中國(guó)民用陸地資源衛(wèi)星在土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展建議

劉順喜， 王忠武， 尤淑撐

(中國(guó)土地勘測(cè)規(guī)劃院， 北京 100035)

中國(guó)民用陸地資源衛(wèi)星在土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展建議

劉順喜， 王忠武， 尤淑撐

(中國(guó)土地勘測(cè)規(guī)劃院， 北京 100035)

研究目的：總結(jié)中國(guó)民用陸地資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)用于土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，提出發(fā)展建議。研究方法：分析中國(guó)中巴資源系列衛(wèi)星、北京一號(hào)小衛(wèi)星、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)小衛(wèi)星等主要民用資源衛(wèi)星的技術(shù)和應(yīng)用現(xiàn)狀，歸納面臨的主要問(wèn)題，并從規(guī)模化應(yīng)用等角度指出發(fā)展建議。研究結(jié)果：中國(guó)民用資源衛(wèi)星在土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，但數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題影響了其應(yīng)用規(guī)模，急需在數(shù)據(jù)源保障能力、多要素觀測(cè)能力、多傳感器協(xié)同能力、多邊合作機(jī)制等方面全面發(fā)展。研究結(jié)論：只有提高中國(guó)民用資源衛(wèi)星載荷的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，改進(jìn)數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題，才能有效擴(kuò)大其在土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)的應(yīng)用領(lǐng)域范圍并提升應(yīng)用規(guī)模。

土地遙感；民用陸地資源衛(wèi)星；調(diào)查監(jiān)測(cè)；應(yīng)用；發(fā)展建議

1 引言

在陸地資源衛(wèi)星30多年的發(fā)展過(guò)程中，最具代表性的有美國(guó)的Landsat系列、IKONOS、QuickBird、GeoEye系列、WorldView系列，法國(guó)的SPOT系列，印度的IRS系列和加拿大的Radarsat雷達(dá)衛(wèi)星系列等。此外，歐共體、日本、以色列、俄羅斯亦都有性能很好的資源衛(wèi)星。從資源衛(wèi)星發(fā)展的歷史來(lái)看，幾個(gè)主要擁有資源衛(wèi)星的國(guó)家都非常注意衛(wèi)星的系列化，形成各自相對(duì)獨(dú)立且比較完善的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)。各國(guó)系列衛(wèi)星的技術(shù)指標(biāo)循序漸進(jìn)，不斷提高。空間分辨率從低到高，波譜分辨率從少到多，時(shí)間分辨率從長(zhǎng)到短。空間分辨率在20世紀(jì)末每10年提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，0.5—5 m空間分辨率已經(jīng)成為21世紀(jì)前10年民用遙感衛(wèi)星空間分辨率的基本指標(biāo)。光譜分辨率也在加速提高，已經(jīng)從20世紀(jì)70年代的50—10納米發(fā)展到目前的5—10納米。時(shí)間分辨率(重訪周期)也迅速縮短，目前中等空間分辨率衛(wèi)星的時(shí)間分辨率已經(jīng)縮短到1天以內(nèi)。

中國(guó)民用遙感衛(wèi)星技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在較大差距，而且落后于印度等發(fā)展中國(guó)家。1999年10月14日、2003年10月21日，發(fā)射了中巴資源一號(hào)衛(wèi)星(CBERS-01/02)，設(shè)計(jì)壽命為2年，在軌運(yùn)行三年多。作為中國(guó)第一代傳輸型地球資源衛(wèi)星，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)裝載19.5 m多光譜CCD相機(jī)、77.8/156 m兩種紅外掃描儀(IRMSS)和258 m寬視場(chǎng)成像儀(WFI)，共有11個(gè)譜段，4種不同空間分辨率，以及26天、5天的重復(fù)觀測(cè)周期，通過(guò)CCD相機(jī)側(cè)擺鏡可3天對(duì)重點(diǎn)地區(qū)進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)。CBERS-02B星于2007年9月19日發(fā)射，增加了2.36 m全色CCD相機(jī)，2009年5月12日因陀螺故障，不能正常提供高分辨率數(shù)據(jù)產(chǎn)品。CBERS-03/04星正在研制之中，將裝載5 m全色和10 m多光譜的CCD相機(jī)。2005年10月27日，中國(guó)發(fā)射了北京一號(hào)小衛(wèi)星，是中國(guó)星地一體化自主經(jīng)營(yíng)、可自行控制、快捷地執(zhí)行遙感任務(wù)的現(xiàn)代小衛(wèi)星，目前在軌運(yùn)行良好。北京一號(hào)小衛(wèi)星具有多光譜中空間分辨率(32 m)及全色高空間分辨率(4 m)雙遙感器獨(dú)立運(yùn)行，并有側(cè)擺能力，“北京二號(hào)”小衛(wèi)星正在研制之中，空間分辨率將大幅提升。2008年9月6日，環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)小衛(wèi)星(含A、B兩顆衛(wèi)星，簡(jiǎn)稱HJ-1A/B)成功發(fā)射，并構(gòu)成星座，兩顆衛(wèi)星同時(shí)搭載30 m多光譜CCD載荷，單臺(tái)CCD具有4天重訪周期，兩臺(tái)CCD重訪周期達(dá)到2天，而且A星還具有100 m超光譜成像儀，B星還具有150/300 m紅外探測(cè)成像儀，設(shè)計(jì)壽命3年；C星為雷達(dá)星，于2012年11月19日成功發(fā)射，具有條帶與掃描兩種工作模式，最高分辨率為5 m，最大幅寬為500 km，設(shè)計(jì)壽命3年。CBERS系列衛(wèi)星、北京一號(hào)小衛(wèi)星和HJ-1A/B星座的成功發(fā)射為土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)提供了新的數(shù)據(jù)源，進(jìn)一步改善了長(zhǎng)期依賴于國(guó)外商用衛(wèi)星的狀況，推動(dòng)了中國(guó)資源衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展。

2 應(yīng)用現(xiàn)狀

自CBERS系列衛(wèi)星、北京一號(hào)小衛(wèi)星和HJ-1A/B星成功發(fā)射以來(lái)，其數(shù)據(jù)產(chǎn)品在土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，取得了豐碩成果。

2.1 CBERS-01/02遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用

由于CBERS-01/02衛(wèi)星能提供19.5 m中分辨率、113 km大幅寬的多光譜數(shù)據(jù)，因而其遙感數(shù)據(jù)在完整行政轄區(qū)的土地利用全覆蓋監(jiān)測(cè)方面具有較好的優(yōu)勢(shì)。許多學(xué)者也正是利用了這一優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)展了大區(qū)域范圍的土地利用現(xiàn)狀調(diào)查、更新調(diào)查、變化監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域研究，取得了較好的應(yīng)用效果。黃淑娥等[1]利用CBERS-01的CCD數(shù)據(jù)對(duì)貴溪市的土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，其分類精度達(dá)86.5%。劉文峰等[2]利用CBERS-01數(shù)據(jù)，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類與目視解譯相結(jié)合的方法，對(duì)尉犁縣的土地利用情況進(jìn)行了1∶250000的更新調(diào)查。劉愛(ài)霞等[3]開(kāi)展了基于CBERS-01數(shù)據(jù)的干旱半干旱區(qū)土地利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類方法研究，以新疆石河子地區(qū)為例，證明CBERS-01遙感數(shù)據(jù)在土地利用調(diào)查中的實(shí)用性。楊英蓮等[4]利用2000年和2001年兩期CBERS-01數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)了嗎多縣的土地利用變化情況。丁曉波等[5]進(jìn)行了CBERS-02星CCD數(shù)據(jù)土地利用類型判讀和制圖試驗(yàn)，表明了該數(shù)據(jù)可直接用于1 : 100000或更小比例尺的土地利用圖件的生產(chǎn)。李玉霞等[6以四川省2000—2004年生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，利用CBERS-02衛(wèi)星遙感圖像，查明了研究區(qū)2000—2004年期間土地利用/覆蓋狀況及其動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，CBERS-02衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以在土地利用/覆蓋動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重要作用，通過(guò)與其他遙感資料和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以縮短監(jiān)測(cè)周期，降低應(yīng)用成本。

國(guó)土資源部作為資源衛(wèi)星應(yīng)用大戶，非常重視中國(guó)資源衛(wèi)星的基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。2001年開(kāi)展了“資源衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)研究”，對(duì)CBERS-01的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)；提出了基本滿足國(guó)土資源管理需求的CBERS-03/04星傳感器性能指標(biāo)建議；開(kāi)展了CBERS-01數(shù)據(jù)對(duì)土地利用一二級(jí)類別識(shí)別能力的試驗(yàn)，結(jié)果表明，耕地、林地、建設(shè)用地和水域等一級(jí)地類的計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類總精度能夠到達(dá)91%，二級(jí)類計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類總精度能夠到達(dá)76%，經(jīng)過(guò)一定量的目視后處理，可滿足1∶50000和1∶100000土地利用分類制圖的要求。2002年開(kāi)展了“資源衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)”研究，系統(tǒng)分析了國(guó)際主流資源衛(wèi)星的發(fā)展策略和階段性戰(zhàn)略演變探討了影響中國(guó)資源衛(wèi)星發(fā)展的各種因素，面向國(guó)土資源管理的需求，以土地資源和礦產(chǎn)資源調(diào)查為主要應(yīng)用目標(biāo)，首次系統(tǒng)地定量分析了國(guó)土資源調(diào)查對(duì)國(guó)產(chǎn)資源衛(wèi)星的技術(shù)需求；通過(guò)機(jī)載成像光譜飛行試驗(yàn)、實(shí)地地面同步光譜測(cè)試、利用研發(fā)的資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)模擬方法，結(jié)合具體應(yīng)用試驗(yàn)分析與評(píng)價(jià)，首次提出了基本滿足未來(lái)5—15年間國(guó)土資源應(yīng)用需求的中國(guó)后續(xù)資源衛(wèi)星有效載荷及主要技術(shù)指標(biāo)；根據(jù)國(guó)際主流資源衛(wèi)星的發(fā)展策略和中國(guó)資源衛(wèi)星發(fā)展的特點(diǎn)，首次針對(duì)中國(guó)資源衛(wèi)星的整體發(fā)展策略和今后需要加強(qiáng)和開(kāi)展的理論和技術(shù)基礎(chǔ)研究工作提出了合理化建議。2006年開(kāi)展了“CBERS-02遙感數(shù)據(jù)在土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究”，對(duì)CBERS-02的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)；開(kāi)展了CBERS-02數(shù)據(jù)的預(yù)處理、信息提取方法和實(shí)證研究研究表明CBERS-02數(shù)據(jù)可滿足1∶100000土地利用調(diào)查監(jiān)測(cè)制圖的要求。2010年使用CBERS-02B星CCD數(shù)據(jù)開(kāi)展全國(guó)高爾夫球場(chǎng)、新增機(jī)場(chǎng)等大宗用地監(jiān)測(cè)，取得了較好效果。

2.2 北京一號(hào)小衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用

北京一號(hào)小衛(wèi)星32 m多光譜數(shù)據(jù)的幅寬為600 km、60天之內(nèi)可覆蓋全國(guó)一次，一般可在半年內(nèi)獲取云量小于5%的全國(guó)數(shù)據(jù)。因此，北京一號(hào)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)可作為全國(guó)尺度、區(qū)域尺度或流域尺度土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)的重要而穩(wěn)定的數(shù)據(jù)源。李英成等[7]利用北京一號(hào)小衛(wèi)星32 m多光譜數(shù)據(jù)在山東省進(jìn)行了土地利用信息提取能力評(píng)價(jià)研究，建立了土地利用分類指標(biāo)，完成了山東全省的1 : 100000土地利用圖制作應(yīng)用示范。王茜等[8]利用2000年的TM數(shù)據(jù)和2005年的北京一號(hào)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)天津市2000—2005年的土地利用變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明北京一號(hào)小衛(wèi)星影像光譜信息豐富、紋理結(jié)構(gòu)清晰，整體判讀情況良好，能夠滿足中等比例尺成圖要求。牟鳳云等[9]利用1984年的TM數(shù)據(jù)和2005年的北京一號(hào)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對(duì)北京市2000—2005年的土地利用變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明北京一號(hào)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以較好地用來(lái)進(jìn)行土地利用信息的提取，在土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方面應(yīng)用潛力巨大。2007年，國(guó)土資源部開(kāi)展了基于北京一號(hào)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)的全國(guó)土地利用宏觀監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和土地利用信息提取方法研究。

2.3 HJ-1A/B遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用

HJ-1A/B衛(wèi)星通過(guò)雙星組網(wǎng)觀測(cè)，30 m空間分辨率、700 km幅寬的多光譜數(shù)據(jù)能實(shí)現(xiàn)1天重訪。理論上來(lái)說(shuō)，相對(duì)于CBERS-01/02衛(wèi)星、北京一號(hào)小衛(wèi)星而言，更具有完整行政轄區(qū)甚至全國(guó)的快速全覆蓋能力，也引起的眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。吳海平等[10]對(duì)HJ-1A/B CCD數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行分析，利用其數(shù)據(jù)進(jìn)行了土地利用宏觀監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，該數(shù)據(jù)能夠滿足制作1∶100000比例尺的正射影像圖的平面精度要求，可用于不大于1∶100000比例尺的土地利用宏觀遙感監(jiān)測(cè)。易玲[11]通過(guò)對(duì)影像目視質(zhì)量、光譜特性、噪聲特征和幾何糾正精度等數(shù)據(jù)質(zhì)量的分析，構(gòu)建最大似然、最小距離和馬氏距離3種分類器，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行土地利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類，研究了小衛(wèi)星影像的數(shù)據(jù)質(zhì)量和土地利用分類精度。結(jié)果表明，HJ-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，土地利用分類精度較高，可以在土地利用研究領(lǐng)域成為遙感數(shù)據(jù)更新的主體。

3 應(yīng)用技術(shù)

由于空間分辨率的限制，CBERS系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)、北京一號(hào)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)和HJ-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)在土地利用調(diào)查監(jiān)測(cè)的規(guī)模化應(yīng)用，只能定位在宏觀尺度上。為了保證土地利用宏觀調(diào)查監(jiān)測(cè)的必要精度，一般要求制圖比例尺為1∶100000。從理論上講，空間分辨率為20 m的CBERS系列衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)、32 m的北京一號(hào)小衛(wèi)星多光譜數(shù)據(jù)，以及30 m的HJ-1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)，完全可以滿足1∶100000尺度的土地利用調(diào)查監(jiān)測(cè)制圖精度要求。土地利用調(diào)查監(jiān)測(cè)遙感應(yīng)用技術(shù)主要包括影像質(zhì)量評(píng)估與應(yīng)用技術(shù)研究、遙感正射影像圖制作、土地利用/覆被現(xiàn)狀信息提取、土地利用/覆被變化信息提取、外業(yè)調(diào)查驗(yàn)證、專題圖件制作等環(huán)節(jié)。

3.1 影像質(zhì)量評(píng)估與應(yīng)用技術(shù)

通常情況下，從地面處理系統(tǒng)獲得的CBERS系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)、北京一號(hào)小衛(wèi)星數(shù)據(jù)和HJ-1衛(wèi)星數(shù)據(jù)為經(jīng)過(guò)輻射校正、系統(tǒng)幾何校正的2級(jí)產(chǎn)品。為了全面了解該影像的質(zhì)量和特點(diǎn)，需開(kāi)展幾何定位精度、輻射特定評(píng)價(jià)(噪聲水平、信息量與清晰度、條帶噪聲水平等)、波段匹配程度、內(nèi)部幾何畸變等質(zhì)量評(píng)估。同時(shí)，為了保證后期正射影像圖制作、專題信息提取等步驟的精度，還需開(kāi)展不同尺度不同目標(biāo)識(shí)別的最佳波段選擇方法、不同類型圖件與不同分辨率圖像幾何校正方法、不同分辨率影像融合方法、多時(shí)相國(guó)產(chǎn)資源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)相對(duì)輻射校正方法、土地利用現(xiàn)狀/變化信息半自動(dòng)提取方法等應(yīng)用技術(shù)研究。 建立衛(wèi)星影像質(zhì)量評(píng)估和土地調(diào)查監(jiān)測(cè)應(yīng)用潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)模型、評(píng)價(jià)方法和評(píng)價(jià)系統(tǒng)，支撐新型衛(wèi)星在軌應(yīng)用測(cè)試評(píng)價(jià)、衛(wèi)星生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)質(zhì)量退化狀況評(píng)價(jià)，以及衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)入土地調(diào)查監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的前端質(zhì)量評(píng)估。

3.2 遙感正射影像圖制作技術(shù)

以大于正射影像成圖比例尺的地形圖或已有正射影像圖為基礎(chǔ)控制資料，輔以DEM數(shù)據(jù)，先對(duì)CBERS系列衛(wèi)星CCD傳感器、北京一號(hào)小衛(wèi)星多光譜傳感器或HJ-1衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)的某一波段數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正，再將其他波段的數(shù)據(jù)與校正后波段數(shù)據(jù)進(jìn)行影像配準(zhǔn)；按照生成模擬真彩色的原則，選擇波段進(jìn)行彩色合成；對(duì)彩色合成影像進(jìn)行鑲嵌、分割和整飾，形成標(biāo)準(zhǔn)分幅正射影像圖。

當(dāng)工作區(qū)涉及多景數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)重疊帶進(jìn)行嚴(yán)格配準(zhǔn)，鑲嵌誤差不低于配準(zhǔn)誤差。鑲嵌影像應(yīng)保證色調(diào)均勻、反差適中，接邊時(shí)應(yīng)保證有10—50個(gè)像素的重疊帶。接邊誤差，要求平原及丘陵地區(qū)不超過(guò)1個(gè)像素，山區(qū)不超過(guò)2個(gè)像素。鑲嵌時(shí)，在兩幅圖上選取多個(gè)控制點(diǎn)，利用已知控制點(diǎn)坐標(biāo)和最小二乘法求得坐標(biāo)變換方程的系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)幾何重定位和灰度重采樣的方法；然后進(jìn)行亮度和反差調(diào)整，以保證拼接后的圖像反差一致，色調(diào)相近，避免出現(xiàn)較明顯的視覺(jué)差異。業(yè)務(wù)化和規(guī)模化土地調(diào)查監(jiān)測(cè)正射影像圖制作技術(shù)系統(tǒng)要求具有大區(qū)域影像快速正射校正、高精度自動(dòng)配準(zhǔn)、高保真融合與真彩色勻光、高效率自適應(yīng)鑲嵌、并行批量和協(xié)同處理等功能，能實(shí)現(xiàn)完整行政轄區(qū)土地利用遙感影像圖的快速制圖。

3.3 土地利用/覆被現(xiàn)狀信息提取技術(shù)

土地利用/覆被現(xiàn)狀信息提取技術(shù)可分為兩大類：基于像元的信息提取技術(shù)和面向?qū)ο蟮男畔⑻崛〖夹g(shù)。前者為傳統(tǒng)的方法，如最大似然法、最小距離法等，通常先建立地物遙感解譯標(biāo)志，然后采用自動(dòng)分類、人機(jī)交互和野外驗(yàn)證相結(jié)合的流程進(jìn)行土地利用/覆被現(xiàn)狀信息提取。后者代表了遙感信息提取的發(fā)展方向。面向?qū)ο蠓椒ㄊ紫葘㈩A(yù)處理后的遙感圖像進(jìn)行區(qū)域分割，使分割后的對(duì)象或基元滿足下一步分類或目標(biāo)地物提取的要求；再選擇目標(biāo)地物特征(一般為特征組合)；然后結(jié)合專家知識(shí)及其他信息進(jìn)行圖像分類或目標(biāo)地物提取；最后將分類結(jié)果或目標(biāo)地物提取結(jié)果成圖。土地利用/覆被現(xiàn)狀信息提取技術(shù)系統(tǒng)要求具有現(xiàn)狀信息高精度識(shí)別、高效率提取、識(shí)別精度自動(dòng)評(píng)價(jià)等功能，主要識(shí)別精度優(yōu)于85%。

3.4 土地利用/覆被變化信息提取技術(shù)

基于兩期正射影像圖變化信息提取的常用方法主要有影像疊加分析法和多時(shí)相直接分類法。前者是使用同一地區(qū)不同年代的衛(wèi)星影像的疊加技術(shù)，可在大范圍內(nèi)迅速發(fā)現(xiàn)土地利用變化區(qū)域。后者是先將多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)組合成一幅單一圖像，然后再對(duì)包含了多時(shí)相信息的圖像進(jìn)行監(jiān)督分類，以減少夸大變化的程度，獲取較為準(zhǔn)確可靠的變化探測(cè)結(jié)果。土地利用/覆被變化信息提取技術(shù)系統(tǒng)要求具有變化信息自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、高效率提取、提取精度自動(dòng)評(píng)價(jià)等功能，主要變化信息自動(dòng)發(fā)現(xiàn)正確率優(yōu)于80%，偽變化率小于20%。

3.5 外業(yè)調(diào)查驗(yàn)證技術(shù)

通過(guò)外業(yè)調(diào)查確定提取的土地利用/覆被信息的真?zhèn)巍㈩愋汀⒎秶⒃u(píng)價(jià)信息提取的相關(guān)精度。一般采用典型抽樣方法進(jìn)行外業(yè)調(diào)查驗(yàn)證。外業(yè)調(diào)查驗(yàn)證技術(shù)系統(tǒng)要求具有內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)快速交換、外業(yè)信息高效采集成果質(zhì)量自動(dòng)控制等功能。

3.6 專題圖件制作技術(shù)

在正射遙感影像圖上，疊加提取的土地利用/覆被信息，并加注行政界線、地名等信息，經(jīng)圖廓整飾形成專題遙感影像圖。圖件制作技術(shù)系統(tǒng)要求具有制圖模板定制、要素便捷修改、批量制圖處理等功能。

4 問(wèn)題與建議

4.1 存在問(wèn)題

近年的應(yīng)用研究表明，與國(guó)外成熟的資源衛(wèi)星相比，中國(guó)民用陸地資源衛(wèi)星在與應(yīng)用相關(guān)的有效載荷技術(shù)指標(biāo)和影像質(zhì)量等方面存在明顯不足，嚴(yán)重影響其在土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中的規(guī)模化應(yīng)用。

(1)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的質(zhì)量不高，衛(wèi)星的性能不強(qiáng)。中國(guó)遙感衛(wèi)星較發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，加上西方國(guó)家在高技術(shù)領(lǐng)域的封鎖，致使中國(guó)衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量和衛(wèi)星性能較國(guó)際上同類衛(wèi)星相比存在較大差距。另外，國(guó)際上不論是美國(guó)、還是法國(guó)等其他國(guó)家，每研制一顆衛(wèi)星，均要結(jié)合應(yīng)用開(kāi)展大量的地面模擬仿真工作，確保衛(wèi)星在軌的各項(xiàng)技術(shù)狀態(tài)指標(biāo)處于最佳狀態(tài)，保證良好的圖像質(zhì)量。而中國(guó)在衛(wèi)星上天前，對(duì)地面的模擬仿真工作不夠重視或工作沒(méi)有做到位，致使衛(wèi)星數(shù)據(jù)的質(zhì)量不高，衛(wèi)星的性能不強(qiáng)。

(2)國(guó)產(chǎn)資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)與國(guó)外同類衛(wèi)星數(shù)據(jù)相比，在絕對(duì)定位精度、波段間匹配精度、內(nèi)部幾何畸變等幾何定位方面有很大差距。國(guó)外高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)的絕對(duì)定位精度一般在3—10 m之間，波段間匹配誤差一般小于0.3個(gè)像元，內(nèi)部幾何畸變一般小于1個(gè)像元；而國(guó)產(chǎn)資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的絕對(duì)定位精度目前一般在30—500 m之間，波段間匹配誤差一般在1—3個(gè)像元，甚至10多個(gè)像元，內(nèi)部幾何畸變一般在2—3個(gè)像元。處理國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單、效率高，精度很容易滿足土地調(diào)查監(jiān)測(cè)規(guī)程的要求；而處理國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)，需人工選取大量控制點(diǎn)效率很低，而且精度難以滿足土地調(diào)查監(jiān)測(cè)規(guī)程的要求。

(3)圖像清晰度不夠，地物信息量低，有模糊感，很難通過(guò)技術(shù)處理工藝有效解決，影響了其在地物識(shí)別和制圖方面的應(yīng)用效果。主要影響因素是一方面條帶和噪聲點(diǎn)太多，另一方面由于光學(xué)系統(tǒng)的MTF值偏低，導(dǎo)致影像的反差低而模糊、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍過(guò)窄、影像層次較差，影像量化值普遍為8比特，無(wú)法滿足精細(xì)記錄土地利用/覆被要素信息的要求。

(4)缺乏攝影瞬時(shí)相機(jī)位置及各方向的角元素、采用的橢球投影參數(shù)、景中心點(diǎn)及四角點(diǎn)的經(jīng)緯度，太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角、攝影時(shí)間等必要參數(shù)，以及嚴(yán)密的成像數(shù)學(xué)方程式，目前為止沒(méi)有推出與國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星傳感器對(duì)應(yīng)的正射糾正模型與軟件模塊，無(wú)法實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)正射影像圖快速高精度生產(chǎn)。

4.2 發(fā)展建議

(1)加強(qiáng)影響圖像質(zhì)量及其應(yīng)用的衛(wèi)星技術(shù)指標(biāo)論證，提高國(guó)產(chǎn)遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)質(zhì)量和衛(wèi)星性能。開(kāi)展衛(wèi)星平臺(tái)穩(wěn)定度對(duì)圖像質(zhì)量影響分析研究，從圖像質(zhì)量滿足土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)應(yīng)用需求出發(fā)，論證確定衛(wèi)星平臺(tái)穩(wěn)定度的合理指標(biāo)。從區(qū)域數(shù)據(jù)覆蓋能力出發(fā)，研究提出靈活機(jī)動(dòng)的在軌成像工作模式。分析衛(wèi)星載荷的空間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率、波段間配準(zhǔn)誤差、內(nèi)部幾何畸變、圖像壓縮算法和壓縮比等技術(shù)指標(biāo)對(duì)土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)應(yīng)用的影響，研究提出合理的衛(wèi)星載荷技術(shù)指標(biāo)。

(2)研發(fā)針對(duì)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)特點(diǎn)的土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)化技術(shù)系統(tǒng)。重點(diǎn)研發(fā)本文提及的影像質(zhì)量評(píng)估與應(yīng)用評(píng)估、遙感正射影像圖制作、土地利用/覆被現(xiàn)狀信息提取、土地利用/覆被變化信息提取、外業(yè)調(diào)查驗(yàn)證和專題圖件制作等技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)在土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)工作中的規(guī)模化應(yīng)用。

(3)加強(qiáng)雷達(dá)遙感應(yīng)用研究。土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)工作涉及的領(lǐng)域眾多，任何單一類型的資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)都難以滿足規(guī)模化應(yīng)用的需求，綜合利用來(lái)自不同資源衛(wèi)星系列、不同傳感器類型的遙感數(shù)據(jù)是土地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用的長(zhǎng)期策略和方針，可以有效地發(fā)揮各種遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)、彌補(bǔ)單一數(shù)據(jù)信息量不足給實(shí)際應(yīng)用帶來(lái)的困難。雷達(dá)遙感不受天氣影響，具有全天候、全天時(shí)的觀測(cè)能力，可作為中國(guó)多云、多雨、多霧的西南等地區(qū)難以獲取光學(xué)影像的有效數(shù)據(jù)源。

(4)多邊合作，共同發(fā)展。除了國(guó)內(nèi)政府投資外，吸納企業(yè)和國(guó)際投資者的資金，通過(guò)多邊合作共同發(fā)展資源衛(wèi)星是一種可行模式。一方面除了政府應(yīng)增加對(duì)發(fā)展資源衛(wèi)星的投資外，應(yīng)鼓勵(lì)地方政府、部門和民營(yíng)企業(yè)參與投資或從資本市場(chǎng)上籌集資金；另一方面加強(qiáng)國(guó)際合作，積極參與國(guó)際空間對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)發(fā)展計(jì)劃，盡可能利用國(guó)外技術(shù)和資金，提高中國(guó)資源衛(wèi)星研制水平和應(yīng)用水平。

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（本文責(zé)編：陳美景）

Status and Suggestions on Applying Domestic Civilian Satellites to Land Resource Survey and Monitoring

LIU Shun-xi, WANG Zhong-wu, YOU Shu-cheng
(China Land Surveying and Planning Institute, Beijing 100035, China)

The purpose is to summarize current status and problems of applying the domestic civilian satellites to land resource survey and monitoring and to suggest its future development. The contents include 1) an overview of the situation on applying the three main domestic civilian satellites (CBERS, BJ-1, and HJ-1); 2) analyzing the problems; and 3) providing suggestions for a broader-scale application. The results show that remote sensing data has been used more and more deeply in land survey; however the qualities affect its large-scale application. Therefore enhancing data support capability, multi-element observing capability, multi-sensor assimilation capability, and multi-lateral cooperation mechanism are needed. Conclusions are that the application field and scale of domestic civilian satellites use in land resources survey and monitoring can be effectively promoted by improving the technical indicators of all payloads and data quality.

land remote sensing; civilian satellite; survey and monitoring; application; suggestions

TP751

A

1001-8158(2013)04-0091-06

2011-08-16

2011-12-05

國(guó)土資源高分應(yīng)用示范系統(tǒng)先期攻關(guān)項(xiàng)目(E0202/1112)；國(guó)家科技合作專項(xiàng)國(guó)家耕地資源功態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)核心技術(shù)引進(jìn)與合作研究項(xiàng)目(2012DFA20930)。

劉順喜(1961-)，男，甘肅天水人，博士，研究員。主要研究方向?yàn)橥恋剡b感。E-mail: shunxiliu@163.com