遥感信息与水工环中的应用

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一、主要遥感信息源及其发展

根据传感器类型不同，遥感图像可分为可见光摄影、红外摄影和扫描、多光谱扫描、微波雷达和成像光谱图像等。近10年来，传感器技术迅猛发展，主要表现在：①图像分辨率提高，卫星图像分辨率已达到米级。②具备立体观察功能。③应用波段数增加，机载高光谱成像仪已投入使用。如美国的AVIRIS（航空可见光/红外成像光谱仪），波谱范围0.4～2.5μ，波段数224个。CASI（袖珍航空光谱成像仪），波谱范围0.4～0.95μ，波段数72个。高光谱成像光谱仪简称成像光谱仪（ImaGing Spectrometer），也称超光谱成像仪（Hyperspectral Imager），按其波段数目可分为高光谱（Hyperspectral）成像光谱仪（波段数＜1000，通常100～200左右）和甚高光谱（Ultraspectral）成像光谱仪（波段数1000～10000），后者多为测量大气化学成分而研制的。传统的多光谱成像的波段数只有几个，高光谱成像的波段数大幅提高，波段连续性强，光谱分辨率高，使得运用光谱分析技术成为可能。2000年将发射的民用高光谱成像卫星有：美国EOS-PM1，传感器MODIS，波谱范围415～1640nm、2130～4565nm、6175～14235nm，波段数36个；澳大利亚ARIES-1，传感器ARIES，波谱范围400～2500nm及可见光，波段数105个。

近年来发射的主要对地观测卫星及图像进步简述如下：

（1）1999年美国发射了Landsat7卫星，其ETM＋图像分辨率与过去的TM相同，为30m，增加了分辨率15m的全色波段（PAN）。热红外波段ETM+6分辨率从TM6图像120m基础上提高到60m。TM图像图幅185×185km，最大可放大到1∶10万。

（2）1986～1998年，法国共发射SPOT卫星4颗（其中3号星丢失），其全色图像分辨率10m，多光谱图像（HRV）20m。SPOT HRV图像带宽60km，可放大至1∶5万，全色图像可放大至1∶2.5万。该星具有轨间立体观察功能，三颗星同时运行，实际覆盖周期1～2d，在实时监测方面更具实效。预计在2001年底将发射的SPOT5号星，全色波段分辨率提高到2.5m，多光谱提高到10m，立体观察方式改为沿轨道前后方向。

（3）1992年，日本发射的JERS-1卫星多光谱图像（OPS）分辨率18m，带宽75km，并具有18m分辨率的L波段、HH极化方式的雷达成像系统，该星也具有立体观察功能。

（4）1988～1996年，印度共发射遥感卫星3颗，1996年升空的IRS-1C卫星LlSS-Ⅲ（多光谱图像）分辨率23.5m，带宽141km，全色图像5.8m（星下点），带宽70km。

（5）1995年升空的加拿大雷达卫星RADARSAT为C波段、HH极化方式，具7种模式，25种波束的特点，分辨率有10、25、35、50、100m多种，图幅50km×50km～500km×500km，有立体观察功能，实际重复周期1～8d。

（6）1999年9月，美国IKONOS-2发射成功，图像分辨率高达1m。

（7）1999年10月14日，中巴资源一号卫星（CBERS）发射成功。CCD相机5个波段，带宽113km，分辨率19.5m；红外多光谱扫描仪4波段，带宽119km，分辨率77.8m。

二、水工环领域遥感应用技术的发展现状

经过近30年的应用研究，遥感技术依靠传感器技术、图像处理技术及计算机技术的提高，在水工环领域的应用取得了长足的发展。遥感水文地质开始逐步形成一门独立的学科。传统的遥感水文地质着重于水文地质测绘系统中定性特征的解释和特殊标志的识别，近期的研究则扩展到应用热红外和多光谱影像进行地下水流系统内的地下水分析和管理，目前研究的重点集中到了空间补给模式、污染评价中植被、区域测图单元参数的确定和空间地下水模型中地表水文地质特征的监测。纵观国内外遥感技术在水工环领域的一些应用成果，可把近年来遥感技术的应用发展现状概括为以下几个方面：

1.从目视解译发展到计算机辅助解

如线性影像计算机自动判释专家系统及土地利用（分类）计算机判读模型以及机助信息提取与制图系统等。由于影像的多解性及识别系统的不完善性，虽还需要投入一定的人力工作，但已大幅提高解译工作效率。

2.从几何形态解译到充分利用光谱信息

过去的多光谱遥感数据波段划分过少，只有几个波段，使地面波谱测试数据与图像光谱数据难以精确比较。因此，图像解译工作很少考虑地物的波谱特征，主要根据影像的色彩、色调、纹理、阴影等所形成的几何形态特征。随着机载成像光谱仪（高光谱）技术的商业运作及2000年前后的高光谱成像卫星的发射，使得用光谱信息对地物的分析更精细、更准确。

3.出现地面温度反演技术

地面温度反演是指从热红外图像数据的辐射亮度值获得地表温度信息。反演方法主要有地表温度多通道反演法和多角度数据进行组分温度反演法等。

4.从定性分析评价到依靠计算机数字模型模拟的定量分析评价

如遥感技术在地下水流系统应用中，根据遥感数据建立的地形、流域面积、水系密度等数据集结合气象数据建立空间补给模型。数字模型成为遥感技术实现定量评价的重要途径，而DEM/DTM是涉及地形数据计算方面不可缺少的工具。

5.使用单一遥感信息源到多元信息拟合

目前的遥感应用技术，已不再是单一使用各种遥感数据，而是根据需要结合利用了其他信息源，如地质、地形、水文、土壤、植被、气象、岩土物理力学特征及人类活动等资料。这样，图像数据的预处理尤其重要，如几何较正、多波段数字合成、镶嵌、数据变换等，而地理信息系统（GIS）在多元信息数据管理中起着重要作用。

6.从单一手段应用到多手段应用

近年来，遥感技术（RS）与地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的综合应用，即“3S”技术，成为遥感技术应用的主流。GIS是数据库管理、数据图形处理、各主题图件叠加、制图的重要工具。GPS可以对地面控制点精确定位，提高遥感数据空间精度。另外，在具体手段配合上，也出现了遥感技术与物探技术、钻探技术等相结合的新方法。

7.数字摄影测量技术的发展

数字摄影技术的成熟，推进了制图工作的现代化，改善了基础图件的质量和成图效率，并影响着遥感技术的调查方法。该技术的产品可直接作为GIS的数据源，便于遥感与GIS一体化研究与开发。如我国自己开发的全数字摄影测量软件VIRTUOZO，具有数字化测图、自动生成DEM/DTM和等高线、生成正射影像等功能。

8.遥感技术应用成果向着便于保存、复制、携带及传输方向发展

这意味着遥感技术应用成果的数字化。由于是数字成果，可载于多种介质上，如CD-ROM、磁带及计算机硬盘上，使携带处理更加方便。随着1998年“数字地球”计划的提出及我国国土资源部“数字国土”工程的实施，遥感应用成果数字化显得尤其必要。