基于遙感技術的湖面監測研究進展

鄒振偉?杜崇

摘 要：近年來，隨著科技的進步，利用衛星遙感手段進行湖面實時監測，對于維護和管理湖泊具有重要的現實意義。為理順湖面遙感監測領域的研究狀況及發展趨勢，基于CiteSpace文獻計量法，利用中國知網（CNKI）數據庫對湖面遙感監測主題進行可視化分析，歸納了2000—2023年該領域研究的文獻量、研究熱點和前沿演進趨勢。結果表明：目前國內領域內相關研究文獻整體呈現線性增長的趨勢，主要研究學者及科研團隊呈現“大分散，小聚集”的特點；研究熱點主要集中在青藏高原地區的高原湖泊遙感監測領域；未來可能圍繞高原湖泊的時空演變和土地利用等內容進行研究。

關鍵詞：湖面監測；遙感技術；可視化分析

中圖分類號：X524 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）01–0-04

湖泊是區域水循環的關鍵載體，在調節河流徑流、保障農業與生活用水、改善區域生態環境等方面具有重要的意義。湖面的演變反映了該地區水資源的整體狀況，對氣候、人為等因素的響應十分敏感[1]。通過研究湖面演變，可以了解當地的生態系統變化。

遙感衛星能夠為湖泊提供實時、精確、覆蓋范圍大的圖像數據，可以直接對湖泊狀態進行可視化解譯。通過對圖像數據進行處理，可以得到更多的數據，使用RS與GIS技術并輔之以GPS系統來進行湖泊的動態監測，已經得到了眾多學者的認可，并具有一定的前瞻性[2]。

通過搜索發現，梁匡一于1987年發表在《環境遙感》的《遙感影像上的羅布泊及其變遷》是國內湖面遙感的早期代表作。從這篇文獻來看，我國的遙感技術一開始被認為是“上帝之眼”，用于對普通方法不能或難以獲取的大面積水體變化進行監測，起到為湖面“照相”的效果，并沒有太多遙測機制的研究[3]。此后，基于遙感技術進行湖面監測的研究逐漸成熟，目前已經取得了一系列成果。

因為不同學科的研究者所關心的科學問題和他們的研究側重點不盡相同，所以從中國知網（CNKI）數據庫中篩選了與此有關的文獻，并使用了一個文獻數據可視化的應用程序CiteSpace，對湖面遙感監測領域的研究作者、機構以及關鍵詞等展開研究，得到了目前研究的知識結構[4]，從而了解湖面遙感的研究現狀和發展方向，為有關研究人員的研究工作提供一定的參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

以中國知網（CNKI）的數據源為基礎，利用數據庫高級檢索功能，主題設置為湖面監測，篇名、關鍵詞、摘要設置為遙感，確定檢索時間范圍為2000—2023年，檢索共計554篇文獻。為保證數據源的質量與可靠性，去掉報紙會議非研究性文獻和重復文獻，最終選擇剩余的538篇有效文獻作為原始數據源。

1.2 研究方法

先使用Excel統計領域內2000—2023年間學術論文的年度發文量，然后將CiteSpace軟件作為分析工具，以1年為一個時間單元切片，對識別出的關鍵詞進行可視化圖譜分析。關鍵詞數據信息的知識圖譜可以更直接地展示出知識群的演變和領域中各個關鍵詞的知識結構[5]。

2 結果與分析

2.1 發文量分析

從中國知網（CNKI）數據庫的文獻量來看（圖1），2000—2004年間每年發文數較少，2005—2023年間文獻數量逐年增多，增速較快，論文數量最高為2021年，

共計發表60篇。整體來看，2000年以來湖面遙感監測相關領域的發文量呈現線性增加的趨勢，說明國內關于湖面遙感的研究持續受到較高關注。

2.2 主要發文作者及合作關系可視化分析

圖2為2000—2023年湖面遙感監測研究領域主要發文作者共現網絡圖譜。科研人員屬于推進學科領域建設的核心力量，所以有必要對科研人員的合作網絡展開分析。在作者合作共線網絡圖譜中，圓圈面積用來表達作者的發文數量，節點之間的連線密度用來表達作者之間的合作關系。由圖2可知，領域內發文作者一共469位，以馬榮華、邊多、拉巴卓瑪三位研究學者的節點最大，說明他們發表的論文數量最多。在這些論文中，馬榮華發表論文9篇，邊多發表論文8篇，拉巴卓瑪發表論文7篇，拉巴、姚檀棟、德吉央宗、朱立平、宋春橋所發表的論文均為5篇。在作者合作關系方面，領域內主要有以馬榮華為核心的研究團隊，和以德吉央宗、拉巴卓瑪、邊多等為核心的研究團隊，不同團隊之間的聯系不緊密，整體呈現“大分散，小聚集”的特點，應該加強不同核心學者和不同研究團隊之間的交流合作。

2.3 主要科研機構發文研究統計

通過對538篇文獻發文機構進行統計，得出在發文數量上位居前列的9個發文機構，其他機構發表論文數量均不超過10篇。從表1可以看出，湖面遙感監測領域內發文最多的3個機構分別是：中國科學院大學、中國地質學大學（北京）和中國科學院地理科學與資源研究所，占總發文量的11.7%，說明在湖面遙感監測領域，這3個機構的研究成果較為全面且深入，相對其他機構更具權威及說服力。

2.4 研究熱點分析

2.4.1 關鍵詞共現可視化分析

利用CiteSpace軟件中的Key word（關鍵詞）分析功能，對所有538篇原始文獻展開分析，最終獲得了高頻關鍵詞共線網絡圖譜（圖3）。其是對核心內容的提煉與濃縮，可以較好地展現出該研究領域的研究熱點和發展趨勢[6]。以原始數據文獻為基礎，從關鍵詞出現頻次和關鍵詞中心性指數這2個指標，對排名前10位的共現關鍵詞展開排序并將其統計出來，具體見表2。

圖3結果顯示：湖面監測領域關鍵詞主要集中在遙感、氣候變化、湖泊、青藏高原等方面。關鍵詞“遙感”節點最大，表明其出現頻率最高（130次），其次是氣候變化（98次）、湖泊（80次）和青藏高原（68次）等關鍵詞節點。中心性指數前4位關鍵詞：遙感（0.6）氣候變化（0.35）湖泊面積（0.27）和湖泊（0.26），可以說明關鍵詞“遙感”“氣候變化”等都與絕大多數關鍵詞具有較緊密的相關性。綜合來看，遙感和氣候變化方向研究熱度高、研究技術完善、體系成熟，可繼續作為湖面監測領域研究的核心部分。

2.4.2 關鍵詞聚類可視化分析

關鍵詞聚類圖譜指的是利用共被引耦合分析，對關鍵詞進行自動提取并自動生成聚類標簽[7]。對關鍵詞聚類知識圖譜進行分析，可以更好地掌握湖面遙感監測研究領域的整體研究情況[8]。圖4為2000—2023年湖面遙感監測研究領域高頻關鍵詞聚類圖譜。

圖4顯示的網絡模塊化評價指標Q=0.4897，說明關鍵詞聚類的結果可信，網絡同質性平均值S=0.824，表明關鍵詞聚類合理[9]。分析得到9個聚類標簽包括：#0湖泊、#1遙感、#2湖泊面積、#3面積變化、#4高原湖泊、#5驅動因素、#6遙感技術、#7湖泊變化、#8西藏，代表湖面遙感監測領域內9類研究重點。9個聚類標簽緊密程度最大值為0.871，最小值為0.736，表明聚類標簽當前研究熱度較高。標簽#4高原湖泊的緊密程度為0.871，表明文獻緊密地圍繞“高原湖泊”開展研究。

2.5 研究前沿演進分析

2.5.1 關鍵詞時間線演進可視化分析

關鍵詞聚類時間圖譜指的是以時間軸的方式，表達各關鍵詞出現的年份（圖5），其能夠清晰地顯示出目前研究熱點領域的關鍵詞在不同時區的研究關聯度，比僅依靠關鍵詞聚類來對詞頻變化進行分析要更為全面[10]。時間圖譜中橫軸代表研究的時間線，圓形的尺寸面積代表發文的數量，而曲線代表的是關鍵詞之間的關聯度。

由圖5可知，湖面遙感監測研究的演變呈現出以下特點：（1）高原湖泊尤其是青藏高原地區的湖泊面積變化是國內近20年重點關注內容；（2）遙感技術是監測湖泊面積和水量變化的主要方法；（3）分析局部氣候變化的多種驅動因素主要依靠遙感監測獲得的數據完成；（4）有關多源遙感技術的應用研究或將成為未來幾年新的研究趨勢。

2.5.2 關鍵詞突顯可視化分析

利用CiteSpace軟件的突發性（BurstTerm）檢測功能，將閾值調整為0.8，時間跨度設置為2000—2023年，得到高突現率關鍵詞9個（圖6）。結果顯示：突現率較高的關鍵詞有遙感、西藏、湖面變化等，其中“遙感”關鍵詞的研究時間跨度最長且開始最早。2020—2023年期間，google earth engine、時空演變、土地利用、高原湖泊等領域成為研究的主要方向。

3 結論

研究借助CiteSpace軟件，以中國知網（CNKI）數據庫2000—2023年538篇與湖面遙感監測領域相關的文獻，進行了可視性數據分析。將主要發文作者、科研機構、關鍵詞共線聚類、關鍵詞時間線演進和關鍵詞突顯等節點類型作為研究方向，得出結論如下：

（1）在發文量方面，2000—2023年湖面遙感相關領域的發文量在逐年增多且增速較快，呈現線性增加的趨勢，說明國內關于湖面遙感的研究持續受到較高關注。

（2）在主要發文作者、主要科研機構分布以及合作關系方面，領域內核心學者及其研究團隊彼此之間的合作聯系不緊密，中國科學院大學、中國地質學大學（北京）和中國科學院地理科學與資源研究所等科研單位取得了比較系統和全面的研究結果。

（3）在研究熱點方面，“遙感”“氣候變化”“湖泊”

“青藏高原”等關鍵詞是湖面遙感監測領域的熱點研究對象，說明青藏高原地區的高原湖泊面積變化是近些年學者重點關注的內容。應用遙感技術獲得的數據，探尋湖泊面積和區域氣候之間的聯系是當前階段的研究方向。

（4）在熱點前沿演進方面，不同階段湖面遙感監測領域的研究熱點不盡相同，未來高原湖泊土地利用的時空演變或成為新的研究重點，多源遙感新技術的應用將進一步為湖面監測與交叉學科的綜合性研究提供新的技術支持。

參考文獻

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