土地資源調研中衛星遙感技術的應用分析

黃海霞

衡陽市規劃設計院，湖南衡陽，421000

0 引言

遙感是指運行在不同電磁波范圍、不同高度、不同類型的遙感平臺上的信息技術，在20世紀60年代到70年代發展迅速。從20世紀80年代至今，遙感技術在各個領域進行了更廣泛的探索，作為獲取信息的有效手段之一，在我國土地資源調研和監測中得到了廣泛的應用。近十幾年來，衛星遙感技術獲得了突破性的進展。從光學遙感到多光譜/高光譜遙感、雷達激光遙感等，衛星遙感影像獲取手段不斷增加；從人工繁瑣數據處理到智能化、流程式數據處理，從單景影像到多景影像批量處理，衛星遙感數據處理方式和軟硬件設施也在不斷進步；衛星遙感數據提取技術與人工智能、神經網絡算法等計算機應用技術的結合，更是加快了衛星遙感技術市場化應用的進程。

1 遙感與遙感技術的概念

1.1 遙感

遙感是指利用運行在不同電磁波范圍、不同高度、不同類型的遙感平臺上的信息技術，日夜不間斷地收集地球表面的遙感數據，探測地球表面的各種物體，掌握地球表面物體、現象和過程的變化和演變過程。

1.2 遙感技術

遙感技術（RST）又稱遙感信息系統（RSIs），是指從衛星、飛機或其他飛行器上收集地面物體的電磁輻射信息，以確定地球環境與地球資源的技術。將遙感器放置在高空氣球、飛機等飛行器上進行的遙感為航空遙感，將遙感器安裝在航天器上進行的遙感為航天遙感。遙感系統是指完成遙感任務的整套儀器設備。

2 遙感圖像處理

遙感影像數據流程大致可以分為以下五個步驟。①預處理。由于傳感器、氣象等因素，一些獲取的遙感圖像中，會出現周期性的噪聲、壞線、條帶、薄云和陰影，因此必須對其進行消除或減弱方可使用。②幾何糾正。通常獲取的遙感影像一般都是初級遙感影像，為使其定位準確，在使用遙感圖像前，必須對其進行幾何糾正；在地形起伏較大地區，還必須對其進行正射糾正；特殊情況下還須對遙感圖像進行大氣糾正。③圖像增強。為使遙感圖像所包含的地物信息可讀性更強，感興趣的目標更突出，需要對遙感圖像進行增強處理。④圖像鑲嵌。圖像鑲嵌也叫圖像拼接，是將兩幅或多幅數字影像拼在一起，構成一幅整體圖像的技術過程。通常是先對每幅圖像進行幾何校正，將它們投影到統一的坐標系中，然后根據圖像特征，對它們進行裁剪，去掉重疊的部分，再將裁剪后的多幅影像拼接成一幅大幅面的影像。⑤勻光勻色。在實際應用中，用來進行圖像鑲嵌的遙感影像，有可能來源于不同傳感器、不同時間 、不同氣候光照條件下的遙感數據，因此，在做圖像鑲嵌將多幅影像進行拼接時，經常會出現色調、亮度不一致的情況，這時就需要結合實際情況和整體協調性對參與鑲嵌的影像進行勻光勻色[1]。

遙感圖像的判讀是指對衛星遙感數據進行地物識別，通過其色調、光譜特征與空間特征等進行分析判斷和解譯。簡單的地物解譯是根據衛星影像的單波段可見光和近紅外照片進行肉眼可見的地物識別，通過識別影像上地物的形狀、顏色、大小、特征和物體陰影，將其與周圍的其他地物區分開來。例如，某個城市區域的窗口圖像為7波段。由于水對近紅外光的嚴重吸收，它顯示出深沉的色調，所以城市建筑對紅外光的反射比水強。此外，道路上有一排排樹，這使得城市的色調比水的色調要輕，但仍然很深，肉眼分辨灰階的能力相對差一些，有時看起來會與水的色調相似。而農田作物反射近紅外光較強，因此它們是淺色。隨著人工智能、神經網絡等計算機技術的發展，遙感解譯已不僅僅是人工目視解譯，更多的是通過波譜特征、地物波段反演、雷達激光點云等特征，進行智能自動提取。

3 遙感技術在土地資源調研中應考慮的問題

3.1 遙感影像數據源的選擇

根據工作需要，選擇并購買相應的遙感影像數據源。分辨率是影響圖像識別和制圖精確度的關鍵因素，如果分辨率太低，不僅會增加數據處理的負擔，還會影響圖像的精確度；但也應該注意節約成本，在選擇數據源時，需要根據實際情況，結合成本因素、數據的規模和可用性綜合考慮，不應過分追求高精度。隨著衛星技術的發展，光學衛星、多光譜/高光譜衛星、SAR、InSAR等多種數據獲取方式也同步發展，在衛星遙感數據獲取時，應根據實際需求，選擇適合的衛星影像數據。如高分系列、資源系列衛星能提供高精度的光學影像，在氣象條件良好時，能實時反應地面真實情況，是土地資源調研中重要的數據獲取來源；雷達衛星、SAR、InSAR衛星能在氣象條件較差、可視度較弱、夜間等情況全天候實時獲取影像數據，彌補了光學衛星的不足[2]。隨著立體測繪衛星的發展，衛星遙感技術為城市三維立體數據采集提供了很好的數據來源，未來將在土地資源調研中發揮重要的作用。因此，選擇合適的衛星遙感數據來源、選擇能滿足土地資源調研所需精度的衛星遙感數據，在土地資源調研工作中非常重要，多數據源、多時相、多精度衛星產品的提供也為土地資源調研技術的發展提供了可靠的數據保障。

3.2 遙感數據的處理方式

遙感數據處理方式包括初始遙感影像的生產及遙感成果信息的提取。然而，在土地資源調研工作中，選擇適宜的遙感數據處理技術尤為重要。遙感數據的處理必須考慮到能滿足土地資源調研工作所需，能到達相應的數據精度要求，減少數據位置偏差，提高遙感影像的圖像質量。而智能化、流程式的遙感數據處理手段能極大地減少人工參與，降低數據生產成本。因此在遙感數據處理方式的選擇上，采用低人工成本、高智能機器參與的技術手段，有助于土地資源調研技術的發展，為土地資源調研工作提供更廣闊的市場。

4 遙感在土地資源調研中的應用

4.1 遙感在土地資源調研中的意義

第一，遙感技術在土地利用動態監測中發揮著重要作用。近些年來，因衛星遙感獲取實時、覆蓋廣的優點，衛星遙感數據為土地利用動態監測提供了重要的基礎數據。衛星執法、衛星監測手段的廣泛推廣，使衛星遙感在土地資源調研中的應用越來越廣泛。第二，遙感技術已廣泛應用于土地利用和更新調研。土地利用變化調研主要以現有航空正射影像圖和地形圖為基礎調研數據，與原土地利用現狀圖像進行結合對比，通過實際測繪和補充調研，實現土地利用現狀的更新。第三，遙感技術已充分應用于農村產權調研和城市集約利用潛力評估。在農村產權調研中使用航空航天數據節省了大量時間和人力，提高了結果的準確性[3]。

4.2 土地利用動態監測的新階段

遙感是一個從靜態到動態、從定性解釋到定量調研的必然過程。數字遙感和計算機技術的快速發展為及時、有效地收集土地利用現狀及其變更信息提供了更強有力的技術手段。從數據來源來看，主要表現有：①遙感信息空間同步但時間不連續的弱點正在逐漸改變，遙感信息已序列化；②遙感信息的多層空間分辨率使大面積遙感信息觀測內容更加詳細；③遙感圖像的光譜分辨率也表現出層次性特征，總體發展趨勢是光譜分辨率越來越高，為土地利用調研中的高精度光譜分析提供了數據基礎。

4.3 使用遙感技術進行城市地籍的更新調研

在城市地籍的更新調研中，利用航空攝影測量制作城市地籍圖與地籍影像圖，建立城市地籍的數據庫和管理系統，逐步形成全市的城市地籍管理與應用信息系統網絡，有利于土地資源更好地利用，加強土地權屬的管理，落實各項土地的嚴格管理措施，加強土地集約利用。

4.4 利用遙感技術配合土地執法檢查

利用遙感技術對土地執法開展檢查，是黨中央、國務院土地管理法規政策的嚴格貫徹落實，加強土地規劃管理和建設用地規劃審批，及時發現和依法查處土地違法行為，鞏固土地市場治理整頓成果。遙感監測與土地執法檢查的相結合，最大限度地及時發現土地違法行為，并將其消滅在萌芽狀態。特別是因執法監督不力而隱蔽的、因交通不便而不易通過巡查發現的行為，將違法用地現象盡可能杜絕。

4.5 土地資源調研方法

隨著RS與GIS技術在土地調研、監測和評價中的廣泛應用，基于遙感的土地調研監測數據的處理技術與提取技術也越來越完善。第一，在土地變化信息的計算機識別中，提出了“土地圖斑單元變化自動檢測方法”。第二，通過對土地動態遙感監測技術多年的研究和實踐，提出和發展了一系列可行的土地利用變化信息自動提取辦法，比如差異主成分法、多波段主成分變換法等。

5 遙感技術應用在土地資源調研中存在的問題

5.1 數據資源不足

雖然目前的遙感數據已經在各個方面都有了很大的提高，但由于資金、科技等方面的限制，高分辨率衛星影像覆蓋范圍不足，主要集中在經濟較發達地區，山區、郊區等偏遠地區衛星覆蓋率不足。同時，由于經濟技術的飛速發展，土地變化迅速，對衛星更新周期提供了更高的要求，從年更新到季度更新、月更新。其次，數據壁壘、數據保密等問題使得衛星遙感數據的共享成為較大問題，衛星遙感數據共享困難、共享不及時、數據不互通，使得衛星遙感數據重復生產、多方生產、重復購買，不僅浪費了人力、物力，同時也拖慢了遙感技術在土地資源調研中的應用進度[4]。

5.2 遙感技術實力較弱，高分辨率遙感影像信息自動化水平有待提升

如今，遙感技術可以對高分辨率遙感數據進行非常成熟的科學研究，其中土地利用調研的遙感監測必須在充分滿足管理和生產需要的前提下進行。目前，遙感技術實力較弱，高分辨率遙感影像信息自動化水平還有待提升，主要有兩個問題：①遙感數據生產周期長；②遙感圖像智能化識別技術發展不夠。雖然近十幾年來，人工智能識別技術快速發展，然而受數據源、數據質量、分辨率、智能化技術水平等限制，人工智能、神經網絡等技術普及程度不夠，依然需要耗費大量人力。

6 遙感技術在土地資源調研中的應用價值

在傳統測繪和國土資源調研領域，由于探測目標的空間分布復雜，存在不同的地物空間位置和形狀等，信息的測繪工作非常困難，從探測方案和現場規劃設計中收集基本信息、繪制圖形和分析數據需要很長時間。近年來，遙感技術、衛星制造發射技術和計算機技術的結合，促進了現代遙感技術在測繪領域的應用。它不僅為土地資源調研帶來了新的工作模式，而且充分利用衛星、空間站等遙感平臺獲取的高質量信息數據，為遙感影像信息提供技術支持。遙感技術是土地資源管理和我國土地情況調研監測的核心技術之一，它可以實現地理情況的動態測繪，從地理角度全面分析和研究國情，為政府治理和土地資源管理決策提供數據[5]。

7 遙感技術在土地資源管理中的應用前景

7.1 遙感技術在土地環境調研和地質災害監測中的應用前景

遙感技術在地質環境調研和地質災害監測中具有舉足輕重的地位，根據目標地區的特點，利用遙感技術可以監測目標地區的地質環境與地質災害。此外，遙感技術在地質災害監測中的應用已逐漸從定性發展到定量，并可逐步應用于地震早期的監測。未來利用遙感技術進行地質災害的研究，需要利用衛星系統和航空、地面等多種監測手段，進行全天候、多時相、連續的觀測，可以達到事半功倍的效果。

7.2 遙感技術在土地資源開發和管理中的應用前景

利用高光譜遙感技術光譜信息豐富、波段窄、分辨率高的優勢，可以反復展示一些指示礦物的豐度，利用遙感技術可以更好地開發、管理和監測各種礦產資源，成為地質礦產資源勘查和監測的重要技術方法。

7.3 遙感技術在土地資源調研中的應用前景

國土資源部每年需對全國50萬人口以上的城市進行相應的土地利用監測。然而近年來隨著國土資源管理的需要，許多省市的土地利用監測時間間隔越來越短，遙感技術的各種特點和優勢都非常有利于此項工作的開展。因此，為了更好地開展土地管理工作，一些地級市也開始開展相應的監測工作。土地利用管理的趨勢就是省級監測的時間間隔將越來越短，地級市將越來越多地開展監測。近些年，國土資源管理部門與各級政府基本上實現了遙感監測技術在國家土地資源管理中的產業化運作與應用。隨著雷達、INSAR等技術的出現，也改善了因氣象、視野、云層等原因造成的衛星影像數據收集不足，這將為未來遙感技術在土地調研中的應用帶來價值的大幅提升。

8 結語

遙感技術已成為國民經濟建設、社會發展和政府科學決策的重要信息支撐，它已成為國家建設和人民生活不可缺少的信息產品。未來要加快遙感技術、地理信息系統、全球定位系統和網絡通信技術的應用，加快防災減災高技術成果的轉化和綜合集成，建立國家綜合減災和風險管理信息共享平臺，對國家和地方災害監測、預警、評估和應急救援指揮體系進行完善。