遥感动态监测

动态监测综述

全球变化涉及到岩石圈、大气圈、水圈和生物圈，是地表及地表上各种因子间的相互作用造成的环境变化。其动态监测则需要宏观、适时的数据源和高效合理的分析，因此遥感技术（RS）和地理信息系统技术（GIS）成为研究全球变化与对地观测研究的重要技术支撑。其中RS技术具有大面积同步观测、经济性、时效性等特点，丰富的遥感卫星影像数据源为地球上环境与资源动态变化信息提供数据支持；同时GIS技术因为其丰富而完备的数据分析能力，在全球变化动态监测的研究中主要负责海量数据的查询、检索和管理，以及复杂的空间分析。目前结合RS和GIS的动态监测研究，主要集中在以下几个方面：土地利用情况动态监测、生态环境动态监测、自然资源动态监测以及自然灾害动态监测。

土地利用/土地覆被变化是全球环境变化研究中十分重要的一个方面[1]。因为首先，土地利用/土地覆被变化在全球环境变化和可持续发展中占有重要的地位。其次，地球系统科学、全球环境变化及可持续发展设计到自然和人文多方面的问题。人们借助3S（RS、GPS、GIS）集成技术，发展出一套土地利用动态检测方法：首先解译不同时期资源卫星影像或与以前土地利用图等进行比较；在发现变化区域后运用后处理差分GPS技术实地获取该地区空间位置，与此同时认为记录当地土地利用/土地覆被情况以备属性数据处理；然后利用GIS 进行空间数据组织、管理、分析与可视化[2]。基于此，刘正军等[3]以论述江苏省南京市江宁县为研究区进行的卫星遥感与GIS动态监测土地利用状况变化的方法，阐述了系统的总体框架、系统功能、实现方法等，RS、GIS技术的集成为有效地进行土地利用监测和快速决策提供了科学的保证。潘竟虎等[4]基于TM/ETM卫星遥感数据，运用GIS方法，对江河源区1986-2000年土地利用类型的时空变化特征进行了研究，结果表明气候变化和人类经济活动是导致研究区土地利用变化的主要因素。刘慧平等[5]在归纳遥感动态监测研究方法的基础上对应用高空间分辨率卫星遥感数据进行土地利用/土地覆被变化的监测方法、目前的水平及与其相关的遥感图像分类的发展方向进行了初步分析。Qiong Wu等[6]利用RS和GIS技术对北京市的土地利用变化驱动力进行了研究，结果表明马尔科夫模型和回归模型可以很好的对土地利用变化过程进行描述、分析以及预测。Adel Shalaby等[7]以1987年和2001年获取的landsat数据为基础，用最大似然监督分类和后分类变化监测技术，得到埃及西北部沿岸的土地利用在这一时期内的变化情况。然而基于RS和GIS的土地利用/土地覆被变化分析也存在一些问题。首先，由于土地利用动态监测技术信息的获取偏重3S技术，特别是RS。由于数据处理过程中不可避免误差、错误等情况的存在，因此仅仅基于RS和GIS数据未必能真正全面显示土地利用变化的过程。其次，由于数据量和质量问题以及对动力机制的认识尚不明朗，所以模型大多功能不完善。因此一方面要借助3S技术集合区域内自然人文等多方面信息，另一方面，要加强GIS与其他用户模型的集成[2]。

随着RS技术、GIS技术、GPS技术“3S”技术一体化的发展，资源生态环境遥感研究工作正向快速、精确、实用、经济的方向发展。遥感信息是地表各种地物要素的真实反映，能清晰地显示各种生态环境类型的特征与分布，遥感图像多时相的特性又可为生态环境监测提供丰富的可供定性定量分析的信息。李玉霞等[8]在实践的基础上，探讨利用CBERS-02星遥感图像，结合GIS技术实施快速、准确、经济的大范围生态环境调查，为四川省生态环境建设提供科学的依据。周乐群等[9]运用RS、GIS、GPS和计算机网络技术，采用DEM、影像正射校正、多元影像数据融合、多层次信息提取等技术方法，对整个长江三峡库区20世纪80年代中期、90年代末期生态环境、草地资源进行了全面的动态监测，并在此基础上利用ArcGIS软件开发完成了“长江三峡工程库区生态环境遥感动态监测GIS系统”，监测成果表明，经过15a的综合治理，库区生态环境恶化得到了有效遏制。2007年太湖大规模蓝藻爆发，在此引起了人们对太湖环境的关注。陈云等[10]以2007年4月23日CBERS-02

行CCD数据位主要数据源，以NDVI值为测试变量，运用CART算法确定分割阈值，从而通过构建决策树的方法识别蓝藻水华信息，分析其蓝藻水华的提取结果，得到了较好的效果。还在GIS技术支持下，提取了2007年5月17日MODIS影像中的蓝藻水华信息。黄河三角洲是世界上海岸线变迁最快的地区之一，常军等[11]以1976年到2004年多时相遥感影像为主要数据源，通过几何校正与配准，形成统一投影与坐标体系的遥感影像，运用平均高潮线发，对20景时间序列影像经分类处理后提取海岸线，另经GIS叠加分析，剖析了现行黄河河口、钓口河口地区海岸线的演变过程及其规律。Mushtak T等[12]以伊拉克巴士拉省作为研究区域，结合RS、GIS、GPS技术，基于土地利用调查数据，研究了生态系统退化过程的时空驱动力，结果表明，在大多数的研究区域内，风蚀作用是生态系统退化的主要原因。可见RS、GIS技术在生态环境动态监测领域也能得到广泛并且深入的应用。

RS、GIS技术在自然资源动态监测中也能发挥特别的作用。RS可以使自然资源无序开采现象暴露无疑，而在遥感动态监测基础上利用GIS手段建立矿产资源数据库系统，则可以在进行遥感动态监测的同时，更有序地管理和合理利用各种自然资源数据，同时方便进行更大范围的自然资源动态监测工作，提供易于使用的、直观的数字化成果，服务于自然资源开发的监督、管理与决策部门。刘琼等[13]为建立全国性的矿产资源开发状况数据库系统，以山西省晋城市和江西省崇义县矿产资源开发状况遥感动态监测成果为基础，通过GIS强大的空间数据管理功能，对所收集的数据进行管理，建立了具有浏览编辑、查询检索、统计分析及动态监测等特点的空间数据库系统。研究表明对遥感解译成果进行数据库管理及信息系统实现是可行的，使遥感信息更加直观，管理更加完善，信息更新更大简便，是遥感监测的有效扩充，弥补了纯粹遥感监测的不足，使RS成为矿产资源开发状况动态监测的一种切实可行的有效手段。侯文良等[14]通过对1999年、2004年两期的TM卫星图像进行解译和判读，利用GIS空间分析技术，以森林资源的地类进行空间分析，从而得出森林资源的现状及其空间变化分布状况。并对变化结果进行分析，为巴楚县森林资源管理提供决策依据。谭炳香等[15]将RS、GIS技术与传统的森林资源调查方法相结合，取长补短应用于森林经营管理、规划中，可及时获得森林资源动态变化信息，使森林管理者和经营者对本地的生态环境和资环状况及变化情况做到心中有数，可以全面提高本地区或本单位的森林可持续经营水平。可见RS技术和GIS技术在森林资源、矿产资源等多种自然资源的动态监测方面也起到了不可替代的作用，提高管理、开发利用的效率，同时也能在宏观、动态的角度对资源可持续开采进行监测。

除此之外，RS、GIS技术在自然灾害动态监测方面也有突出表现。我国是一个自然灾害种类多，发生频率高的国家。洪涝、泥石流、地震等自然灾害对社会经济和人民生命财产带来了巨大的损失。仝兴华等[16]阐述了RS、GPS、GIS等技术在评价和定量预测滑坡、泥石流等地质灾害的研究状况，建立了两个非线性滑坡预测模型。针对我国西部地区几条主要油气输送管道，提出了一套动态监测与定量预报系统的技术方案。预测结果较好。泥石流危险度评价是泥石流灾害预测预报和减灾防灾工作中的重要内容和决策基础。李为乐等[17]以泸定县为例，利用RS、GIS技术，以流域范围为评价单元，选取影像泥石流发育和形成的因子，采用数理统计方法和层次分析法得出各因子对泥石流的敏感系数和权重，最后建立县级区域泥石流危险度对因子综合评价模型，从而实现区域泥石流危险度评价。系统集成化是专业软件开发的发展趋势。RS和GIS功能的集成带来的不仅仅是交互性的增强和操作上的便利，也是RS/GIS/灾害信息的一体化，为实现完整的数据关系框架和计算模块间的有机协作提供了可能。在系统开发方面，马照松等[18]完成了遥感影像处理和GIS的继承系统开发，构建了涵盖遥感影像处理、地理信息系统、数据库、数值分析计算和可视化处理的高度继承的交互式综合信息处理平台。

综上所述，RS、GIS技术在土地利用变化动态监测、生态环境动态监测、自然资源动