高分一號(hào)衛(wèi)星在國土資源領(lǐng)域的應(yīng)用及前景

● 文|1．湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院 羅海靜 資鋒2．中國國土資源航空物探遙感中心 陳玲3．北斗航天衛(wèi)星應(yīng)用科技集團(tuán) 張微4．中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所 盧善龍

高分一號(hào)衛(wèi)星在國土資源領(lǐng)域的應(yīng)用及前景

● 文|1．湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院 羅海靜 資鋒
2．中國國土資源航空物探遙感中心 陳玲
3．北斗航天衛(wèi)星應(yīng)用科技集團(tuán) 張微
4．中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所 盧善龍

摘 要：著重在土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測及變更調(diào)查、基礎(chǔ)地質(zhì)與礦產(chǎn)資源遙感調(diào)查、生態(tài)環(huán)境調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等國土資源領(lǐng)域方面闡述了高分一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，同時(shí)分析了其數(shù)據(jù)特點(diǎn)和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：高分一號(hào)衛(wèi)星 國土資源 衛(wèi)星應(yīng)用

一、衛(wèi)星介紹

高分一號(hào)衛(wèi)星于2013年4月26日成功發(fā)射，可提供2m/8m全色多光譜影像，高分成像地面幅寬可達(dá)60km以上，寬幅成像地面幅寬可達(dá)800km以上，其中全色譜段波長范圍0.45-0.90μm（四個(gè)波段分別為：0.45-0.52μm，藍(lán)色波段；0.52-0.59μm，綠色波段；0.63-0.69μm，紅色波段；0.77-0.89μm，近紅外波段），并且多光譜圖像無損壓縮。其使用壽命為5～8年，并保證5年末可靠度不低于60%。高分一號(hào)衛(wèi)星突破了高空間分辨率、多光譜與寬覆蓋相結(jié)合的光學(xué)遙感等關(guān)鍵技術(shù)，主要為中國國土資源部、農(nóng)業(yè)部和環(huán)境保護(hù)部提供數(shù)據(jù)使用。

二、數(shù)據(jù)產(chǎn)品

高分一號(hào)衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品根據(jù)輸入軌道數(shù)據(jù)與處理流程的不同分為1A和2A級(jí)產(chǎn)品。1A級(jí)產(chǎn)品又稱為預(yù)處理級(jí)輻射校正影像產(chǎn)品，是0級(jí)數(shù)據(jù)(指地面站剛接收到的像素值沒有經(jīng)過處理的圖像數(shù)據(jù))經(jīng)數(shù)據(jù)解析、均一化輻射校正、去噪、MTFC、CCD拼接、波段配準(zhǔn)等處理的影像數(shù)據(jù)，并提供衛(wèi)星直傳姿態(tài)（指衛(wèi)星相對于空間某參考系的方位或指向）和軌道數(shù)據(jù)生產(chǎn)的RPC文件；2A級(jí)產(chǎn)品又稱為初級(jí)幾何校正影像產(chǎn)品，是1A級(jí)數(shù)據(jù)經(jīng)過幾何糾正、地圖投影生成的影像產(chǎn)品[1]。

三、優(yōu)勢特點(diǎn)

由于高分?jǐn)?shù)據(jù)獨(dú)一無二的優(yōu)勢特點(diǎn)，使其應(yīng)用已很廣泛，其優(yōu)勢特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

高壽命——多項(xiàng)技術(shù)保證衛(wèi)星經(jīng)久不息。高分一號(hào)衛(wèi)星安裝有變軌發(fā)動(dòng)機(jī)，只在必要時(shí)才降低軌道成像，降低了對衛(wèi)星使用壽命的影響[2]。我國高分一號(hào)衛(wèi)星使用壽命長達(dá)5～8年，已達(dá)到國際先進(jìn)行列。

高精度——實(shí)現(xiàn)空間分辨率與時(shí)間分辨率的配合相得益彰。我國高分一號(hào)衛(wèi)星分辨率是2m，使用的是與天文望遠(yuǎn)鏡同等水平的照相系統(tǒng)，能在對特定地點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)拍照的同時(shí)，還能對寬達(dá)800km的范圍進(jìn)行成像，有利于對大范圍人員、車船活動(dòng)情況的掌握[2]。

高效能——可廣泛用于多個(gè)領(lǐng)域的遙感監(jiān)測。由于國土范圍限制，本國的地面數(shù)據(jù)接收站很難實(shí)時(shí)接收。為解決此問題，高分一號(hào)數(shù)據(jù)在難以直接接收時(shí)，會(huì)先將數(shù)據(jù)傳給天鏈衛(wèi)星（中繼衛(wèi)星），由這些衛(wèi)星把數(shù)據(jù)傳回國內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對我國農(nóng)業(yè)、災(zāi)害、環(huán)境、國土資源的24小時(shí)全天候監(jiān)測。

四、應(yīng)用領(lǐng)域

高分一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在國土資源領(lǐng)域的應(yīng)用主要表現(xiàn)在土地利用動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測及變更調(diào)查、基礎(chǔ)地質(zhì)與礦產(chǎn)資源遙感調(diào)查、生態(tài)環(huán)境調(diào)查和地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等方面。

1.土地利用動(dòng)態(tài)監(jiān)測及變更調(diào)查

利用高分一號(hào)衛(wèi)星數(shù)據(jù)可以對二、三、四類區(qū)土地利用新增建設(shè)用地的位置、面積進(jìn)行監(jiān)測，以及對耕地、園林地、建設(shè)用地、水域等土地利用宏觀監(jiān)測，對典型地類進(jìn)行變更調(diào)查，還能夠?yàn)橥恋乩眯l(wèi)星圖片執(zhí)法檢查和土地?cái)?shù)據(jù)參與宏觀調(diào)控提供基礎(chǔ)資料[3]。

2.基礎(chǔ)地質(zhì)與礦產(chǎn)資源遙感調(diào)查

憑借穩(wěn)定的光譜特征和質(zhì)量良好的數(shù)據(jù)，高分一號(hào)衛(wèi)星可在基礎(chǔ)地質(zhì)與礦產(chǎn)資源遙感調(diào)查方面發(fā)揮重要作用。高分一號(hào)衛(wèi)星格外適用于干旱裸露區(qū)的地質(zhì)調(diào)查，因?yàn)樵擃惖貐^(qū)的地表出露面積大、地勢相對平緩、地形波動(dòng)較小，其影像影紋特征明顯，不同地質(zhì)單元易于區(qū)分識(shí)別。2m分辨率全色和8m分辨率多光譜融合影像數(shù)據(jù)基本能目視解譯識(shí)別出直徑大于100m的閉合地質(zhì)體；寬度大于50m、長度大于250m的塊狀地質(zhì)體；長度大于250m的線狀地物（斷裂），符合1:2.5萬和1:5萬遙感地質(zhì)解譯相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，為區(qū)域遙感地質(zhì)解譯工作提供了重要數(shù)據(jù)源。此外，對比美國Landsat衛(wèi)星ETM數(shù)據(jù)，高分一號(hào)數(shù)據(jù)對于地質(zhì)解譯有著無法替代的優(yōu)勢，因其在構(gòu)造信息提取方面，高分一號(hào)影像不僅可以提取大型構(gòu)造信息，而且目視判讀即可區(qū)分?jǐn)嗔阎苓叺牡匚锛?xì)節(jié)信息。在巖性提取時(shí)，由于ETM分辨率為30m，所以對于同一地物信息進(jìn)行描述時(shí)，多是由混合像元而組成，這就造成在進(jìn)行圖像處理時(shí)的分類精度不高；而高分影像正好彌補(bǔ)了這點(diǎn)不足，像元純度高，在進(jìn)行分類研究時(shí)精度較高。

現(xiàn)代遙感技術(shù)在找礦中的廣泛應(yīng)用，有效地提高了找礦效率。遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦工作中的常見應(yīng)用有遙感蝕變信息直接提取法，其中圍巖蝕變便成為地質(zhì)找礦的重要標(biāo)志。此外還有間接找礦方法，如提取地質(zhì)構(gòu)造信息和植被波譜特征、五要素（線、環(huán)、帶、塊、色）找礦預(yù)測法，從而綜合相關(guān)影響因素，綜合評定礦物的儲(chǔ)備以及類型等相關(guān)特性，并借此判斷該區(qū)域的礦物質(zhì)儲(chǔ)備等情況（圖1）[4]。

圖1 東昆侖成礦帶高分一號(hào)遙感影像圖

3.生態(tài)環(huán)境調(diào)查

目前，我國環(huán)境形式異常嚴(yán)峻，長期困擾人們的霧霾、水污染、油氣泄漏等問題依然存在，因此環(huán)境的保護(hù)和治理仍舊是今后的重要任務(wù)，這些也都需要衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術(shù)手段的大力協(xié)助，事實(shí)也證明了衛(wèi)星遙感監(jiān)測的功不可沒。

例如對某地區(qū)水庫中養(yǎng)殖魚塘追蹤，由于高分一號(hào)衛(wèi)星的高空間分辨率及高輻射分辨率，可清楚識(shí)別養(yǎng)魚網(wǎng)箱的邊界及數(shù)量，甚至可分別識(shí)別投餌與未投餌網(wǎng)箱，并以此建立箱網(wǎng)邊界矢量文件,實(shí)地調(diào)查結(jié)果顯示，衛(wèi)星數(shù)據(jù)綜合結(jié)果與實(shí)際調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果相差小于1.45%，并且通過高分一號(hào)衛(wèi)星遙感影像提取數(shù)據(jù)比實(shí)際調(diào)查所需的時(shí)間、物力和人力少得多。此外結(jié)合DEM自動(dòng)提取保護(hù)區(qū)大致邊界和周圍山體、公路、居民區(qū)邊界，可有效圈定保護(hù)區(qū)、拆遷沿岸居民區(qū)、賓館、工廠及限制養(yǎng)魚網(wǎng)箱數(shù)量等，達(dá)到保護(hù)水質(zhì)的目的，從而為政府有效管理提供數(shù)據(jù)支持和便利條件，由此可見高分一號(hào)衛(wèi)星影像的高效性和實(shí)際可操作性。

4.地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查

在地質(zhì)災(zāi)害與監(jiān)測工作中，利用高分一號(hào)可分析地質(zhì)災(zāi)害形成和發(fā)育的環(huán)境地質(zhì)背景條件，編制地質(zhì)災(zāi)害類型、規(guī)模、分布遙感解譯圖，為災(zāi)害治理、防治提供災(zāi)害空間分布特征信息。以四川松潘縣為典型示范區(qū)，開展了面向?qū)ο蟮倪b感地質(zhì)災(zāi)害信息提取研究：首先要對國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，其中包括FLAASH大氣校正、DEM自動(dòng)提取、基于最佳指數(shù)法的彩色合成、圖像融合方法以及基于有理函數(shù)模型的正射校正等，形成基于國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查預(yù)處理方法體系；其次，通過建立滑坡、泥石流、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害類型的解譯標(biāo)志，論述如人工目視解譯、監(jiān)督分類、非監(jiān)督分類、決策樹、變化檢測等基于像素級(jí)的地質(zhì)災(zāi)害信息提取方法，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上提出了面向?qū)ο蟮刭|(zhì)災(zāi)害信息提取方法，加以對試驗(yàn)區(qū)影像采用了多尺度分割技術(shù)，確定最佳分割尺度。在上述方法研究的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)地建立基于國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地質(zhì)災(zāi)害信息提取方法體系[5]。高分一號(hào)衛(wèi)星對于我國減災(zāi)救災(zāi)的最大優(yōu)勢就是精確性和及時(shí)性，利用高分一號(hào)提供的高分辨率數(shù)據(jù)圖像，對可能出現(xiàn)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行提前預(yù)測，并對災(zāi)后情況給出及時(shí)準(zhǔn)確的報(bào)告，從而為預(yù)防災(zāi)害的發(fā)生，減少災(zāi)害的損失及災(zāi)后救援的決策提供技術(shù)支撐。

五、應(yīng)用前景

高分一號(hào)衛(wèi)星發(fā)射成功，開啟了中國對地觀測的新時(shí)代，也使我國步入了擁有高分辨率衛(wèi)星國家的行列。高分辨率也是商業(yè)遙感競爭力的關(guān)鍵，隨著高分專項(xiàng)的推進(jìn)，在政府的主導(dǎo)和推動(dòng)下，不斷提升高分辨率遙感衛(wèi)星技術(shù)，推進(jìn)遙感數(shù)據(jù)的商業(yè)化發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自給，鼓勵(lì)國內(nèi)高分辨率商業(yè)遙感衛(wèi)星企業(yè)自主發(fā)展，使高分國產(chǎn)數(shù)據(jù)在國土資源領(lǐng)域的潛能發(fā)揮到更大，從而使高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)更好地為我國國土資源領(lǐng)域及其他領(lǐng)域服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]白照廣.高分一號(hào)衛(wèi)星的技術(shù)特點(diǎn)[J].中國航天,2013, （8）:5-9.

[2]任俊宇.“高分一號(hào)”分高何處[J].時(shí)事報(bào)告大學(xué)生版,2013（1）:100-101.

[3]高分一號(hào)衛(wèi)星在國土資源領(lǐng)域應(yīng)用典型實(shí)例[EB/OL]. （2014-08-21）http://www.sastind.gov.cn.

[4]靳小鵬.遙感技術(shù)在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014（28）:99.

[5]王龍飛.國產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)在地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查中的應(yīng)用研究[D].北京:中國地質(zhì)大學(xué),2014.