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2023-01-06
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土地覆盖监测:土地覆盖是人地相互作用过程的最终体现,也是地球表层系统最明显的景观标志,土地覆盖变化又会引发一系列环境的改变。遥感技术因其能提供动态、丰富和廉价的数据源已成为获取土地覆盖信息最为行之有效的手段。
森林覆盖监测:森林是陆地生态系统的主体,是人类赖以生存的基础资源。传统五年一次的一类调查和十年一次的二类调查存在更新周期长、历经时间长、样地易被特殊对待、数据可比性差等缺陷,难以科学、准确评估森林资源和生态状况变化。
遥感具有宏观性、客观性、周期性、便捷性等特点,已经在森林资源清查(一类调查)和规划设计调查(二类调查)中大显身手。
草地覆盖监测:草地是仅次于森林资源的陆地植物资源。遥感技术在草地资源调查、分类和制图中得到应用,大大地提高了草地资源调查与制图的精度,促使草地分类由定性逐渐走向定量化,可以完成草地退化监测与评估,节省了人力、物力和财力。
湿地资源监测:湿地是地球上水陆相互作用形成的独特的生态系统,是自然界最富生态多样性的景观和人类最重要的生存环境之一。
实时监测湿地种类及其数量,为湿地的保护提供第一手材料显得尤为重要。遥感技术具有观测范围广,信息量大,获取信息快,更新周期短,节省人力物力和人为干扰因素少等诸多优势,已经成为湿地研究的有力手段。可以提取湿地边界、进行湿地分类、湿地动态变化监测等 。
1、进行地面,航空,航天多层次遥感,建立地球环境卫星观测网络。
2、传感器向电磁波谱全波段覆盖。
3、图象信息处理实现光学-电子计算机混合处理,因入其他技术理论方法,实现自动分类和模式识别。
4、实现遥感分析解译的定量化与精确化。
5、与GIS和GPS形成一体化的技术系统。
发展趋势
“遥感技术并不神秘。简单理解,就像是在‘北京一号’这样的小卫星上,安装一台功能强大的照相机,通过图像分析获取想要得到的数据。”国家统计局北京调查总队农业调查处处长张群说。前面提到的一幕就是配合遥感开展的抽样调查。
我国农业统计一直相对较弱。2006年,借助第二次全国农业普查的契机,北京市统计局、国家统计局北京调查总队开始尝试引入遥感等空间技术,探索创新农业统计调查方法。到2009年,冬小麦、玉米面积、设施农业占地面积率先实现业务化,北京成为全国第一家实现统计遥感业务化运行的地区。
目前,遥感技术在环境科学中主要应用于:
① 大气环境遥感:气象卫星除能提供卫星云图进行天气研究以外,也能对河流排泄的泥沙混浊流和海上漂油进行监测。利用陆地卫星图像可分析工厂的烟尘污染,如在陆地卫星相片上能清楚地看到炭黑厂的黑烟尘。
② 陆地环境遥感:陆地卫星上也反映大面积水质差异变化。因为水的温度、密度、颜色、透明度等的变化往往导致水体反射光能量变化,并在遥感图像上反映出来。如海面受到污染后,被油污覆盖的水面,蒸发受到抑制,温度高于四周水面,在遥感图像上,油污处出现浅色。从卫星相片上可发现大工厂排出的废水有时形成一股污染流,产生周期性的水团运动,形成复杂的水混合和扩散现象。水体受污染后,水的物理、化学和生物特性都有变化。富营养化的水体中某些藻类繁殖生长,这在遥感图像上也能反映出来。工业废水、废渣有时形成地面污染,范围一般较小,从比例尺较大的航空遥感图像可以发现这种现象,并能测出污染的面积,判明污染的特征。比例尺较小的卫星图像有时也能看到地面污染的大致轮廓。天津塘沽区天津碱厂的盐泥堆在卫星图像上是一块光谱反射率很高的白斑。
③ 海洋环境遥感:海洋卫星能够监测海洋表层的许多污染状况。海洋遥感覆盖面积大,具有同时性,能够几乎在同等条件下把获得的资料同船舶测点取样进行对比,能连续、长期而且快速地观测海洋的特点,而且可以得到用船舶观测法不能完整观测到的海洋特征,如海洋表面水温、海流移动、海水分布、波浪、沿海岸泥沙混浊流,以及赤潮、海面油污染等。在进行海洋遥感的同时,仍可利用水面舰船、浮标、海滨研究站,以及采取潜水等方式配合观测,使遥感获得的资料能得到验证和更好的利用。美国1978年 6月发射第一颗海洋卫星,每36小时的观测面覆盖全球海洋面积达95%。海洋卫星装有微波和红外仪器等。海洋遥感所得图像能识别出浮游生物富集区位置、赤潮、各种自然和人为原因造成的混浊流、倾倒的垃圾污物、河口地区及沿海地带的环境特征、海上油污等。
法国、日本、美国都已应用遥感技术研究环境。中国自1980年起开始比较系统地应用遥感技术探测天津市和渤海湾海面的污染特征。
遥感技术在环境领域的应用,目前主要体现在大面积的宏观环境质量和生态监测方面,在大气环境质量、水体环境质量和植被生态监测等方面中都有比较广泛的应用。
大气环境遥感。卫星遥感可在瞬间获取区域地表的大气信息,用于大气污染调查,可避免大气污染时空易变性所产生的误差,并便于动态监测。大气环境遥感主要应用在气溶胶、臭氧、城市热岛、沙尘暴和酸沉降等方面监测研究之中。由于在遥感信息中,大气污染信息是叠加于多变的地面信息之上的弱信息,常规的信息提取方法均不适用,因此多年来该方向的研究进展缓慢。
水环境遥感。水色遥感的目的是试图从传感器接收的辐射中分离出水体后向散射部分,并据此提取水体的组分信息。水环境遥感的任务是通过对遥感影像的分析,获得水体的分布、泥沙、叶绿素、有机质等的状况和水深、水温等要素信息,从而对一个地区的水资源和水环境等做出评价。目前,水质参数的反演研究主要还是基于统计关系的定量反演或定性反映水污染状况,因此,水质参数遥感反演机理的研究有待于加强。
植被生态遥感。植被生态调查是遥感的重要应用领域。植被是环境的重要组成因子,也是反映区域生态环境的最好标志之一,同时也是土壤、水文等要素的解译标志。植被解译的目的是在遥感影像上有效地确定植被的分布、类型、长势等信息,以及对植被的生物量做出估算,因而,它可以为环境监测、生物多样性保护及农业、林业等有关部门提供信息服务。
土壤遥感。土壤是覆盖地球表面的具有农业生产力的资源,它还与很多环境问题相关,比如流域非点源污染、沙尘暴等。地球的岩石圈、水圈、大气圈和生物圈与土壤相互影响、相互作用。土壤遥感的任务是通过遥感影像的解译,识别和划分出土壤类型,制作土壤图,分析土壤的分布规律。
此外,土地覆被/土地利用是人类生存和发展的基础,也是流域(区域)生态环境评价和规划的基础。同时,土地覆被/土地利用变化(LUCC)是目前全球变化研究的重要部分,是全球环境变化的重要研究方向和核心主题。进入20世纪90年代以来,国际上加强了对LUCC在全球环境变化中的研究工作,使之成为目前全球变化研究的前沿和热点课题。监测和测量土地覆被/土地利用变化过程是进一步分析土地覆被/土地利用变化机制并模拟和评价其不同生态环境影响所不可缺少的基础。
综观遥感技术在环境领域的应用:一方面环境问题为遥感技术的应用提供了舞台,另一方面环境问题的研究也促进了遥感技术的进一步发展。这两个方面相互促进,使作为环境科学和遥感科学的交叉学科的环境遥感成为研究热点之一。目前,环境遥感已经成为全球性、区域(流域)性乃至城市层次的生态环境问题研究的重要手段,为生态环境规划和环境系统研究提供了强有力的工具。
遥感可以分为可见光遥感、红外遥感、多谱段遥感、紫外遥感和微波遥感。
1、可见光遥感:应用比较广泛的一种遥感方式。对波长为0.4~0.7微米的可见光的遥感一般采用感光胶片(图像遥感)或光电探测器作为感测元件。可见光摄影遥感具有较高的地面分辨率,但只能在晴朗的白昼使用。
2、红外遥感:又分为近红外或摄影红外遥感,波长为0.7~1.5微米,用感光胶片直接感测;中红外遥感,波长为1.5~5.5微米;远红外遥感,波长为5.5~1000微米。中、远红外遥感通常用于遥感物体的辐射,具有昼夜工作的能力。常用的红外遥感器是光学机械扫描仪。
3、多谱段遥感:利用几个不同的谱段同时对同一地物(或地区)进行遥感,从而获得与各谱段相对应的各种信息。将不同谱段的遥感信息加以组合,可以获取更多的有关物体的信息,有利于判释和识别。常用的多谱段遥感器有多谱段相机和多光谱扫描仪。
4、紫外遥感:对波长0.3~0.4微米的紫外光的主要遥感方法是紫外摄影。
5、微波遥感:对波长1~1000毫米的电磁波(即微波)的遥感。微波遥感具有昼夜工作能力,但空间分辨率低。雷达是典型的主动微波系统,常采用合成孔径雷达作为微波遥感器。
这是20世纪60年代兴起的一种探测技术,是根据电磁波的理论,应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息,进行收集、处理,并最后成像,从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术,通过遥感技术,可查询到高分一号、高分二号、资源三号等国产高分辨率遥感影像。
遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线,对目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功,大大推动了遥 感技术的发展。
现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统,其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多,主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成像光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如卫星)传回地面站。信息处理设备包括彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。
任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征,并将特征记录下来,供识别和判断。把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感,称为航空遥感。
参考资料:百度百科-遥感技术
遥感是20世纪60年代在美国创造的技术用语,用来综合以前所使用的摄影测量、影像判读、地理摄影而提出的。1972年,随着第一颗地球观测卫星Landsat的发射成功而迅速得到普及。遥感是一种远离目标,通过非直接接触而判定、测量并分析目标性质的技术。对目标进行信息采集主要是利用了从目标反射或辐射的电磁波。接收从目标中反射或辐射的电磁波的装置叫遥感器(remote sensor)。搭载这些遥感器的移动体叫做遥感平台platform),如飞机及人造卫星等。遥感技术自20世纪60年代初兴起并迅速发展以来,遥感应用的领域在不断地扩大发展,遥感应用从其内容上可概括为资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划及全球宏观研究等(全球宏观研究为一大领域)四大领域。
一、环境遥感的特点
遥感(Remote sensing)就是遥远感知事物的意思,也就是不直接接触目标物和现象,在距离地物几公里到几百公里、甚至上千公里的飞机、飞船、卫星上,使用光学或电子光学仪器(称为遥感器)接受地面物体反射或发射的电磁波信号,并以图像胶片或数据磁带形式记录下来,传递到地面,经过信息处理、判读分析和野外实地验证,最终服务于资源勘探、环境动态监测和有关部门决策。通常把这一接收、传输、处理、分析判读和应用遥感信息的全过程称为遥感技术。现代遥感技术在地球资源、环境及自然灾害调查、监测和评价中的应用,具有宏观、快速、准确、直观、动态性和适应性等其他技术不能取代的优势。特别是与其他相关技术(如现代通讯、对地定位、常规调查、台站观测、地理信息系统及专业研究)结合起来,更能充分体现其优势。环境遥感是从空中利用遥感器来探测地面物体的现代技术,其特点包括如下几方面:
(1)感测范围大,综合、宏观:航摄飞机的飞行高度可达10km左右,陆地卫星的轨道高度可达到910km左右。由于飞得高,观测的面积就广阔。例如每张陆地卫星图像覆盖的地面范围达到3万km2,约相当于中国海南省的面积。遥感从飞机上或人造地球卫星上,居高临下获取的航空相片或卫星图像,不受地形地物阻隔的影响,景观一览无余,为人们研究地面各种自然、社会现象及其分布规律提供了便利条件。如航空相片可提供不同比例尺的地面连续景观相片,并可供像对的立体观察。图像清晰逼真,信息丰富。一张比例尺1/35000的23cm×23cm的航空相片,可展示出地面约60km2范围的地面景观实况。并且可将连续的相片镶嵌成更大区域的相片图,以便总观全区进行分析和研究。卫星图像的感测范围更大,一幅陆地卫星TM图像可反映出34225km2(即185km×185km)景观实况。
(2)信息量大、手段多、技术先进:环境遥感技术可以根据不同的目的和任务,选用不同的波段和不同的仪器取得所需的信息。现代遥感技术不仅能利用可见光波段探测物体,而且能利用人眼看不见的紫外线、红外线和微波波段进行探测。不仅能探测地表的性质,而且可以探测到目标物的一定深度。某些波段具有对云、雾、冰、干沙土等的穿透性,可深化对被测目标的认识。例如,可见光的蓝绿光波段对水体有一定的穿透度;用波长较长的微波雷达探测冰层,可以穿透冰层而到达冰层下面的地面或水体。遥感是现代科技的产物,不但能用摄影方式获得信息,而且可以用扫描方式获得信息。遥感技术的运用,扩大了信息量的获取,扩大了人类的观察范围和感知领域,加深了人类对事物和现象的认识。
(3)获取信息快,更新周期短,可动态监测:以往进行实地测绘地图,要几年、十几年甚至几十年才能重复一次。应用航空摄影测量方法以后,也要数年才能重复一次。而卫星绕地球运转,能迅速获得所经地区的各种自然现象的最新资料。以陆地卫星4、5为例,每16天可以覆盖地球一遍。因此,利用遥感技术以后,地图更新可以大大缩短,一些地区自然现象的动态变化也能快速地反映出来,并及时作出预报。遥感通常为瞬时成像,可获得同一瞬间大面积区域的景观实况,现势性好,而且可通过不同时相取得的资料进行对比、分析和研究地物动态变化的情况,为环境监测以及研究分析地物发展演化规律提供了基础。
(4)用途广、效益高:环境遥感已广泛应用于农业、林业、地质矿产、水文、气象、地理、测绘、海洋研究、军事侦察及环境监测等领域,深入到很多学科中,应用领域在不断扩展,具有明显的社会、经济和生态效益。
(5)受地面条件限制少:对于自然条件恶劣、地面工作难以开展的地区,如高山、冰用、沙漠、沼泽等,或因国界限制不易到达的地区,用遥感,特别是航天遥感方法,则比较容易获取资料。
二、现代遥感技术的构成
遥感技术系统是实现遥感目的的方法、设备和技术的总称,是一个多维、多平台、多层次的立体化观测系统。
遥感数据获取是在遥感平台和遥感器构成的数据获取技术系统的支持下实现的。由于各种平台和遥感器都有自己的适用范围和局限性(表1-1、1-2),因此往往随着具体任务的性质和要求的不同而采用不同的组合方式,以取得较好的应用效果。片面地强调某种平台或遥感器的重要性,甚至把它们对立起来,显然是不适宜的。
表1-1 各种遥感平台
表1-2 主要遥感器的特点
(据阎守邕,1990)
从遥感数据中提取有用信息,可以通过人工目视判读、计算机数据处理以及两者混合的方法实现。这两种方法及相应的技术系统各具优缺点,需要相互配合,取长补短。
三、环境遥感的应用
遥感技术自20世纪60年代初兴起并迅速得到发展以来,应用的领域在不断地扩展。环境遥感的应用从其内容上可概括为资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划及全球宏观研究四大领域。
1.遥感在资源调查方面的应用
遥感在资源调查中可发挥很大的作用,特别是在自然资源调查中,近年来做了很多工作,取得了丰硕的成果和可观的效益。其主要表现在国民经济建设中的农业、林业、地质矿产、水土保持及水利建设等部门中。
在农业、林业方面的应用:遥感在农林方面的应用主要是在农、林土地资源调查,土地利用现状调查,土壤干旱、沙化的调查及监测以及农作物长势的监测与估产,森林资源的清查等方面。近年来,在牧草场资源调查、短中期农林灾害、农用水资源以及生态环境调查等方面也相继开展工作,取得了成果。
在地质矿产方面的应用:遥感在地质及其矿产方面的应用主要表现在基础地质工作,矿产地质工作以及工程地质、地震地质、灾害地质的综合调查等方面的应用。遥感已成为地质矿产调查研究中的一种先进的工作手段和重要方法。遥感图像视域宽阔,客观真实地反映出各种地质现象及其相互间的关系,形象地反映出区域地质构造及其空间关系,为跨区域甚至全球的区域地质研究提供了极有利的条件。
在水文、水资源方面的应用:遥感在水文、水资源的应用,如水资源的调查、流域规划、水土流失调查、海口海岸带及浅海地形调查、海洋调查研究等方面,都能发挥重要作用。特别是在人类足迹难以到达的荒凉地区,遥感技术可成为水文、水资源调查的有效手段。
2.遥感在环境监测评价方面的应用
遥感在环境监测中主要是利用遥感提供的瞬间成像的大范围图像,对大气污染、土地污染以及海洋污染等进行监测。由于遥感所提供的信息具有快速及时,现势性好,真实、客观、形象的特点,可实时地了解和掌握污染源的位置、污染物的性质、污染物的动态变化以及污染对环境的影响,为及时采取防护或疏导措施以及环境评价提供了基础。
3.遥感在对抗自然灾害方面的应用
自然灾害是指环境异常或环境的突发性变化,给人类生活和生存带来的灾难。近年来遥感技术在预报灾害方面取得了很多重要成就,成为预报自然灾害的有力工具和手段。
气象卫星当前已进入业务性运转,形成多层次的预报网络,在灾害性天气监测、天气分析预报、气象研究等方面,发挥了十分重要的作用。中国“风云一号”、“风云二号”气象卫星的研制和相继发射成功,标志着中国的气象预报技术已从单项、短期、小范围的预报发展成综合性、中长期、大范围的准确预报。为中国的旱情、洪水,以及滑坡、泥石流和病虫害的准确预报提供了可靠资料,为采取减灾措施打下了可靠基础。
4.遥感在区域分析及建设规划方面的应用
遥感图像是地表面一定区域景观的真实、客观的记录和形象显示。地理学区域分析亦充分利用和发挥了遥感图像的这一特点和优势,成为遥感在地理学应用的重要方面。
近年来随着城市化及城市建设的热潮,城市遥感方兴未艾。城市遥感可提供诸如城市土地利用现状、城市用地分析、城市环境监测及评价、城镇布局结构分析、城市道路交通分析、城市人口分析及城镇生态分析等城市发展的基础信息,为城市建设规划及决策提供了服务。
5.遥感在全球性宏观研究中的应用
遥感的全球性研究虽然目前尚未系统地进行,形成规模。但是,随着社会的发展,特别是诸如世界人口增加、资源危机、环境恶化等一系列涉及全球性的问题,越来越引起人们的关注。全球性研究(Global Study)已提到日程上,得到世界各国普遍的重视,全球性研究必将有一个较大的发展。
全球研究的目的主要是宏观地、整体性地对人类赖以生存的岩石圈、大气圈、水圈、生物圈的研究,以此带动区域性研究的深化,促进全球环境的改善。因此,这无疑为遥感发挥自身的特点和优势,开拓了又一应用领域。遥感可为全球研究提供各种便利条件,促进全球性研究的进一步开展和深化。例如,可利用全球定位系统(GPS)监测和研究板块的运移,深大断裂活动,研究环形构造的成因及其机制;利用气象卫星资料及其他遥感信息,进行全球性气象研究及世界灾情的预报;海洋动力学研究,地球表面固态水的分布,世界冰川的进退以及世界大环境的监测和治理等。遥感必将在全球性研究中发挥出更大的作用,做出更大的贡献。
6.遥感在其他方面的应用
在测绘制图方面的应用:航空摄影测量一直是测绘制图的一种主要资料来源和重要的技术方法,现已形成了完整而系统的学科体系,当代遥感的发展使测绘制图的资料来源更为多样化,资料的准确可靠性及其快速及时性和适时动态性等方面有了较大的改观;成图周期大为缩短;影像地图、数字地图等新图种和制图新工艺大量涌现,使测绘制图产生了新的变化和发展。
在历史遗迹、考古调查方面的应用:近年来在进行野外考古调查中,配合应用遥感图像分析,发现了大量重要的历史遗迹。
在军事上的应用:遥感在军事上的应用是不言而喻的。事实上,军事应用是遥感最早、最成功的应用,今天遥感的发展是得利于遥感军事上成功的应用而迅速发展起来的。目前发射的绕地球运行的卫星,绝大部分是与军事有关的。
四、环境遥感在中国的发展
随着遥感技术的发展,获取地球环境信息的手段越来越多,信息越来越丰富。因此,为了充分利用这些信息,建立全面收集、整理、检索以及科学管理这些信息的空间数据库和管理系统,加快进行遥感信息机理研究,研制定量分析模型以及实用的地学模型,进行多种信息源的信息复合及环境信息的综合分析等,构成了当前遥感发展的前沿研究课题。
中国国土辽阔,地形复杂,自然资源丰富。为了查清和掌握土地、森林、矿产、水利等自然资源,更好地配合国家建设,积极推广遥感技术的运用尤显必要。首先,国家的重视和支持,以及实行集中统一的领导规划,为中国遥感的发展奠定了基础。中国的遥感发展起步晚,在20世纪70年代初期和中期,仍明显地表现出部门自发的积极性,以及低水平的重复等初期发展的特点。为此,国家科委组织筹建了全国遥感领导组织,继而发展成国家遥感中心,集中领导及协调全国的遥感发展,编制中国遥感的中远期规划,确定了近期主攻的目标。第二,集中人力、物力进行科技攻关,重点突破,缩短了中国与国际遥感先进水平的差距。在1980~1990年,通过科技攻关,中国遥感技术的发展能力已全面形
成,遥感专业队伍得到进一步的锻炼和壮大。第三,全国性、大区域遥感工程的实施完成,充分显示出中国遥感的特色和水平。中国疆域辽阔,自然环境复杂,为开展遥感的实验研究提供了优越的环境条件。第四,新的资源卫星的发射,为中国的遥感发展带来了新的机遇。
“资源一号”卫星于1999年10月14日成功发射升空,结束了中国没有陆地资源卫星的历史。卫星每26天遍扫地球一次,每幅影像覆盖面积为120km2,空间分辨率达20m。“资源一号”卫星是中国第一颗高速传输式对地遥感卫星,该卫星在太空巡视地球1年有余,拍摄了几十万幅地面遥感影像。中国从20世纪80年代中期开始接收外国卫星拍摄的影像,应用于农业、森林、水利的监测和规划,对国民经济发展起到了很大作用。
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