黃海霞

衡陽市規(guī)劃設(shè)計院，湖南衡陽，421000

0 引言

遙感是指運(yùn)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(shù)，在20世紀(jì)60年代到70年代發(fā)展迅速。從20世紀(jì)80年代至今，遙感技術(shù)在各個領(lǐng)域進(jìn)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(diào)研和監(jiān)測中得到了廣泛的應(yīng)用。近十幾年來，衛(wèi)星遙感技術(shù)獲得了突破性的進(jìn)展。從光學(xué)遙感到多光譜/高光譜遙感、雷達(dá)激光遙感等，衛(wèi)星遙感影像獲取手段不斷增加；從人工繁瑣數(shù)據(jù)處理到智能化、流程式數(shù)據(jù)處理，從單景影像到多景影像批量處理，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理方式和軟硬件設(shè)施也在不斷進(jìn)步；衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取技術(shù)與人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合，更是加快了衛(wèi)星遙感技術(shù)市場化應(yīng)用的進(jìn)程。

1 遙感與遙感技術(shù)的概念

1.1 遙感

遙感是指利用運(yùn)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(shù)，日夜不間斷地收集地球表面的遙感數(shù)據(jù)，探測地球表面的各種物體，掌握地球表面物體、現(xiàn)象和過程的變化和演變過程。

1.2 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)（RST）又稱遙感信息系統(tǒng)（RSIs），是指從衛(wèi)星、飛機(jī)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(huán)境與地球資源的技術(shù)。將遙感器放置在高空氣球、飛機(jī)等飛行器上進(jìn)行的遙感為航空遙感，將遙感器安裝在航天器上進(jìn)行的遙感為航天遙感。遙感系統(tǒng)是指完成遙感任務(wù)的整套儀器設(shè)備。

2 遙感圖像處理

遙感影像數(shù)據(jù)流程大致可以分為以下五個步驟。①預(yù)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(xiàn)周期性的噪聲、壞線、條帶、薄云和陰影，因此必須對其進(jìn)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(zhǔn)確，在使用遙感圖像前，必須對其進(jìn)行幾何糾正；在地形起伏較大地區(qū)，還必須對其進(jìn)行正射糾正；特殊情況下還須對遙感圖像進(jìn)行大氣糾正。③圖像增強(qiáng)。為使遙感圖像所包含的地物信息可讀性更強(qiáng)，感興趣的目標(biāo)更突出，需要對遙感圖像進(jìn)行增強(qiáng)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(shù)字影像拼在一起，構(gòu)成一幅整體圖像的技術(shù)過程。通常是先對每幅圖像進(jìn)行幾何校正，將它們投影到統(tǒng)一的坐標(biāo)系中，然后根據(jù)圖像特征，對它們進(jìn)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(yīng)用中，用來進(jìn)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(shù)據(jù)，因此，在做圖像鑲嵌將多幅影像進(jìn)行拼接時，經(jīng)常會出現(xiàn)色調(diào)、亮度不一致的情況，這時就需要結(jié)合實際情況和整體協(xié)調(diào)性對參與鑲嵌的影像進(jìn)行勻光勻色[1]。

遙感圖像的判讀是指對衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地物識別，通過其色調(diào)、光譜特征與空間特征等進(jìn)行分析判斷和解譯。簡單的地物解譯是根據(jù)衛(wèi)星影像的單波段可見光和近紅外照片進(jìn)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(qū)分開來。例如，某個城市區(qū)域的窗口圖像為7波段。由于水對近紅外光的嚴(yán)重吸收，它顯示出深沉的色調(diào)，所以城市建筑對紅外光的反射比水強(qiáng)。此外，道路上有一排排樹，這使得城市的色調(diào)比水的色調(diào)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(diào)相似。而農(nóng)田作物反射近紅外光較強(qiáng)，因此它們是淺色。隨著人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等計算機(jī)技術(shù)的發(fā)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(dá)激光點云等特征，進(jìn)行智能自動提取。

3 遙感技術(shù)在土地資源調(diào)研中應(yīng)考慮的問題

3.1 遙感影像數(shù)據(jù)源的選擇

根據(jù)工作需要，選擇并購買相應(yīng)的遙感影像數(shù)據(jù)源。分辨率是影響圖像識別和制圖精確度的關(guān)鍵因素，如果分辨率太低，不僅會增加數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)，還會影響圖像的精確度；但也應(yīng)該注意節(jié)約成本，在選擇數(shù)據(jù)源時，需要根據(jù)實際情況，結(jié)合成本因素、數(shù)據(jù)的規(guī)模和可用性綜合考慮，不應(yīng)過分追求高精度。隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)衛(wèi)星、多光譜/高光譜衛(wèi)星、SAR、InSAR等多種數(shù)據(jù)獲取方式也同步發(fā)展，在衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)獲取時，應(yīng)根據(jù)實際需求，選擇適合的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。如高分系列、資源系列衛(wèi)星能提供高精度的光學(xué)影像，在氣象條件良好時，能實時反應(yīng)地面真實情況，是土地資源調(diào)研中重要的數(shù)據(jù)獲取來源；雷達(dá)衛(wèi)星、SAR、InSAR衛(wèi)星能在氣象條件較差、可視度較弱、夜間等情況全天候?qū)崟r獲取影像數(shù)據(jù)，彌補(bǔ)了光學(xué)衛(wèi)星的不足[2]。隨著立體測繪衛(wèi)星的發(fā)展，衛(wèi)星遙感技術(shù)為城市三維立體數(shù)據(jù)采集提供了很好的數(shù)據(jù)來源，未來將在土地資源調(diào)研中發(fā)揮重要的作用。因此，選擇合適的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來源、選擇能滿足土地資源調(diào)研所需精度的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，在土地資源調(diào)研工作中非常重要，多數(shù)據(jù)源、多時相、多精度衛(wèi)星產(chǎn)品的提供也為土地資源調(diào)研技術(shù)的發(fā)展提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。

3.2 遙感數(shù)據(jù)的處理方式

遙感數(shù)據(jù)處理方式包括初始遙感影像的生產(chǎn)及遙感成果信息的提取。然而，在土地資源調(diào)研工作中，選擇適宜的遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)尤為重要。遙感數(shù)據(jù)的處理必須考慮到能滿足土地資源調(diào)研工作所需，能到達(dá)相應(yīng)的數(shù)據(jù)精度要求，減少數(shù)據(jù)位置偏差，提高遙感影像的圖像質(zhì)量。而智能化、流程式的遙感數(shù)據(jù)處理手段能極大地減少人工參與，降低數(shù)據(jù)生產(chǎn)成本。因此在遙感數(shù)據(jù)處理方式的選擇上，采用低人工成本、高智能機(jī)器參與的技術(shù)手段，有助于土地資源調(diào)研技術(shù)的發(fā)展，為土地資源調(diào)研工作提供更廣闊的市場。

4 遙感在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用

4.1 遙感在土地資源調(diào)研中的意義

第一，遙感技術(shù)在土地利用動態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮著重要作用。近些年來，因衛(wèi)星遙感獲取實時、覆蓋廣的優(yōu)點，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為土地利用動態(tài)監(jiān)測提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。衛(wèi)星執(zhí)法、衛(wèi)星監(jiān)測手段的廣泛推廣，使衛(wèi)星遙感在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用越來越廣泛。第二，遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于土地利用和更新調(diào)研。土地利用變化調(diào)研主要以現(xiàn)有航空正射影像圖和地形圖為基礎(chǔ)調(diào)研數(shù)據(jù)，與原土地利用現(xiàn)狀圖像進(jìn)行結(jié)合對比，通過實際測繪和補(bǔ)充調(diào)研，實現(xiàn)土地利用現(xiàn)狀的更新。第三，遙感技術(shù)已充分應(yīng)用于農(nóng)村產(chǎn)權(quán)調(diào)研和城市集約利用潛力評估。在農(nóng)村產(chǎn)權(quán)調(diào)研中使用航空航天數(shù)據(jù)節(jié)省了大量時間和人力，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

4.2 土地利用動態(tài)監(jiān)測的新階段

遙感是一個從靜態(tài)到動態(tài)、從定性解釋到定量調(diào)研的必然過程。數(shù)字遙感和計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展為及時、有效地收集土地利用現(xiàn)狀及其變更信息提供了更強(qiáng)有力的技術(shù)手段。從數(shù)據(jù)來源來看，主要表現(xiàn)有：①遙感信息空間同步但時間不連續(xù)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(nèi)容更加詳細(xì)；③遙感圖像的光譜分辨率也表現(xiàn)出層次性特征，總體發(fā)展趨勢是光譜分辨率越來越高，為土地利用調(diào)研中的高精度光譜分析提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.3 使用遙感技術(shù)進(jìn)行城市地籍的更新調(diào)研

在城市地籍的更新調(diào)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(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，逐步形成全市的城市地籍管理與應(yīng)用信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，有利于土地資源更好地利用，加強(qiáng)土地權(quán)屬的管理，落實各項土地的嚴(yán)格管理措施，加強(qiáng)土地集約利用。

4.4 利用遙感技術(shù)配合土地執(zhí)法檢查

利用遙感技術(shù)對土地執(zhí)法開展檢查，是黨中央、國務(wù)院土地管理法規(guī)政策的嚴(yán)格貫徹落實，加強(qiáng)土地規(guī)劃管理和建設(shè)用地規(guī)劃審批，及時發(fā)現(xiàn)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(jiān)測與土地執(zhí)法檢查的相結(jié)合，最大限度地及時發(fā)現(xiàn)土地違法行為，并將其消滅在萌芽狀態(tài)。特別是因執(zhí)法監(jiān)督不力而隱蔽的、因交通不便而不易通過巡查發(fā)現(xiàn)的行為，將違法用地現(xiàn)象盡可能杜絕。

4.5 土地資源調(diào)研方法

隨著RS與GIS技術(shù)在土地調(diào)研、監(jiān)測和評價中的廣泛應(yīng)用，基于遙感的土地調(diào)研監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理技術(shù)與提取技術(shù)也越來越完善。第一，在土地變化信息的計算機(jī)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(tài)遙感監(jiān)測技術(shù)多年的研究和實踐，提出和發(fā)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(shù)應(yīng)用在土地資源調(diào)研中存在的問題

5.1 數(shù)據(jù)資源不足

雖然目前的遙感數(shù)據(jù)已經(jīng)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(wèi)星影像覆蓋范圍不足，主要集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，山區(qū)、郊區(qū)等偏遠(yuǎn)地區(qū)衛(wèi)星覆蓋率不足。同時，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展，土地變化迅速，對衛(wèi)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(shù)據(jù)壁壘、數(shù)據(jù)保密等問題使得衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的共享成為較大問題，衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)共享困難、共享不及時、數(shù)據(jù)不互通，使得衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)重復(fù)生產(chǎn)、多方生產(chǎn)、重復(fù)購買，不僅浪費(fèi)了人力、物力，同時也拖慢了遙感技術(shù)在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用進(jìn)度[4]。

5.2 遙感技術(shù)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(shù)可以對高分辨率遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行非常成熟的科學(xué)研究，其中土地利用調(diào)研的遙感監(jiān)測必須在充分滿足管理和生產(chǎn)需要的前提下進(jìn)行。目前，遙感技術(shù)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(shù)據(jù)生產(chǎn)周期長；②遙感圖像智能化識別技術(shù)發(fā)展不夠。雖然近十幾年來，人工智能識別技術(shù)快速發(fā)展，然而受數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)質(zhì)量、分辨率、智能化技術(shù)水平等限制，人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)普及程度不夠，依然需要耗費(fèi)大量人力。

6 遙感技術(shù)在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用價值

在傳統(tǒng)測繪和國土資源調(diào)研領(lǐng)域，由于探測目標(biāo)的空間分布復(fù)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(xiàn)場規(guī)劃設(shè)計中收集基本信息、繪制圖形和分析數(shù)據(jù)需要很長時間。近年來，遙感技術(shù)、衛(wèi)星制造發(fā)射技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，促進(jìn)了現(xiàn)代遙感技術(shù)在測繪領(lǐng)域的應(yīng)用。它不僅為土地資源調(diào)研帶來了新的工作模式，而且充分利用衛(wèi)星、空間站等遙感平臺獲取的高質(zhì)量信息數(shù)據(jù)，為遙感影像信息提供技術(shù)支持。遙感技術(shù)是土地資源管理和我國土地情況調(diào)研監(jiān)測的核心技術(shù)之一，它可以實現(xiàn)地理情況的動態(tài)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(shù)據(jù)[5]。

7 遙感技術(shù)在土地資源管理中的應(yīng)用前景

7.1 遙感技術(shù)在土地環(huán)境調(diào)研和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用前景

遙感技術(shù)在地質(zhì)環(huán)境調(diào)研和地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中具有舉足輕重的地位，根據(jù)目標(biāo)地區(qū)的特點，利用遙感技術(shù)可以監(jiān)測目標(biāo)地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害。此外，遙感技術(shù)在地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用已逐漸從定性發(fā)展到定量，并可逐步應(yīng)用于地震早期的監(jiān)測。未來利用遙感技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害的研究，需要利用衛(wèi)星系統(tǒng)和航空、地面等多種監(jiān)測手段，進(jìn)行全天候、多時相、連續(xù)的觀測，可以達(dá)到事半功倍的效果。

7.2 遙感技術(shù)在土地資源開發(fā)和管理中的應(yīng)用前景

利用高光譜遙感技術(shù)光譜信息豐富、波段窄、分辨率高的優(yōu)勢，可以反復(fù)展示一些指示礦物的豐度，利用遙感技術(shù)可以更好地開發(fā)、管理和監(jiān)測各種礦產(chǎn)資源，成為地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查和監(jiān)測的重要技術(shù)方法。

7.3 遙感技術(shù)在土地資源調(diào)研中的應(yīng)用前景

國土資源部每年需對全國50萬人口以上的城市進(jìn)行相應(yīng)的土地利用監(jiān)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(jiān)測時間間隔越來越短，遙感技術(shù)的各種特點和優(yōu)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(yīng)的監(jiān)測工作。土地利用管理的趨勢就是省級監(jiān)測的時間間隔將越來越短，地級市將越來越多地開展監(jiān)測。近些年，國土資源管理部門與各級政府基本上實現(xiàn)了遙感監(jiān)測技術(shù)在國家土地資源管理中的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作與應(yīng)用。隨著雷達(dá)、INSAR等技術(shù)的出現(xiàn)，也改善了因氣象、視野、云層等原因造成的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)收集不足，這將為未來遙感技術(shù)在土地調(diào)研中的應(yīng)用帶來價值的大幅提升。

8 結(jié)語

遙感技術(shù)已成為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展和政府科學(xué)決策的重要信息支撐，它已成為國家建設(shè)和人民生活不可缺少的信息產(chǎn)品。未來要加快遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用，加快防災(zāi)減災(zāi)高技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化和綜合集成，建立國家綜合減災(zāi)和風(fēng)險管理信息共享平臺，對國家和地方災(zāi)害監(jiān)測、預(yù)警、評估和應(yīng)急救援指揮體系進(jìn)行完善。