遙感技術在自然資源調查監(jiān)測中的應用

張志剛，李 明，溫 暉，馬磊超，柳曉東

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

為適應國家生態(tài)文明建設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)一調查、評價、監(jiān)測制度，形成協(xié)調有序的自然資源調查監(jiān)測工作機制，并統(tǒng)籌推進各級自然資源調查監(jiān)測工作。遙感作為主要應用技術之一，在我國當前自然資源調查監(jiān)測中發(fā)揮著“天上看”的重要作用。與傳統(tǒng)的調查監(jiān)測方式相比，遙感技術打破“地上查”的局限，可實時調查監(jiān)測時空某一時段的變化，以及拉長整個對比年限。分析遙感技術在自然資源調查監(jiān)測中的優(yōu)越性，梳理其具體應用領域，為遙感技術的更一步應用提供理論參考。

1 遙感技術概述

遙感技術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、性質和變化規(guī)律。遙感應用主要采用飛行物、手持設備等主被動傳感器裝置對目標物的電磁信息進行收集，再借助有關技術進行判斷分析。

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

2 遙感技術應用優(yōu)勢

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

2.1 監(jiān)測范圍大

自然資源的調查監(jiān)測涉及地表覆蓋層和地表基質層，監(jiān)測范圍較廣，需采取一定空間尺度表達出宏觀決策性，而遙感技術具備這方面的優(yōu)勢。根據平臺高度，遙感技術大致分為航天遙感、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，比地面調查的可見性和宏觀范圍更大。與此同時，遙感技術實現(xiàn)自然資源調查監(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)大范圍的立體調查監(jiān)測。

2.2 信息量豐富

自然資源的調查監(jiān)測涉及地表覆蓋層和地表基質層，調查種類較多，涉及土地、礦產、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)的自然資源調查監(jiān)測以實地調查為主，只能獲取單一的地類資源信息。遙感技術可以在地類資源方面實現(xiàn)自動解譯識別、農業(yè)產量估計、林業(yè)蓄積量估測等。與傳統(tǒng)的自然資源調查監(jiān)測不同，遙感技術應用多平臺傳感器全面快速地獲取相關遙感影像和信息資料，且獲取的信息量遠超傳統(tǒng)方式。在經濟不發(fā)達、交通不便利、經營活動少的區(qū)域，遙感調查效率較高、信息獲取容易的特點尤為突出。

2.3 調查區(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，而秋季是農作物豐產期。這就要求在各類自然資源調查監(jiān)測中，應用具有動態(tài)性特征的技術。許多實地調查無法開展正常調查，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)據資料，這對調查監(jiān)測工作來說極為有利。

3 遙感技術在自然資源調查中的應用

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

3.1 國土調查

全國第三次全國國土調查屬于重大國情國力基礎調查，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合的方法，根據目標區(qū)的自然地理分布、地形地貌特征、土地利用結構和植被類型等，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、區(qū)位、附著物和周邊環(huán)境，按照內業(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，結合實地進行部分圖斑綜合調繪。遙感技術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查的基礎上，展開自然資源調查監(jiān)測工作。以地表基質層巖石、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，應用遙感手段調查監(jiān)測自然資源的數(shù)量、種類、質量、結構和分布狀況。

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)文明建設需要，為耕地資源督察執(zhí)法提供數(shù)據支撐。

激光雷達在森林資源調查中廣泛應用，例如基于激光雷達波形數(shù)據反演森林郁閉度和樹高，利用背包、機載、地面激光雷達技術開展林木種類、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，為相關的數(shù)據處理提供參考。

3.3 構建三維立體時空數(shù)據庫

三維空間基底數(shù)據主要包括數(shù)字高程模型、遙感影像、基礎地理信息和傾斜攝影三維模型等。目前，各省根據國家級自然資源綜合管理業(yè)務，借助遙感技術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，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)、空間分布和相互關系。當前，許多省份利物地表覆蓋三維模型構建實景三維應用平臺，實現(xiàn)數(shù)據展示、編輯、分析、查詢、統(tǒng)計等功能，為自然資源業(yè)務開展提供三維解決方案。

4 結語

遙感技術在自然資源調查監(jiān)測中具有較強的適應性，可以優(yōu)化監(jiān)測數(shù)據的內容和體系。尤其在惡劣環(huán)境條件下，完成土地、礦產、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)據支撐，助力我國自然資源管理工作。隨著遙感技術的不斷完善和發(fā)展，其必將在自然資源調查監(jiān)測研究中發(fā)揮更大作用。