遙感技術(shù)在西藏高原資源環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用

張英 郭健斌 哦瑪啦 白有志

(西藏農(nóng)牧學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，西藏 林芝 860000)

引言

遙感技術(shù)是感知資源環(huán)境狀態(tài)及其變化的重要探測技術(shù)，其利用“天空之眼”實時、快速地監(jiān)測著地表不同要素的變化。遙感技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)與全球定位系統(tǒng)(GPS)統(tǒng)稱為“3S”技術(shù)，在自然資源監(jiān)測與評價和信息化平臺的構(gòu)建提供了強大的技術(shù)支撐，具有廣泛的應(yīng)用價值[1]。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，地理信息產(chǎn)業(yè)融合、區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展格局構(gòu)建、高原山水林田湖草沙冰地球系統(tǒng)保護修復(fù)治理都離不開遙感技術(shù)的支撐，首屆聯(lián)合國世界地理信息大會上，明確將地理信息與國家發(fā)展議程相關(guān)聯(lián)，提出塑造和發(fā)展數(shù)據(jù)驅(qū)動、位置信息化的智能、綜合、韌性以及可持續(xù)城市，構(gòu)建數(shù)據(jù)和地理信息領(lǐng)域的人類命運共同體，彌合地理空間信息鴻溝。西藏“十四五”規(guī)劃建議中提出的主體功能區(qū)戰(zhàn)略和區(qū)域“一核一圈兩帶三區(qū)”高質(zhì)量發(fā)展新格局戰(zhàn)略無不與遙感技術(shù)有關(guān)[2]。2021年10月，姚檀棟院士在“青藏高原生態(tài)文明與生態(tài)安全”論壇上指出，在青藏高原生態(tài)文明高地建設(shè)系統(tǒng)規(guī)劃中，要推動山水林田湖草沙冰一體化的地球系統(tǒng)保護修復(fù)治理，這對形成西藏高原生態(tài)安全格局具有重要意義，而自然資源部也明確了區(qū)域要積極構(gòu)建“多規(guī)合一、一張藍圖”，這些信息平臺的構(gòu)建都離不開遙感技術(shù)的支撐。本文從自然資源環(huán)境變化監(jiān)測與評價的應(yīng)用角度出發(fā)，分析遙感技術(shù)在西藏高原自然資源環(huán)境監(jiān)測與評價中的應(yīng)用。

1 遙感技術(shù)探測原理及其優(yōu)勢

遙感技術(shù)是基于任何地物輻射、反射電磁波能力的差異，利用高空搭載的傳感器探測地物電磁波特性，從而獲得遙感影像數(shù)據(jù)，區(qū)分不同地物的目標。遙感技術(shù)涵蓋傳感器技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、信息提取技術(shù)等多項技術(shù)，目前隨著平臺及技術(shù)設(shè)備的更新?lián)Q代和快速發(fā)展，遙感技術(shù)可探測的空間范圍不斷拓寬，提取信息的精細化程度也在提升，限制性越來越小，發(fā)揮了強大的技術(shù)優(yōu)勢和技術(shù)手段。遙感技術(shù)系統(tǒng)包括信息的獲取、接收、處理、應(yīng)用，應(yīng)用前景廣闊，在資源、環(huán)境、地質(zhì)、林業(yè)、草業(yè)、農(nóng)業(yè)、海洋等都有應(yīng)用，利用天-地-空一體化監(jiān)測實現(xiàn)了海量數(shù)據(jù)的獲取及遙感監(jiān)測與信息提取，在不同行業(yè)應(yīng)用優(yōu)勢明顯。

2 遙感技術(shù)在西藏高原資源環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用方向

西藏高原作為青藏高原的主體，是我國乃至全球重要的地球生境脆弱區(qū)和生態(tài)安全屏障區(qū)，其地表資源的變化過程及速度對其他地區(qū)具有重要的影響及作用，因此西藏不同資源環(huán)境領(lǐng)域企事業(yè)單位、第二次青藏高原科考項目針對西藏地表水圈、冰凍圈、生物多樣性、植物資源、湖泊水質(zhì)等開展了廣泛而深入的調(diào)查研究工作，遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)為不同要素的調(diào)查、監(jiān)測、監(jiān)督、評價提供了技術(shù)支撐。

2.1 自然資源調(diào)查與監(jiān)測

西藏高原自然資源類型豐富，遙感技術(shù)在自然資源方面的應(yīng)用主要為自然資源的調(diào)查、監(jiān)測、監(jiān)督及評價，包括自然資源基礎(chǔ)調(diào)查及專項調(diào)查，第三次國土空間調(diào)查及監(jiān)測，不同年度土地利用變更調(diào)查，實景三維中國建設(shè)等，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，針對自然資源的監(jiān)測大多形成了一體化平臺，如西藏天地圖國家地理信息公共服務(wù)平臺、資源智慧平臺、國土空間基礎(chǔ)信息應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，形成了西藏自治區(qū)自然資源三維立體一張圖，主要集中對氣候環(huán)境變化背景下冰川、凍土、湖泊、水文、植被、土地等進行監(jiān)測，快速有效地監(jiān)管自然資源的變化情況。

2.2 生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與保護

西藏高原作為我國及國際上至關(guān)重要的生態(tài)文明高地，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測及保護一直備受重視，并對山水林田湖草沙冰一體化治理及構(gòu)建高質(zhì)量的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測及質(zhì)量體系意義重大。目前西藏生態(tài)環(huán)境監(jiān)測主要有草原植被蓋度監(jiān)測，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，重大生態(tài)工程的實施，自然保護區(qū)監(jiān)管，不動產(chǎn)基地的管理，外業(yè)測繪和調(diào)查等，遙感技術(shù)基于其多源數(shù)據(jù)、實時動態(tài)性、經(jīng)濟快速的特點，有效提升了監(jiān)管效率和信息化管理能力。自然保護區(qū)西藏高原生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測與保護集中在形成生態(tài)環(huán)境大數(shù)據(jù)等環(huán)境治理，環(huán)境保護核查點位，環(huán)境風(fēng)險防控，重點生態(tài)保護區(qū)域質(zhì)量狀況調(diào)查與動態(tài)監(jiān)控，氣候變化及其潛在風(fēng)險應(yīng)對，重大工程建設(shè)沿線區(qū)域環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，自然保護區(qū)人類活動及違規(guī)情況發(fā)現(xiàn)、監(jiān)管、督查等。同時也開展了坡耕地綜合政治。雅江河谷植樹造林、防沙治沙工程。水土流失綜合治理等生態(tài)治理及保護工程；此外還開展了西藏生態(tài)規(guī)劃等，這些工作大部分要基于遙感影像進行，遙感技術(shù)在筑牢國家生態(tài)安全屏障，人與自然和諧共生示范地，自然保護樣板地等方面發(fā)揮了重要作用。

2.3 自然災(zāi)害識別與監(jiān)測

西藏高原作為青藏高原的主體，氣象災(zāi)害和地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)性強、影響大，遙感技術(shù)以快速探測、動態(tài)周期性監(jiān)測為優(yōu)勢，在干旱、洪澇、泥石流、滑坡、地震、草場鼠害等氣象、水文、地質(zhì)災(zāi)害等監(jiān)測方面都發(fā)揮了巨大作用，如利用FY衛(wèi)星、MODIS、Landsat衛(wèi)星、高分衛(wèi)星等數(shù)據(jù)進行旱災(zāi)[3，4]、滑坡[5]、火災(zāi)[6]、湖泊擴張[7，8]、冰川監(jiān)測[9]等監(jiān)測，基于InSAR數(shù)據(jù)、高分數(shù)據(jù)等進行高海拔山區(qū)滑坡災(zāi)害變形識別[10]，地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測[11]，地礦信息提取[12]等，斷層解譯[13]，為區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)提供了經(jīng)濟有效的技術(shù)手段。

2.4 土地規(guī)劃與生態(tài)設(shè)計

科學(xué)合理規(guī)劃是構(gòu)建西藏高原區(qū)國土空間高質(zhì)量發(fā)展格局的關(guān)鍵，目前已開展了多類規(guī)劃及生態(tài)設(shè)計工作，包括西藏自治區(qū)國土空間規(guī)劃“一張圖”數(shù)據(jù)庫建設(shè)項目，城鎮(zhèn)總體規(guī)劃，自然資源廳自然資源三維實景數(shù)據(jù)庫及管理平臺應(yīng)用示范建設(shè)項目。基于遙感技術(shù)海量的影像數(shù)據(jù)，有效結(jié)合ArcGIS、南方CASS、AutoCAD、Smart3D等技術(shù)，開展礦山攝影測量、三維測量、城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計、土地利用總體規(guī)劃匯編、城市體檢、地質(zhì)災(zāi)害評估等。此外，目前土地利用規(guī)劃的實施過程中，利用遙感影像變化進行違規(guī)建設(shè)信息提取和動態(tài)監(jiān)測，對城鎮(zhèn)重點區(qū)域進行衛(wèi)片執(zhí)法和監(jiān)測，針對違規(guī)修路、占用耕地、林地、批大建小等違規(guī)問題的調(diào)查與監(jiān)管，如新增建設(shè)用地是否合法合規(guī)，也用于信息化用地審批管理工作。

3 遙感技術(shù)在西藏高原資源環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用成果

目前，西藏基于遙感技術(shù)開展了大量資源環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測、評價、保護等研究，旨在揭示青藏高原不同地表環(huán)境現(xiàn)狀、變化機理，優(yōu)化生態(tài)安全屏障體系，應(yīng)用成果廣泛豐富，對推動西藏生態(tài)文明建設(shè)及可持續(xù)發(fā)展具有重要影響。

3.1 海量大數(shù)據(jù)

在遙感技術(shù)的支撐下，西藏自然資源和生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測形成了海量數(shù)據(jù)庫，主要用到的遙感影像包括風(fēng)云系列、MODIS數(shù)據(jù)、NOAA衛(wèi)星系列、Landsat系列、SPOT系列、資源系列、高分系列、SAR影像、點云數(shù)據(jù)、InSAR及Radarsat雷達數(shù)據(jù)、無人機航拍影像等，數(shù)據(jù)源多、分辨率高，基于天地圖、天地圖影像圖、不同年度的高分影像、地理國情普查數(shù)據(jù)、三調(diào)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、耕地質(zhì)量評價的等別數(shù)據(jù)等，為動態(tài)監(jiān)測其變化提供了海量的數(shù)據(jù)庫。第二次青藏高原科考針對山水林田湖草沙冰采集的不同要素數(shù)據(jù)，形成了遙感大數(shù)據(jù)云數(shù)據(jù)，有助于摸清西藏高原不同圈層的“底細”，建立西藏高山地帶氣候變化背景下的不同自然資源和生態(tài)環(huán)境變化的“天然檔案”。

3.2 多種服務(wù)平臺

目前，3S技術(shù)在西藏農(nóng)、林、牧、氣象、地質(zhì)、水文、土地等多個領(lǐng)域都發(fā)揮了重要的技術(shù)優(yōu)勢，應(yīng)用范圍大，前景廣闊，針對自然資源的監(jiān)測大多形成了一體化平臺，如西藏天地圖國家地理信息公共服務(wù)平臺，國土空間基礎(chǔ)信息應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，西藏自治區(qū)國土空間規(guī)劃“一張圖”智慧辦公系統(tǒng)，測繪地理信息市場服務(wù)與監(jiān)管平臺，基礎(chǔ)地理信息成果管理系統(tǒng)，地理信息公共服務(wù)平臺——天地圖·西藏(公眾版)，標準地圖服務(wù)，西藏資源三號衛(wèi)星影像云服務(wù)平臺等多個與3S技術(shù)密切相關(guān)的服務(wù)系統(tǒng)及平臺。測繪地理信息市場服務(wù)與監(jiān)管平臺，基礎(chǔ)地理信息成果管理系統(tǒng)，地理信息公共服務(wù)平臺——天地圖·西藏(公眾版)，標準地圖服務(wù)，西藏資源三號衛(wèi)星影像云服務(wù)平臺等多個與3S技術(shù)密切相關(guān)的服務(wù)系統(tǒng)及平臺。自然資源執(zhí)法監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)，測繪管理應(yīng)用系統(tǒng)，城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤遙感監(jiān)測系統(tǒng)，多源遙感影像數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)。

3.3 多方向監(jiān)測成果

西藏遙感技術(shù)應(yīng)用于自然資源調(diào)查取得了大量研究成果，助力于第三次全國國土調(diào)查及成果形成、增減掛鉤等，摸清了西藏耕地變更狀況(數(shù)量、質(zhì)量、空間分布)，基于遙感影像數(shù)據(jù)和不同年份的土地利用、地理信息數(shù)據(jù)、質(zhì)量評價數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了自然資源的業(yè)務(wù)常態(tài)化、智慧化、精細化監(jiān)測與管理，形成不同的資源環(huán)境領(lǐng)域公報，為政府部門和業(yè)務(wù)單位科學(xué)決策與管理提供數(shù)據(jù)科學(xué)服務(wù)，并具有預(yù)警功能。同時，基于遙感技術(shù)西藏不同地區(qū)取得了大量研究成果，如利用遙感影像進行林芝、昌都的林火監(jiān)測，藏東南高原水體監(jiān)測，高山湖泊面積變化和結(jié)冰情況監(jiān)測，藏北高原草場監(jiān)測，冰川退縮情況，濕地萎縮狀況，干旱災(zāi)害監(jiān)測等?；谶b感技術(shù)的高山極高山區(qū)冰川冰湖變化動態(tài)監(jiān)測——以西藏藏南希夏邦瑪峰地區(qū)為例，主要針對西藏草地動態(tài)遙感監(jiān)測及其驅(qū)動機制進行研究，而湖泊的擴張會影響到湖盆周圍人們的生活，如何正確決策執(zhí)法和監(jiān)測，主要利用遙感影像變化進行違規(guī)建設(shè)信息提取和動態(tài)監(jiān)測、基于無人機加SAR加光學(xué)影像進行地質(zhì)災(zāi)害的動態(tài)監(jiān)測。MODIS數(shù)據(jù)被用在植被指數(shù)、植被長勢及生長狀態(tài)監(jiān)測中。西藏自治區(qū)采用資源智慧平臺辦公，目前形成了西藏自治區(qū)自然資源三維立體一張圖，天地圖西藏自治區(qū)地理信息公共服務(wù)平臺，為用戶提供了在線地圖、專題地圖、影像檢索等服務(wù)，同時針對不同資源環(huán)境領(lǐng)域，形成了自然資源執(zhí)法監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)，測繪管理應(yīng)用系統(tǒng)，城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤遙感監(jiān)測系統(tǒng)，多源遙感影像數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)。目前，我國自然資源部全面推進“實景三維”中國建設(shè)，也是西藏“十四五”規(guī)劃中的重要內(nèi)容，西藏各個地市進行“實景三維”中國中的三維實景自然資源信息化平臺建設(shè)，建成后數(shù)據(jù)更加多元化，對提升西藏自然資源信息化管理水平。

4 結(jié)語

本文分析了遙感技術(shù)在西藏高原資源環(huán)境監(jiān)測與評價中的應(yīng)用，主要應(yīng)用方向包括自然資源調(diào)查與監(jiān)測，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與保護，自然災(zāi)害識別與監(jiān)測，土地規(guī)劃與生態(tài)設(shè)計等領(lǐng)域，形成了海量大數(shù)據(jù)、多種服務(wù)平臺和多方向監(jiān)測成果，在西藏山水林田湖草沙冰等不同要素中發(fā)揮了巨大的優(yōu)勢與作用，對構(gòu)建西藏高原高質(zhì)量發(fā)展格局及生態(tài)文明高地建設(shè)提供了重要信息技術(shù)支撐。