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文檔簡介
RS技術(shù)及其在水土保持中的應(yīng)用
王軍華,
周寶書(宜昌市夷陵區(qū)水土保持局
湖北
宜昌443100)
摘
要:基于RS技術(shù)在水土保持規(guī)劃,監(jiān)測等方面的應(yīng)用,推動(dòng)了RS技術(shù)在水土保持中的發(fā)展,同時(shí)GIS、GPS在實(shí)際工作中也得到了廣泛的使用,為滿足基層水土保持工作者使用的要求,結(jié)合工作中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),探討了RS的基本原理和RS的技術(shù)使用方法,圖像判讀、物像判斷、平臺(tái)技術(shù)處理及其在水土保持運(yùn)用領(lǐng)域的發(fā)展趨勢和使用特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞:遙感;信息技術(shù);水土保持;綜合應(yīng)用
遙感(RS)就是利用飛機(jī)、衛(wèi)星或其它飛行器作運(yùn)載工具,以電磁能檢測和量度目標(biāo)性質(zhì)的獲取信息的一種手段,它包括了航空攝影、多光譜掃描、雷達(dá)微探測等內(nèi)容。遙感技術(shù)廣泛用于軍事領(lǐng)域、氣象觀測、資源調(diào)查、水保規(guī)劃,環(huán)境監(jiān)測等方面,RS成功運(yùn)用于水土保持中的資源調(diào)查和水土流失等級監(jiān)測的發(fā)展,是推動(dòng)水土保持事業(yè)發(fā)展的原動(dòng)力。
1RS的基本原理
1.1RS的基本概念
遙感(RemoteSensing)簡稱RS,意即遙遠(yuǎn)的感知,是一種遠(yuǎn)距離不直接接觸物體而取得其信息的探測技術(shù),它是隨著現(xiàn)代攝影技術(shù)、空間技術(shù)與光電技術(shù)發(fā)展而產(chǎn)生的一門綜合性探測技術(shù)。
1.2RS的技術(shù)遙感技術(shù)就是在遠(yuǎn)離地球目標(biāo)的空中以至太空高度,用電子和光學(xué)探測儀器對地面觀察,拍攝各種形式的圖像和照片,然后將這些資料用攝像或數(shù)字的形式傳輸?shù)降厍蛏希┦褂谜哌M(jìn)行分析、判讀。
1.3RS的基本原理[基建項(xiàng)目]:國家863重大行業(yè)3S應(yīng)用示范——水土保持(2002AA134071)遙感技術(shù)是指從不同高度的平臺(tái),收集地物的電波信息,再將這些信息傳輸?shù)降孛妫⒓右蕴幚恚瑥亩_(dá)到對地物的識(shí)別與監(jiān)測的全過程。發(fā)展總趨勢是:提高遙感器的分辨率、綜合利用信息的能力和遙感器的抗干攏能力,研制新型遙感器、信息傳輸處理以實(shí)現(xiàn)全天候和實(shí)時(shí)獲取信息。
2
RS圖像判讀的基本原理
2.1RS圖像判讀的原理
遙感傳感器接受的主要是來自地物反射、太陽輻射的反射輻射電磁波,因此,在這一波長研究是地物的反射光譜特性,而水土保持主要是研究水土保持中的植物、土壤、水體的反射光譜。植物反射光譜的主要因子是葉的形狀、表面構(gòu)造、表層解剖特點(diǎn)、葉的色素含量和富葉度。土壤光譜的因子主要是腐殖質(zhì)、氧化鐵含量、礦物和鹽分含量、表土結(jié)構(gòu)、濕度等。水體反射光譜的因子有水的雜質(zhì)含量、水的懸浮物、水生植物的葉綠素含量。
2.2遙感片的特性與判讀
2.2.1遙感片的特性
遙感片是輻射能在各種圖像上的表現(xiàn),從遙感片的內(nèi)容進(jìn)行分析、判讀、解釋,弄清圖像中的輪廓、線條、色彩對應(yīng)的地表物;遙感采用可見光、紅外、微波等波段進(jìn)行測量;遙感片分為黑白、彩色、紅外像片,三種像片的識(shí)別方法大同小異。
2.2.2攝影圖像的物理特性攝影圖像指航空平臺(tái)所獲得的可見光和紅外的光學(xué)攝影相片,其物理特性主要取決于地物的光譜特征和攝影感光材料的感光化學(xué)性質(zhì)。攝影圖像是通過地物的反射光線通過固定點(diǎn)投射到投影面上形成的透視影像。由于地面起伏、像片傾斜等原因,像點(diǎn)會(huì)發(fā)生位移,圖像變形等。
2.2.3遙感片的判讀遙感片識(shí)讀分為目視判讀和計(jì)算機(jī)判讀。目讀判斷者依據(jù)其判斷思維與識(shí)別對象可以合理的推測和解釋個(gè)別或特殊疑點(diǎn);對灰度反差與分辨率很差的航片存在一定困難。計(jì)算機(jī)判讀通過對各類地物對象密度值統(tǒng)計(jì)、運(yùn)算、對比、歸納實(shí)行判讀,運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù),可直接判讀遙感片的信息。
2.2.3.1地貌地形地勢的判讀一般反射率大的地物圖像淺,反射率小的像片色調(diào)深;遙感片上的地貌都是用色調(diào)陰影來判斷,陰影窄而色調(diào)暗則山勢陡峭,陰影寬而色調(diào)淡,表明山坡平緩;水系主要靠色調(diào)、形狀判讀,江河界線明顯、自然彎曲,湖泊池塘為封閉的曲線;湖水色調(diào)為均勻的暗色,水底有淤泥時(shí),影像色調(diào)較深,水底清澈影像為淺灰色或白色。
2.2.3.2道路、居民地的判讀
根據(jù)影像的形狀直接判讀。如居民地一般形狀規(guī)則,尤其是城市居民網(wǎng);道路網(wǎng)分鐵路、公路,航片上鐵路為淺灰色或灰色的均勻弧線,公路弧線曲率小,色調(diào)或深灰色或淺灰色;鄉(xiāng)村小道彎彎曲曲,比周圍農(nóng)田色調(diào)淺。
2.2.3.3其他特殊地物的判讀
如:古建筑及廢墟形狀時(shí)有時(shí)斷,色澤較暗,陰影清晰。各種建筑和墓葬,形狀較明顯,圓形、方形、橢圓形,色調(diào)不一,或深或淺。
2.2.3.4植被植物耕地的判讀航片上水土保持林、植被輪廓清晰,深暗發(fā)黑,色調(diào)不勻,草地為均勻的灰色影像,耕地菜園分界線分明,色調(diào)均勻,植被的色調(diào)隨季節(jié)的變化而變化,差異明顯??傊?遙感像片上不同地物有其不同的影像特征,這些影像特征是判讀識(shí)別各種地物的依據(jù)。
2.3RS技術(shù)的處理
遙感資料的處理方法主要采用計(jì)算機(jī)處理輔以光學(xué)處理,利用計(jì)算機(jī)處理時(shí),將圖像分成按行排列的小單元(稱為像元),每個(gè)像元為一個(gè)數(shù)字,表示圖像所反映的物理量在該像元處的數(shù)值。一幅圖像就是由數(shù)值構(gòu)成的矩陣,進(jìn)行運(yùn)算處理后輸出按順序排列的彩色像元點(diǎn)陣,便形成了彩色合成圖像。
2.4RS技術(shù)平臺(tái)處理
遙感是當(dāng)今獲取空間信息的一個(gè)非常重要的手段和工具。在遙感(RS)信息利用中有地理信息系統(tǒng)(GIS)所需的空間信息和屬性信息,故RS與GIS相結(jié)合是必然的;遙感應(yīng)用中地面采樣、導(dǎo)向、定位是以GPS作為輔助工具的,GPS起著重要的作用;利用計(jì)算機(jī)處理便形成了數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS),所以,以地理信息系統(tǒng)為核心的4S技術(shù)的集成,構(gòu)成了對空間數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行采集、更新、處理、分析、經(jīng)計(jì)算機(jī)處理形成的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS)將成為各應(yīng)用領(lǐng)域提供高新信息系統(tǒng)技術(shù)體系。
2.4.1地理信息系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)的結(jié)合利用地理信息系統(tǒng)中的電子地圖和GPS接收機(jī)的實(shí)時(shí)差分定位技術(shù),就可組成GPS+GIS的電子導(dǎo)航系統(tǒng),用于水土流失的預(yù)警和監(jiān)測等。
2.4.2地理信息系統(tǒng)和遙感的結(jié)合對于各種GIS,RS是重要的信息源和數(shù)據(jù)更新的重要方式,同時(shí)地理信息系統(tǒng)可以提供遙感圖像處理所需的一些輔助數(shù)據(jù),以提高遙感圖像的信息量和分辨率,從而提高遙感圖像處理和解譯的精度。
2.4.3
4S技術(shù)的整體結(jié)合集遙感(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)及數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(DCS)技術(shù)的功能于一體,構(gòu)成高度自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化和智能化的地理信息系統(tǒng),是空間信息適時(shí)采集、處理、更新及動(dòng)態(tài)處理過程的現(xiàn)勢性分析與提供決策輔助信息的有力手段。
2.4.4遙感圖像的計(jì)算機(jī)處理遙感數(shù)字圖像處理包括:數(shù)據(jù)輸入與輸出、顯示與操作、解譯與校正處理、分析處理,且分析處理是關(guān)鍵。
3RS技術(shù)在水土保持中的發(fā)展趨勢
3.1RS技術(shù)的發(fā)展
遙感技術(shù)在近三十年內(nèi)快速發(fā)展,表現(xiàn)在新型傳感器的研制與應(yīng)用,已從單波段延伸到多波段,從單角度跨越到多角度和立體測繪,從空間維拓寬到光譜維。一個(gè)多層、立體、多角度、全方位和全天候的對地觀測網(wǎng)正在形成。
3.2RS技術(shù)在水土保持中應(yīng)用
3.2.1水土保持資源的調(diào)查與評價(jià)
水土保持資源調(diào)查與評價(jià)包括植被資源,土地資源、水資源等的調(diào)查與評價(jià)。為實(shí)現(xiàn)水土保持的可持續(xù)發(fā)展,利用高新技術(shù)手段進(jìn)行水土保持資源調(diào)查,解決自然修復(fù)的能力。傳統(tǒng)的水土保持資源調(diào)查需要耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力,特別是在山區(qū),進(jìn)行野外實(shí)地調(diào)查難度大、體力強(qiáng)度大、成圖周期長。而將RS、GIS結(jié)合使用進(jìn)行水土保持資源調(diào)查的方法,可減少勞動(dòng)強(qiáng)度,節(jié)省調(diào)查費(fèi)用。
3.2.2水土流失動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測水土保持動(dòng)態(tài)監(jiān)測是指對草原退化、土地沙漠化和水土流失的監(jiān)測。
3.2.3水土保持林面積和蓄積量估計(jì)
利用遙感分類圖像將其輸入GIS,作疊圖處理,則可得出該區(qū)域在一定時(shí)段水土保持林面積和存量的多少。
3.2.4水土保持林災(zāi)害監(jiān)測
應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行水土保持資源的自然災(zāi)害、病蟲害、火災(zāi)的預(yù)測,通過遙感技術(shù)可以監(jiān)測、預(yù)報(bào)其發(fā)生,報(bào)告危害嚴(yán)重程度與危害面積及發(fā)展趨勢等。
3.3
RS技術(shù)在水土保持應(yīng)用中的特點(diǎn)
目前,遙感圖像數(shù)據(jù)涌有其比例尺范圍大、遙感電磁波段多的優(yōu)點(diǎn)被普遍應(yīng)用于地質(zhì)、測繪、農(nóng)林、水利、水保等行業(yè),并取得顯著的成效,已成為我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)重要組成部分,運(yùn)用遙感技術(shù)獲取信息有范圍大、速度快、信息廣的特點(diǎn)。
3.3.1透視區(qū)域范圍大,宏觀調(diào)控能力強(qiáng)
運(yùn)用遙感技術(shù)從飛機(jī)或人造地球衛(wèi)星上獲取地面的航空像片、衛(wèi)星圖像,比在地面上觀察透視區(qū)域范圍寬廣無比,為人們利用自然宏觀調(diào)控地進(jìn)行對地面的研究各種自然現(xiàn)象及其分布規(guī)律提供了便利條件。
3.3.2信息有用量多,儲(chǔ)存信息及時(shí)快捷。遙感技術(shù)不僅能獲取地面在可見光波段的電磁波信息,且還可以獲得紫外、紅外、微波等波段的信息。對信息的獲取快捷方便,有用信息存儲(chǔ)量大。
3.3.3探測重復(fù)周期短,獲取信息及時(shí)準(zhǔn)確。目前大多遙感器在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多次探測,能獲取有用的水土保持資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測的信息資源,提供及時(shí)準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)。
3.3.4成本低、價(jià)格廉,資料收集方便。由于衛(wèi)星探測不受地形限制,對于分布在高山、狹谷中的植被或林地等的勘察很適用,資料收集方便;用1:100萬的比例尺獲取中國地形地貌只需六百張左右衛(wèi)星像片鑲嵌圖就足夠了,且僅需幾周的時(shí)間就能完成,地物地形等要素在圖上都詳實(shí)可見。
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