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    媒体中心 2021-07-12
    浏览次数:383
    浅谈卫星遥感应用

    航天科技正在高速发展,卫星等飞行器带着我们用上帝视角来观察我们生活的家园,这些搭载着遥感载荷的遥感卫星,能在一定时间内覆盖整个地球,可以观察任何指定的区域,可以观察到农业、林业、海洋、国土、环保、气象的千姿百态。

     

    目前全球大致有11个国家运营遥感卫星,近年来中国卫星遥感和beplay体育手机官网导航空间基础设施建设取得突破性进展,在卫星遥感领域,北美洲、欧洲和亚洲呈现出“三足鼎立”的态势。

     

    目前我国以"资源”卫星系列、“海洋”卫星系列、“风云”卫星系列等为代表的遥感卫星均已进入业务化运行阶段,初步具备了全天时、全天候观测能力,构建了种类齐全、功能互补、尺度完整的对地观测体系;初步建成了遥感卫星应用体系,已经在土地调查监测、地理国情监测、矿山环境遥感监测、国土资源开发监管、海洋资源管理、气象预报等行业应用中发挥了支撑作用,为国家和各级政府部门提供大量科学的宏观辅助决策信息。

     

    在陆地遥感应用方面,积极beplay官网全站于国家重大战略,利用包括国产高分卫星数据在内的各种遥感资料,获取了“ 一带一路”经济走廊沿线重点区域的自然资源信息。卫星数据和应用已完全融入到第三次全国国土调查、土地利用变更调查监测与核查、土地资源全天候遥感监测等自然资源管理主体业务和重大任务的工作流程。

     

    总体上看,国产陆地卫星米级、亚米级分辨率数据逐步实现对国外同类卫星数据的替代,卫星的各种数据产品已经全面应用于土地资源调查与监测、资源矿产勘查、国家基础地理信息更新、全球地理信息资源建设、环境监测、灾害调查等方面,应用成效较为显著。生态保护领域实现了国家级、省级自然保护区动态变化定期监测,开展了国家重点生态功能区县域生态环境质量遥感核查。在水环境方面实现了“三湖”水华卫星遥感动态监测,在大气环境方面实现了全国秸杆焚烧火点、重点区域灰霾的遥感动态监测。林业和草原遥感应用方面,国产中高分辨率卫星遥感影像数据开始大量应用于林业和草原监测和评估等工作,在森林资源监测、林地一张图建设、温地资源监测、荒漠化沙化和石漠化监测等业务中已逐步替代国外卫星数据,成为林业和草原业务应用主要数据资源。

     

    接下来,让我们具体看看几个卫星遥感在环境保护上的示例吧。

    1
    卫星遥感在地面固体污染源监测上的应用

    随着社会快速发展,无论是乡村还是城镇,固体废弃物的排放量逐年增多,市政建设、棚户区改造、房地产开发等领域高速发展,其中建筑施工过程中裸土工地扬尘成为影响城区空气质量的重要来源。常规裸土工地监测手段主要为人工现场检查,对于较大工地或者较远县区的施工项目存在监测不全面、人工监测成本较高的问题。利用高分辨率遥感卫星影像信息提取技术开展裸土工地污染源遥感监测,实现大范围、全覆盖的裸土工地监测,为环保部门的污染源监测及执法工作提供依据,如图所示:

     

    基于以上图斑信息和经纬度、面积等统计信息,可为当地环保执法部门提供客观的数据支撑,节省人力成本的同时也提高了执法的精准高效。

     

    2
    卫星遥感在大气污染物监测的应用

    大气气溶胶是分布在大气中的固态或液态悬浮微粒组成的体系,是影响大气环境质量的一个重要因子,而气溶胶光学厚度( aerosol optical depth, AOD)是大气气溶胶最重要的参数之一。卫星遥感手段反演气溶胶的原理主要是基于太阳辐射在经大气传输到地表的过程中,受到气溶胶粒子的散射和吸收作用会发生变化,根据太阳辐射的变化程度可以反演气溶胶的光学特性。卫星遥感反演气溶胶具有大范围同步观测、时效性强、获取方便能优点,可解决现有的地面环境监测无法进行大尺度区域环境空气质量监测的问题,弥补了传统技术的缺陷,有效提高监测能力。

     

    气溶胶的反演方法有多种,大体上可分为 5 类:单通道和多通道法、基于对比度差异的空间结构法、基于多角度数据的反演方法、基于偏振数据的反演方法和基于星载激光雷达数据的反演方法。本文采用多通道反演方法中最为广泛应用的暗像元法,又叫浓密植被法,选取 MODIS 数据是 MOD02 L1B 1km 数据,处理流程如图所示。

     

    3
    卫星遥感在水资源保护的应用

    水资源在生物圈中发挥着至关重要的作用,如何高效提取水体信息在湿地保护、洪水监测、蓄洪抗旱发挥着较大的作用和价值。水文和水体信息的常规获取途径主要是水文站点的监测数据和野外测量。人工野外测量能够获得高精度的面积、流速、流量等信息,但高危险、长周期等特性限制了该方法的使用。为了弥补人工野外测量的缺点与不足,遥感手段更加适用于高时空分辨率的水资源信息获取和实时监测。

     

    2021年中国自然资源航空物探遥感中心利用遥感卫星对白洋淀进行了水面监测。白洋淀是华北地区最大的淡水湖泊,其对于华北地区的生态环境都具有重要的调节的作用。近年来国产卫星传感器的高速发展,国产卫星数据源已逐渐成为水资源调查监测的一个重要数据来源,基于多源卫星遥感影像开展白洋淀湿地变化长时间序列的水面监测工作也逐渐成为该地区生态环境监管的主要手段,系统总结近年来的白洋淀水面变化趋势开展深入分析研究,成为具备现实意义的科学问题。中国自然资源航空物探遥感中心利用白洋淀地区 2003-2020 年间的高分一号卫星和Landsat 卫星影像,基于 NDWI(归一化水体指数)、GNDWI(高斯归一化水体指数),配合人机交互解译进行校正,对白洋淀地区的水面信息进行提取。从水体面积变化的角度分析了白洋淀地区近 20 年来的变化趋势,为白洋淀地区的湿地保护和管理、雄安新区的规划与建设提供科学依据和决策支撑。

     

    根据 2003-2020 年白洋淀地区遥感影像, 结合归一化水体指数(NDWI)、高斯归一化水体指数(GNDWI)和人工改正的水体提取结果,得到每年1期的白洋淀地区 18 年来的水体范围,进而分析 2003-2020 年来的每年的水面面积变化趋势。

     

    从趋势图中可看出白洋淀地区水体面积变化的几个趋势,2003-2005 年,水面面积保持总体稳定,保持在 200 平方公里左右;2006-2011 年,水面面积呈缩小趋势,由 200 平方公里左右逐渐下降到 150 平方公里左右,尤其是 2010-2011 年,水面面积缩小的趋势较为明显;2011-2013 年,水面萎缩的情况有所扭转,水面面积回升较为明显, 由 150 平方公里左右回升到 250 平方公里左右,2014-2019 年,水面面积稳步回升。但是从总体上来,相比 2010 年以前,2010 以后的十年, 白洋淀的水位总体上处于扩张趋势,近年来,总体稳定在 250 平方公里左右。从客观的数据来观察,随着国家对生态环境的保护力度的加大,雄安新区规划的出台,白洋淀地区的生态状况,尤其是地表水资源的保护工作取得了积极的进展,水资源的总量在逐步恢复。

     

    通过遥感等技术手段,可以直观、快速、准确地估算出白洋淀地区的水体面积,利用多期次的遥感影像叠加分析,还可以反映出白洋淀地区水体面积的变化趋势, 为白洋淀地区的水资源的保护和开发利用提供科学支撑。同时,以白洋淀地区水体面积监测为样板,可以监测其他区域主要湖泊、河流等水体水资源的现状和历史变迁情况。在当前生态文明建设日益重要、生态保护力度日趋加大的背景下, 遥感为以水资源为代表的生态环境保护问题的发现和监管提供了客观的科学手段。

     

     
     
    总结
     
     

    通信、导航和遥感在内的全球卫星及应用产业应用在未来的产业发展中具有巨大的活力,卫星遥感应用的市场前景非常广阔。卫星遥感已经融入到每个人的生活当中,我们也期待更多的卫星遥感创新需求和创新应用,提升我国自主信息保障能力和独立获取全球空间信息能力,并将相关成果beplay官网全站于我国的第二个百年目标,也切实增进全人类的福祉。

     

    参考文献:

    1.李雪娇.卫星的“眼睛”会说话  访自然资源部国土卫星遥感应用中心主任王权[J].经济,2021(06):110-113.

    2.步凡,王昊,于航.基于遥感的白洋淀长时间序列水面监测研究[J].资源节约与环保,2021(05):54-55.

    3.郭凤云,刘波,姬勇力,李胜林.卫星遥感技术在环境保护中的应用[J].地理空间信息,2021,19(06):39-41+45+4.

    4.薛毅,李博,张广科.浅谈我国卫星遥感应用现状与发展[J].中国航天,2020(04):51-53.