不同遙感平臺在濕地調查中的應用

陳明 張婷

摘 要：遙感技術由于具有實時性，動態性，高效性等特點被廣泛用于濕地生態系統的動態監測和調查中。尤其是無人機遙感的興起，為濕地資源和環境的動態監測、可持續利用和保護提供了強大的支持。文章從不同的遙感平臺角度出發，對遙感技術在國內濕地資源和環境調查中的應用進行綜述，分析不同遙感平臺的優勢和劣勢，以期為后續的相關研究提供參考。

關鍵詞：遙感；濕地調查；傳感器；搭載平臺

中圖分類號：X87 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）28-0164-03

Abstract： Remote sensing technology is widely used in the dynamic monitoring and investigation of wetland ecosystem because of its real-time， dynamic， efficient and other characteristics. In particular， the rise of UAV remote sensing provides a strong support for the dynamic monitoring， sustainable use and protection of wetland resources and environment. From the perspective of different remote sensing platforms， this paper summarizes the application of remote sensing technology in the investigation of wetland resources and environment in China， and analyzes the advantages and disadvantages of different remote sensing platforms in order to provide reference for related research.

Keywords： remote sensing； wetland survey； sensor； carrying platform

濕地生態系統被稱為“地球之腎”，與森林生態系統和海洋生態系統并稱為全球三大生態系統。由于人類活動的影響加劇，濕地生態系統的健康正面臨著巨大的威脅，定期進行濕地資源和環境的調查與監測對保護和管理濕地生態系統具有重要意義。由于過去技術條件的限制，傳統的濕地資源和環境監測方法成本高且效率低下，近年來隨著遙感技術的發展，搭載各種傳感器的遙感平臺的不斷涌現，由于其具有時效性高、成本低，且能實現大面積同步觀測的特點，在濕地調查相關研究中廣泛應用。遙感技術的推廣對于開展濕地資源監測以及濕地環境保護與恢復具有重要意義。本文簡要闡述不同遙感平臺在濕地資源和環境調查中的應用，分析不同遙感平臺的優勢和劣勢，以期為后續的相關研究提供資料。

1 航空遙感平臺在濕地調查中的應用

由于航空遙感平臺具有高精度，大范圍全波段準同步，獲取信息快，范圍周期靈活等特點，作為軍民兩用技術而一直被世界各科技大國所重視。在國內，朱來東[1]等利用機載遙感平臺對我國天津等沿海地區潮間濕地進行了遙感監測，通過分析獲取彩色紅外航空相片，得出了該地區工業污染物的性質對海洋濕地水資源以及土壤資源的影響范圍，追溯出幾十個污染源的位置，并對相關海域的濕地植被類型進行了判讀。馮家莉[2]等利用UAV（無人機）搭載SONY NEX-7相機對位于英羅港港灣兩側的國家級紅樹林保護區進行航測，成功獲得亞米級影像數據，通過與基于衛星遙感和常規航空遙感圖像的分類結果進行對比，比較得出低空無人航空遙感技術具有高精度，低成本優勢的同時，也受到了小型無人機航程、載荷的限制使其并不具備大范圍測圖能力，而且只能攜帶少量較輕便的傳感器。李芾[3]等利用低空無人機獲取城市自然濕地和景觀化濕地RS影像作為數據源，結合GIS和GPS技術，并通過實地調查取樣，將自然城市濕地劃分為水體、河岸帶、沼澤地、農田、池塘5類，將景觀化城市濕地劃分為水體、河岸帶、沼澤地、農田、綠地5類，而兩種類型的濕地分別含有植物60種植被隸屬20科38屬與57種植被隸屬30科47屬，并發現人工濕地中喬木類所占比重大于自然濕地。

2 航天遙感平臺在濕地調查中的應用

遙感航天平臺中常用的為搭載各類傳感器的衛星，按照成像原理的不同可以分為光學遙感衛星和雷達衛星，其中目前國際上比較常用的遙感衛星按照空間分辨率來劃分可以細分為三類（表1）。

幾種商業雷達衛星的部分參數（表2）。其中QuickBirk（快鳥）、Spot系列、LANDSAT系列（美國陸地衛星）和我國的CBERS系列（中巴系列衛星）所提供的遙感數據在我國土地資源調查工作中得到廣泛運用，在2009年的第二次全國濕地資源調查中，采用了CBERS-CCD、SPOT5和RADARSAT的遙感影像數據，對全國范圍內（不包含港澳臺地區），面積達8hm2（含）以上的濕地進行了調查[4]。

2.1 基于光學影像數據的濕地資源調查

于瑞宏[5]等通過對烏梁素海濕地的Landsat TM和ETM影像分析，得出濕地不同類型區域面積的演變與水文環境、氣象因子間的對應關系，為進一步研究湖泊污染，水體富營養化主導因子提供科學依據。張弘[6]等通過分析2000～2006年共六年有關大連市及黃海岸自然保護區、三臺鄉大天鵝自然保護區和“三灣”自然保護區的Landsat7的遙感影像數據，影像結果表明6年間海岸濕地和沼澤濕地面積共減少97.62km2，由于對濕地盲目的開荒和改造造成濕地面積急劇萎縮，大量工業和生活污水的排放、農藥和化肥的使用以及旅游業的興起，導致濕地水體富營養化、生態環境逐步惡化，此外由于對資源的過度開采，致使濕地生物多樣性受到嚴重威脅，泥炭資源、貝殼巖以及沙岸都有不同程度的破壞。為該地區濕地資源保護、恢復與重建提供指導意見。江輝[7]等通過對TM5、6、7波段的假彩色合成影像運用面向對象分類對潘陽湖湖區周邊濕地類型進行了劃分。施孔芳[8]等采用Landsat TM影像結合實地調查對福州市及周邊地區的濕地以及水質情況進行統計調查。

2.2 基于雷達影像數據的濕地資源調查

由于雷達波束有遠強于光譜波段波束的穿透能力，因此搭載雷達傳感器的遙感衛星相較于傳統光學遙感衛星來說具有全天候、全天時獲取圖像的能力，雷達衛星擁有光學遙感衛星的無法替代的優勢，目前也被廣泛應用在濕地資源的探查中。徐怡波[9]等獲取ENVISAT ASAR數據對東洞庭湖濕地植被和地物進行分類，通過對東洞庭湖及其周邊地區的HV/HH與VV/HH極化影像數據，利用基于原圖像灰度級共生矩陣提取紋理特征以及濾波后圖像的灰度特征將該地區劃分為水體、蘆葦灘地、草灘地、森林灘地、優勢種不明顯的植物灘地、沉水植物和裸露泥灘地7類。黎夏[10]等采用珠海淇澳島的Radarsat-1精細模式圖像，利用后向散射系數值對位于該島西北區域的紅樹林進行植被生物量估算，并通過光學遙感數據驗證光學遙感影像NDVI值與植被參數間是否有較高的相關性，此次研究結果表明雷達遙感比較適宜用于濕地植物生物量的估計，而NDVI指數與植被生物量之間可能會存在著較大的偏差。葉 [11]等對來自黑龍江洪河保護區的ALOS PALSAR HH極化影像和ASAR HH/VV極化影像處理，并對比Landsat5 TM影像數據，通過實地采樣，提取各樣方后向散射系數值及Landsat5 TM影像數據NDVI值與生物量干濕重的實測值之間建立估測模型，得出保護區內濕地區域生物量估量。

3 各遙感平臺在濕地監測應用中的優勢與存在的問題

各類遙感平臺的出現，為濕地資源動態監測提供了新的解決方案，但各遙感平臺分別存在著不同的優缺點，因此需要在進行具體濕地調查前，根據具體需求選取適合的數據來源。小型無人機平臺適合小范圍，高精度遙感數據，隨著國家逐步開放低空空域，低空無人機遙感系統正在逐步興起，但由于小型無人機自身載荷能力有限，因此對搭載設備重量和數量有著嚴格的限制，在實際運用中一般為小型無人機搭載組合鏡頭的模式，同時無人機系統對外界環境條件有著較高的要求，如天氣等因素，而大中型無人機和有人航空遙感平臺（飛機、飛艇）等，雖然對外界因素和設備重量限制有所放寬，同時精度相較于航天遙感平臺有所提高，但是在國內由于購買使用成本高昂，航線審批程序復雜等原因應用率一直處于較低水平。目前在濕地調查領域普遍采用商業遙感衛星數據，但不同商業遙感衛星或同一遙感衛星不同工作模式都會導致圖像空間分辨率和產品種類的區別，不同空間分辨率或不同種類的遙感影像的用途又有所不同，通常情況下傳統光學遙感數據運用最為廣泛，但光學遙感影像會受到被探測地區天氣或天時的影響。雷達影像雖然不受這些因素困擾，但成像原理的不同又制約其在一些傳統光學遙感方面的運用，對于部分既需要光學遙感影像又需要雷達影像數據用戶來說，可能出現重復投資或數據大量冗余的現象，而且高分辨率商用遙感影像價格昂貴，普通用戶難以承受。

參考文獻：

[1]朱來東.潮間濕地的航空遙感監測和制圖[J].海岸工程，1985，4（1）：63-69.

[2]馮家莉，劉凱，朱遠輝，等.無人機遙感在紅樹林資源調查中的應用[J].熱帶地理，2015，35（1）：35-42.

[3]李芾.基于低空無人機遙感的城市濕地植被調查與景觀化研究[D].沈陽：沈陽農業大學，2016.

[4]劉平，關蕾，呂 ，等.中國第二次濕地資源調查的技術特點和成果應用前景[J].濕地科學，2011，9（3）：284-289.

[5]于瑞宏，李暢游，劉廷璽，等.烏梁素海濕地環境的演變[J].地理學報，2004，59（6）：948-955.

[6]張弘.遙感技術在大連濕地資源調查中的應用研究[D].大連：大連海事大學，2007.

[7]江輝，劉文斌，劉瑤.潘陽湖濕地遙感分類研究及應用[J].遙感技術與應用，2008，23（6）：648-653.

[8]施孔芳.福州濕地遙感動態監測與水環境評價[D].福州：福建農林大學，2006.

[9]徐怡波，賴錫軍，周春國.基于ENVISATASAR數據的東洞庭湖濕地植被遙感監測研究[J].長江流域資源與環境，2010，19（4）：452-459.

[10]黎夏，葉嘉安，王樹功，等.紅樹林濕地植被生物量的雷達遙感估算[J].遙感學報，2006，10（3）：387-396.

[11]葉 .SAR影像在濕地植被地上生物量估測中的應用——以洪河保護區為例[D].北京：首都師范大學，2011.