不同遙感平臺在濕地調(diào)查中的應(yīng)用

陳明 張婷

摘 要：遙感技術(shù)由于具有實時性，動態(tài)性，高效性等特點被廣泛用于濕地生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測和調(diào)查中。尤其是無人機遙感的興起，為濕地資源和環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測、可持續(xù)利用和保護提供了強大的支持。文章從不同的遙感平臺角度出發(fā)，對遙感技術(shù)在國內(nèi)濕地資源和環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用進行綜述，分析不同遙感平臺的優(yōu)勢和劣勢，以期為后續(xù)的相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：遙感；濕地調(diào)查；傳感器；搭載平臺

中圖分類號：X87 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0164-03

Abstract： Remote sensing technology is widely used in the dynamic monitoring and investigation of wetland ecosystem because of its real-time， dynamic， efficient and other characteristics. In particular， the rise of UAV remote sensing provides a strong support for the dynamic monitoring， sustainable use and protection of wetland resources and environment. From the perspective of different remote sensing platforms， this paper summarizes the application of remote sensing technology in the investigation of wetland resources and environment in China， and analyzes the advantages and disadvantages of different remote sensing platforms in order to provide reference for related research.

Keywords： remote sensing； wetland survey； sensor； carrying platform

濕地生態(tài)系統(tǒng)被稱為“地球之腎”，與森林生態(tài)系統(tǒng)和海洋生態(tài)系統(tǒng)并稱為全球三大生態(tài)系統(tǒng)。由于人類活動的影響加劇，濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康正面臨著巨大的威脅，定期進行濕地資源和環(huán)境的調(diào)查與監(jiān)測對保護和管理濕地生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。由于過去技術(shù)條件的限制，傳統(tǒng)的濕地資源和環(huán)境監(jiān)測方法成本高且效率低下，近年來隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，搭載各種傳感器的遙感平臺的不斷涌現(xiàn)，由于其具有時效性高、成本低，且能實現(xiàn)大面積同步觀測的特點，在濕地調(diào)查相關(guān)研究中廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)的推廣對于開展?jié)竦刭Y源監(jiān)測以及濕地環(huán)境保護與恢復(fù)具有重要意義。本文簡要闡述不同遙感平臺在濕地資源和環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用，分析不同遙感平臺的優(yōu)勢和劣勢，以期為后續(xù)的相關(guān)研究提供資料。

1 航空遙感平臺在濕地調(diào)查中的應(yīng)用

由于航空遙感平臺具有高精度，大范圍全波段準(zhǔn)同步，獲取信息快，范圍周期靈活等特點，作為軍民兩用技術(shù)而一直被世界各科技大國所重視。在國內(nèi)，朱來東[1]等利用機載遙感平臺對我國天津等沿海地區(qū)潮間濕地進行了遙感監(jiān)測，通過分析獲取彩色紅外航空相片，得出了該地區(qū)工業(yè)污染物的性質(zhì)對海洋濕地水資源以及土壤資源的影響范圍，追溯出幾十個污染源的位置，并對相關(guān)海域的濕地植被類型進行了判讀。馮家莉[2]等利用UAV（無人機）搭載SONY NEX-7相機對位于英羅港港灣兩側(cè)的國家級紅樹林保護區(qū)進行航測，成功獲得亞米級影像數(shù)據(jù)，通過與基于衛(wèi)星遙感和常規(guī)航空遙感圖像的分類結(jié)果進行對比，比較得出低空無人航空遙感技術(shù)具有高精度，低成本優(yōu)勢的同時，也受到了小型無人機航程、載荷的限制使其并不具備大范圍測圖能力，而且只能攜帶少量較輕便的傳感器。李芾[3]等利用低空無人機獲取城市自然濕地和景觀化濕地RS影像作為數(shù)據(jù)源，結(jié)合GIS和GPS技術(shù)，并通過實地調(diào)查取樣，將自然城市濕地劃分為水體、河岸帶、沼澤地、農(nóng)田、池塘5類，將景觀化城市濕地劃分為水體、河岸帶、沼澤地、農(nóng)田、綠地5類，而兩種類型的濕地分別含有植物60種植被隸屬20科38屬與57種植被隸屬30科47屬，并發(fā)現(xiàn)人工濕地中喬木類所占比重大于自然濕地。

2 航天遙感平臺在濕地調(diào)查中的應(yīng)用

遙感航天平臺中常用的為搭載各類傳感器的衛(wèi)星，按照成像原理的不同可以分為光學(xué)遙感衛(wèi)星和雷達衛(wèi)星，其中目前國際上比較常用的遙感衛(wèi)星按照空間分辨率來劃分可以細分為三類（表1）。

幾種商業(yè)雷達衛(wèi)星的部分參數(shù)（表2）。其中QuickBirk（快鳥）、Spot系列、LANDSAT系列（美國陸地衛(wèi)星）和我國的CBERS系列（中巴系列衛(wèi)星）所提供的遙感數(shù)據(jù)在我國土地資源調(diào)查工作中得到廣泛運用，在2009年的第二次全國濕地資源調(diào)查中，采用了CBERS-CCD、SPOT5和RADARSAT的遙感影像數(shù)據(jù)，對全國范圍內(nèi)（不包含港澳臺地區(qū)），面積達8hm2（含）以上的濕地進行了調(diào)查[4]。

2.1 基于光學(xué)影像數(shù)據(jù)的濕地資源調(diào)查

于瑞宏[5]等通過對烏梁素海濕地的Landsat TM和ETM影像分析，得出濕地不同類型區(qū)域面積的演變與水文環(huán)境、氣象因子間的對應(yīng)關(guān)系，為進一步研究湖泊污染，水體富營養(yǎng)化主導(dǎo)因子提供科學(xué)依據(jù)。張弘[6]等通過分析2000～2006年共六年有關(guān)大連市及黃海岸自然保護區(qū)、三臺鄉(xiāng)大天鵝自然保護區(qū)和“三灣”自然保護區(qū)的Landsat7的遙感影像數(shù)據(jù)，影像結(jié)果表明6年間海岸濕地和沼澤濕地面積共減少97.62km2，由于對濕地盲目的開荒和改造造成濕地面積急劇萎縮，大量工業(yè)和生活污水的排放、農(nóng)藥和化肥的使用以及旅游業(yè)的興起，導(dǎo)致濕地水體富營養(yǎng)化、生態(tài)環(huán)境逐步惡化，此外由于對資源的過度開采，致使?jié)竦厣锒鄻有允艿絿?yán)重威脅，泥炭資源、貝殼巖以及沙岸都有不同程度的破壞。為該地區(qū)濕地資源保護、恢復(fù)與重建提供指導(dǎo)意見。江輝[7]等通過對TM5、6、7波段的假彩色合成影像運用面向?qū)ο蠓诸悓ε岁柡^(qū)周邊濕地類型進行了劃分。施孔芳[8]等采用Landsat TM影像結(jié)合實地調(diào)查對福州市及周邊地區(qū)的濕地以及水質(zhì)情況進行統(tǒng)計調(diào)查。

2.2 基于雷達影像數(shù)據(jù)的濕地資源調(diào)查

由于雷達波束有遠強于光譜波段波束的穿透能力，因此搭載雷達傳感器的遙感衛(wèi)星相較于傳統(tǒng)光學(xué)遙感衛(wèi)星來說具有全天候、全天時獲取圖像的能力，雷達衛(wèi)星擁有光學(xué)遙感衛(wèi)星的無法替代的優(yōu)勢，目前也被廣泛應(yīng)用在濕地資源的探查中。徐怡波[9]等獲取ENVISAT ASAR數(shù)據(jù)對東洞庭湖濕地植被和地物進行分類，通過對東洞庭湖及其周邊地區(qū)的HV/HH與VV/HH極化影像數(shù)據(jù)，利用基于原圖像灰度級共生矩陣提取紋理特征以及濾波后圖像的灰度特征將該地區(qū)劃分為水體、蘆葦灘地、草灘地、森林灘地、優(yōu)勢種不明顯的植物灘地、沉水植物和裸露泥灘地7類。黎夏[10]等采用珠海淇澳島的Radarsat-1精細模式圖像，利用后向散射系數(shù)值對位于該島西北區(qū)域的紅樹林進行植被生物量估算，并通過光學(xué)遙感數(shù)據(jù)驗證光學(xué)遙感影像NDVI值與植被參數(shù)間是否有較高的相關(guān)性，此次研究結(jié)果表明雷達遙感比較適宜用于濕地植物生物量的估計，而NDVI指數(shù)與植被生物量之間可能會存在著較大的偏差。葉 [11]等對來自黑龍江洪河保護區(qū)的ALOS PALSAR HH極化影像和ASAR HH/VV極化影像處理，并對比Landsat5 TM影像數(shù)據(jù)，通過實地采樣，提取各樣方后向散射系數(shù)值及Landsat5 TM影像數(shù)據(jù)NDVI值與生物量干濕重的實測值之間建立估測模型，得出保護區(qū)內(nèi)濕地區(qū)域生物量估量。

3 各遙感平臺在濕地監(jiān)測應(yīng)用中的優(yōu)勢與存在的問題

各類遙感平臺的出現(xiàn)，為濕地資源動態(tài)監(jiān)測提供了新的解決方案，但各遙感平臺分別存在著不同的優(yōu)缺點，因此需要在進行具體濕地調(diào)查前，根據(jù)具體需求選取適合的數(shù)據(jù)來源。小型無人機平臺適合小范圍，高精度遙感數(shù)據(jù)，隨著國家逐步開放低空空域，低空無人機遙感系統(tǒng)正在逐步興起，但由于小型無人機自身載荷能力有限，因此對搭載設(shè)備重量和數(shù)量有著嚴(yán)格的限制，在實際運用中一般為小型無人機搭載組合鏡頭的模式，同時無人機系統(tǒng)對外界環(huán)境條件有著較高的要求，如天氣等因素，而大中型無人機和有人航空遙感平臺（飛機、飛艇）等，雖然對外界因素和設(shè)備重量限制有所放寬，同時精度相較于航天遙感平臺有所提高，但是在國內(nèi)由于購買使用成本高昂，航線審批程序復(fù)雜等原因應(yīng)用率一直處于較低水平。目前在濕地調(diào)查領(lǐng)域普遍采用商業(yè)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，但不同商業(yè)遙感衛(wèi)星或同一遙感衛(wèi)星不同工作模式都會導(dǎo)致圖像空間分辨率和產(chǎn)品種類的區(qū)別，不同空間分辨率或不同種類的遙感影像的用途又有所不同，通常情況下傳統(tǒng)光學(xué)遙感數(shù)據(jù)運用最為廣泛，但光學(xué)遙感影像會受到被探測地區(qū)天氣或天時的影響。雷達影像雖然不受這些因素困擾，但成像原理的不同又制約其在一些傳統(tǒng)光學(xué)遙感方面的運用，對于部分既需要光學(xué)遙感影像又需要雷達影像數(shù)據(jù)用戶來說，可能出現(xiàn)重復(fù)投資或數(shù)據(jù)大量冗余的現(xiàn)象，而且高分辨率商用遙感影像價格昂貴，普通用戶難以承受。

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