遥感技术及GIS在资源环境方面的应用前景和认识？

RS(遥感)与GIS的结合在资源环境方面的应用是很多的。他们主要是结合起来集成一种监测或者应用系统平台（这种结合方式比较普遍）。以下给你列举了他们的一些具体应用。

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1、土地利用变化监测，通过对遥感图像的处理得到土地利用信息。

2、河流湖泊污染情况调研，实时查看污染程度同时制定方案。

3、海岸线变化情况监测，一般监测海岸线向大海的推进情况。

4、矿产资源调查，主要通过遥感的手段寻找分析矿物资源分布情况。

5、地质灾害的评估，对灾害情况的总体把握为拯救方案和重建方针提供科学依据。

目前的应用主要是以上几点，其中土地利用是最广泛的了。

遥感的分类及应用概况

多方面收集数据可以促进遥感技术的应用，主要包括:利用多平台进行遥感探测，即从不同高度的平台上对同一目标物进行数据采集;利用几个光谱波段进行同步数据采集的多光谱遥感;以及多时相遥感，即对同一目标物在多个时段进行数据的重复采集。

图2.7 多级平台遥感的概念

在多级平台遥感中，卫星数据可以与高空数据、低空数据以及地面观测数据一起进行分析(图2.7)。每个连续的数据源可以为较小的地理区域提供更详细的信息，而由任何小尺度上观测到的数据所提取出的信息通过外推可以应用到更大尺度的观测中。

多级平台遥感技术应用的一个常见实例就是研究森林病虫害的发展趋势、类型确定及其原因分析。从航天图像中，图像解译人员可以得到整个研究区的主要植被类型。利用这些信息，就可以确定感兴趣的特定植物类型的分布面积及其地理位置，然后通过精度更高的图像对有代表性的子区域进行更加细致的研究。在这第二级平台上形成的图像可以把病变的区域描绘出来。然后，在这些地区采集代表性的样品并进行野外调查与验证，证实病变是否存在及其具体原因。

通过地面观察而对所发生的问题进行详细分析之后，研究人员就可以利用遥感数据对更大的区域进行分析评估。通过分析覆盖广大区域的遥感数据，研究人员可以确定病虫害的严重程度及其发生的地理范围。因此，要判断究竟是什么问题时，只能通过详细的地面观测来确定;而同样重要的问题，诸如在哪里、有多少和多么严重，则需要经常通过遥感分析方法来获得最佳的解决方案。

总之，从多个角度对地表情况进行分析要比仅从单个角度分析可以获得更多的信息。与此类似，多光谱成像要比任何单波段成像所采集到的数据能提供更丰富的信息。例如，多光谱扫描仪就是一种可以利用多个光谱波段同步采集数据的传感器。当利用多个波段所记录的数据相互结合进行分析时，要比仅利用单一波段的图像或者把多个波段单独进行分析，能够获得更多的信息。因此，多光谱数据处理方法成为许多遥感应用的核心内容，包括对地球资源类型和条件的判别。

遥感图像的多时相分析就是在多个时段对同一地区进行重复探测，并利用不同时间发生的变化来判别地面条件。这种方法经常被用于监测土地利用的变化，例如城市边缘地区所发生的城市化进程。实际上，区域土地利用的调查往往需要多传感器、多光谱、多平台以及多时相的数据采集以满足不同的应用需求。

在应用遥感技术的过程中，不仅要将数据的获取与分析解译技术相结合，遥感技术与“常规”技术也一样需要进行必要的结合。必须意识到，遥感技术本身只是一种工具，必须与其他技术配合才能发挥其最佳作用，其本身的发展并不是最终的目的。例如，遥感数据被广泛应用在基于计算机的地理信息系统(GIS)中。只要它们能在地理上被引用，GIS环境允许综合、分析和交流实质上是无限的资源和各类型的生物物理学和社会经济学的数据。遥感技术可以被认为是这种应用系统的“眼睛”，能够提供来自航空或航天有利位置的、重复的、概要的，甚至是全球的地球资源景象。

遥感为人们提供了看到不可见的世界的能力。人们能够开始在“生态系统基础”上来观察环境的组成，以至于遥感数据能够超越当前所收集的大多数资源数据的文化边界。此外，遥感也超越了学科的界限，其应用范围如此广泛，以至于没有人能够完全掌握这一领域。毫无疑问，遥感技术将继续在自然资源管理中占据越来越重要的地位，其应用也将越来越广泛。传感器、空间平台、数据传输系统、GPS、数字图像处理系统和GIS等技术水平正在日益提高。同时，人们也目睹了各种遥感手段从纯粹的科学研究活动向商业应用服务转化的革命进程。最重要的是，人们逐渐意识到全球资源库各基本要素之间的相互依赖及其脆弱性，也意识到遥感技术在地球资源普查、监测和管理以及建立模型并帮助人们理解全球生态系统中的重要作用。

GIS的技术基础

GIS为各种涉及空间数据分析的学科提供了新的技术方法，而每个相关学科都提供了一些构成GIS的技术与方法。

首先，地图是记录地球表面信息的一种形式，从历史发展来看，GIS脱胎于地图，而计算机制图技术更是为地图特征的数字表示、操作和显示提供了成套方法，为GIS的图形输出设计等提供了理论支持。同时，地图还是目前GIS的基础数据源，但地图强调的是数据分析、符号化与显示，地理信息系统更注重空间分析。

其次，数据库也是GIS的技术基础之一。数据库管理系统主要用于存储、管理和查询各类数据，并尽可能具备一些简单的统计分析功能，这是现代地理信息系统不可缺少的重要组成部分。

第三，遥感作为空间数据的采集手段，成为GIS的重要信息源与数据更新途径。遥感（RS）图像处理系统包含复杂的解析函数，并有许多方法用于信息的增强与分类；大地测量为GIS提供了精确定位的控制信息，尤其是全球定位系统（GPS），可快速、廉价地获取地表特征的数字位置信息；航空拍摄及其精确测量方法的应用使得摄影测量成为GIS主要的地形数据来源。总之，遥感是GIS的重要数据源与更新手段。

第四，计算机科学的发展对GIS起着关键性的影响。按照国际通行的定义，GIS软件的开发和使用基本属于计算机应用理论与方法在加入空间位置要素后的自然延伸，始于计算机出现不久，在最近10～15年，计算机不仅在容量与速度方面都有了质的飞跃，而且随着多媒体、网络、数据库、软件工程、电子技术等的飞速发展，GIS的发展也在突飞猛进（黄杏元，2004a，2004b，2004c）。几乎每一次计算机技术的重要进展都带动地理信息系统技术的重大进步，如空间数据的管理、网络GIS、三维GIS等技术，每一步的重要发展都与计算机信息技术的进展有关。计算机辅助设计提供了数据输入、显示与表达的软件与方法；计算机图形学是现代地理信息系统的基础之一，它提供了图形处理、显示的软硬件及其技术方法；网络的普及使地理信息系统已成为许多机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统影响而改变了现有机构的运行方式、设置与工作计划等；人工智能的发展也给地理信息系统的技术进步带来了积极的影响（周成虎，1995）。

简而言之，地理信息系统就是能够输入、存储、管理并处理分析地理空间数据的计算机系统。它随计算机技术发展应运而生，是信息系统技术发展到高级阶段的产物。

遥感技术

“遥感”一词最早由美国海军研究所伊夫林·L·普鲁特提出，1962年在美国密执安大学第一次国际环境遥感讨论会上被采用。遥感是从远距离高空及外层空间的各种平台上利用可见光、红外、微波等电磁波探测仪器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，研究地面物体的形状、大小、位置及其环境的相互关系及变化的现代技术学科。

（一）遥感发展概况

遥感的发展可分为两个阶段：第一是航空遥感阶段。第一次世界大战时期，利用飞机上的望远镜和照相机进行侦察。第二次世界大战后，航空遥感不断发展，目前已成为军事侦察和自然资源调查的重要手段。第二是航天遥感阶段。1957年，前苏联发射了第一颗人造地球卫星，开创了从外层空间探测地球的先河。美国航天局在20世纪60年代发射了“雨云”等气象卫星和“阿波罗”等载人航天器，用摄影机拍摄了第一批地球卫星照片。经过长期准备，特别是对各种地物光谱特征和遥感图像数据处理、分析判读技术进行研究后，美国于1972年7月23日发射了第一颗地球资源卫星（ERTS），专门从事地球资源遥感，之后又发射了第二批地球资源卫星（LANDSAT）。1998年，LANDSAT7号卫星发射升空；1999年9月，美国发射了IKONOS商用卫星，它的对地分辨率为1米，标志着美国的民用遥感已远远走在世界的前列。目前，美、俄、法、加、日、英、印、中等国家已成为世界上应用遥感技术较为成熟的国家。

（二）遥感技术及其特点

1.遥感技术的内容

遥感是能源作用下目标反射辐射→介质传输→遥感器→信息处理和应用的一个过程，实现这个过程所采取的各种技术手段统称为遥感技术，具体包括下列内容：

（1）遥感器技术，是专门研究制造感测目标信息和收集目标信息设备的技术。

（2）信息传输技术，是专门研究如何将遥感器收集、记录的信息资料传送到信息处理中心的技术。

（3）实地采样技术，是专门研究收集目标信息特征，为处理目前信息资料时判别目标提供依据的技术。

（4）信息处理技术，是分析判释和应用技术，包括信息数据的压缩、传输和校正技术及图像显示记录技术。

（5）识别分析判释技术以及信息存储和应用技术。

2.遥感技术的转点

遥感技术的主体是空间遥感技术，比较典型的如资源环境监测、气象预报等技术。美国在20世纪70年代初就发射了地球资源技术卫星，后来我国也成功地发射了气象卫星。空间遥感技术具有以下主要特点：

（1）获取信息量大。

（2）资料新颖，能迅速反映动态变化。

（3）获取的信息内容丰富。

（4）成图迅速。

（5）获取信息方便，全天时、全天候，不受地形限制等。

这些特点不仅使人类对宇宙和自然的认识有了新的飞跃，而且还大大增强了人类改造自然、开发和保护资源的能力。

空间遥感技术可以在数百万千米的高度通过遥感平台获取各种大、中、小比例尺的遥感影像，可称之为现代遥感技术。

（三）遥感的发展热点

1.传感器研制日趋深入

（1）遥感分辨率正日益多样化，遥感技术正朝着“宏观”和“微观”两个方向发展。为了满足精确探测物体或大规模研究目的需要，20世纪90年代末期及21世纪初发射的卫星传感器，大都注意把分辨率作为其获取信息的一个重要指标。加拿大于1995年11月发射的RADARSAT卫星4种作业方式下的空间分辨率分别为10米、28米、35米和50/100米，其扫描宽度相应为50千米、100千米、180千米和300/500千米。以色列发射的EROS-A和EROS-B两颗卫星的地面分辨率分别为2米和1米，扫描宽度分别为11千米和30千米。

目前，普遍认为，在卫星各项基本技术条件不变的情况下，缩小扫描范围，降低卫星高度就可以提高分辨率。以美国LANDSAT5为参考来看法国SPOT和以色列的EROS-A、EROS-B卫星，扫描幅度缩小了，而分辨率提高了。目前，各种遥感探测器的分辨率由千米级、百米级，发展到米级、分米级，形成了观察地球及其宇宙空间的影像金字塔，为研究多种自然地理环境提供了丰富的信息源，推动着遥感及其相关学科研究的不断发展。

（2）传感器波段更加细化。传感器的波段是衡量传感器性能优劣的重要参数，针对研究目的的不同，许多传感器设置了专用波段，而且波段的划分也更为精细。

RADARSAT卫星具有25种波束（Fl～F5，S1～S7，W1～W3，SNl～SN2，SWl，H1～H6及L1)，加之其SAR数据的获取工作时间是ERS-1和JERS-1工作时间的两倍，因而能满足多领域遥感应用的需要。美国NASA计划1998年发射的EOS地球观测系统空间站搭载0.40～1.041微米的64波段中等分辨率成像光谱仪，0.40～2.50微米的92波段高分辨率成像光谱仪，1.4G赫兹（L波段）与6～90G赫兹6波段高分辨率微波辐射计，还有包括L波段（24厘米）、C波段（5.7厘米）和X波段（3.1厘米）在内的不同极化方式的EOS-SAR合成孔径雷达。可以看出，波段的增多与细分对提高传感器的探测精度及增强传感器的探测目的，具有极其重要的作用。

（3）传感器愈加专业化。针对事先拟定的研究对象及目标，许多遥感平台上都携带了专门的传感器。例如，欧洲空间局（ESA）于1995年4月发射的ERS-2卫星，安装有合成孔径雷达（SAR）和风力散射计组成的主动微波遥感系统（AMl），另外还搭载雷达测高仪、红外扫描仪、全球臭氧监测光谱仪、微波测深仪、精密测距仪以及激光反射仪等传感器，为多层次、多方位地研究环境问题提供了丰富的信息源。

目前，许多传感器都有明确的目的性和专业特点，有专门研究海水温度的传感器，也有为地质找矿设计的传感器，还有研究植被变化的传感器等等。传感器的专业特点愈强，研究的准确性就可能愈高，专题研究就可能愈加深入。

2.应用领域更为广阔

20世纪90年代后期以来的遥感，已远远超出了其发展初期的狭隘范围，并正在向多方位、多层次发展。

（1）资源与环境研究十分活跃。土壤学研究是遥感应用得最为广泛的领域之一，正因为如此，ISPRS第七委员会下设了再生资源、地质矿产资源、土地退化与荒漠化、灾害损失和环境污染、人类居住、陆地生态系统监测、雪、冰、海洋和海岸线监测以及全球监测等10个工作组，这些工作组不同程度地反映了资源与环境遥感的侧重点及发展方向。

在新的世纪，生存与发展成为人类面临的主要问题。世界各国都试图把治理环境、减少灾害作为未来研究的重点，而遥感技术则具有巨大的优越性。美国NASA的LANDSAT、法国的SPOT以及ESA的ERS等，都把地球作为一个研究对象，为科技工作者提供研究臭氧、植被、海水温度、大气状况的基础资料，同时也为人类研究地球，保护自己的家园提供更为翔实的测试信息及图像资料。

（2）宇宙遥感得到了进一步加强。目前遥感的发展已超出了“空对地”的范畴，发展到了“地对空”及“空对空”等多个方面。由美国、俄罗斯、法国等联合开展的火星（Mars）计划，就是宇宙遥感领域的代表。目前，它不仅把整个地球大气圈、水圈、岩石圈作为研究对象，而且把探测范围扩大到地球以外的日地空间。

宇宙遥感的发展，使人们的认识水平及能力不断得到提高，同时也帮助人们探讨一系列重大的学术问题。从目前火星探测器上发回的图像及数据分析中，科学家们已获得了许多有助于研究生命起源、星体形成、宇宙演化等重大问题的基础信息，同时也为进一步研究大地构造和宇宙资源的探测提供帮助。

3.多种高新技术日趋一体化

“3S”技术一体化是目前发展比较活跃的领域，在短短的几年中，数字摄影测量系统（DPS）及专家系统（ES）又悄然与“3S”技术融为一体，出现了所谓的“5S”技术。这些技术的交汇与融合是当今计算机科学和空间科学发展的产物，同时，也推动遥感学科本身以及相关学科（如地球科学、环境科学、城市科学、管理科学等）的相互渗透与相互综合，进而形成一门新的边缘学科——地理信息学，成为信息科学和信息产业的一个重要组成部分。信息科学的发展，又影响到几乎是全球性的生产方式和生活方式的改变，也影响了科学技术本身的发展，Internet的广泛普及使信息获取及共享更为快捷，使计算机渗透到辅助设计、辅助加工、辅助测试分析、经营管理等领域。

（四）地理信息系统与遥感的结合

GIS与RS的结合主要表现为RS是GIS的重要信息源，GIS是处理和分析应用遥感数据的一种强有力的技术保证。两者结合的关键技术在于栅格数据和矢量数据的接口问题：遥感系统数据普遍采用栅格格式，其信息是以像元形式存储的；而GIS数据主要采用图形矢量格式，是按点、线、面（多边形）形式存储的，它们之间的差别是由于影像数据和制图数据采用不同的空间概念表示客观世界的相同信息而产生的。

对于RS与GIS一体化的策略，Ehlers等提出了三个发展阶段：第一阶段，采用数据交换格式把两个软件模式联结起来；第二阶段，两个软件模式具有共同的用户接口，且同时显示；第三阶段，具有复合处理功能的软件体。

（五）遥感的地学实际应用

近年来我国关于RS和GIS结合集成的研究较多，经历了由初步探讨向逐渐成熟发展的过程。其应用主要包括两个方面：一是RS数据作为GIS的信息源；二是GIS为RS提供空间数据管理和分析的手段。张继贤在国内较早提出综合GIS信息中的地学知识和遥感数据可以提高遥感分类的精度，消除应用单一遥感图像判读所存在的若干弊端。但是，两者的结合由于存在数据转换的问题，因而相应软件的研究也很重要。任小虎等在应用RS与GIS集成系统GRAMS的过程中，认为该软件虽然可以实现表面无缝的结合，但是就其内部格式的转换上却还不能实现数据的共享与自由转换。初期的关于RS如何为GIS提供数据和信息的研究也开展得较多，如刘滨谊等在对城乡区域进行规划的过程中，就借助RS作为主要信息源来采集区域信息，并在此基础上进行规划设计。向发灿在对湖北武昌和陕西安塞的土地评价中，也应用RS获取评价因子的值作为信息源，进行复合和叠加，并在此基础上，由GIS进行加工和处理，实现了动态快速的土地资源评价。具体到RS与GIS完全结合与数据格式的转换问题，秦志远提出了“结合锥”的结合模式和混合Freeman链码结构，以解决这一问题。

目前，RS与GIS一体化的集成应用技术渐趋成熟，在植被分类、灾害估算、图像处理等方面均有相关应用报道。在应用GIS的空间分析功能为RS数据提供空间数据管理和分析的研究中，多是考虑GIS的DEM数据、气候、环境等因素的空间分布。如刘纪远等在对中国东北植被综合分类的研究中，探讨了将GIS提供的地理数据与遥感数据复合的可行性，尝试在GIS环境下将气温、降水、高程3个影响区域植被覆盖的主要指标，按一定的地面网格系统和数学模式进行定量化，生成数字地学影像，并使之与经过优化、压缩处理的NOAA-AVHRR数据进行复合，取得了良好的效果。李震等在对青藏高原冰川变化的研究中，以RBV、MSS、TM遥感资料为信息源，提取冰川界线，形成冰川边界图；以GIS为工具分析该冰川群的变化，得出了布喀塔格山峰北部冰川的变化规律。综合应用GIS和RS进行旱情监测、土地利用分类的技术也已相当成熟。黄家柱等充分发挥RS、GIS、计算机制图技术及网络技术等学科前沿的优势，研制了“长江三角洲地区遥感卫星动态决策咨询系统”，代表了RS和GIS结合并综合其他多学科技术的新方法。

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