RS技术及其在水土保持中的应用
来源： 水土保持生态环境建设网 上传日期:2018-07-24 打印本文章 【字体】 大 中 小王军华, 周宝书
（宜昌市夷陵区水土保持局 湖北 宜昌 443100）
摘 要：基于RS技术在水土保持规划，监测等方面的应用，推动了RS技术在水土保持中的发展，同时GIS、GPS在实际工作中也得到了广泛的使用，为满足基层水土保持工作者使用的要求，结合工作中的实践经验，探讨了RS的基本原理和RS的技术使用方法，图像判读、物像判断、平台技术处理及其在水土保持运用领域的发展趋势和使用特点。
关键词：遥感；信息技术；水土保持；综合应用
遥感（RS）就是利用飞机、卫星或其它飞行器作运载工具，以电磁能检测和量度目标性质的获取信息的一种手段，它包括了航空摄影、多光谱扫描、雷达微探测等内容。遥感技术广泛用于军事领域、气象观测、资源调查、水保规划，环境监测等方面， RS成功运用于水土保持中的资源调查和水土流失等级监测的发展，是推动水土保持事业发展的原动力。
1 RS的基本原理
1.1 RS的基本概念
遥感(Remote Sensing)简称RS,意即遥远的感知,是一种远距离不直接接触物体而取得其信息的探测技术,它是随着现代摄影技术、空间技术与光电技术发展而产生的一门综合性探测技术。
1.2 RS的技术
遥感技术就是在远离地球目标的空中以至太空高度，用电子和光学探测仪器对地面观察，拍摄各种
形式的图像和照片，然后将这些资料用摄像或数字的形式传输到地球上，供使用者进行分析、判读。
1.3 RS的基本原理
[基建项目]：国家863重大行业3S应用示范——水土保持（2002AA134071）
遥感技术是指从不同高度的平台，收集地物的电波信息，再将这些信息传输到地面，并加以处理，从而达到对地物的识别与监测的全过程。发展总趋势是：提高遥感器的分辨率、综合利用信息的能力和遥感器的抗干拢能力，研制新型遥感器、信息传输处理以实现全天候和实时获取信息。
2 RS图像判读的基本原理
2.1 RS图像判读的原理
遥感传感器接受的主要是来自地物反射、太阳辐射的反射辐射电磁波，因此，在这一波长研究是地物的反射光谱特性，而水土保持主要是研究水土保持中的植物、土壤、水体的反射光谱。
植物反射光谱的主要因子是叶的形状、表面构造、表层解剖特点、叶的色素含量和富叶度。
土壤光谱的因子主要是腐殖质、氧化铁含量、矿物和盐分含量、表土结构、湿度等。
水体反射光谱的因子有水的杂质含量、水的悬浮物、水生植物的叶绿素含量。
2.2遥感片的特性与判读
2.2.1遥感片的特性
遥感片是辐射能在各种图像上的表现，从遥感片的内容进行分析、判读、解释，弄清图像中的轮廓、线条、色彩对应的地表物；遥感采用可见光、红外、微波等波段进行测量；遥感片分为黑白、彩色、红外像片，三种像片的识别方法大同小异。
2.2.2 摄影图像的物理特性
摄影图像指航空平台所获得的可见光和红外的光学摄影相片，其物理特性主要取决于地物的光谱特征和摄影感光材料的感光化学性质。摄影图像是通过地物的反射光线通过固定点投射到投影面上形成的透视影像。由于地面起伏、像片倾斜等原因，像点会发生位移，图像变形等。
2.2.3 遥感片的判读
遥感片识读分为目视判读和计算机判读。目读判断者依据其判断思维与识别对象可以合理的推测和解释个别或特殊疑点；对灰度反差与分辨率很差的航片存在一定困难。计算机判读通过对各类地物对象密度值统计、运算、对比、归纳实行判读，运用计算机图像处理技术，可直接判读遥感片的信息。
2.2.3.1地貌地形地势的判读 一般反射率大的地物图像浅，反射率小的像片色调深；遥感片上的地貌都是用色调阴影来判断，阴影窄而色调暗则山势陡峭，阴影宽而色调淡，表明山坡平缓；水系主要靠色调、形状判读，江河界线明显、自然弯曲，湖泊池塘为封闭的曲线；湖水色调为均匀的暗色，水底有淤泥时，影像色调较深，水底清澈影像为浅灰色或白色。
2.2.3.2 道路、居民地的判读 根据影像的形状直接判读。如居民地一般形状规则，尤其是城市居民网；道路网分铁路、公路，航片上铁路为浅灰色或灰色的均匀弧线，公路弧线曲率小，色调或深灰色或浅灰色；乡村小道弯弯曲曲，比周围农田色调浅。
2.2.3.3 其他特殊地物的判读 如:古建筑及废墟形状时有时断，色泽较暗，阴影清晰。各种建筑和墓葬，形状较明显，圆形、方形、椭圆形，色调不一，或深或浅。
2.2.3.4 植被植物耕地的判读 航片上水土保持林、植被轮廓清晰，深暗发黑，色调不匀，草地为均匀的灰色影像，耕地菜园分界线分明，色调均匀，植被的色调随季节的变化而变化，差异明显。
总之, 遥感像片上不同地物有其不同的影像特征，这些影像特征是判读识别各种地物的依据。
2.3 RS技术的处理
遥感资料的处理方法主要采用计算机处理辅以光学处理，利用计算机处理时，将图像分成按行排列的小单元（称为像元）,每个像元为一个数字，表示图像所反映的物理量在该像元处的数值。一幅图像就是由数值构成的矩阵，进行运算处理后输出按顺序排列的彩色像元点阵，便形成了彩色合成图像。
2.4 RS技术平台处理
遥感是当今获取空间信息的一个非常重要的手段和工具。在遥感(RS)信息利用中有地理信息系统(GIS)所需的空间信息和属性信息,故RS与GIS相结合是必然的；遥感应用中地面采样、导向、定位是以GPS作为辅助工具的，GPS起着重要的作用；利用计算机处理便形成了数据收集系统（DCS）,所以，以地理信息系统为核心的4S技术的集成，构成了对空间数据实时进行采集、更新、处理、分析、经计算机处理形成的数据收集系统(DCS)将成为各应用领域提供高新信息系统技术体系。
2.4.1地理信息系统与全球定位系统的结合 利用地理信息系统中的电子地图和GPS接收机的实时差分定位技术，就可组成GPS+GIS的电子导航系统，用于水土流失的预警和监测等。
2.4.2 地理信息系统和遥感的结合 对于各种GIS，RS是重要的信息源和数据更新的重要方式，同时地理信息系统可以提供遥感图像处理所需的一些辅助数据，以提高遥感图像的信息量和分辨率，从而提高遥感图像处理和解译的精度。
2.4.3 4S技术的整体结合 集遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）及数据收集系统（DCS）技术的功能于一体，构成高度自动化、实时化和智能化的地理信息系统，是空间信息适时采集、处理、更新及动态处理过程的现势性分析与提供决策辅助信息的有力手段。
2.4.4遥感图像的计算机处理 遥感数字图像处理包括：数据输入与输出、显示与操作、解译与校正处理、分析处理，且分析处理是关键。
3 RS技术在水土保持中的发展趋势
3.1 RS技术的发展
遥感技术在近三十年内快速发展,表现在新型传感器的研制与应用，已从单波段延伸到多波段，从单角度跨越到多角度和立体测绘，从空间维拓宽到光谱维。一个多层、立体、多角度、全方位和全天候的对地观测网正在形成。
3.2 RS技术在水土保持中应用
3.2.1水土保持资源的调查与评价
水土保持资源调查与评价包括植被资源，土地资源、水资源等的调查与评价。为实现水土保持的可持续发展，利用高新技术手段进行水土保持资源调查，解决自然修复的能力。
传统的水土保持资源调查需要耗费大量的人力、物力和财力，特别是在山区，进行野外实地调查难度大、体力强度大、成图周期长。而将RS、GIS结合使用进行水土保持资源调查的方法，可减少劳动强度，节省调查费用。
3.2.2水土流失动态变化监测
水土保持动态监测是指对草原退化、土地沙漠化和水土流失的监测。
3.2.3水土保持林面积和蓄积量估计
利用遥感分类图像将其输入GIS，作叠图处理，则可得出该区域在一定时段水土保持林面积和存量的多少。
3.2.4 水土保持林灾害监测
应用遥感技术进行水土保持资源的自然灾害、病虫害、火灾的预测，通过遥感技术可以监测、预报其发生，报告危害严重程度与危害面积及发展趋势等。
3.3 RS技术在水土保持应用中的特点
目前，遥感图像数据涌有其比例尺范围大、遥感电磁波段多的优点被普遍应用于地质、测绘、农林、水利、水保等行业，并取得显著的成效，已成为我国国民经济建设重要组成部分，运用遥感技术获取信息有范围大、速度快、信息广的特点。
3.3.1 透视区域范围大，宏观调控能力强
运用遥感技术从飞机或人造地球卫星上获取地面的航空像片、卫星图像，比在地面上观察透视区域范围宽广无比，为人们利用自然宏观调控地进行对地面的研究各种自然现象及其分布规律提供了便利条件。
3.3.2 信息有用量多，储存信息及时快捷。遥感技术不仅能获取地面在可见光波段的电磁波信息，且还可以获得紫外、红外、微波等波段的信息。对信息的获取快捷方便，有用信息存储量大。
3.3.3 探测重复周期短，获取信息及时准确。目前大多遥感器在短时间内进行多次探测，能获取有用的水土保持资源的动态监测的信息资源，提供及时准确的信息数据。
3.3.4 成本低、价格廉，资料收集方便。由于卫星探测不受地形限制，对于分布在高山、狭谷中的植被或林地等的勘察很适用，资料收集方便；用1：100万的比例尺获取中国地形地貌只需六百张左右卫星像片镶嵌图就足够了，且仅需几周的时间就能完成，地物地形等要素在图上都详实可见。
4 RS技术在水土保持应用中前景分析
RS技术对地观测的空间信息已从单波段延伸到多波段，从单角度跨越到多角度和立体测绘，从空间维拓宽到光谱维。只要在水土保持工作实践中不断创新与完善，借助新型遥感器的功能，将完全能够满足使用者的信息需求，并在水土保持资源管理和监测领域中发挥重要作用。用先进传感技术、减轻水保工作者的劳动强度，提高工作效率，提高技术成果质量，为建设“数字水保”信息系统奠定良好的基础。
[参考资料]:
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2、田庆久，遥感（RS）信息定量化理论、方法与应用，2000，11
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6、杨燕琼.A0706林业遥感27. http://www.heyuan.net.2005.7.25
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