遙感技術(shù)在自然資源調(diào)查監(jiān)測中的應用

張志剛，李 明，溫 暉，馬磊超，柳曉東

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局 地球物理調(diào)查中心，河北 廊坊 065000；2.中國地質(zhì)調(diào)查局 自然資源綜合調(diào)查指揮中心，北京 100055）

為適應國家生態(tài)文明建設(shè)和自然資源管理的需要，堅持山水林田湖草是一個生命共同體的理念，自然資源部門主動建立自然資源統(tǒng)一調(diào)查、評價、監(jiān)測制度，形成協(xié)調(diào)有序的自然資源調(diào)查監(jiān)測工作機制，并統(tǒng)籌推進各級自然資源調(diào)查監(jiān)測工作。遙感作為主要應用技術(shù)之一，在我國當前自然資源調(diào)查監(jiān)測中發(fā)揮著“天上看”的重要作用。與傳統(tǒng)的調(diào)查監(jiān)測方式相比，遙感技術(shù)打破“地上查”的局限，可實時調(diào)查監(jiān)測時空某一時段的變化，以及拉長整個對比年限。分析遙感技術(shù)在自然資源調(diào)查監(jiān)測中的優(yōu)越性，梳理其具體應用領(lǐng)域，為遙感技術(shù)的更一步應用提供理論參考。

1 遙感技術(shù)概述

遙感技術(shù)是指利用傳感裝置和現(xiàn)代光學、電子學探測儀器，在不與目標物接觸的情況下，把遠距離目標物的電磁波特性記錄下來，通過分析、解譯揭示目標物的特征、性質(zhì)和變化規(guī)律。遙感應用主要采用飛行物、手持設(shè)備等主被動傳感器裝置對目標物的電磁信息進行收集，再借助有關(guān)技術(shù)進行判斷分析。

遙感作為一門對地觀測綜合性技術(shù)，具有探測范圍廣、采集數(shù)據(jù)快，以及獲取的數(shù)據(jù)綜合性與動態(tài)性強等特征，在自然資源調(diào)查監(jiān)測工作中有其他技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢。遙感技術(shù)能在短時間對自然資源進行周期性、重復性的調(diào)查監(jiān)測，結(jié)合人工實地調(diào)查，可以節(jié)約大量的工作時間與人力資源，進一步提升調(diào)查監(jiān)測的準確率與效率。

2 遙感技術(shù)應用優(yōu)勢

遙感作為一門對地觀測綜合性技術(shù)，應用日趨廣泛，尤其是地表覆蓋層的資源環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)作物產(chǎn)量估算、森林草原植被蓋度覆蓋、全球變化等方面。自然資源調(diào)查監(jiān)測的范圍較大、信息分類復雜，要想提高數(shù)據(jù)采集的精準性和實效性，遙感技術(shù)的應用不可或缺。

2.1 監(jiān)測范圍大

自然資源的調(diào)查監(jiān)測涉及地表覆蓋層和地表基質(zhì)層，監(jiān)測范圍較廣，需采取一定空間尺度表達出宏觀決策性，而遙感技術(shù)具備這方面的優(yōu)勢。根據(jù)平臺高度，遙感技術(shù)大致分為航天遙感、航空遙感和地面遙感三大類。

近年來熱門的無人機遙感從航空相片、衛(wèi)星圖像、無人機拍攝等方面進行決策分析，比地面調(diào)查的可見性和宏觀范圍更大。與此同時，遙感技術(shù)實現(xiàn)自然資源調(diào)查監(jiān)測的遠景空天地一體化，讓監(jiān)測工作向立體化、一體化的方向發(fā)展，有效實現(xiàn)大范圍的立體調(diào)查監(jiān)測。

2.2 信息量豐富

自然資源的調(diào)查監(jiān)測涉及地表覆蓋層和地表基質(zhì)層，調(diào)查種類較多，涉及土地、礦產(chǎn)、森林、草原、水、濕地、海域海島等，涵蓋陸地和海洋、地上和地下。僅專項調(diào)查就可以分為耕地、森林、草原、濕地、水和海洋等。

傳統(tǒng)的自然資源調(diào)查監(jiān)測以實地調(diào)查為主，只能獲取單一的地類資源信息。遙感技術(shù)可以在地類資源方面實現(xiàn)自動解譯識別、農(nóng)業(yè)產(chǎn)量估計、林業(yè)蓄積量估測等。與傳統(tǒng)的自然資源調(diào)查監(jiān)測不同，遙感技術(shù)應用多平臺傳感器全面快速地獲取相關(guān)遙感影像和信息資料，且獲取的信息量遠超傳統(tǒng)方式。在經(jīng)濟不發(fā)達、交通不便利、經(jīng)營活動少的區(qū)域，遙感調(diào)查效率較高、信息獲取容易的特點尤為突出。

2.3 調(diào)查區(qū)域廣

各類自然資源均具有較強的動態(tài)性和多變性。從時空角度看，自然資源在不同區(qū)域和時段的狀態(tài)不同，例如夏季是草原的生長旺盛期，而秋季是農(nóng)作物豐產(chǎn)期。這就要求在各類自然資源調(diào)查監(jiān)測中，應用具有動態(tài)性特征的技術(shù)。許多實地調(diào)查無法開展正常調(diào)查，比如山高林密、懸崖峭壁、深海國境線周邊，以及人力不能到達的目標區(qū)域，遙感技術(shù)能夠多平臺、多角度、多傳感器反復成像，從而獲得最新變化的自然資源數(shù)據(jù)資料，這對調(diào)查監(jiān)測工作來說極為有利。

3 遙感技術(shù)在自然資源調(diào)查中的應用

近年來，遙感技術(shù)已在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、自然資源、生態(tài)環(huán)境保護等領(lǐng)域廣泛應用。在自然資源調(diào)查監(jiān)測工作，借助遙感技術(shù)完善全國土地利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進一步核查與更新土地利用現(xiàn)狀；農(nóng)業(yè)利用無人機植保探測技術(shù)開展病蟲害監(jiān)測；林業(yè)采用機載、地面激光雷達技術(shù)開展林木材積、生物量估測等。在自然資源調(diào)查監(jiān)測工作中，遙感技術(shù)主要應用于國土調(diào)查、自然資源監(jiān)測和構(gòu)建三維立體時空數(shù)據(jù)庫。

3.1 國土調(diào)查

全國第三次全國國土調(diào)查屬于重大國情國力基礎(chǔ)調(diào)查，需要及時掌握所有地塊的類型、面積和范圍。借助遙感正射影像和實地調(diào)查，可掌握詳實準確的國土利用現(xiàn)狀和自然資源變化情況。

首先，建立互聯(lián)共享的覆蓋國家、省、地、縣四級的遙感影像，用計算機識別、人工勾繪、天上看和地上查相結(jié)合的方法，根據(jù)目標區(qū)的自然地理分布、地形地貌特征、土地利用結(jié)構(gòu)和植被類型等，建立目標區(qū)的典型地類解譯標志。其次，分析正射遙感影像的紋理、色調(diào)、區(qū)位、附著物和周邊環(huán)境，按照內(nèi)業(yè)信息提取分類標準判讀圖斑地類，并提取土地利用圖斑。最后，結(jié)合實地進行部分圖斑綜合調(diào)繪。遙感技術(shù)可以有效篩選地類圖斑，并對不同地類的變化狀況進行實地核查。

3.2 自然資源監(jiān)測

在第三次全國國土調(diào)查的基礎(chǔ)上，展開自然資源調(diào)查監(jiān)測工作。以地表基質(zhì)層巖石、礫石、砂、土壤和地表覆蓋層的森林、草原、濕地、海岸帶等自然資源為研究對象，應用遙感手段調(diào)查監(jiān)測自然資源的數(shù)量、種類、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)和分布狀況。

監(jiān)測耕地資源變化情況時，選取一季度和二季度的遙感影像（包括高分二號、北京二號、高分七號等亞米級影像，高分一號系列、高分六號、資源三號等優(yōu)于2 m級影像），獲取部分耕地類型、面積、范圍、分布和變化情況，滿足國土變更調(diào)查、耕地保護、督察執(zhí)法等自然資源管理和生態(tài)文明建設(shè)需要，為耕地資源督察執(zhí)法提供數(shù)據(jù)支撐。

激光雷達在森林資源調(diào)查中廣泛應用，例如基于激光雷達波形數(shù)據(jù)反演森林郁閉度和樹高，利用背包、機載、地面激光雷達技術(shù)開展林木種類、材積、生物量估測等。目前，多數(shù)商業(yè)雷達系統(tǒng)配備高分辨率數(shù)碼相機，用于獲取地面的彩色數(shù)碼影像，為相關(guān)的數(shù)據(jù)處理提供參考。

3.3 構(gòu)建三維立體時空數(shù)據(jù)庫

三維空間基底數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字高程模型、遙感影像、基礎(chǔ)地理信息和傾斜攝影三維模型等。目前，各省根據(jù)國家級自然資源綜合管理業(yè)務(wù)，借助遙感技術(shù)綜合無人機的測量優(yōu)勢，利用傾斜攝影、激光雷達、三維建模等多地域、多批次獲取實景三維數(shù)據(jù)，真實還原地貌特征，展現(xiàn)地面各類地物要素的真實形態(tài)、空間分布和相互關(guān)系。當前，許多省份利物地表覆蓋三維模型構(gòu)建實景三維應用平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)展示、編輯、分析、查詢、統(tǒng)計等功能，為自然資源業(yè)務(wù)開展提供三維解決方案。

4 結(jié)語

遙感技術(shù)在自然資源調(diào)查監(jiān)測中具有較強的適應性，可以優(yōu)化監(jiān)測數(shù)據(jù)的內(nèi)容和體系。尤其在惡劣環(huán)境條件下，完成土地、礦產(chǎn)、森林、草原、濕地、水、海域海島等自然資源監(jiān)測，提供具有有效性、時效性、整體性的數(shù)據(jù)支撐，助力我國自然資源管理工作。隨著遙感技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，其必將在自然資源調(diào)查監(jiān)測研究中發(fā)揮更大作用。