遙感技術(shù)在中國土地荒漠化監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)展

吳靜 王慧敏 徐娜

摘 ?要：土地荒漠化是全球性的環(huán)境問題，也是當(dāng)前中國面臨比較嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。在對土地荒漠化進(jìn)行治理的過程中，必須掌握中國土地荒漠化的具體情況，因此需要開展有效的土地荒漠化監(jiān)測工作?；诖?，本文探討了中國土地荒漠化監(jiān)測工作，分析了遙感技術(shù)在中國土地荒漠化監(jiān)測中信息提取方法，研究了遙感技術(shù)在中國土地荒漠化監(jiān)測中的應(yīng)用展望。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù) ?土地荒漠化 ?監(jiān)測工作 ?應(yīng)用分析

中圖分類號：TP393 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1674-098X（2021）04（b）-0044-03

Application Progress of Remote Sensing Technology in Land Desertification Monitoring in China

WU Jing ?WANG Huimin ?XU Na

（Shandong Institute of Land Spatial Data and Remote Sensing Technology， Jinan， Shandong province，

250002 ?china）

Abstract： Land desertification is not only a global environmental problem， but also a serious ecological environmental problem in China. In the process of controlling land desertification， we must grasp the specific situation of land desertification in China， so we need to carry out effective monitoring of land desertification. Based on this， this paper discusses the work of land desertification monitoring in China， analyzes the information extraction methods of remote sensing technology in land desertification monitoring in China， and studies the application prospect of remote sensing technology in land desertification monitoring in China.

Key words： Remote sensing technology; Land desertification; Monitoring work; Application analysis

在對土地荒漠化進(jìn)行研究時，需要開展有效的荒漠化監(jiān)測工作，才能夠獲取土地荒漠化的實際信息，從而為土地荒漠化治理工作提供有效的信息支持和數(shù)據(jù)參考。可以說土地荒漠化監(jiān)測工作是開展荒漠化防治工作的重要基礎(chǔ)。在荒漠化監(jiān)測過程中，一般會根據(jù)某個區(qū)域進(jìn)行定點調(diào)查和分析，但是這種傳統(tǒng)監(jiān)測方法只適合在尺度相對較小的荒漠化區(qū)域監(jiān)測工作中應(yīng)用。如果監(jiān)測目標(biāo)的尺度比較大，野外調(diào)查和信息獲取工作量相對較大，并且其復(fù)雜程度也比較高。這種傳統(tǒng)監(jiān)測方式的局限性會比較大，也會降低土地荒漠化監(jiān)測工作效率。隨著現(xiàn)代航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，中國土地荒漠化監(jiān)測工作的現(xiàn)代化發(fā)展水平越來越高。目前，在土地荒漠化監(jiān)測工作中使用的遙感影像數(shù)據(jù)越來越多，這些影像數(shù)據(jù)的完整性以及分辨率都比較高，并且覆蓋范圍也比較大。因此，在對中國土地荒漠化進(jìn)行監(jiān)測時對遙感技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用成為主要的監(jiān)測方式。近些年來，遙感技術(shù)的發(fā)展也越來越成熟，在荒漠化監(jiān)測過程中對該技術(shù)進(jìn)行有效應(yīng)用，可以在極大程度上豐富荒漠化監(jiān)測技術(shù)手段，有利于提高信息數(shù)據(jù)的精確性。

1 ?中國土地荒漠化監(jiān)測工作

土地荒漠化指的是因為氣候變化以及人類活動等各種因素導(dǎo)致的干旱、半干旱、亞濕潤干旱地區(qū)存在的土地退化問題。目前，中國的土地荒漠化問題比較嚴(yán)重，必須加強(qiáng)土地荒漠化研究分析工作，并采取有效的防治措施，才能夠有效遏制土地荒漠化，并對土地荒漠化進(jìn)行改善，推動中國生態(tài)文明建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。土地荒漠化的發(fā)生范圍比較廣 ，面積也比較大，如果利用人工地面進(jìn)行普查，局限性相對較大。為了能夠?qū)χ袊恋鼗哪膶嶋H情況進(jìn)行全面了解和深入分析，可以對現(xiàn)代化影像技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用。而遙感技術(shù)在土地荒漠化監(jiān)測中具有至關(guān)重要的作用，利用遙感技術(shù)可以對土地荒漠化的狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評估。利用遙感技術(shù)獲取的土地荒漠化信息，綜合考慮土地荒漠化的相關(guān)理論，可以動態(tài)監(jiān)測荒漠化的具體變化情況，并編制土地退化手冊，對提高土地荒漠化的監(jiān)測水平有積極意義[1]。

遙感技術(shù)在中國土地荒漠化監(jiān)測中的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代。目前，隨著遙感技術(shù)越來越成熟和完善，遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于調(diào)查中國風(fēng)蝕、水蝕、凍融等土壤侵蝕狀況。遙感技術(shù)的有效應(yīng)用幫助相關(guān)部門及時掌握土地荒漠化的發(fā)生以及具體發(fā)展情況，從而為土地荒漠化的防治提供有效的參考信息。雖然隨著遙感數(shù)據(jù)時空分辨率不斷提高，其數(shù)據(jù)共享性以及信息處理技術(shù)水平也在不斷提升，但是在土地荒漠化監(jiān)測過程中，數(shù)據(jù)源選取以及土地荒漠化信息提取等方面還存在一些難點。需要對這些問題和難點進(jìn)行深入分析，并對不同的信息提取方法進(jìn)行對比，才能夠明確在土地荒漠化監(jiān)測過程中遙感技術(shù)的應(yīng)用方向。

2 ?遙感技術(shù)在中國土地荒漠化監(jiān)測中信息提取方法

2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也被稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法。這種分類方法的發(fā)展時間相對較晚，是伴隨計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟而逐漸完善的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用過程中主要為非線性分類方法，其具有較強(qiáng)的抗干擾性能以及高濃縮性能，并且利用分布式信息處理以及自組織學(xué)習(xí)方式可以保證信息提取的精準(zhǔn)度。除了以時間計算能力為基礎(chǔ)對低層次影像視覺進(jìn)行有效識別之外，其非符號連接主義知識處理能力能夠?qū)⑾鄳?yīng)的土地荒漠化信息與地學(xué)知識、地理信息以及遙感信息進(jìn)行有效融合，從而形成深層影像理解以及空間決策分析結(jié)果。近些年來，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法在遙感技術(shù)中的應(yīng)用比較廣泛。對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法進(jìn)行應(yīng)用完成土地荒漠化監(jiān)測工作的工作量相對較小，并且在分類過程中，人工可以選擇對土地荒漠化產(chǎn)生影響的因素，將其作為輸入層，并利用已有的土地荒漠化信息數(shù)據(jù)完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。利用訓(xùn)練樣本調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對整個研究區(qū)域的土地荒漠化進(jìn)行動態(tài)實時監(jiān)測。這種土地荒漠化監(jiān)測以及信息提取方法，受人工主觀判斷的影響相對較小，能夠在最大程度上保證土地荒漠化監(jiān)測結(jié)果的客觀性以及真實性。以徑向基函數(shù)為基礎(chǔ)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類模型對土地荒漠化進(jìn)行分類的精度能夠達(dá)到90%以上。而在土地荒漠化分布信息提取過程中，將信息作為訓(xùn)練樣本，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法獲取荒漠化土地的相關(guān)信息，輸出精度可以達(dá)到96%左右，并可以將訓(xùn)練的結(jié)果可以應(yīng)用到其他區(qū)域的土地荒漠化信息提取過程中，精度能夠達(dá)到84%左右[2]。

2.2 監(jiān)督分類法

在監(jiān)督分類方法應(yīng)用過程中，遙感分類的應(yīng)用比較普遍，算法也比較成熟。目前，監(jiān)督分類法主要包括最小距離法、平行六面體法、特征窗口、曲線法等。監(jiān)督分類法也被稱為訓(xùn)練場地法，在實際應(yīng)用中需要利用地面樣區(qū)的具體調(diào)查資料，從已知的訓(xùn)練樣區(qū)出發(fā)，獲取實際地物的相關(guān)資料，然后再利用統(tǒng)計資料對影像進(jìn)行有效分類。在對影像進(jìn)行分類時，必須按照一定的判別標(biāo)準(zhǔn)對所有影像像源進(jìn)行有效的判別處理，使具有相似特征，同時能夠滿足識別原則的像源能夠歸為一類。在利用監(jiān)督分類法對土地荒漠化信息進(jìn)行提取的過程中，能夠在一定程度上減少信息提取工作量。主要是因為在監(jiān)督分類過程中，需要對訓(xùn)練樣本進(jìn)行定義，然后將其作為影像分類的判別依據(jù)。而其余的像源識別工作主要是已經(jīng)完成定義的計算機(jī)算法進(jìn)行自動分類，能夠提高信息提取效率。

2.3 人工目視解譯法

在中國土地荒漠化監(jiān)測的過程中利用人工目視解譯法進(jìn)行遙感信息提取是主要方法之一。在具體應(yīng)用過程中專業(yè)人員可以直接觀察或者利用判讀儀器在遙感影像上獲取特定地物信息。一般情況下包括紙質(zhì)相片目視解譯法以及計算機(jī)屏幕解譯方法。在傳統(tǒng)的人工目視解譯方法應(yīng)用過程中，主要是以紙質(zhì)相片目視解譯方法為主，而隨著計算機(jī)硬件和軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，在一定程度上提高了計算機(jī)屏幕解譯方法的應(yīng)用優(yōu)勢。計算機(jī)屏幕解譯能夠表現(xiàn)出紙質(zhì)影像目視解譯方法不具備的優(yōu)勢。因此，在當(dāng)前的研究過程中，大多數(shù)專業(yè)人員是以計算機(jī)屏幕解譯方法為主獲取土地荒漠化信息的[3]。在荒漠化監(jiān)測過程中對目視解譯法進(jìn)行應(yīng)用時，需要從獲取的地表荒漠化影像出發(fā)，識別與荒漠化相關(guān)的地物特征，從而獲取荒漠化信息。這種方法可以直接提取荒漠化信息，但是受影像質(zhì)量的影響比較大。

2.4 決策樹分層分類法

在遙感影像分類提取過程中，決策樹分層分類方法也是一種主要的分層次處理方法。一般在識別地物復(fù)雜并且比較模糊的情況下進(jìn)行有效應(yīng)用。決策樹分層分類方法主要是從原始影像中分離并處理每一種目標(biāo)，將其作為圖層，防止這一目標(biāo)對其他目標(biāo)提取造成干擾或者不利影響，最后對所有的圖層進(jìn)行復(fù)合處理，實現(xiàn)影像的自動分類。這樣可以對各種有效分類技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用，在每一次分類中只需要完成一種地物識別就能夠完成信息提取。在信息提取時，需要先將土地類型進(jìn)行合理分類，主要包括荒漠化以及非荒漠化兩類，然后對荒漠化土地按照不同的成因進(jìn)行分類，包括風(fēng)蝕荒漠化土地、水蝕荒漠化土地以及鹽漬荒漠化土地。最后對不同的荒漠化土地進(jìn)行等級劃分。可以利用決策樹分層提取方法避免在地物提取過程中其他信息對信息精準(zhǔn)度產(chǎn)生的干擾[4]。

3 ?遙感技術(shù)在中國土地荒漠化監(jiān)測中的應(yīng)用展望

（1）遙感技術(shù)的有效應(yīng)用推動了土地荒漠化分類體系的不斷完善。土地荒漠化分類系統(tǒng)比較復(fù)雜，在一定程度上會導(dǎo)致遙感監(jiān)測工作的難度增加。而隨著土地荒漠化理論研究的不斷深入發(fā)展，遙感技術(shù)獲取的土地荒漠化有效數(shù)據(jù)也越來越清晰，在一定程度上可以促進(jìn)荒漠化分類體系的完善，并且能夠進(jìn)一步推動遙感監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[5]。（2）可以利用不同尺度遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行土地荒漠化信息提取。利用中低分辨率的遙感數(shù)據(jù)可以對一些大范圍、大尺度的土地荒漠化信息進(jìn)行有效獲取，并且能夠識別出土地荒漠化的主要區(qū)域。對于一些荒漠化重點區(qū)域，可以利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)獲取更加詳細(xì)全面的土地荒漠化信息。目前，對這一方面的研究相對較少。在未來應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)測土地荒漠化的過程中，需要對不同尺度遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合研究。（3）土地荒漠化遙感信息提取方法會越來越完善和成熟?，F(xiàn)有的遙感信息提取方法存在不同的優(yōu)缺點，特別是一些方法只針對特定的區(qū)域進(jìn)行應(yīng)用，也沒有最優(yōu)檢測方法[6]。計算機(jī)自動分類方法、決策樹分層分類方法以及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取方法都具有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿?。在未來?yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)測土地荒漠化的過程中，可以將遙感地物識別與人工智能進(jìn)行有效結(jié)合，有利于地理信息對土地荒漠化進(jìn)行更加全面完整的信息提取。（4）在未來應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)測土地荒漠化的過程中，綜合指標(biāo)以及綜合方法的應(yīng)用會越來越普遍，在土地荒漠化監(jiān)測過程中對遙感技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的方式也越來越成熟、完善。在當(dāng)前的技術(shù)應(yīng)用過程中有一些好的指標(biāo)和好方法，但是并沒有對這些方法進(jìn)行集成應(yīng)用，在一定程度上影響土地荒漠化監(jiān)測結(jié)果的可靠性。在未來的遙感技術(shù)應(yīng)用中，在對中國土地荒漠化進(jìn)行監(jiān)測的過程中，可以對不同的信息提取方法和指標(biāo)進(jìn)行綜合利用，在一定程度上能夠推動中國土地荒漠化監(jiān)測工作的進(jìn)一步發(fā)展。

4 ?結(jié)語

綜上所述，在中國土地荒漠化監(jiān)測過程中，對遙感技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用具有至關(guān)重要的作用。在這一過程中必須加強(qiáng)遙感信息提取方法的研究和分析，利用科學(xué)合理的信息提取方法，才能夠獲取更加全面完整的土地荒漠化信息數(shù)據(jù)，從而為土地荒漠化防治工作提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)支撐，確保土地荒漠化治理工作能夠順利進(jìn)行。

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