遥感在湿地研究中的现状与展望

高　鹏　徐志刚　江永弘　金　鑫　甘俊杰

(1.龙岩学院资源工程学院，福建　龙岩364012)　(2.龙岩市中正测绘有限公司，福建　龙岩364012)



遥感在湿地研究中的现状与展望

高鹏1,2徐志刚1,2江永弘1金鑫1甘俊杰1

(1.龙岩学院资源工程学院，福建龙岩364012)(2.龙岩市中正测绘有限公司，福建龙岩364012)

摘要：伴随湿地资源的占用和破坏，湿地生态系统不断恶化，遥感技术在湿地研究方面扮演重要角色。文章从多光谱遥感、高光谱遥感、微波遥感、多源遥感数据的融合与集成等方面阐述遥感在湿地研究中的应用现状、存在的不足及未来研究的重点。

关键词：遥感；湿地；现状；进展

湿地(Wetland)是地球上最重要的生存环境和生态系统，在全球和区域生态过程中发挥着极为重要的作用[1]。由于人口数量不断增长、社会经济的快速发展，对土地资源需求不断加大，湿地资源也被大量占用，越来越多的湿地被转化为城市、农业用地[2]。为合理利用、有效保护、科学管理宝贵的湿地资源，需要动态、高效的监测手段对湿地进行监测与分析评价，而遥感技术恰可发挥重要的作用[3]。

遥感(Remote Sensing,简称RS)技术具有多平台、多分辨率、多时相、多角度、多数据源等优势，能够对地实施覆盖广泛、实时快速的重复观测，获取大量、可比性强的地物信息，最近二十多年来被广泛应用于湿地识别、提取、监测及评价等研究中[4]。我国有关湿地保护研究起步较晚，了解国内外遥感技术在湿地研究中现状，有利为湿地保护、管理、生态修复提供更好的技术支持，实现人类与湿地资源协调发展，推动我国生态文明建设迈向新的高度。

1遥感技术在湿地研究中的现状

由于湿地的特殊性、区域性和多样性，传统野外采样测试技术已不能满足研究需要，而从空中对地面进行多时相、多角度、多光谱、多分辨率探测与分析的卫星遥感技术则能够为湿地资源研究提供有效的支持。经过40余年发展，卫星遥感影像分辨率不断提高，形成了天、空、地一体化的对地观测系统网络，能够从不同层面反映空间格局、动态过程和时空变异，进而揭示现象的驱动机制和演变趋势。遥感已成为湿地科学研究重要的技术支持，遥感信息是湿地研究主要的信息源。

当前国内外遥感技术在湿地研究中的应用已受到了研究人员的重视，并取得了一些成果，主要应用方向包括：1)湿地识别与提取；2)湿地类别细分；3)湿地生态容量与生物量遥感估算；4)湿地自然地理环境调查；5)湿地动态监测；6)构建湿地信息系统[5]。

1.1光学遥感

1.1.1多光谱遥感

光学遥感数据是湿地遥感最为主要的数据源。中高分辨率航空影像已被证明是湿地边界、生物变化和真实范围制图快速、精确和相对经济的技术手段。Wright等构建了决策树模型，利用多季节Landsat TM遥感影像和辅助地形与土壤数据对湿地和河流系统进行分类和制图。MacAlister等利用最大似然分类，结合Landsat ETM+影像和实地测量数据对Mekong盆地湿地资源进行分类制图，以满足资源管理与保护的要求。Frohn等采用多光谱遥感数据，比较了混合像元分解和传统硬分类方法应用于湿地分类的适用性和效果，结果表明基于LSMM软分类结果比传统方法更可靠，能够确定亚像元级的小湿地斑块。牛振国等[6]利用多期美国陆地卫星影像，采用目视解译的方法，分别以1978、1990、2000、2008年作为基准点，获取了4期全国湿地分布图；郑姚闽等[6]利用4期湿地分布数据，结合保护区和环境等数据对国家级湿地保护区进行了相关评价。

1.1.2高光谱遥感

高光谱遥感作为光学遥感的重要分支，近年来湿地遥感愈加受到重视，被视为21世纪最具发展潜力的遥感技术。针对地物光谱和地表实测数据在湿地遥感中的重要作用，Adam等利用ASD地物光谱仪实测数据，对湿地草类植物进行光谱区分。Daria Siciliano等应用高光谱遥感数据，对湿地植被和富营养化进行了分析，表明了高光谱遥感数据在湿地监测中的优越性。Filippi等获得了优于传统监督分类算法的分类精度，同时与监督人工神经网络的精度也比较接近。Salem等将高光谱遥感数据用于油溢探测及其对湿地的破坏，以评价湿地损失和栖息地变化。Pengra等将EO-1 Hyperion高光谱数据用于湿地入侵植物制图，采用光谱相关制图生成二值栅格图，识别入侵植物。

1.2微波遥感

随着微波遥感的发展，以SAR图像为代表的主动遥感也在湿地遥感中开始得到应用。微波遥感由于其全天候、全天时和具有一定穿透能力的优势，在湿地遥感领域得到广泛应用。雷达遥感由于能够监测水体表面面积变化、对土壤湿度敏感和独立于天气/时间，被视为湿地划分识别的潜在技术。SAR在湿地应用中，应用最多的是L和C两个波段，其中L波段植被波谱特性更显著，适用于以林地为主的湿地研究，而C波段适用于低生物量偏低的植被湿地研究。Wdowinski等对JERS SAR L波段数据进行干涉处理，探测湿地水面高度变化。Sophie Moreaut等利用C波段ERS SAR数据量化湿地养分信息，监测生物量和生物量变化。Kim等的数据结合研究对于改进湿地监测具有良好的效果。Bartsch等利用多时相ENVISAT ASAR wide swath数据，进行湿地探测和识别，表明的SAR数据的有效性。

1.3多源遥感数据的融合与集成

由于不同遥感数据各有其优势和不足，多源数据集成和融合、遥感与GIS及其它辅助数据复合已在湿地遥感领域得到了重视。Rebelo等综述了遥感与GIS集成在湿地资源调查、评价和变化分析方面的应用。Toyra等采用Radarsat SAR数据和光学遥感数据生成时序洪水图，利用多时相SOPT数据生成植被格局图，利用LIDAR生成DEM提取非洪水区域。基于遥感影像的湿地季节、年际变化监测一直是湿地遥感的重要内容。Gilmore等将多时相遥感影像、野外实测光谱数据和LiDAR冠层数据结合，用于湿地植被种群分类和制图，表明了多源数据集成的重要性和有效性。Bwangoy等应用Landsat TM被动光学影像，JERS-1 SAR影像和由SRTM生成的地形因子，构建决策分类树进行湿地制图，表明多源数据综合应用的重要性。

王树功等分析了遥感与GIS技术在湿地定量研究中的应用趋势，阐述了运用RS与GIS技术进行湿地系统定量化研究方法与思路，重点分析了其在湿地识别、类型划分、生物量估算及管理信息系统等研究中的应用趋势。分析表明,运用RS与GIS技术结合可以使湿地研究具有宏观性、动态性、定量性。

将湿地分布格局与湿地生物物理属性、土壤和水分理化特征、水文模型和生态模型等结合，是湿地遥感当前主要的研究前沿。Ignacio Melendez-Pastor等应用遥感资料分析得到的植被、土壤和水体分量并发现在干旱期间植被、土壤和水体存在显著的差异。Chen等利用水文模型、水量平衡模型和遥感数据分析表明了遥感数据和数理模型结合在湿地评价分析中的重要作用。李健等基于Landsat-TM数据建立了鄱阳湖湿地植被生物量遥感监测模型，分别进行了植被指数与生物量的线性和非线性回归分析。赵静等建立三江源区蒸发量估算模型，分析探讨温度、降水量、风速和蒸发量之间的相关关系。朱鹏等利用水平衡模型通过获取土壤含水量模拟全球湿地潜在分布，通过验证表明可以获取目前精度最高的全球湿地潜在分布数据。

2存在不足

(1)应用目标以单一应用为主，对同一研究对象的综合应用分析不足；

(2)遥感信息处理侧重单目标信息处理，多目标信息处理与综合应用欠缺；

(3)多源遥感影像融合主要关注影像融合后的分类或信息提取，但对于SAR和光学影像中包含的大量物理信息则缺少考虑；

(4)遥感信息处理方法仍以传统处理方法为主，对于多源遥感信息融合、遥感定量反演、遥感数据挖掘与智能信息处理、遥感变化检测等方面的研究重视不够；

(5)遥感应用仍以揭示现象的空间格局为主，缺乏时空过程综合分析、遥感与GIS综合应用、遥感数据与模型驱动下的机理分析、遥感信息与数理和物理模型结合等方面的研究。

3展望

(1)将湿地资源环境调查研究的需求与多时相遥感信息处理技术优势的结合，通过对研究区多源遥感信息协同、多种信息处理方法的集成，构建系统的湿地资源环境遥感理论与方法体系，推进湿地资源环境遥感综合分析理论、方法与应用的发展。

(2)突破以往遥感应用的单目标信息处理体系，通过对遥感信息源应用优势的深度挖掘，形成同一遥感信息源的多目标应用、多源遥感信息融合的综合应用，进而挖掘不同主题、不同目标应用之间的关联和耦合，从而形成多目标遥感应用体系，推进遥感多目标综合分析与集成应用方法的发展，开拓遥感应用技术体系。

(3)高分辨率遥感信息已在许多领域得到深入应用，但在湿地遥感方面的应用还有待开展，而以多源信息融合、定量遥感反演、时空动态监测、遥感数据挖掘、智能信息处理等为主的遥感信息处理新方法目前在湿地资源环境研究中的应用还很少，遥感信息与地学模型的结合还远远不能满足需要。今后研究应尝试在这些信息处理方法方面进行综合研究，拓展遥感信息处理新方法在湿地资源环境遥感中的应用。

参考文献：

[1]周德民,宫辉力,胡金明等·湿地水文生态学模型的理论与方法[J].生态学杂志,2007, 26(1): 108-114.

[2]张树文,颜凤芹,于灵雪等·湿地遥感研究进展[J].地理科学,2013,33(11):1406-1412. (90): 2130-2137.

[3]郑姚闽,张海英, 牛振国,等·中国国家级湿地自然保护区保护成效初步评估.科学通报, 2012, 57: 207-230.

(责任编辑：王德红)

Current Situation and Prospect of Remote Sensing in Wetland Research

Gao Peng1,2Xu Zhigang1,2Jiang Yonghong1Jin Xin1Gan Junjie1

(1.Institute of Resource Engineering, Longyan University, Longyan 364013)(2.Longyan Zhongzheng Surveying and Mapping Co. Ltd. , Longyan 364013)

Abstract：With the occupation and destruction of wetland resources, and the wetland ecosystem has been deteriorating. Remote sensing technology plays an important role in wetland research. This paper describes the application status of remote sensing about the wetland research from multi-spectral remote sensing, hyperspectral remote sensing, microwave remote sensing, multi-source remote sensing data fusion and integration. At the same time, it analyses the problems at present, and points out the research focus in the future.

Key words:remote sensing，wetlands，status，progress

收稿日期：2016-01-13

基金项目：福建省科技厅重点项目(2013Y0068);福建省教育厅A类、B类项目(JA13312、JB12202)；龙岩市科技局项目(2013LY50)；龙岩学院产学研项目(LC2013015)；福建省国家级、省级、校级大学生创新训练计划项目(G20142015、201511312061、201323)中期成果。

作者简介：1.高鹏( 1983～ )， 女，吉林公主岭人，龙岩学院资源工程学院讲师。研究方向：“3S”技术应用、基础测绘。

中图分类号：X87

文献标识码：A

文章编号：1673-9507(2016)03-0130-03

2.徐志刚(1982.05～)，男,江西临川人，龙岩学院资源工程学院副教授。研究方向：资源环境遥感。