土地资源遥感应用研究进展

2017-08-23 09:47:16    来源:《遥感学报》2016年第5期

摘要:遥感技术为土地资源研究提供了丰富的信息源和实现手段,拓展了土地资源的研究内容,强化了土地资源的研究程度。

  4、土地资源遥感应用研究的发展

  遥感技术的出现,极大地丰富了地理学的研究方法和内容。得益于传感器获取的时间序列空间信息的支持,拓展了地理学研究的领域,深化了研究程度。特别是信息的周期性获取,为过程分析创造了条件,能够更好地针对地理学的时空特点开展研究。

  技术的发展会促进应用需求的增强。多数情况下,应用需求的发展往往先于技术的进步,但在技术进步的促进下,应用需求的内容会拓展,程度会加深。遥感技术应需求而产生和发展,但在满足应用需求方面尚有一定的距离,对地物识别能力、识别精度、时空分辨率、结果时效性、时序信息的一致性等方面都有待加强。

  4.1 创新研究方法,切实满足应用需求

  在土地资源遥感应用研究中,受关注较多的是信息提取方法探索和工程性应用等。在遥感应用研究方面,特色比较明显,发展相对较快,不断形成区域性、国家级和全球性的研究成果。在信息提取与分析方法方面,仍然处于自动分类和目视判读并存阶段,无论是机理模型还是经验模型,在参数厘定和区域适用性方面,依然有诸多因素影响着结果质量。国内的许多研究在内容和方法方面依然以跟踪为主,创新性有待加强。大多数研究还处于对国外模型与方法的引用、完善或验证阶段,对于这些方法的原理和适用条件的理解与分析弱于具体应用,而且重复性较大,不同方法、不同研究中产生的同类遥感产品间时常存在明显的不同,虽各有特点,但对结果的解读和应用造成选择性困难。在资源环境研究中,美国的通用水土流失方程广泛应用于中国的土壤侵蚀研究,面对不足以支持相关因子量化表示的现实,为了实现模型应用,进行了诸多改进和假定,但由于缺乏合理布局的长期观测数据的积累,对模型的改进效果有限,验证困难。在遥感应用研究方面,全球数据产品在中国区域精度不高是普遍的看法,也是客观现实,但仍然得到越来越多的直接引用,深层原因值得思考。蒸散发、植被参数、地表参数、土地覆盖分类等方面,因为其在资源环境研究中的重要作用,受到关注最多,相关产品层出不穷,需要加深对这些成果的解读,开展一致性和互补性评估,才有助于实际应用。

  遥感提供土地资源研究的最大便利是丰富的信息源,需要面对的最大挑战是专题信息的获取。深化遥感机理研究,创新信息获取与处理方法,形成有自主知识产权的成果,都需要给予更多的重视和付出更大的努力,这是遥感科学发展的需要,也是遥感技术应用的需要。遥感技术正在进入一个能够快速准确地提供多种对地观测海量数据及支持更广泛应用研究的新阶段,多分辨率多遥感平台并存,空间分辨率、时间分辨率及光谱分辨率普遍提高。遥感数据源的以上发展趋势,势必带动土地资源遥感应用研究向现势性、动态性、全球化、精细化及自动化方向发展。信息源只是应用研究的基础之一,在跟踪式应用的基础上,由“独立完成”或“首次应用”提升到更高层次的“创新性实现”,“中国智造”的中国制造向中国创造的理念值得借鉴。基于遥感数据的信息结果首先需要可解读,才能被理解和接受,也才能在满足日益增强的实际需求中体现出价值。

  4.2 加强与传统学科的结合

  遥感基于物理学理论基础,在地理学领域得到了日益广泛的应用。加强与传统学科的结合是提高遥感技术应用针对性和实用性的要求。根本上讲,遥感技术和GIS技术在土地资源研究中的应用,主要是对传统研究方法的增强,有助于丰富研究内容、提高技术可行性,研究对象本质及其研究目的并没有明显的改变,遥感技术的应用需要符合土地资源研究自身的性质和特点。

  长期以来的学科交叉拓展了传统学科的内容和实现手段,土地资源研究已经从重视类型、数量、质量、分布的调查研究层面,逐步发展到重视变化过程和变化趋势研究、重视变化影响研究的监测和预测阶段,而且随着研究的深化,需要从更大的时间和空间范围内认识、分析、评估研究对象,因而在全球变化和可持续发展这些综合性的研究中广受关注。相对于传统的土地资源研究,遥感技术的应用使得观测角度从地面转向了空中,增加了观测角度、强化了观测手段,实现了周期性的重复观测,都极大地促进了土地资源研究。也正是由于这些特点,遥感数据与地面观测的结合一直受到遥感机理研究和应用研究的重视。在概念、内涵方面保持与传统研究的一致,理清遥感参数与土地资源的关系和作用,实现分类信息与遥感参数的有机结合,有助于更好地理解、分析地理学研究对象,提高研究成果的适用性和可解读性,更好地服务于资源的合理利用规划和生态环境保护,支持可持续发展战略的实施和促进全球性资源环境问题的逐步解决。国家为了实施生态文明建设的需要,“中华人民共和国国民经济和社会发展第13个五年规划纲要”对耕地保护、建设用地发展、大气质量、水质、森林覆盖度和林木蓄积量等资源环境指标提出了明确要求,遥感技术可望通过监测,支持对这些战略目标实施效果的监督与治理决策。多年来,虽然形成了土地、大气、植被和水质等方面的大量遥感数据产品积累,如果要非常有针对性地满足此类实际需求,尚需付出更多的努力,此类情况不在少数。遥感技术应该也能够在这些目标的实现过程监测与实施效果评估方面发挥更大的监督管理和辅助决策作用。

  土地资源遥感应用研究的核心和基本目的之一是需要将遥感数据转化为专题信息,信息提取和分类是一项基础性的工作,态势评估和趋势预测需要调查、监测、模拟获得的诸多专题信息的支持。简单而言,信息提取针对的是提取对象,多数情况下瞄准众多专题信息中的某类或某些信息,如提取耕地或植被生长状况等信息;信息分类更多针对的是某一目标区域和某个特定内容,完整性是主要特点,体现在区域完整性和内容完整性两个方面,需要完全覆盖整个区域,也需要识别出全部类型,如一个区域的土地覆盖制图等。不同方法获得的遥感分类信息、反演参数和地面观测数据的结合会显著提升结果的质量和实用价值。准确和完整区分土地资源类型,了解不同类型资源的分布区域及其相互影响,及时掌握他们的变化,才能更系统地评估其状况和趋势。

  4.3 满足全球化趋势下的土地资源遥感应用研究需求

  全球化趋势面对的资源环境问题是全球变化研究的核心特点,资源与环境研究又是全球变化研究的重要内容之一,国际性的大型科学研究计划都体现了这一特点。全球变化研究的是地球系统的整体行为,把地球的大气圈、水圈、岩石圈和生物圈等各个层圈作为一个整体,研究这个整体的过去、现在和将来的变化规律,研究控制这些变化的原因和机制,开展全球变化预测,为地球资源与环境的合理利用与有效管理提供科学依据。地球系统的整体性包括不同的圈层和不同的区域,是一个不断演变中的立体空间,要求从更大的空间区域、更长的时间过程、更多的观测角度研究全球性的资源环境问题。由于时空尺度的增大,对土地资源遥感应用研究的要求更高,需要开展研究的内容更多,区域差异的影响更大,诸多内容间的关系更为复杂,系统性地和有针对性地开展分析,明确影响全球变化相关要素间的关系及其变化规律尤为重要。

  面对人类的共同家园,地球资源与环境受到越来越广泛的重视,国际上不断有大型的科学观测计划实施,“中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要”也明确提出围绕地球资源与环境动态监测技术开展研究,在整体性理解、层次化组织、动态监测技术探索和资源环境时空态势评估等方面的研究将逐步展开,系列专题数据库建设、区域到全球的系统化比较、动态监测、相互作用分析等,以及资源环境动态的综合评估与对策建议的提出,都应该成为研究内容之一。

  就全球而言,不同国家和地区的资源基础不同,环境条件有异,民族历史和民族文化千差万别,又处于各自不同的发展阶段,需要有区别地认识和评估资源环境状况。而且,不同地理区域由于各种自然地理要素的分异,时空认知的一致性也是全球变化研究背景下土地资源遥感应用研究需要关注的内容。

  4.4 综合分析基础上的人地关系体现

  地理学是研究人地关系的科学,土地资源研究中自然属性和社会属性的结合体现了这一特点。遥感和GIS技术为土地资源遥感应用研究在多专题信息支持下的综合分析基础上,更好地体现人地关系创造了条件。

  人地关系就是人类社会和自然环境的关系,作为现代地理学研究的重要课题,被认为是人类认识自然界的永恒命题。人类社会与自然环境的关系具有交互性,包括自然条件对人类社会的影响与限制,也包括人类社会对自然环境的认识、适应与改造,这种交互性是动态的和渐进的。

  土地具有自然属性和社会经济属性,土地资源不仅包括土地这个客观实体,而且包括土地在被人类开发利用后所能创造的价值,这是之所以将其称为资源的基本特点。因此,土地资源遥感研究在对多专题土地资源客观实体综合研究的基础上,还应当注重揭示人地间的相互作用关系,实际上就是社会经济与自然基础之间的关系,以及这种关系会如何影响持续性的发展过程与质量等问题。

  时间序列、区域序列、比例尺系列、专题系列研究的逐步实现和有机结合,土地资源信息具有大数据的丰富性,应该也能够不断地满足人地关系研究的需要,科学、客观、全面地刻画具有主观能动性的人类活动的结果和影响,掌握自然环境演变过程中的反馈作用,动态的、协调的人地关系是可持续发展的必要条件和有效保障。

  遥感应用于人地关系研究,除了要避免遥感数据在反映地物属性信息方面的局限性,更应该结合社会经济数据,土地资源与环境的时空变化,除了自然因素的影响外,人类活动是一个主要的驱动力量,这些变化是社会经济活动的具体表现之一,将资源环境变化与社会经济信息结合,才会真正切合人地关系研究的实质,有望满足优化国土空间格局、实现主体功能区划、平衡区域社会经济发展等的需要。

         来源:《遥感学报》2016年第5期

  作者:张增祥 , 汪潇 , 温庆可 , 赵晓丽 , 刘芳 , 左丽君 , 胡顺光 , 徐进勇 , 易玲 , 刘斌


        说明:受篇幅所限,本文参考文献未一一列出



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