遙感在濕地研究中的現狀與展望

高　鵬　徐志剛　江永弘　金　鑫　甘俊杰

(1.龍巖學院資源工程學院，福建　龍巖364012)　(2.龍巖市中正測繪有限公司，福建　龍巖364012)

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遙感在濕地研究中的現狀與展望

高鵬1,2徐志剛1,2江永弘1金鑫1甘俊杰1

(1.龍巖學院資源工程學院，福建龍巖364012)(2.龍巖市中正測繪有限公司，福建龍巖364012)

摘要：伴隨濕地資源的占用和破壞，濕地生態系統不斷惡化，遙感技術在濕地研究方面扮演重要角色。文章從多光譜遙感、高光譜遙感、微波遙感、多源遙感數據的融合與集成等方面闡述遙感在濕地研究中的應用現狀、存在的不足及未來研究的重點。

關鍵詞：遙感；濕地；現狀；進展

濕地(Wetland)是地球上最重要的生存環境和生態系統，在全球和區域生態過程中發揮著極為重要的作用[1]。由于人口數量不斷增長、社會經濟的快速發展，對土地資源需求不斷加大，濕地資源也被大量占用，越來越多的濕地被轉化為城市、農業用地[2]。為合理利用、有效保護、科學管理寶貴的濕地資源，需要動態、高效的監測手段對濕地進行監測與分析評價，而遙感技術恰可發揮重要的作用[3]。

遙感(Remote Sensing,簡稱RS)技術具有多平臺、多分辨率、多時相、多角度、多數據源等優勢，能夠對地實施覆蓋廣泛、實時快速的重復觀測，獲取大量、可比性強的地物信息，最近二十多年來被廣泛應用于濕地識別、提取、監測及評價等研究中[4]。我國有關濕地保護研究起步較晚，了解國內外遙感技術在濕地研究中現狀，有利為濕地保護、管理、生態修復提供更好的技術支持，實現人類與濕地資源協調發展，推動我國生態文明建設邁向新的高度。

1遙感技術在濕地研究中的現狀

由于濕地的特殊性、區域性和多樣性，傳統野外采樣測試技術已不能滿足研究需要，而從空中對地面進行多時相、多角度、多光譜、多分辨率探測與分析的衛星遙感技術則能夠為濕地資源研究提供有效的支持。經過40余年發展，衛星遙感影像分辨率不斷提高，形成了天、空、地一體化的對地觀測系統網絡，能夠從不同層面反映空間格局、動態過程和時空變異，進而揭示現象的驅動機制和演變趨勢。遙感已成為濕地科學研究重要的技術支持，遙感信息是濕地研究主要的信息源。

當前國內外遙感技術在濕地研究中的應用已受到了研究人員的重視，并取得了一些成果，主要應用方向包括：1)濕地識別與提??；2)濕地類別細分；3)濕地生態容量與生物量遙感估算；4)濕地自然地理環境調查；5)濕地動態監測；6)構建濕地信息系統[5]。

1.1光學遙感

1.1.1多光譜遙感

光學遙感數據是濕地遙感最為主要的數據源。中高分辨率航空影像已被證明是濕地邊界、生物變化和真實范圍制圖快速、精確和相對經濟的技術手段。Wright等構建了決策樹模型，利用多季節Landsat TM遙感影像和輔助地形與土壤數據對濕地和河流系統進行分類和制圖。MacAlister等利用最大似然分類，結合Landsat ETM+影像和實地測量數據對Mekong盆地濕地資源進行分類制圖，以滿足資源管理與保護的要求。Frohn等采用多光譜遙感數據，比較了混合像元分解和傳統硬分類方法應用于濕地分類的適用性和效果，結果表明基于LSMM軟分類結果比傳統方法更可靠，能夠確定亞像元級的小濕地斑塊。牛振國等[6]利用多期美國陸地衛星影像，采用目視解譯的方法，分別以1978、1990、2000、2008年作為基準點，獲取了4期全國濕地分布圖；鄭姚閩等[6]利用4期濕地分布數據，結合保護區和環境等數據對國家級濕地保護區進行了相關評價。

1.1.2高光譜遙感

高光譜遙感作為光學遙感的重要分支，近年來濕地遙感愈加受到重視，被視為21世紀最具發展潛力的遙感技術。針對地物光譜和地表實測數據在濕地遙感中的重要作用，Adam等利用ASD地物光譜儀實測數據，對濕地草類植物進行光譜區分。Daria Siciliano等應用高光譜遙感數據，對濕地植被和富營養化進行了分析，表明了高光譜遙感數據在濕地監測中的優越性。Filippi等獲得了優于傳統監督分類算法的分類精度，同時與監督人工神經網絡的精度也比較接近。Salem等將高光譜遙感數據用于油溢探測及其對濕地的破壞，以評價濕地損失和棲息地變化。Pengra等將EO-1 Hyperion高光譜數據用于濕地入侵植物制圖，采用光譜相關制圖生成二值柵格圖，識別入侵植物。

1.2微波遙感

隨著微波遙感的發展，以SAR圖像為代表的主動遙感也在濕地遙感中開始得到應用。微波遙感由于其全天候、全天時和具有一定穿透能力的優勢，在濕地遙感領域得到廣泛應用。雷達遙感由于能夠監測水體表面面積變化、對土壤濕度敏感和獨立于天氣/時間，被視為濕地劃分識別的潛在技術。SAR在濕地應用中，應用最多的是L和C兩個波段，其中L波段植被波譜特性更顯著，適用于以林地為主的濕地研究，而C波段適用于低生物量偏低的植被濕地研究。Wdowinski等對JERS SAR L波段數據進行干涉處理，探測濕地水面高度變化。Sophie Moreaut等利用C波段ERS SAR數據量化濕地養分信息，監測生物量和生物量變化。Kim等的數據結合研究對于改進濕地監測具有良好的效果。Bartsch等利用多時相ENVISAT ASAR wide swath數據，進行濕地探測和識別，表明的SAR數據的有效性。

1.3多源遙感數據的融合與集成

由于不同遙感數據各有其優勢和不足，多源數據集成和融合、遙感與GIS及其它輔助數據復合已在濕地遙感領域得到了重視。Rebelo等綜述了遙感與GIS集成在濕地資源調查、評價和變化分析方面的應用。Toyra等采用Radarsat SAR數據和光學遙感數據生成時序洪水圖，利用多時相SOPT數據生成植被格局圖，利用LIDAR生成DEM提取非洪水區域?；谶b感影像的濕地季節、年際變化監測一直是濕地遙感的重要內容。Gilmore等將多時相遙感影像、野外實測光譜數據和LiDAR冠層數據結合，用于濕地植被種群分類和制圖，表明了多源數據集成的重要性和有效性。Bwangoy等應用Landsat TM被動光學影像，JERS-1 SAR影像和由SRTM生成的地形因子，構建決策分類樹進行濕地制圖，表明多源數據綜合應用的重要性。

王樹功等分析了遙感與GIS技術在濕地定量研究中的應用趨勢，闡述了運用RS與GIS技術進行濕地系統定量化研究方法與思路，重點分析了其在濕地識別、類型劃分、生物量估算及管理信息系統等研究中的應用趨勢。分析表明,運用RS與GIS技術結合可以使濕地研究具有宏觀性、動態性、定量性。

將濕地分布格局與濕地生物物理屬性、土壤和水分理化特征、水文模型和生態模型等結合，是濕地遙感當前主要的研究前沿。Ignacio Melendez-Pastor等應用遙感資料分析得到的植被、土壤和水體分量并發現在干旱期間植被、土壤和水體存在顯著的差異。Chen等利用水文模型、水量平衡模型和遙感數據分析表明了遙感數據和數理模型結合在濕地評價分析中的重要作用。李健等基于Landsat-TM數據建立了鄱陽湖濕地植被生物量遙感監測模型，分別進行了植被指數與生物量的線性和非線性回歸分析。趙靜等建立三江源區蒸發量估算模型，分析探討溫度、降水量、風速和蒸發量之間的相關關系。朱鵬等利用水平衡模型通過獲取土壤含水量模擬全球濕地潛在分布，通過驗證表明可以獲取目前精度最高的全球濕地潛在分布數據。

2存在不足

(1)應用目標以單一應用為主，對同一研究對象的綜合應用分析不足；

(2)遙感信息處理側重單目標信息處理，多目標信息處理與綜合應用欠缺；

(3)多源遙感影像融合主要關注影像融合后的分類或信息提取，但對于SAR和光學影像中包含的大量物理信息則缺少考慮；

(4)遙感信息處理方法仍以傳統處理方法為主，對于多源遙感信息融合、遙感定量反演、遙感數據挖掘與智能信息處理、遙感變化檢測等方面的研究重視不夠；

(5)遙感應用仍以揭示現象的空間格局為主，缺乏時空過程綜合分析、遙感與GIS綜合應用、遙感數據與模型驅動下的機理分析、遙感信息與數理和物理模型結合等方面的研究。

3展望

(1)將濕地資源環境調查研究的需求與多時相遙感信息處理技術優勢的結合，通過對研究區多源遙感信息協同、多種信息處理方法的集成，構建系統的濕地資源環境遙感理論與方法體系，推進濕地資源環境遙感綜合分析理論、方法與應用的發展。

(2)突破以往遙感應用的單目標信息處理體系，通過對遙感信息源應用優勢的深度挖掘，形成同一遙感信息源的多目標應用、多源遙感信息融合的綜合應用，進而挖掘不同主題、不同目標應用之間的關聯和耦合，從而形成多目標遙感應用體系，推進遙感多目標綜合分析與集成應用方法的發展，開拓遙感應用技術體系。

(3)高分辨率遙感信息已在許多領域得到深入應用，但在濕地遙感方面的應用還有待開展，而以多源信息融合、定量遙感反演、時空動態監測、遙感數據挖掘、智能信息處理等為主的遙感信息處理新方法目前在濕地資源環境研究中的應用還很少，遙感信息與地學模型的結合還遠遠不能滿足需要。今后研究應嘗試在這些信息處理方法方面進行綜合研究，拓展遙感信息處理新方法在濕地資源環境遙感中的應用。

參考文獻：

[1]周德民,宮輝力,胡金明等·濕地水文生態學模型的理論與方法[J].生態學雜志,2007, 26(1): 108-114.

[2]張樹文,顏鳳芹,于靈雪等·濕地遙感研究進展[J].地理科學,2013,33(11):1406-1412. (90): 2130-2137.

[3]鄭姚閩,張海英, 牛振國,等·中國國家級濕地自然保護區保護成效初步評估.科學通報, 2012, 57: 207-230.

(責任編輯：王德紅)

Current Situation and Prospect of Remote Sensing in Wetland Research

Gao Peng1,2Xu Zhigang1,2Jiang Yonghong1Jin Xin1Gan Junjie1

(1.Institute of Resource Engineering, Longyan University, Longyan 364013)(2.Longyan Zhongzheng Surveying and Mapping Co. Ltd. , Longyan 364013)

Abstract：With the occupation and destruction of wetland resources, and the wetland ecosystem has been deteriorating. Remote sensing technology plays an important role in wetland research. This paper describes the application status of remote sensing about the wetland research from multi-spectral remote sensing, hyperspectral remote sensing, microwave remote sensing, multi-source remote sensing data fusion and integration. At the same time, it analyses the problems at present, and points out the research focus in the future.

Key words:remote sensing，wetlands，status，progress

收稿日期：2016-01-13

基金項目：福建省科技廳重點項目(2013Y0068);福建省教育廳A類、B類項目(JA13312、JB12202)；龍巖市科技局項目(2013LY50)；龍巖學院產學研項目(LC2013015)；福建省國家級、省級、校級大學生創新訓練計劃項目(G20142015、201511312061、201323)中期成果。

作者簡介：1.高鵬( 1983～ )， 女，吉林公主嶺人，龍巖學院資源工程學院講師。研究方向：“3S”技術應用、基礎測繪。

中圖分類號：X87

文獻標識碼：A

文章編號：1673-9507(2016)03-0130-03

2.徐志剛(1982.05～)，男,江西臨川人，龍巖學院資源工程學院副教授。研究方向：資源環境遙感。