基于遥感技术的湖面监测研究进展

2024-04-24邹振伟杜崇

农业灾害研究 2024年1期

邹振伟?杜崇

摘要：近年来，随着科技的进步，利用卫星遥感手段进行湖面实时监测，对于维护和管理湖泊具有重要的现实意义。为理顺湖面遥感监测领域的研究状况及发展趋势，基于CiteSpace文献计量法，利用中国知网（CNKI）数据库对湖面遥感监测主题进行可视化分析，归纳了2000—2023年该领域研究的文献量、研究热点和前沿演进趋势。结果表明：目前国内领域内相关研究文献整体呈现线性增长的趋势，主要研究学者及科研团队呈现“大分散，小聚集”的特点；研究热点主要集中在青藏高原地区的高原湖泊遥感监测领域；未来可能围绕高原湖泊的时空演变和土地利用等内容进行研究。

关键词：湖面监测；遥感技术；可视化分析

中图分类号：X524 文献标志码：B 文章编号：2095–3305（2024）01–0-04

湖泊是区域水循环的关键载体，在调节河流径流、保障农业与生活用水、改善区域生态环境等方面具有重要的意义。湖面的演变反映了该地区水资源的整体状况，对气候、人为等因素的响应十分敏感[1]。通过研究湖面演变，可以了解当地的生态系统变化。

遥感卫星能够为湖泊提供实时、精确、覆盖范围大的图像数据，可以直接对湖泊状态进行可视化解译。通过对图像数据进行处理，可以得到更多的数据，使用RS与GIS技术并辅之以GPS系统来进行湖泊的动态监测，已经得到了众多学者的认可，并具有一定的前瞻性[2]。

通过搜索发现，梁匡一于1987年发表在《环境遥感》的《遥感影像上的罗布泊及其变迁》是国内湖面遥感的早期代表作。从这篇文献来看，我国的遥感技术一开始被认为是“上帝之眼”，用于对普通方法不能或难以获取的大面积水体变化进行监测，起到为湖面“照相”的效果，并没有太多遥测机制的研究[3]。此后，基于遥感技术进行湖面监测的研究逐渐成熟，目前已经取得了一系列成果。

因为不同学科的研究者所关心的科学问题和他们的研究侧重点不尽相同，所以从中国知网（CNKI）数据库中筛选了与此有关的文献，并使用了一个文献数据可视化的应用程序CiteSpace，对湖面遥感监测领域的研究作者、机构以及关键词等展开研究，得到了目前研究的知识结构[4]，从而了解湖面遥感的研究现状和发展方向，为有关研究人员的研究工作提供一定的参考。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

以中国知网（CNKI）的数据源为基础，利用数据库高级检索功能，主题设置为湖面监测，篇名、关键词、摘要设置为遥感，确定检索时间范围为2000—2023年，检索共计554篇文献。为保证数据源的质量与可靠性，去掉报纸会议非研究性文献和重复文献，最终选择剩余的538篇有效文献作为原始数据源。

1.2 研究方法

先使用Excel统计领域内2000—2023年间学术论文的年度发文量，然后将CiteSpace软件作为分析工具，以1年为一个时间单元切片，对识别出的关键词进行可视化图谱分析。关键词数据信息的知识图谱可以更直接地展示出知识群的演变和领域中各个关键词的知识结构[5]。

2 结果与分析

2.1 发文量分析

从中国知网（CNKI）数据库的文献量来看（图1），2000—2004年间每年发文数较少，2005—2023年间文献数量逐年增多，增速较快，论文数量最高为2021年，

共计发表60篇。整体来看，2000年以来湖面遥感监测相关领域的发文量呈现线性增加的趋势，说明国内关于湖面遥感的研究持续受到较高关注。

2.2 主要发文作者及合作关系可视化分析

图2为2000—2023年湖面遥感监测研究领域主要发文作者共现网络图谱。科研人员属于推进学科领域建设的核心力量，所以有必要对科研人员的合作网络展开分析。在作者合作共线网络图谱中，圆圈面积用来表达作者的发文数量，节点之间的连线密度用来表达作者之间的合作关系。由图2可知，领域内发文作者一共469位，以马荣华、边多、拉巴卓玛三位研究学者的节点最大，说明他们发表的论文数量最多。在这些论文中，马荣华发表论文9篇，边多发表论文8篇，拉巴卓玛发表论文7篇，拉巴、姚檀栋、德吉央宗、朱立平、宋春桥所发表的论文均为5篇。在作者合作关系方面，领域内主要有以马荣华为核心的研究团队，和以德吉央宗、拉巴卓玛、边多等为核心的研究团队，不同团队之间的联系不紧密，整体呈现“大分散，小聚集”的特点，应该加强不同核心学者和不同研究团队之间的交流合作。

2.3 主要科研机构发文研究统计

通过对538篇文献发文机构进行统计，得出在发文数量上位居前列的9个发文机构，其他机构发表论文数量均不超过10篇。从表1可以看出，湖面遥感监测领域内发文最多的3个机构分别是：中国科学院大学、中国地质学大学（北京）和中国科学院地理科学与资源研究所，占总发文量的11.7%，说明在湖面遥感监测领域，这3个机构的研究成果较为全面且深入，相对其他机构更具权威及说服力。

2.4 研究热点分析

2.4.1 关键词共现可视化分析

利用CiteSpace软件中的Key word（关键词）分析功能，对所有538篇原始文献展开分析，最终获得了高频关键词共线网络图谱（图3）。其是对核心内容的提炼与浓缩，可以较好地展现出该研究领域的研究热点和发展趋势[6]。以原始数据文献为基础，从关键词出现频次和关键词中心性指数这2个指标，对排名前10位的共现关键词展开排序并将其统计出来，具体见表2。

圖3结果显示：湖面监测领域关键词主要集中在遥感、气候变化、湖泊、青藏高原等方面。关键词“遥感”节点最大，表明其出现频率最高（130次），其次是气候变化（98次）、湖泊（80次）和青藏高原（68次）等关键词节点。中心性指数前4位关键词：遥感（0.6）气候变化（0.35）湖泊面积（0.27）和湖泊（0.26），可以说明关键词“遥感”“气候变化”等都与绝大多数关键词具有较紧密的相关性。综合来看，遥感和气候变化方向研究热度高、研究技术完善、体系成熟，可继续作为湖面监测领域研究的核心部分。

2.4.2 关键词聚类可视化分析

关键词聚类图谱指的是利用共被引耦合分析，对关键词进行自动提取并自动生成聚类标签[7]。对关键词聚类知识图谱进行分析，可以更好地掌握湖面遥感监测研究领域的整体研究情况[8]。图4为2000—2023年湖面遥感监测研究领域高频关键词聚类图谱。

圖4显示的网络模块化评价指标Q=0.4897，说明关键词聚类的结果可信，网络同质性平均值S=0.824，表明关键词聚类合理[9]。分析得到9个聚类标签包括：#0湖泊、#1遥感、#2湖泊面积、#3面积变化、#4高原湖泊、#5驱动因素、#6遥感技术、#7湖泊变化、#8西藏，代表湖面遥感监测领域内9类研究重点。9个聚类标签紧密程度最大值为0.871，最小值为0.736，表明聚类标签当前研究热度较高。标签#4高原湖泊的紧密程度为0.871，表明文献紧密地围绕“高原湖泊”开展研究。

2.5 研究前沿演进分析

2.5.1 关键词时间线演进可视化分析

关键词聚类时间图谱指的是以时间轴的方式，表达各关键词出现的年份（图5），其能够清晰地显示出目前研究热点领域的关键词在不同时区的研究关联度，比仅依靠关键词聚类来对词频变化进行分析要更为全面[10]。时间图谱中横轴代表研究的时间线，圆形的尺寸面积代表发文的数量，而曲线代表的是关键词之间的关联度。

由图5可知，湖面遥感监测研究的演变呈现出以下特点：（1）高原湖泊尤其是青藏高原地区的湖泊面积变化是国内近20年重点关注内容；（2）遥感技术是监测湖泊面积和水量变化的主要方法；（3）分析局部气候变化的多种驱动因素主要依靠遥感监测获得的数据完成；（4）有关多源遥感技术的应用研究或将成为未来几年新的研究趋势。

2.5.2 关键词突显可视化分析

利用CiteSpace软件的突发性（BurstTerm）检测功能，将阈值调整为0.8，时间跨度设置为2000—2023年，得到高突现率关键词9个（图6）。结果显示：突现率较高的关键词有遥感、西藏、湖面变化等，其中“遥感”关键词的研究时间跨度最长且开始最早。2020—2023年期间，google earth engine、时空演变、土地利用、高原湖泊等领域成为研究的主要方向。

3 结论

研究借助CiteSpace软件，以中国知网（CNKI）数据库2000—2023年538篇与湖面遥感监测领域相关的文献，进行了可视性数据分析。将主要发文作者、科研机构、关键词共线聚类、关键词时间线演进和关键词突显等节点类型作为研究方向，得出结论如下：

（1）在发文量方面，2000—2023年湖面遥感相关领域的发文量在逐年增多且增速较快，呈现线性增加的趋势，说明国内关于湖面遥感的研究持续受到较高关注。

（2）在主要发文作者、主要科研机构分布以及合作关系方面，领域内核心学者及其研究团队彼此之间的合作联系不紧密，中国科学院大学、中国地质学大学（北京）和中国科学院地理科学与资源研究所等科研单位取得了比较系统和全面的研究结果。

（3）在研究热点方面，“遥感”“气候变化”“湖泊”

“青藏高原”等关键词是湖面遥感监测领域的热点研究对象，说明青藏高原地区的高原湖泊面积变化是近些年学者重点关注的内容。应用遥感技术获得的数据，探寻湖泊面积和区域气候之间的联系是当前阶段的研究方向。

（4）在热点前沿演进方面，不同阶段湖面遥感监测领域的研究热点不尽相同，未来高原湖泊土地利用的时空演变或成为新的研究重点，多源遥感新技术的应用将进一步为湖面监测与交叉学科的综合性研究提供新的技术支持。

参考文献

[1] 甄志磊，张生，史小红，等.基于遥感技术的达里诺尔湖湖面演化研究[J].中国农村水利水电，2013（7）：6-9.

[2] 刘文军.基于遥感技术的艾比湖湿地土地利用/覆盖信息提取及湖面变化研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学， 2006.

[3] 粱匡一.遥感影像上的罗布泊及其变迁[J].环境遥感， 1987（4）：285-295，325.

[4] 施生旭，童佩珊.基于CiteSpace的城市群生态安全研究发展态势分析[J].生态学报，2018，38（22）：8234-8246.