土地资源调研中卫星遥感技术的应用分析

黄海霞

衡阳市规划设计院，湖南衡阳，421000

0 引言

遥感是指运行在不同电磁波范围、不同高度、不同类型的遥感平台上的信息技术，在20世纪60年代到70年代发展迅速。从20世纪80年代至今，遥感技术在各个领域进行了更广泛的探索，作为获取信息的有效手段之一，在我国土地资源调研和监测中得到了广泛的应用。近十几年来，卫星遥感技术获得了突破性的进展。从光学遥感到多光谱/高光谱遥感、雷达激光遥感等，卫星遥感影像获取手段不断增加；从人工繁琐数据处理到智能化、流程式数据处理，从单景影像到多景影像批量处理，卫星遥感数据处理方式和软硬件设施也在不断进步；卫星遥感数据提取技术与人工智能、神经网络算法等计算机应用技术的结合，更是加快了卫星遥感技术市场化应用的进程。

1 遥感与遥感技术的概念

1.1 遥感

遥感是指利用运行在不同电磁波范围、不同高度、不同类型的遥感平台上的信息技术，日夜不间断地收集地球表面的遥感数据，探测地球表面的各种物体，掌握地球表面物体、现象和过程的变化和演变过程。

1.2 遥感技术

遥感技术（RST）又称遥感信息系统（RSIs），是指从卫星、飞机或其他飞行器上收集地面物体的电磁辐射信息，以确定地球环境与地球资源的技术。将遥感器放置在高空气球、飞机等飞行器上进行的遥感为航空遥感，将遥感器安装在航天器上进行的遥感为航天遥感。遥感系统是指完成遥感任务的整套仪器设备。

2 遥感图像处理

遥感影像数据流程大致可以分为以下五个步骤。①预处理。由于传感器、气象等因素，一些获取的遥感图像中，会出现周期性的噪声、坏线、条带、薄云和阴影，因此必须对其进行消除或减弱方可使用。②几何纠正。通常获取的遥感影像一般都是初级遥感影像，为使其定位准确，在使用遥感图像前，必须对其进行几何纠正；在地形起伏较大地区，还必须对其进行正射纠正；特殊情况下还须对遥感图像进行大气纠正。③图像增强。为使遥感图像所包含的地物信息可读性更强，感兴趣的目标更突出，需要对遥感图像进行增强处理。④图像镶嵌。图像镶嵌也叫图像拼接，是将两幅或多幅数字影像拼在一起，构成一幅整体图像的技术过程。通常是先对每幅图像进行几何校正，将它们投影到统一的坐标系中，然后根据图像特征，对它们进行裁剪，去掉重叠的部分，再将裁剪后的多幅影像拼接成一幅大幅面的影像。⑤匀光匀色。在实际应用中，用来进行图像镶嵌的遥感影像，有可能来源于不同传感器、不同时间 、不同气候光照条件下的遥感数据，因此，在做图像镶嵌将多幅影像进行拼接时，经常会出现色调、亮度不一致的情况，这时就需要结合实际情况和整体协调性对参与镶嵌的影像进行匀光匀色[1]。

遥感图像的判读是指对卫星遥感数据进行地物识别，通过其色调、光谱特征与空间特征等进行分析判断和解译。简单的地物解译是根据卫星影像的单波段可见光和近红外照片进行肉眼可见的地物识别，通过识别影像上地物的形状、颜色、大小、特征和物体阴影，将其与周围的其他地物区分开来。例如，某个城市区域的窗口图像为7波段。由于水对近红外光的严重吸收，它显示出深沉的色调，所以城市建筑对红外光的反射比水强。此外，道路上有一排排树，这使得城市的色调比水的色调要轻，但仍然很深，肉眼分辨灰阶的能力相对差一些，有时看起来会与水的色调相似。而农田作物反射近红外光较强，因此它们是浅色。随着人工智能、神经网络等计算机技术的发展，遥感解译已不仅仅是人工目视解译，更多的是通过波谱特征、地物波段反演、雷达激光点云等特征，进行智能自动提取。

3 遥感技术在土地资源调研中应考虑的问题

3.1 遥感影像数据源的选择

根据工作需要，选择并购买相应的遥感影像数据源。分辨率是影响图像识别和制图精确度的关键因素，如果分辨率太低，不仅会增加数据处理的负担，还会影响图像的精确度；但也应该注意节约成本，在选择数据源时，需要根据实际情况，结合成本因素、数据的规模和可用性综合考虑，不应过分追求高精度。随着卫星技术的发展，光学卫星、多光谱/高光谱卫星、SAR、InSAR等多种数据获取方式也同步发展，在卫星遥感数据获取时，应根据实际需求，选择适合的卫星影像数据。如高分系列、资源系列卫星能提供高精度的光学影像，在气象条件良好时，能实时反应地面真实情况，是土地资源调研中重要的数据获取来源；雷达卫星、SAR、InSAR卫星能在气象条件较差、可视度较弱、夜间等情况全天候实时获取影像数据，弥补了光学卫星的不足[2]。随着立体测绘卫星的发展，卫星遥感技术为城市三维立体数据采集提供了很好的数据来源，未来将在土地资源调研中发挥重要的作用。因此，选择合适的卫星遥感数据来源、选择能满足土地资源调研所需精度的卫星遥感数据，在土地资源调研工作中非常重要，多数据源、多时相、多精度卫星产品的提供也为土地资源调研技术的发展提供了可靠的数据保障。

3.2 遥感数据的处理方式

遥感数据处理方式包括初始遥感影像的生产及遥感成果信息的提取。然而，在土地资源调研工作中，选择适宜的遥感数据处理技术尤为重要。遥感数据的处理必须考虑到能满足土地资源调研工作所需，能到达相应的数据精度要求，减少数据位置偏差，提高遥感影像的图像质量。而智能化、流程式的遥感数据处理手段能极大地减少人工参与，降低数据生产成本。因此在遥感数据处理方式的选择上，采用低人工成本、高智能机器参与的技术手段，有助于土地资源调研技术的发展，为土地资源调研工作提供更广阔的市场。

4 遥感在土地资源调研中的应用

4.1 遥感在土地资源调研中的意义

第一，遥感技术在土地利用动态监测中发挥着重要作用。近些年来，因卫星遥感获取实时、覆盖广的优点，卫星遥感数据为土地利用动态监测提供了重要的基础数据。卫星执法、卫星监测手段的广泛推广，使卫星遥感在土地资源调研中的应用越来越广泛。第二，遥感技术已广泛应用于土地利用和更新调研。土地利用变化调研主要以现有航空正射影像图和地形图为基础调研数据，与原土地利用现状图像进行结合对比，通过实际测绘和补充调研，实现土地利用现状的更新。第三，遥感技术已充分应用于农村产权调研和城市集约利用潜力评估。在农村产权调研中使用航空航天数据节省了大量时间和人力，提高了结果的准确性[3]。

4.2 土地利用动态监测的新阶段

遥感是一个从静态到动态、从定性解释到定量调研的必然过程。数字遥感和计算机技术的快速发展为及时、有效地收集土地利用现状及其变更信息提供了更强有力的技术手段。从数据来源来看，主要表现有：①遥感信息空间同步但时间不连续的弱点正在逐渐改变，遥感信息已序列化；②遥感信息的多层空间分辨率使大面积遥感信息观测内容更加详细；③遥感图像的光谱分辨率也表现出层次性特征，总体发展趋势是光谱分辨率越来越高，为土地利用调研中的高精度光谱分析提供了数据基础。

4.3 使用遥感技术进行城市地籍的更新调研

在城市地籍的更新调研中，利用航空摄影测量制作城市地籍图与地籍影像图，建立城市地籍的数据库和管理系统，逐步形成全市的城市地籍管理与应用信息系统网络，有利于土地资源更好地利用，加强土地权属的管理，落实各项土地的严格管理措施，加强土地集约利用。

4.4 利用遥感技术配合土地执法检查

利用遥感技术对土地执法开展检查，是党中央、国务院土地管理法规政策的严格贯彻落实，加强土地规划管理和建设用地规划审批，及时发现和依法查处土地违法行为，巩固土地市场治理整顿成果。遥感监测与土地执法检查的相结合，最大限度地及时发现土地违法行为，并将其消灭在萌芽状态。特别是因执法监督不力而隐蔽的、因交通不便而不易通过巡查发现的行为，将违法用地现象尽可能杜绝。

4.5 土地资源调研方法

随着RS与GIS技术在土地调研、监测和评价中的广泛应用，基于遥感的土地调研监测数据的处理技术与提取技术也越来越完善。第一，在土地变化信息的计算机识别中，提出了“土地图斑单元变化自动检测方法”。第二，通过对土地动态遥感监测技术多年的研究和实践，提出和发展了一系列可行的土地利用变化信息自动提取办法，比如差异主成分法、多波段主成分变换法等。

5 遥感技术应用在土地资源调研中存在的问题

5.1 数据资源不足

虽然目前的遥感数据已经在各个方面都有了很大的提高，但由于资金、科技等方面的限制，高分辨率卫星影像覆盖范围不足，主要集中在经济较发达地区，山区、郊区等偏远地区卫星覆盖率不足。同时，由于经济技术的飞速发展，土地变化迅速，对卫星更新周期提供了更高的要求，从年更新到季度更新、月更新。其次，数据壁垒、数据保密等问题使得卫星遥感数据的共享成为较大问题，卫星遥感数据共享困难、共享不及时、数据不互通，使得卫星遥感数据重复生产、多方生产、重复购买，不仅浪费了人力、物力，同时也拖慢了遥感技术在土地资源调研中的应用进度[4]。

5.2 遥感技术实力较弱，高分辨率遥感影像信息自动化水平有待提升

如今，遥感技术可以对高分辨率遥感数据进行非常成熟的科学研究，其中土地利用调研的遥感监测必须在充分满足管理和生产需要的前提下进行。目前，遥感技术实力较弱，高分辨率遥感影像信息自动化水平还有待提升，主要有两个问题：①遥感数据生产周期长；②遥感图像智能化识别技术发展不够。虽然近十几年来，人工智能识别技术快速发展，然而受数据源、数据质量、分辨率、智能化技术水平等限制，人工智能、神经网络等技术普及程度不够，依然需要耗费大量人力。

6 遥感技术在土地资源调研中的应用价值

在传统测绘和国土资源调研领域，由于探测目标的空间分布复杂，存在不同的地物空间位置和形状等，信息的测绘工作非常困难，从探测方案和现场规划设计中收集基本信息、绘制图形和分析数据需要很长时间。近年来，遥感技术、卫星制造发射技术和计算机技术的结合，促进了现代遥感技术在测绘领域的应用。它不仅为土地资源调研带来了新的工作模式，而且充分利用卫星、空间站等遥感平台获取的高质量信息数据，为遥感影像信息提供技术支持。遥感技术是土地资源管理和我国土地情况调研监测的核心技术之一，它可以实现地理情况的动态测绘，从地理角度全面分析和研究国情，为政府治理和土地资源管理决策提供数据[5]。

7 遥感技术在土地资源管理中的应用前景

7.1 遥感技术在土地环境调研和地质灾害监测中的应用前景

遥感技术在地质环境调研和地质灾害监测中具有举足轻重的地位，根据目标地区的特点，利用遥感技术可以监测目标地区的地质环境与地质灾害。此外，遥感技术在地质灾害监测中的应用已逐渐从定性发展到定量，并可逐步应用于地震早期的监测。未来利用遥感技术进行地质灾害的研究，需要利用卫星系统和航空、地面等多种监测手段，进行全天候、多时相、连续的观测，可以达到事半功倍的效果。

7.2 遥感技术在土地资源开发和管理中的应用前景

利用高光谱遥感技术光谱信息丰富、波段窄、分辨率高的优势，可以反复展示一些指示矿物的丰度，利用遥感技术可以更好地开发、管理和监测各种矿产资源，成为地质矿产资源勘查和监测的重要技术方法。

7.3 遥感技术在土地资源调研中的应用前景

国土资源部每年需对全国50万人口以上的城市进行相应的土地利用监测。然而近年来随着国土资源管理的需要，许多省市的土地利用监测时间间隔越来越短，遥感技术的各种特点和优势都非常有利于此项工作的开展。因此，为了更好地开展土地管理工作，一些地级市也开始开展相应的监测工作。土地利用管理的趋势就是省级监测的时间间隔将越来越短，地级市将越来越多地开展监测。近些年，国土资源管理部门与各级政府基本上实现了遥感监测技术在国家土地资源管理中的产业化运作与应用。随着雷达、INSAR等技术的出现，也改善了因气象、视野、云层等原因造成的卫星影像数据收集不足，这将为未来遥感技术在土地调研中的应用带来价值的大幅提升。

8 结语

遥感技术已成为国民经济建设、社会发展和政府科学决策的重要信息支撑，它已成为国家建设和人民生活不可缺少的信息产品。未来要加快遥感技术、地理信息系统、全球定位系统和网络通信技术的应用，加快防灾减灾高技术成果的转化和综合集成，建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台，对国家和地方灾害监测、预警、评估和应急救援指挥体系进行完善。