制造發(fā)射技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，促進(jìn)了現(xiàn)代遙感技術(shù)在測(cè)繪領(lǐng)域的應(yīng)用。它不僅為土地資源調(diào)研帶來(lái)了新的工作模式，而且充分利用衛(wèi)星、空間站等遙感平臺(tái)獲取的高質(zhì)量信息數(shù)據(jù)，為遙感影像信息提供技術(shù)支持。遙感技術(shù)是土地資源管理和我國(guó)土地情況調(diào)研監(jiān)測(cè)的核心技術(shù)之一，它可以實(shí)現(xiàn)地理情況的動(dòng)態(tài)測(cè)繪，從地理角度全面分析和研究國(guó)情，為政府治理和土地資源管理決策提供數(shù)據(jù)[5]。

7 遙感技術(shù)在土地資源管理中的應(yīng)用前景

7.1 遙感技術(shù)在土地環(huán)境調(diào)研和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用前景

遙感技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境調(diào)研和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中具有舉足輕重的地位，根據(jù)目標(biāo)地區(qū)的特點(diǎn)，利用遙感技術(shù)可以監(jiān)測(cè)目標(biāo)地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害。此外，遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用已逐漸從定性發(fā)展到定量，并可逐步應(yīng)用于地震早期的監(jiān)測(cè)。未來(lái)利用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的研究，需要利用衛(wèi)星系統(tǒng)和航空、地面等多種監(jiān)測(cè)手段，進(jìn)行全天候、多時(shí)相、連續(xù)的觀測(cè)，可以達(dá)到事半功倍的效果。

7.2 遙感技術(shù)在土地資源開(kāi)發(fā)和管理中的應(yīng)用前景

利用高光譜遙感技術(shù)光譜信息豐富、波段窄、分辨率高的優(yōu)勢(shì)，可以反復(fù)展示一些指示礦物的豐度，利用遙感技術(shù)可以更好地開(kāi)發(fā)、管理和監(jiān)測(cè)各種礦產(chǎn)資源，成為地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查和監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)方法。

7.3 遙感技術(shù)在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用前景

國(guó)土資源部每年需對(duì)全國(guó)50萬(wàn)人口以上的城市進(jìn)行相應(yīng)的土地利用監(jiān)測(cè)。然而近年來(lái)隨著國(guó)土資源管理的需要，許多省市的土地利用監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔越來(lái)越短，遙感技術(shù)的各種特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)都非常有利于此項(xiàng)工作的開(kāi)展。因此，為了更好地開(kāi)展土地管理工作，一些地級(jí)市也開(kāi)始開(kāi)展相應(yīng)的監(jiān)測(cè)工作。土地利用管理的趨勢(shì)就是省級(jí)監(jiān)測(cè)的時(shí)間間隔將越來(lái)越短，地級(jí)市將越來(lái)越多地開(kāi)展監(jiān)測(cè)。近些年，國(guó)土資源管理部門與各級(jí)政府基本上實(shí)現(xiàn)了遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在國(guó)家土地資源管理中的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作與應(yīng)用。隨著雷達(dá)、INSAR等技術(shù)的出現(xiàn)，也改善了因氣象、視野、云層等原因造成的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)收集不足，這將為未來(lái)遙感技術(shù)在土地調(diào)研中的應(yīng)用帶來(lái)價(jià)值的大幅提升。

8 結(jié)語(yǔ)

遙感技術(shù)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展和政府科學(xué)決策的重要信息支撐，它已成為國(guó)家建設(shè)和人民生活不可缺少的信息產(chǎn)品。未來(lái)要加快遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，加快防災(zāi)減災(zāi)高技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和綜合集成，建立國(guó)家綜合減災(zāi)和風(fēng)險(xiǎn)管理信息共享平臺(tái)，對(duì)國(guó)家和地方災(zāi)害監(jiān)測(cè)、預(yù)警、評(píng)估和應(yīng)急救援指揮體系進(jìn)行完善。