[科普中国]-遥感监测

简介

遥感广泛用于气象、土地、海洋、农业、地质、和军事等领域。

遥感监测技术是通过航空或卫星等收集环境的电磁波信息对远离的环境目标进行监测识别环境质量状况的技术，它是一种先进的环境信息获取技术，在获取大面积同步和动态环境信息方面“快”而“全”，是其他检测手段无法比拟和完成的。因此，得到日益广泛的应用，如大气、水质遥感监测，海洋油污染事故调查，城市热环境及水域热污染调查，城市绿地、景观和环境背景调查，生态环境调查监测等。2012年11月19日我国在太原卫星发射中心又成功发射了环境一号C星，获取了高质量合成孔径雷达影像图。随着遥感地理信息系统及全球定位系统等空间技术的快速发展，环境监测已从地面发展到空间，发展到天地协同监测。1

日前从山西省测绘地理信息局获悉,山西省突发地质灾害遥感监测指挥系统项目日前通过专家验收。今后，无人机低空遥感、卫星通信、地理信息服务等高新技术将被用于地质灾害的预防治理工作中。
山西省山区、丘陵较多，地质环境脆弱，地质灾害易发区面积大。据气象部门预测,本世纪前期气候变化趋于活跃期，极端气候事件增多，强降雨过程引发的滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝灾害将加剧。在这种自然条件下，地质灾害将呈长期高发态势。此外，人为工程活动引发的地质灾害也呈不断上升趋势。为提高快速灾情评估和应急能力，省测绘地理信息局决定利用无人机低空遥感、卫星通信、地理信息服务等高新技术，建立“突发地质灾害遥感监测指挥系统”，为地质灾害预防治理及灾害应急监测提供快速、高效、精准的测绘保障服务。该项目首次将无人机遥感技术应用于全省的地质灾害监测中，并完成了36个测区约2500平方公里的重点地质灾害点1:2000比例尺遥感影像本底数据库建设。具备了3小时内完成对突发地质灾害点进行无人机航摄影像获取、处理及成果输出的能力，灾情调查、损失评估更加快速，所提供的灾情数据也更加客观准确。2

方法为了研究的需要，一般选择影像清晰、反差适中、时相好、各项指标均能符合要求、容易辨别地类地物的遥感影像数据。对于所获取的遥感影像数据，需要进行预处理才能正式使用。常用的Landsat TM影像在地面接收站即进行过较粗的辐射校正和几何校正，除高精度的定量应用外，TM影像一般只需要进行几何校正即可，校正后，进行图像增强处理、波段合成及图像拼接、裁剪处理，以期进一步发掘遥感影像的潜在信息，突出和显示目标物的所需专题特征信息。根据不同土地利用类型的光谱反映特征建立翻译标志，采用目视解译法识别影像的特征属性，并结合野外调查资料对影像进行监督分类，得到遥感分类图，比较各时相的遥感分类图，完成检测区的详细制图。3

矿山遥感监测国土资源部从2003年开始部署了重点矿山的遥感调查与监测工作的试点研究，2006年国土资源部中国地质调查局启动了我国“矿产资源开发多目标遥感调查与监测”项目，主要根据国家需求和国土资源部管理工作的需要，选择重点矿集区、成矿带、规划区，开展矿产资源开发利用状况、矿山环境和矿产资源规划执行情况等多目标遥感调查与监测工作，获取客观基础数据，形成综合分析与评价报告，为国土资源部制订矿产资源规划、保持矿产资源的可持续开发与利用、维护矿产秩序及综合整治矿区环境等提供技术支撑及决策支持。

目前，全国矿业开发形式依然严峻，违法违规开采现象时有发生，矿区地质环境破坏情况本底摸不清，矿山遥感监测工作必将会在未来的矿政管理工作中发挥更大的作用。4

调查监测的总体思路以科学发展观为指导，以先进的遥感技术为调查手段，以国土资源部和中国地质调查局已经开展的工作为基础，以提高我国重要矿产资源对经济社会发展的保障能力、促进矿产资源开发和环境保护工作协调发展为目标，采取政府部门指导，以产学研相结合的工作方式，坚持一切以国家整体利益出发、实事求是的原则，坚持“统一组织、统一思路、统一标准、统一进度”的原则，坚持实行项目分级管理，充分发挥各方面积极性与优势，采取遥感数据与多元数据相结合、计算机自动信息提取与人机交互翻译相结合、室内综合研究与实地调查相结合的技术路线，及时、准确、客观地对重点成矿带、矿集区和规划区进行矿产资源开发利用状况、矿山环境和矿产资源规划执行情况实施遥感调查与动态监测，为国土资源部制订矿产资源规划，保持矿产资源的可持续开发与利用，维护矿产秩序以及综合整治矿区环境提供技术支撑及决策依据。4

与传统矿山监测的区别矿山遥感监测工作是在遥感技术飞跃发展并广泛利用的前提下，在传统矿山监测的基础上逐步形成的。它与传统矿山检测的基本区别在于：

**1.快速、及时性。**矿山遥感监测工作能够在较短时间内完成目标对象的调查，快速形成调查结果，为违法开采现象的遏制、矿山地质灾害防洪工作及时提供技术支撑。4

**2.客观、真实性。**矿山遥感监测工作以遥感影像上的真实反映为基础，充分利用遥感技术的现势性、广域性、宏观性特点，完成调查区的全面调查，避免了传统矿山检测工作中的人为疏漏，调查成果客观、公正。4

**3.经济性。**矿山遥感监测工作时以遥感地质学的基本理论与方法为指导，在工作中以多元多尺度遥感资料的系统解译与分析研究为主，地质、矿质等多源数据为辅，通过室内影响的判释即可获取大量成果信息，大大节省了野外调查区工作量，经济效益明显。加强了矿山检测工作的预见性和主动性，相较于传统矿山监测来说，具有更强的宏观性和时效性。按照其时效性要求，矿山遥感监测工作可分为常规矿山遥感监测和应急矿山遥感监测两种。4

水环境遥感监测监测机理地表水或海水中存在的污染物会影响和改变水面的反向散射特性。传感器监测时经水面反射到传感器中的能量光谱信号变化的能力决定了测量水质参数的遥感应用。特定波长的能量可以表示水中污染物的存在和浓度。因此，用来监测不同水质参数的最佳波段，取决于被测物质和传感器的特性。1

水中光是太阳辐射经过折射、散射进入水体的部分，水中光、水面反射光、天空散射共同被空中探测器所接收，探测结果是波长高度、入射角、观测角的函数，其中前面部分包含有水的信息，因而可以通过高空遥感手段探测水中光和水面反射光，以获得水色、水流、水面形态等信息，并由此推测有关浮游生物、浑浊水、油污、污水等的质量和数量以及水面风浪等有关信息。因此，通过遥感系统测量并分析由水体吸收和散射太阳辐射而形成的光谱（包括可见光与近红外光）是水环境遥感监测的基础。1

指标体系根据污染水的光普效应、水污染的遥感影像特征以及国内外遥感监测研究现状，我国水环境遥感监测指标体系，包括空间、物理、化学、生物、综合5大类15项指标。目前，国内外对水环境的遥感应用主要是为具有光学机理基础的一些水质参数的提取，包括叶绿素a、悬浮物、CDOM、DOC、水温、透明度、油污等，而其应用目标主要为大洋水体，因为大洋水体面积大，成分比较稳定，水体遥感图像的大气校正处理比对比较完善；对于其他无光学机理、需利用数学相关模型或者间断手段提取的部分水质指标，其精度还远远达不到实际应用的需要，因此国外相关业务部门都没有采用。1

根据我国国情，从卫星遥感的角度讲，河流和中、小型湖泊受卫星遥感时间、空间分辨率的限制而无法进行有效的监测。基于目前我国能获取遥感数据的时间、空间分辨率和信噪比，我国可进行业务遥感的水体为太湖和近海。1

气象灾害遥感监测气象灾害综合监测体系按照灾害检测仪器设备所处位置可分为天基、空基和地基监测系统。5

天基监测系统灾害监测仪器设备在中层大气之外的为天基观测，主要由极轨卫星、静止卫星和相应的地面应用系统组成。天基监测系统以减灾系列卫星为主要数据源，以国内外其他遥感卫星数据源为补充，搭建宏观监测、常规监测、应急监测、精细监测4个层次构成的天基遥感系统，形成覆盖中国乃至全世界气象灾害热点区域的全天时、全天候卫星遥感监测能力。5

**1.宏观监测。**它充分利用了中低分辨率的静止卫星和极轨卫星，如气象卫星、对地观测卫星等，实现对气象灾害范围的初步界定和灾害影响的初步分析。5

**2.常规监测。**它充分利用了业务化的减灾系列卫星数据资源并以其他卫星数据源为补充，实现气象灾害常规监测的业务化运行。5

**3.应急监测。**气象灾害发生时，实现对灾区的高时间分辨率凝视能力，若减灾系列卫星数据质量和获取时间能满足应急需求，则使用其完成应急监测与评估任务；反之，则挑选其他过境卫星数据进行快速分析，以满足灾害应急监测的需求。5

**4.精细监测。**对于灾害监测评估有特殊要求的，除了使用减灾系列卫星数据和国内外其他常规数据资源外，可借助国际减灾合作宪章或协调商业卫星数据供应商获取有效的数据资源完成灾害精细监测与评估。同时，应充分利用北斗、GPS、伽利略等卫星导航定位系统和卫星通信手段，为灾害监测提供定位和通信保障。5

空基监测系统灾害监测仪器设备在地球表面以上、中层大气及以下的为空基观察，主要由飞机监测、飞艇监测、气球探测等系统组成。空基监测系统应作为天基和地基检测系统的补充，侧重于灾害期间实现应急监测和重点区域监测。空间监测体系按运载平台划分为4个部分：

（1）有人飞机；

（2）无人飞机；

（3）无人飞艇；

（4）气球。5

地基监测系统灾害监测仪设备在地球表面的为地基观测，主要由固定站网系统、移动监测系统、人力监测系统等组成。

**1.固定战网系统。**它除充分利用原有专业监测站网，如气象监测网络等外，应加强站点资源的综合利用和数据的共享；同时，应针对综合减灾需求，逐步构造分布合理、自动化程度高，数据传输交互标准化的气象灾害监测固定站网系统。5

**2.移动监测系统。**移动监测的平台包括船舶、车辆、浮标、牲畜等，重点进行海洋灾害、森林火灾等的监测。5

**3.人力监测系统。**灾情的获取、某些灾害的监测在现阶段必须依赖人员进行，因此，需要建立完善的人员职业评定体系和工作规范，并且研发专用的灾害监测技术装备并进行合理配置。5