不同遥感平台在湿地调查中的应用

摘 要：遥感技术由于具有实时性，动态性，高效性等特点被广泛用于湿地生态系统的动态监测和调查中。尤其是无人机遥感的兴起，为湿地资源和环境的动态监测、可持续利用和保护提供了强大的支持。文章从不同的遥感平台角度出发，对遥感技术在国内湿地资源和环境调查中的应用进行综述，分析不同遥感平台的优势和劣势，以期为后续的相关研究提供参考。

关键词：遥感；湿地调查；传感器；搭载平台

中图分类号：X87 文献标志码：A 文章编号：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

濕地生态系统被称为“地球之肾”，与森林生态系统和海洋生态系统并称为全球三大生态系统。由于人类活动的影响加剧，湿地生态系统的健康正面临着巨大的威胁，定期进行湿地资源和环境的调查与监测对保护和管理湿地生态系统具有重要意义。由于过去技术条件的限制，传统的湿地资源和环境监测方法成本高且效率低下，近年来随着遥感技术的发展，搭载各种传感器的遥感平台的不断涌现，由于其具有时效性高、成本低，且能实现大面积同步观测的特点，在湿地调查相关研究中广泛应用。遥感技术的推广对于开展湿地资源监测以及湿地环境保护与恢复具有重要意义。本文简要阐述不同遥感平台在湿地资源和环境调查中的应用，分析不同遥感平台的优势和劣势，以期为后续的相关研究提供资料。

1 航空遥感平台在湿地调查中的应用

由于航空遥感平台具有高精度，大范围全波段准同步，获取信息快，范围周期灵活等特点，作为军民两用技术而一直被世界各科技大国所重视。在国内，朱来东[1]等利用机载遥感平台对我国天津等沿海地区潮间湿地进行了遥感监测，通过分析获取彩色红外航空相片，得出了该地区工业污染物的性质对海洋湿地水资源以及土壤资源的影响范围，追溯出几十个污染源的位置，并对相关海域的湿地植被类型进行了判读。冯家莉[2]等利用UAV（无人机）搭载SONY NEX-7相机对位于英罗港港湾两侧的国家级红树林保护区进行航测，成功获得亚米级影像数据，通过与基于卫星遥感和常规航空遥感图像的分类结果进行对比，比较得出低空无人航空遥感技术具有高精度，低成本优势的同时，也受到了小型无人机航程、载荷的限制使其并不具备大范围测图能力，而且只能携带少量较轻便的传感器。李芾[3]等利用低空无人机获取城市自然湿地和景观化湿地RS影像作为数据源，结合GIS和GPS技术，并通过实地调查取样，将自然城市湿地划分为水体、河岸带、沼泽地、农田、池塘5类，将景观化城市湿地划分为水体、河岸带、沼泽地、农田、绿地5类，而两种类型的湿地分别含有植物60种植被隶属20科38属与57种植被隶属30科47属，并发现人工湿地中乔木类所占比重大于自然湿地。

2 航天遥感平台在湿地调查中的应用

遥感航天平台中常用的为搭载各类传感器的卫星，按照成像原理的不同可以分为光学遥感卫星和雷达卫星，其中目前国际上比较常用的遥感卫星按照空间分辨率来划分可以细分为三类（表1）。

几种商业雷达卫星的部分参数（表2）。其中QuickBirk（快鸟）、Spot系列、LANDSAT系列（美国陆地卫星）和我国的CBERS系列（中巴系列卫星）所提供的遥感数据在我国土地资源调查工作中得到广泛运用，在2009年的第二次全国湿地资源调查中，采用了CBERS-CCD、SPOT5和RADARSAT的遥感影像数据，对全国范围内（不包含港澳台地区），面积达8hm2（含）以上的湿地进行了调查[4]。

2.1 基于光学影像数据的湿地资源调查

于瑞宏[5]等通过对乌梁素海湿地的Landsat TM和ETM影像分析，得出湿地不同类型区域面积的演变与水文环境、气象因子间的对应关系，为进一步研究湖泊污染，水体富营养化主导因子提供科学依据。张弘[6]等通过分析2000～2006年共六年有关大连市及黄海岸自然保护区、三台乡大天鹅自然保护区和“三湾”自然保护区的Landsat7的遥感影像数据，影像结果表明6年间海岸湿地和沼泽湿地面积共减少97.62km2，由于对湿地盲目的开荒和改造造成湿地面积急剧萎缩，大量工业和生活污水的排放、农药和化肥的使用以及旅游业的兴起，导致湿地水体富营养化、生态环境逐步恶化，此外由于对资源的过度开采，致使湿地生物多样性受到严重威胁，泥炭资源、贝壳岩以及沙岸都有不同程度的破坏。为该地区湿地资源保护、恢复与重建提供指导意见。江辉[7]等通过对TM5、6、7波段的假彩色合成影像运用面向对象分类对潘阳湖湖区周边湿地类型进行了划分。施孔芳[8]等采用Landsat TM影像结合实地调查对福州市及周边地区的湿地以及水质情况进行统计调查。

2.2 基于雷达影像数据的湿地资源调查

由于雷达波束有远强于光谱波段波束的穿透能力，因此搭载雷达传感器的遥感卫星相较于传统光学遥感卫星来说具有全天候、全天时获取图像的能力，雷达卫星拥有光学遥感卫星的无法替代的优势，目前也被广泛应用在湿地资源的探查中。徐怡波[9]等获取ENVISAT ASAR数据对东洞庭湖湿地植被和地物进行分类，通过对东洞庭湖及其周边地区的HV/HH与VV/HH极化影像数据，利用基于原图像灰度级共生矩阵提取纹理特征以及滤波后图像的灰度特征将该地区划分为水体、芦苇滩地、草滩地、森林滩地、优势种不明显的植物滩地、沉水植物和裸露泥滩地7类。黎夏[10]等采用珠海淇澳岛的Radarsat-1精细模式图像，利用后向散射系数值对位于该岛西北区域的红树林进行植被生物量估算，并通过光学遥感数据验证光学遥感影像NDVI值与植被参数间是否有较高的相关性，此次研究结果表明雷达遥感比较适宜用于湿地植物生物量的估计，而NDVI指数与植被生物量之间可能会存在着较大的偏差。叶 [11]等对来自黑龙江洪河保护区的ALOS PALSAR HH极化影像和ASAR HH/VV极化影像处理，并对比Landsat5 TM影像数据，通过实地采样，提取各样方后向散射系数值及Landsat5 TM影像数据NDVI值与生物量干湿重的实测值之间建立估测模型，得出保护区内湿地区域生物量估量。

3 各遥感平台在湿地监测应用中的优势与存在的问题

各类遥感平台的出现，为湿地资源动态监测提供了新的解决方案，但各遥感平台分别存在着不同的优缺点，因此需要在进行具体湿地调查前，根据具体需求选取适合的数据来源。小型无人机平台适合小范围，高精度遥感数据，随着国家逐步开放低空空域，低空无人机遥感系统正在逐步兴起，但由于小型无人机自身载荷能力有限，因此对搭载设备重量和数量有着严格的限制，在实际运用中一般为小型无人机搭载组合镜头的模式，同时无人机系统对外界环境条件有着较高的要求，如天气等因素，而大中型无人机和有人航空遥感平台（飞机、飞艇）等，虽然对外界因素和设备重量限制有所放宽，同时精度相较于航天遥感平台有所提高，但是在国内由于购买使用成本高昂，航线审批程序复杂等原因应用率一直处于较低水平。目前在湿地调查领域普遍采用商业遥感卫星数据，但不同商业遥感卫星或同一遥感卫星不同工作模式都会导致图像空间分辨率和产品种类的区别，不同空间分辨率或不同种类的遥感影像的用途又有所不同，通常情況下传统光学遥感数据运用最为广泛，但光学遥感影像会受到被探测地区天气或天时的影响。雷达影像虽然不受这些因素困扰，但成像原理的不同又制约其在一些传统光学遥感方面的运用，对于部分既需要光学遥感影像又需要雷达影像数据用户来说，可能出现重复投资或数据大量冗余的现象，而且高分辨率商用遥感影像价格昂贵，普通用户难以承受。

参考文献：

[1]朱来东.潮间湿地的航空遥感监测和制图[J].海岸工程，1985，4（1）：63-69.

[2]冯家莉，刘凯，朱远辉，等.无人机遥感在红树林资源调查中的应用[J].热带地理，2015，35（1）：35-42.

[3]李芾.基于低空无人机遥感的城市湿地植被调查与景观化研究[D].沈阳：沈阳农业大学，2016.

[4]刘平，关蕾，吕 ，等.中国第二次湿地资源调查的技术特点和成果应用前景[J].湿地科学，2011，9（3）：284-289.

[5]于瑞宏，李畅游，刘廷玺，等.乌梁素海湿地环境的演变[J].地理学报，2004，59（6）：948-955.

[6]张弘.遥感技术在大连湿地资源调查中的应用研究[D].大连：大连海事大学，2007.

[7]江辉，刘文斌，刘瑶.潘阳湖湿地遥感分类研究及应用[J].遥感技术与应用，2008，23（6）：648-653.

[8]施孔芳.福州湿地遥感动态监测与水环境评价[D].福州：福建农林大学，2006.

[9]徐怡波，赖锡军，周春国.基于ENVISATASAR数据的东洞庭湖湿地植被遥感监测研究[J].长江流域资源与环境，2010，19（4）：452-459.

[10]黎夏，叶嘉安，王树功，等.红树林湿地植被生物量的雷达遥感估算[J].遥感学报，2006，10（3）：387-396.

[11]叶 .SAR影像在湿地植被地上生物量估测中的应用——以洪河保护区为例[D].北京：首都师范大学，2011.