基于遙感衛(wèi)星觀測的土地利用指標(biāo)體系建立

王萍

【摘要】隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星數(shù)據(jù)現(xiàn)如今已是土地調(diào)查的最主要的數(shù)據(jù)源，一系列高等分辨率衛(wèi)星的升空，使得遙感數(shù)據(jù)廣泛的應(yīng)用于大比例尺土地調(diào)查。多顆遙感衛(wèi)星協(xié)同對土地觀測實(shí)施分布式觀測，能夠獲得多時(shí)段、多重空間覆蓋、多譜段、多極化的目標(biāo)電磁特征信息數(shù)據(jù)，土地利用指標(biāo)體系的建立可以更加有針對性的實(shí)現(xiàn)遙感衛(wèi)星在土地調(diào)查中的應(yīng)用。

1.引言

隨著信息時(shí)代的來臨，眾多遙感衛(wèi)星的應(yīng)用加速了衛(wèi)星遙感技術(shù)的全面發(fā)展，現(xiàn)代衛(wèi)星遙感技術(shù)也已進(jìn)入一個(gè)能動態(tài)、快速、準(zhǔn)確和多手段提供對地觀測數(shù)據(jù)的新階段，多星對地觀測不同時(shí)相、分辨率的數(shù)據(jù)，具有宏觀、綜合、動態(tài)、快速的特點(diǎn)，已成為獲取土地覆蓋信息的最為有效手段，快速獲取典型或熱點(diǎn)地區(qū)土地覆蓋情況可為土地資源的合理利用、開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展提供決策支持。

土地是經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的基礎(chǔ)性資源。無論是一個(gè)國家還是一個(gè)地區(qū)，任何時(shí)候談發(fā)展，都必須立足于其土地資源的基本現(xiàn)狀。隨著經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，城鄉(xiāng)面貌日新月異，特別是有些熱點(diǎn)地區(qū)，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，或是礦藏豐富地區(qū)，需要現(xiàn)勢性好，重訪周期短，分辨率高利于地類識別的數(shù)據(jù)信息。多星對地觀測完成土地調(diào)查主要依賴于其覆蓋特性，能夠獲取對地觀測衛(wèi)星對熱點(diǎn)地區(qū)的有效覆蓋信息可以大大提高我們對土地利用動態(tài)的掌握，為了能夠獲取有效的土地利用覆蓋信息，建立針對土地利用調(diào)查的多星效能評估系統(tǒng)是行之有效的，由于多星系統(tǒng)的復(fù)雜性和綜合性，為了評估工作的準(zhǔn)確性和高效性，必須建立針對土地利用需求的效能評估指標(biāo)體系。對多星系統(tǒng)建立效能評估指標(biāo)體系，通過多顆衛(wèi)星提供的數(shù)據(jù)評估星群設(shè)計(jì)方案對任務(wù)需求的滿足程度。指標(biāo)體系是進(jìn)行系統(tǒng)評價(jià)工作的基礎(chǔ)和依據(jù)，評價(jià)指標(biāo)體系是否合理、完整，直接關(guān)系到最后的評價(jià)結(jié)果。評價(jià)指標(biāo)體系應(yīng)該既能反映實(shí)際問題對系統(tǒng)的功能需求，又能反映不同層次指標(biāo)之間的相互關(guān)系，選擇合適的指標(biāo)體系并使其量化，是進(jìn)行系統(tǒng)效能評價(jià)的關(guān)鍵。

2.覆蓋性能評估指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

多星對地面的覆蓋特性是指星上的觀測設(shè)備，即各類傳感器，能夠觀測到得范圍、觀測頻度和持續(xù)的時(shí)間。對地面的覆蓋特性是分析衛(wèi)星能否完成觀測任務(wù)的重要內(nèi)容之一，包括各個(gè)類型的遙感衛(wèi)星，其功能的實(shí)現(xiàn)都涉及衛(wèi)星對地面的覆蓋性能。不同的觀測任務(wù)和需求對覆蓋范圍、覆蓋持續(xù)的時(shí)間、重訪周期等有不同的需求。多星對地觀測系統(tǒng)的表征信息數(shù)量的性能主要包括：空間覆蓋范圍、頻譜覆蓋范圍、輻射強(qiáng)度覆蓋范圍、覆蓋時(shí)段等，表征信息質(zhì)量的性能測度為：空間分辨率、頻譜分辨率、輻射分辨率、時(shí)間分辨率等。覆蓋范圍越大，分辨率越高，響應(yīng)時(shí)間越短，則表明系統(tǒng)的總體性能越高。

系統(tǒng)的上述測度只是定量的對多星系統(tǒng)的運(yùn)行特性進(jìn)行評價(jià)，多衛(wèi)星系統(tǒng)通常需對位于點(diǎn)位置和區(qū)域中分布的多類目標(biāo)實(shí)施綜合性觀測或響應(yīng)任務(wù)，而不同的任務(wù)目標(biāo)對覆蓋的要求也是不相同的。比如說土地利用調(diào)查中如果選擇比實(shí)際需要更高精度的數(shù)據(jù)不但會造成數(shù)據(jù)傳輸和存儲的影響，也會大大提高觀測成本。因此針對土地利用調(diào)查建立合理的評估指標(biāo)體系是十分必要的。建立指標(biāo)體系是評估工作的首要任務(wù)，是后繼評估工作的基礎(chǔ)平臺。指標(biāo)體系是否能夠充分真實(shí)的反映系統(tǒng)的特征、能力是正確評估的前提。每一項(xiàng)評估指標(biāo)都從一個(gè)側(cè)面反映評估對象的某些信息，指標(biāo)選取的不合理，會造成信息反映不充分，從而直接影響評估結(jié)果，因而決定選取多少、選取何種指標(biāo)是評估工作的最重要的一環(huán)，必須予以高度重視。為了有效的進(jìn)行對多星進(jìn)行覆蓋性能評估分析，首先，必須從對地觀測衛(wèi)星的任務(wù)出發(fā)，確定觀測任務(wù)的特別要求，針對空間位置關(guān)系計(jì)算設(shè)計(jì)的方法和參量，建立相應(yīng)的基于任務(wù)需求的惰性覆蓋效能評估指標(biāo)體系。

根據(jù)不同的應(yīng)用需求對多星系統(tǒng)的覆蓋要求也是有差異的，比如在土地利用調(diào)查中對于要進(jìn)行土地權(quán)屬的界定，這就需要對空間分辨率還有輻射分辨率有很高的要求，這是多重衛(wèi)星的聯(lián)合觀測數(shù)據(jù)就可以解決數(shù)據(jù)量的需求。多星對地觀測可以分為單星已重覆蓋和多星覆蓋。單星覆蓋要求多星系統(tǒng)中至少有一個(gè)衛(wèi)星載荷對目標(biāo)覆蓋，這種覆蓋可以用于對數(shù)據(jù)量較少的需求；多星覆蓋要求至少有n（n>1）顆衛(wèi)星及其載荷對目標(biāo)構(gòu)成覆蓋，這又分為兩種：一種是多重部分覆蓋，即多星系統(tǒng)由m顆衛(wèi)星構(gòu)成（m>n），但要求至少有n顆衛(wèi)星及其載荷對目標(biāo)構(gòu)成覆蓋；第二種是多星完全覆蓋，即要求特定星群中的所有衛(wèi)星及其載荷同時(shí)對目標(biāo)構(gòu)成覆蓋。對于多星對地觀測系統(tǒng)，需要根據(jù)其各種任務(wù)目標(biāo)和各應(yīng)用對于覆蓋的定義和分析，最終進(jìn)行綜合效能分析。

3.土地利用調(diào)查多星覆蓋性能評估指標(biāo)體系

通過分析土地利用對多星系統(tǒng)的需求任務(wù)分析，明確了影響土地利用調(diào)查覆蓋的因素和各因素之間的關(guān)系，通過層次分析法將定量與定性分析結(jié)合起來，建立土地利用覆蓋性能評估指標(biāo)體系，其二層指標(biāo)是由兩部分組成的：時(shí)間覆蓋性能分析和空間覆蓋性能分析。；時(shí)間覆蓋：指在目標(biāo)存在的一個(gè)或多個(gè)時(shí)段內(nèi)，衛(wèi)星系統(tǒng)處于有效工作時(shí)段；空間覆蓋：即幾何覆蓋，指目標(biāo)在衛(wèi)星系統(tǒng)有效載荷的觀測視場區(qū)域之內(nèi)。

時(shí)間覆蓋性能指標(biāo)主要包括以下三級指標(biāo)：

1）響應(yīng)時(shí)間：指從接收到要觀測某點(diǎn)（熱點(diǎn)地區(qū)）的隨機(jī)請求開始到可以觀測到該店為止的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間特性指標(biāo)包括：最大響應(yīng)時(shí)間、最小響應(yīng)時(shí)間、平均響應(yīng)時(shí)間等三個(gè)四級指標(biāo)。

2）重訪周期：指多星觀測系統(tǒng)對觀測要素（熱點(diǎn)地區(qū)）兩次重復(fù)觀測時(shí)間的間隔。

3）時(shí)間覆蓋百分比：觀測熱點(diǎn)區(qū)域被覆蓋的累積時(shí)間在統(tǒng)計(jì)總時(shí)間中所占的百分比。地面店的時(shí)間百分比代表了該點(diǎn)被多星對地觀測系統(tǒng)覆蓋的時(shí)間概率。

空間覆蓋性能指標(biāo)主要包括以下三級指標(biāo)：

1）覆蓋重?cái)?shù)：觀測要素（熱點(diǎn)區(qū)域）在指定觀測時(shí)間段內(nèi)被多星對地觀測系統(tǒng)覆蓋的衛(wèi)星次數(shù)。按照覆蓋重?cái)?shù)的不同可以分為單重覆蓋和多重覆蓋。例如一重覆蓋、二重覆蓋、三重覆蓋等。

2）面積覆蓋百分比：指定熱點(diǎn)區(qū)域被多星覆蓋的面積所占的百分比，包括瞬時(shí)的面積覆蓋百分比和按時(shí)間累積的面積覆蓋百分比。

3）覆蓋累積面積：指定觀測熱點(diǎn)區(qū)域在多星運(yùn)動時(shí)形成的覆蓋帶的面積。

4）覆蓋數(shù)據(jù)信息：多星對地觀測系統(tǒng)獲取的指定熱點(diǎn)地區(qū)觀測數(shù)據(jù)信息。包括數(shù)據(jù)類型、空間分辨率，光譜分辨率，輻射分辨率等指標(biāo)。

4結(jié)束語

本文給出的土地利用調(diào)查多星覆蓋效能評估指標(biāo)體系，為進(jìn)行土地利用調(diào)查尤其是熱點(diǎn)地區(qū)土地利用調(diào)查多星系統(tǒng)的效能評估工作提供了重要的基礎(chǔ)，指標(biāo)體系是一個(gè)柔性體系，可以根據(jù)任務(wù)需求的變化不斷更新的。

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