RS技術(shù)及其在水土保持中的應(yīng)用

RS技術(shù)及其在水土保持中的應(yīng)用

王軍華,

周寶書（宜昌市夷陵區(qū)水土保持局

湖北

宜昌443100）

摘

要：基于RS技術(shù)在水土保持規(guī)劃，監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用，推動(dòng)了RS技術(shù)在水土保持中的發(fā)展，同時(shí)GIS、GPS在實(shí)際工作中也得到了廣泛的使用，為滿足基層水土保持工作者使用的要求，結(jié)合工作中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討了RS的基本原理和RS的技術(shù)使用方法，圖像判讀、物像判斷、平臺(tái)技術(shù)處理及其在水土保持運(yùn)用領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和使用特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：遙感；信息技術(shù)；水土保持；綜合應(yīng)用

遙感（RS）就是利用飛機(jī)、衛(wèi)星或其它飛行器作運(yùn)載工具，以電磁能檢測(cè)和量度目標(biāo)性質(zhì)的獲取信息的一種手段，它包括了航空攝影、多光譜掃描、雷達(dá)微探測(cè)等內(nèi)容。遙感技術(shù)廣泛用于軍事領(lǐng)域、氣象觀測(cè)、資源調(diào)查、水保規(guī)劃，環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面，RS成功運(yùn)用于水土保持中的資源調(diào)查和水土流失等級(jí)監(jiān)測(cè)的發(fā)展，是推動(dòng)水土保持事業(yè)發(fā)展的原動(dòng)力。

1RS的基本原理

1.1RS的基本概念

遙感(RemoteSensing)簡(jiǎn)稱RS,意即遙遠(yuǎn)的感知,是一種遠(yuǎn)距離不直接接觸物體而取得其信息的探測(cè)技術(shù),它是隨著現(xiàn)代攝影技術(shù)、空間技術(shù)與光電技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一門綜合性探測(cè)技術(shù)。

1.2RS的技術(shù)遙感技術(shù)就是在遠(yuǎn)離地球目標(biāo)的空中以至太空高度，用電子和光學(xué)探測(cè)儀器對(duì)地面觀察，拍攝各種形式的圖像和照片，然后將這些資料用攝像或數(shù)字的形式傳輸?shù)降厍蛏?，供使用者進(jìn)行分析、判讀。

1.3RS的基本原理[基建項(xiàng)目]：國(guó)家863重大行業(yè)3S應(yīng)用示范——水土保持（2002AA134071）遙感技術(shù)是指從不同高度的平臺(tái)，收集地物的電波信息，再將這些信息傳輸?shù)降孛?，并加以處理，從而達(dá)到對(duì)地物的識(shí)別與監(jiān)測(cè)的全過程。發(fā)展總趨勢(shì)是：提高遙感器的分辨率、綜合利用信息的能力和遙感器的抗干攏能力，研制新型遙感器、信息傳輸處理以實(shí)現(xiàn)全天候和實(shí)時(shí)獲取信息。

2

RS圖像判讀的基本原理

2.1RS圖像判讀的原理

遙感傳感器接受的主要是來自地物反射、太陽(yáng)輻射的反射輻射電磁波，因此，在這一波長(zhǎng)研究是地物的反射光譜特性，而水土保持主要是研究水土保持中的植物、土壤、水體的反射光譜。植物反射光譜的主要因子是葉的形狀、表面構(gòu)造、表層解剖特點(diǎn)、葉的色素含量和富葉度。土壤光譜的因子主要是腐殖質(zhì)、氧化鐵含量、礦物和鹽分含量、表土結(jié)構(gòu)、濕度等。水體反射光譜的因子有水的雜質(zhì)含量、水的懸浮物、水生植物的葉綠素含量。

2.2遙感片的特性與判讀

2.2.1遙感片的特性

遙感片是輻射能在各種圖像上的表現(xiàn)，從遙感片的內(nèi)容進(jìn)行分析、判讀、解釋，弄清圖像中的輪廓、線條、色彩對(duì)應(yīng)的地表物；遙感采用可見光、紅外、微波等波段進(jìn)行測(cè)量；遙感片分為黑白、彩色、紅外像片，三種像片的識(shí)別方法大同小異。

2.2.2攝影圖像的物理特性攝影圖像指航空平臺(tái)所獲得的可見光和紅外的光學(xué)攝影相片，其物理特性主要取決于地物的光譜特征和攝影感光材料的感光化學(xué)性質(zhì)。攝影圖像是通過地物的反射光線通過固定點(diǎn)投射到投影面上形成的透視影像。由于地面起伏、像片傾斜等原因，像點(diǎn)會(huì)發(fā)生位移，圖像變形等。

2.2.3遙感片的判讀遙感片識(shí)讀分為目視判讀和計(jì)算機(jī)判讀。目讀判斷者依據(jù)其判斷思維與識(shí)別對(duì)象可以合理的推測(cè)和解釋個(gè)別或特殊疑點(diǎn)；對(duì)灰度反差與分辨率很差的航片存在一定困難。計(jì)算機(jī)判讀通過對(duì)各類地物對(duì)象密度值統(tǒng)計(jì)、運(yùn)算、對(duì)比、歸納實(shí)行判讀，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，可直接判讀遙感片的信息。

2.2.3.1地貌地形地勢(shì)的判讀一般反射率大的地物圖像淺，反射率小的像片色調(diào)深；遙感片上的地貌都是用色調(diào)陰影來判斷，陰影窄而色調(diào)暗則山勢(shì)陡峭，陰影寬而色調(diào)淡，表明山坡平緩；水系主要靠色調(diào)、形狀判讀，江河界線明顯、自然彎曲，湖泊池塘為封閉的曲線；湖水色調(diào)為均勻的暗色，水底有淤泥時(shí)，影像色調(diào)較深，水底清澈影像為淺灰色或白色。

2.2.3.2道路、居民地的判讀

根據(jù)影像的形狀直接判讀。如居民地一般形狀規(guī)則，尤其是城市居民網(wǎng)；道路網(wǎng)分鐵路、公路，航片上鐵路為淺灰色或灰色的均勻弧線，公路弧線曲率小，色調(diào)或深灰色或淺灰色；鄉(xiāng)村小道彎彎曲曲，比周圍農(nóng)田色調(diào)淺。

2.2.3.3其他特殊地物的判讀

如:古建筑及廢墟形狀時(shí)有時(shí)斷，色澤較暗，陰影清晰。各種建筑和墓葬，形狀較明顯，圓形、方形、橢圓形，色調(diào)不一，或深或淺。

2.2.3.4植被植物耕地的判讀航片上水土保持林、植被輪廓清晰，深暗發(fā)黑，色調(diào)不勻，草地為均勻的灰色影像，耕地菜園分界線分明，色調(diào)均勻，植被的色調(diào)隨季節(jié)的變化而變化，差異明顯?？傊?遙感像片上不同地物有其不同的影像特征，這些影像特征是判讀識(shí)別各種地物的依據(jù)。

2.3RS技術(shù)的處理

遙感資料的處理方法主要采用計(jì)算機(jī)處理輔以光學(xué)處理，利用計(jì)算機(jī)處理時(shí)，將圖像分成按行排列的小單元（稱為像元）,每個(gè)像元為一個(gè)數(shù)字，表示圖像所反映的物理量在該像元處的數(shù)值。一幅圖像就是由數(shù)值構(gòu)成的矩陣，進(jìn)行運(yùn)算處理后輸出按順序排列的彩色像元點(diǎn)陣，便形成了彩色合成圖像。

2.4RS技術(shù)平臺(tái)處理

遙感是當(dāng)今獲取空間信息的一個(gè)非常重要的手段和工具。在遙感(RS)信息利用中有地理信息系統(tǒng)(GIS)所需的空間信息和屬性信息,故RS與GIS相結(jié)合是必然的；遙感應(yīng)用中地面采樣、導(dǎo)向、定位是以GPS作為輔助工具的，GPS起著重要的作用；利用計(jì)算機(jī)處理便形成了數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（DCS）,所以，以地理信息系統(tǒng)為核心的4S技術(shù)的集成，構(gòu)成了對(duì)空間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行采集、更新、處理、分析、經(jīng)計(jì)算機(jī)處理形成的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS)將成為各應(yīng)用領(lǐng)域提供高新信息系統(tǒng)技術(shù)體系。

2.4.1地理信息系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)的結(jié)合利用地理信息系統(tǒng)中的電子地圖和GPS接收機(jī)的實(shí)時(shí)差分定位技術(shù)，就可組成GPS+GIS的電子導(dǎo)航系統(tǒng)，用于水土流失的預(yù)警和監(jiān)測(cè)等。

2.4.2地理信息系統(tǒng)和遙感的結(jié)合對(duì)于各種GIS，RS是重要的信息源和數(shù)據(jù)更新的重要方式，同時(shí)地理信息系統(tǒng)可以提供遙感圖像處理所需的一些輔助數(shù)據(jù)，以提高遙感圖像的信息量和分辨率，從而提高遙感圖像處理和解譯的精度。

2.4.3

4S技術(shù)的整體結(jié)合集遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)（DCS）技術(shù)的功能于一體，構(gòu)成高度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和智能化的地理信息系統(tǒng)，是空間信息適時(shí)采集、處理、更新及動(dòng)態(tài)處理過程的現(xiàn)勢(shì)性分析與提供決策輔助信息的有力手段。

2.4.4遙感圖像的計(jì)算機(jī)處理遙感數(shù)字圖像處理包括：數(shù)據(jù)輸入與輸出、顯示與操作、解譯與校正處理、分析處理，且分析處理是關(guān)鍵。

3RS技術(shù)在水土保持中的發(fā)展趨勢(shì)

3.1RS技術(shù)的發(fā)展

遙感技術(shù)在近三十年內(nèi)快速發(fā)展,表現(xiàn)在新型傳感器的研制與應(yīng)用，已從單波段延伸到多波段，從單角度跨越到多角度和立體測(cè)繪，從空間維拓寬到光譜維。一個(gè)多層、立體、多角度、全方位和全天候的對(duì)地觀測(cè)網(wǎng)正在形成。

3.2RS技術(shù)在水土保持中應(yīng)用

3.2.1水土保持資源的調(diào)查與評(píng)價(jià)

水土保持資源調(diào)查與評(píng)價(jià)包括植被資源，土地資源、水資源等的調(diào)查與評(píng)價(jià)。為實(shí)現(xiàn)水土保持的可持續(xù)發(fā)展，利用高新技術(shù)手段進(jìn)行水土保持資源調(diào)查，解決自然修復(fù)的能力。傳統(tǒng)的水土保持資源調(diào)查需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，特別是在山區(qū)，進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查難度大、體力強(qiáng)度大、成圖周期長(zhǎng)。而將RS、GIS結(jié)合使用進(jìn)行水土保持資源調(diào)查的方法，可減少勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省調(diào)查費(fèi)用。

3.2.2水土流失動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是指對(duì)草原退化、土地沙漠化和水土流失的監(jiān)測(cè)。

3.2.3水土保持林面積和蓄積量估計(jì)

利用遙感分類圖像將其輸入GIS，作疊圖處理，則可得出該區(qū)域在一定時(shí)段水土保持林面積和存量的多少。

3.2.4水土保持林災(zāi)害監(jiān)測(cè)

應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行水土保持資源的自然災(zāi)害、病蟲害、火災(zāi)的預(yù)測(cè)，通過遙感技術(shù)可以監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)其發(fā)生，報(bào)告危害嚴(yán)重程度與危害面積及發(fā)展趨勢(shì)等。

3.3

RS技術(shù)在水土保持應(yīng)用中的特點(diǎn)

目前，遙感圖像數(shù)據(jù)涌有其比例尺范圍大、遙感電磁波段多的優(yōu)點(diǎn)被普遍應(yīng)用于地質(zhì)、測(cè)繪、農(nóng)林、水利、水保等行業(yè)，并取得顯著的成效，已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)重要組成部分，運(yùn)用遙感技術(shù)獲取信息有范圍大、速度快、信息廣的特點(diǎn)。

3.3.1透視區(qū)域范圍大，宏觀調(diào)控能力強(qiáng)

運(yùn)用遙感技術(shù)從飛機(jī)或人造地球衛(wèi)星上獲取地面的航空像片、衛(wèi)星圖像，比在地面上觀察透視區(qū)域范圍寬廣無比，為人們利用自然宏觀調(diào)控地進(jìn)行對(duì)地面的研究各種自然現(xiàn)象及其分布規(guī)律提供了便利條件。

3.3.2信息有用量多，儲(chǔ)存信息及時(shí)快捷。遙感技術(shù)不僅能獲取地面在可見光波段的電磁波信息，且還可以獲得紫外、紅外、微波等波段的信息。對(duì)信息的獲取快捷方便，有用信息存儲(chǔ)量大。

3.3.3探測(cè)重復(fù)周期短，獲取信息及時(shí)準(zhǔn)確。目前大多遙感器在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次探測(cè)，能獲取有用的水土保持資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的信息資源，提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)。

3.3.4成本低、價(jià)格廉，資料收集方便。由于衛(wèi)星探測(cè)不受地形限制，對(duì)于分布在高山、狹谷中的植被或林地等的勘察很適用，資料收集方便；用1：100萬的比例尺獲取中國(guó)地形地貌只需六百?gòu)堊笥倚l(wèi)星像片鑲嵌圖就足夠了，且僅需幾周的時(shí)間就能完成，地物地形等要素在圖上都詳實(shí)可見。