水資源遙感解決哪些問題

⑴ 遙感技術在經濟發展中的作用

一、為國民經濟持續穩定發展提供動態基礎數據和科學決策依據。
二、為國家重大自然災害提供准確的監測評估數據以及圖像。
三、再生資源的監測、預測和評估。
四、地質礦產資源調查與大型工程評價。
五、天氣預報與氣候預測。
六、海洋遙感與海洋開發。當前，世界各國紛紛構建天地一體化的對地觀測系統，以便實現全球、全天候、全天時的時空數據獲取(李德仁，2000)。一系列新型衛星發射上天，是遙感進入21世紀以來取得的長足進展，它使遙感實現實時、動態、定量和定位觀測成為可能，衛星應用技術已逐步向產業化方向發展。

(一)遙感數據類型

目前，遙感技術已形成多星種、多感測器、多解析度共同發展的局面。遙感衛星包括資源衛星、環境衛星、海洋衛星、氣象衛星等，所獲取的遙感信息具有厘米到千米級的多種尺度，如QUCKBIRD0.61m、IKONOS1m、中華福衛2m、SPOT－5號2.5～5m、ALOS2.5m、IRS－1C5.8m、KOMPSAT6.6m、SPOT－1號、2號10m和20m、EO－1和Landsat－7號15m、CBERS－1號、2號19.5m、Landsat－4號、5號30m、Landsat－1號、2號、3號79m、MODIS250m、NOAA1.1km等多種解析度。不同空間解析度的遙感數據對生態環境研究形成了很好的互補，可以在不同空間尺度下開展多方面的應用研究，滿足對於不同尺度、不同研究對象發生發展規律研究的需要。豐富的信息源使遙感技術在生態環境研究中扮演著越來越重要的角色，它所具有的高度空間概括能力，有助於對區域的完整了解，而以多光譜觀測為主並輔以較高解析度全色數據的高解析度衛星，又極大地提升了對地物的識別和分類能力。

應根據研究內容或希望達到的目的有針對性地選擇合適的信息源。目前對生態環境研究主要採用光學感測器遙感信息較多，如MODIS、Landsat的TM和ETM、SPOT等。近幾年來高光譜衛星和雷達衛星也取得了很大發展，多光譜遙感正在向高光譜遙感、微波遙感向全極化和干涉雷達方向發展(郭華東等，2002)。衛星感測器的光譜解析度已達到5～6nm。美國1999年發射的EOSTERRA衛星上的中等解析度成像光譜儀MODIS具有36個波段，2000年發射的EO－1高光譜衛星上的HYPERION具有220個波段，空間解析度達30m。歐空局的ENVISAT－1衛星上的ASAR感測器可以獲取多極化和干涉測量數據。日本的ALOSPALSAR系統能在全球范圍內獲取極化和干涉雷達數據。利用高光譜、雷達衛星遙感數據進行定量反演是目前遙感的重要發展趨勢，但定量遙感還處於起步階段，主要由於遙感模型缺乏，模型參數提取困難，反演理論與方法的實用化不夠，基於先驗知識的參數估計所用的數據源不足等(李小文，2005、2006)。

(二)遙感圖像處理與信息提取

隨著遙感應用日益增長的需要和計算機技術的迅猛發展，圖像處理系統作為遙感領域中必不可少的工具，已經形成了很大的市場。圖像處理在理論、技術、軟體設計以及硬體技術上也都得到了長足的發展。國際上最著名的遙感圖像處理軟體有ERDAS、PCI和ENVI。ERDASIMAGINE是目前世界上占最大市場份額的專業遙感圖像處理軟體，由美國ERDAS公司開發。軟體大而全，具有光學遙感和微波遙感處理功能以及良好的RS/GIS集成功能，與ARCGIS(ESRIARC系列)融合較好，可以對shapefile、coverage文件直接編輯，具有簡單的矢量編輯功能，代表了遙感圖像處理系統未來的發展趨勢。PCIGeomatics由加拿大PCI公司開發研製，在光學遙感圖像鑲嵌和色彩匹配處理方面具有獨特的優勢，可以實現隨心所欲的色彩調整，對微波遙感圖像具有強大處理功能。ENVI是美國RSI公司開發研製的一套功能齊全的遙感圖像處理系統，對高光譜數據具有強大的處理能力，IDL語言為用戶提供了良好的二次開發環境。與ERDAS和PCI不支持HDF相比，ENVI可以直接讀取TM的HDF文件，其支持的柵格數據和矢量數據格式種類也多於其他軟體，但ENVI對光譜圖像的色彩匹配能力較弱。隨著高解析度衛星的發展，僅使用圖像光譜信息進行分類識別已遠遠不夠，德國DefiniensImaging公司最近新推出了面向對象的遙感圖像分類軟體ECOGNATION，它不僅考慮地物的光譜特徵，還統計地物形狀、大小、紋理及相鄰關系等，使分類結果更加精確。

生態環境研究中獲取的遙感數據，一般都已經進行了初步的輻射糾正，而幾何校正等預處理通常要由應用部門根據工作需要自行完成。各種商業軟體對圖像預處理都有完善的處理功能。

從遙感數據提取專題信息，目前主要有三種方式:目視解譯、人機交互和計算機自動分類與提取。目視解譯是最直觀、最簡便的圖像信息提取方法。全數字人機交互是利用地理信息系統軟體對圖像進行解譯，該方法的成熟與廣泛應用主要是在近10年左右的時間內。上述兩種方法都需要投入大量的人力、物力和財力，而且需要投入相對更多的時間，但取得的成果質量相對更高，更便於應用，因而目前仍然被廣泛採用。計算機自動分類技術主要立足於遙感信息的定量分析和統計分析，但由於遙感信息傳輸中的各種干擾造成的偏差，以及不同時空條件下地物遙感信息的差異，會產生空間的不一致性和時間的不一致性，以及同物異譜和同譜異物的現象，自動分類精度較低，難以滿足生態環境監測的要求，即使分類結果通過目視判讀分析進行改值干預，仍會出現較多問題。現有的自動分類方法基本上都是在較小的區域或精度要求相對較低的區域內實現，很難在大區域而精度要求又較高的工作中實際應用(張增祥，2004)。

(三)遙感動態監測

衛星星座的形成以及感測器的大角度傾斜使空間解析度時間解析度顯著提高，另一方面，遙感與地理信息系統的結合使遙感實現了真正意義上的實時動態監測。衛星的重訪周期從1～50d不等，如SPOT－1號、2號、4號、5號組成SPOT衛星系列，其重訪周期為1～26d，Landsat－5、7重訪周期為8d，IKONOS為1.5～3d，QUICKBIRD為1～6d。不同衛星適宜的重訪周期有利於對生態環境的動態監測和過程分析。只有完整、連續、規范化的大量的時間序列數據，才能夠提供研究對象更多的信息，也才能夠更全面和更深入地了解研究對象。

國際上利用遙感(RS)技術與地理信息系統(GIS)技術進行了大量卓有成效的資源環境調查、監測工作，如土地利用、土地覆蓋、作物估產、植被監測、水土資源調查等。隨著國際社會對全球氣候變化研究的深入，人們認識到由人類活動所導致的土地利用和土地覆被變化是引起生態環境和氣候變化的主要驅動力(王靜、張繼賢等，2002)。美國於1980～1986年開展了全球性的農業和資源空間遙感調查計劃(AGRISTARS)，現已建成了集成化的運行系統。近年來完成了美國1∶100萬比例尺、1∶25萬比例尺和全球范圍的土地覆蓋數據採集，並利用系統的資源信息對全球性生態環境進行客觀評價。歐共體國家為減少各國資源與生態環境部門的重復投資建設，於1991年集中組織啟動了「CORIN」計劃，建立了一個土地與環境信息系統，通過資源利用及其變化信息對生態環境進行評價，及時反映生態環境變化，並向歐共體國家的資源與環境部門提供公共基礎性信息服務。1992年，這些國家又聯合起來開展了利用遙感技術監測歐共體國家耕地、農作物變化的大型計劃(MARS)，每兩周向歐共體農業部提供報告，已形成運行能力。加拿大於20世紀90年代基本實現了利用遙感、地理信息系統對全國實現周期性的宏觀資源調查、更新與制圖，及時對全國生態環境進行評價與預警，並向有關資源與生態環境部門提供公共基礎性信息服務，帶來了巨大的經濟、社會及環境效益。近年來，全球土地利用、土地覆蓋研究已經成為國際地圈生物圈計劃(IGBP)、人與環境計劃(HDP)和世界氣候研究計劃(WCRP)三個國際組織的核心計劃。隨著遙感及其應用技術、地理信息系統信息處理及管理技術，特別是近年來全球定位系統(GPS)技術和「3S」一體化的發展，資源環境遙感研究工作正向著快速、精確、實用方向發展(劉紀遠，1996)。

我國從20世紀80年代開始，在水資源、土地資源、草場資源、森林資源、環境評價、水土流失、土地退化等方面均應用了遙感動態監測技術(任志遠等，2003;張增祥，2004)。從1999年開始，國土資源部採用SPOT、Landsat等衛星數據，輔以其他手段，成功監測了全國66個50萬人口以上城市在近兩三年間土地利用的變化情況，監測面積達71.4×104km2，為城市建設與發展及時提供了現勢的基礎資料，並對土地變更調查結果進行了復核，為土地執法檢查提供了依據(國土資源部，2000)。總的來說，我國遙感動態監測有以下特點:一是採用的數據解析度較低，且數據類型單一，監測結果大多是定性說明，離實際生產需求尚有一定距離;二是監測指標單一，絕大多數項目在實施中只選擇了一種指標;三是動態監測數據的獲取技術相對落後，在利用遙感技術進行專題數據獲取或者比對中，自動提取技術應用很少，大多需要大量的人工干預來完成。

國內研建的遙感監測系統為數不多，運行化生態環境遙感監測系統少有，且尚處於初級的嘗試階段。環境遙感監測系統(REMSV1.0)是在國家863計劃支持下開發的我國首個面向流域水污染及生態環境遙感監測的業務化環境遙感監測軟體系統，用以進行省級環境遙感監測業務化運行示範。它針對我國流域水體污染及典型生態狀況監測的實際需求，瞄準環境與災害監測預報小衛星星座主要感測器(高光譜、紅外、可見光)的應用，已在水網密布、流域水環境管理任務十分艱巨的江蘇境內的淮河、長江、太湖流域實施了運行示範，取得了較好的效果(張琪等，2006)。系統基於業界主流集成開發工具VISUALC++6.0IDE和Windows系列平台，具有強大的海量高光譜數據處理分析能力、直接面向用戶的專業應用模塊、一體化的數據處理流程和良好的可交互性。國家海洋環境監測中心建設的海洋赤潮衛星遙感監測系統由衛星圖像接收天線、圖像接收機、圖像處理終端和赤潮衛星遙感信息提取軟體組成，系統能夠進行NOAAAVHRR、SeaWiFS、MODIS、FY－1C、D和HY－1a衛星數據的讀取和處理工作，通過內置的赤潮提取演算法自動識別出赤潮發生分布區，並完成赤潮衛星監測通報製作。目前，用於赤潮遙感監測的衛星數據主要有兩類:一類是氣象衛星類，使用其海表溫度數據，探測赤潮的環境溫度，可見光波段用於輔助分析;另一類是水色衛星數據，主要使用其可見光數據，建立葉綠素模型，進而探測海洋表面浮游生物。海洋赤潮遙感信息提取軟體(V1.0)採用IDL可視化開發語言和VC進行程序開發工作，軟體具有數據的輸入、預處理、信息提取和赤潮災害信息產品製作的功能。

⑵ 遙感水文原理

物體與電磁波的相互作用因其性質和環境差異而呈現不同特性。通過收集和分析這些電磁波信息，我們可以識別出目標物，這是遙感水文的基本原理。在可見光和近紅外波段，關鍵在於比較水體與周圍環境對太陽光不同波長的反射強度差異。通過攝影並記錄數據，可以製作影像進行深入的判讀和分析，這種方法具有高幾何精度和解析度，適用於研究水體形態、分布、流域水系測繪以及監測水體變化和水系變遷。

在中、遠紅外波段，主要依賴於水體和環境的輻射強度差異，通過紅外掃描儀或輻射計獲取熱圖象。這種方法的優勢在於能在白天和夜間進行探測，適用於研究水體分布、熱狀況，土壤水和地下水狀態，以及水體污染監測。

微波波段則利用水體表面在不同狀態下的微波發射率差異，通過微波輻射計和雷達獲取水文要素信息，如土壤水分、水土流失和河流管理。雷達測雨是其中的應用之一，通過雨滴對雷達電磁波的散射效應，測量降水的強度、發展、位置和移動。

總的來說，遙感技術在水文學中的研究內容主要包括：水體與環境輻射波譜特性研究、遙感數據的處理、分析和判讀技術，以及如何在水文學和水資源研究中有效應用這些數據。這些技術為我們提供了深入理解和管理水資源的重要工具。

遙感水文是遙感技術在水文學和水資源研究中的應用。在空中或遠處利用感測器收集水體和周圍環境的電磁波輻射，經過加工處理,使這種信息成為可識別的數據或影象,通過分析，顯示水體分布，反映水文現象的時空變化。收集電磁波輻射的儀器稱感測器，如照相機、掃描儀和雷達等。感測器安置在飛機或人造衛星等運載工具內實施遙感工作。水文遙感的特點是感測范圍廣、獲得信息量大、動態監測和信息傳遞迅速等。