基于遙感衛星觀測的土地利用指標體系建立

王萍

【摘要】隨著遙感技術的不斷發展，衛星數據現如今已是土地調查的最主要的數據源，一系列高等分辨率衛星的升空，使得遙感數據廣泛的應用于大比例尺土地調查。多顆遙感衛星協同對土地觀測實施分布式觀測，能夠獲得多時段、多重空間覆蓋、多譜段、多極化的目標電磁特征信息數據，土地利用指標體系的建立可以更加有針對性的實現遙感衛星在土地調查中的應用。

1.引言

隨著信息時代的來臨，眾多遙感衛星的應用加速了衛星遙感技術的全面發展，現代衛星遙感技術也已進入一個能動態、快速、準確和多手段提供對地觀測數據的新階段，多星對地觀測不同時相、分辨率的數據，具有宏觀、綜合、動態、快速的特點，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地區土地覆蓋情況可為土地資源的合理利用、開發、環境保護、經濟和環境的協調發展提供決策支持。

土地是經濟社會發展的基礎性資源。無論是一個國家還是一個地區，任何時候談發展，都必須立足于其土地資源的基本現狀。隨著經濟社會的快速發展，城鄉面貌日新月異，特別是有些熱點地區，經濟的快速發展，或是礦藏豐富地區，需要現勢性好，重訪周期短，分辨率高利于地類識別的數據信息。多星對地觀測完成土地調查主要依賴于其覆蓋特性，能夠獲取對地觀測衛星對熱點地區的有效覆蓋信息可以大大提高我們對土地利用動態的掌握，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查的多星效能評估系統是行之有效的，由于多星系統的復雜性和綜合性，為了評估工作的準確性和高效性，必須建立針對土地利用需求的效能評估指標體系。對多星系統建立效能評估指標體系，通過多顆衛星提供的數據評估星群設計方案對任務需求的滿足程度。指標體系是進行系統評價工作的基礎和依據，評價指標體系是否合理、完整，直接關系到最后的評價結果。評價指標體系應該既能反映實際問題對系統的功能需求，又能反映不同層次指標之間的相互關系，選擇合適的指標體系并使其量化，是進行系統效能評價的關鍵。

2.覆蓋性能評估指標體系設計

多星對地面的覆蓋特性是指星上的觀測設備，即各類傳感器，能夠觀測到得范圍、觀測頻度和持續的時間。對地面的覆蓋特性是分析衛星能否完成觀測任務的重要內容之一，包括各個類型的遙感衛星，其功能的實現都涉及衛星對地面的覆蓋性能。不同的觀測任務和需求對覆蓋范圍、覆蓋持續的時間、重訪周期等有不同的需求。多星對地觀測系統的表征信息數量的性能主要包括：空間覆蓋范圍、頻譜覆蓋范圍、輻射強度覆蓋范圍、覆蓋時段等，表征信息質量的性能測度為：空間分辨率、頻譜分辨率、輻射分辨率、時間分辨率等。覆蓋范圍越大，分辨率越高，響應時間越短，則表明系統的總體性能越高。

系統的上述測度只是定量的對多星系統的運行特性進行評價，多衛星系統通常需對位于點位置和區域中分布的多類目標實施綜合性觀測或響應任務，而不同的任務目標對覆蓋的要求也是不相同的。比如說土地利用調查中如果選擇比實際需要更高精度的數據不但會造成數據傳輸和存儲的影響，也會大大提高觀測成本。因此針對土地利用調查建立合理的評估指標體系是十分必要的。建立指標體系是評估工作的首要任務，是后繼評估工作的基礎平臺。指標體系是否能夠充分真實的反映系統的特征、能力是正確評估的前提。每一項評估指標都從一個側面反映評估對象的某些信息，指標選取的不合理，會造成信息反映不充分，從而直接影響評估結果，因而決定選取多少、選取何種指標是評估工作的最重要的一環，必須予以高度重視。為了有效的進行對多星進行覆蓋性能評估分析，首先，必須從對地觀測衛星的任務出發，確定觀測任務的特別要求，針對空間位置關系計算設計的方法和參量，建立相應的基于任務需求的惰性覆蓋效能評估指標體系。

根據不同的應用需求對多星系統的覆蓋要求也是有差異的，比如在土地利用調查中對于要進行土地權屬的界定，這就需要對空間分辨率還有輻射分辨率有很高的要求，這是多重衛星的聯合觀測數據就可以解決數據量的需求。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中至少有一個衛星載荷對目標覆蓋，這種覆蓋可以用于對數據量較少的需求；多星覆蓋要求至少有n（n>1）顆衛星及其載荷對目標構成覆蓋，這又分為兩種：一種是多重部分覆蓋，即多星系統由m顆衛星構成（m>n），但要求至少有n顆衛星及其載荷對目標構成覆蓋；第二種是多星完全覆蓋，即要求特定星群中的所有衛星及其載荷同時對目標構成覆蓋。對于多星對地觀測系統，需要根據其各種任務目標和各應用對于覆蓋的定義和分析，最終進行綜合效能分析。

3.土地利用調查多星覆蓋性能評估指標體系

通過分析土地利用對多星系統的需求任務分析，明確了影響土地利用調查覆蓋的因素和各因素之間的關系，通過層次分析法將定量與定性分析結合起來，建立土地利用覆蓋性能評估指標體系，其二層指標是由兩部分組成的：時間覆蓋性能分析和空間覆蓋性能分析。；時間覆蓋：指在目標存在的一個或多個時段內，衛星系統處于有效工作時段；空間覆蓋：即幾何覆蓋，指目標在衛星系統有效載荷的觀測視場區域之內。

時間覆蓋性能指標主要包括以下三級指標：

1）響應時間：指從接收到要觀測某點（熱點地區）的隨機請求開始到可以觀測到該店為止的時間。響應時間特性指標包括：最大響應時間、最小響應時間、平均響應時間等三個四級指標。

2）重訪周期：指多星觀測系統對觀測要素（熱點地區）兩次重復觀測時間的間隔。

3）時間覆蓋百分比：觀測熱點區域被覆蓋的累積時間在統計總時間中所占的百分比。地面店的時間百分比代表了該點被多星對地觀測系統覆蓋的時間概率。

空間覆蓋性能指標主要包括以下三級指標：

1）覆蓋重數：觀測要素（熱點區域）在指定觀測時間段內被多星對地觀測系統覆蓋的衛星次數。按照覆蓋重數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：指定熱點區域被多星覆蓋的面積所占的百分比，包括瞬時的面積覆蓋百分比和按時間累積的面積覆蓋百分比。

3）覆蓋累積面積：指定觀測熱點區域在多星運動時形成的覆蓋帶的面積。

4）覆蓋數據信息：多星對地觀測系統獲取的指定熱點地區觀測數據信息。包括數據類型、空間分辨率，光譜分辨率，輻射分辨率等指標。

4結束語

本文給出的土地利用調查多星覆蓋效能評估指標體系，為進行土地利用調查尤其是熱點地區土地利用調查多星系統的效能評估工作提供了重要的基礎，指標體系是一個柔性體系，可以根據任務需求的變化不斷更新的。

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