遥感技术在水土保持监督中的应用实践
摘 要： 黄河流域及西北内陆河地区范围广，面积大，生产建设项目多，对整个区域进行遥感监测目前还有难度，本文根据现有遥感信息源，适当补充部分遥感信息源，选择2―3个点或线工程，开展生产建设项目遥感监测信息提取技术，并对其进行性价比对比分析，旨在为水土保持监督监测工作者应用遥感技术时提供参考。
关键词： 遥感影像； 分辨率； 监督； 比较
前言
为探索有效获取水土保持预防监督信息的技术与方法，通过对不同分辨率遥感影像的对比，确定各遥感影像的适用环境。对基于高分辨率遥感影像的预防监督信息提取进行试验和调查分析，为进一步提高水土保持预防监督能力和水平和强化生产建设项目水土保持管理提供支持。
1研究内容与技术路线
1.1研究内容
利用遥感技术，采用不同分辨率的信息源（spot5、QuickBird、IKONOS、资源二号、1：3万真彩航片）对所选试区提取预防监督信息，然后对不同信息源的卫星影像（spot5、QuickBird、IKONOS、资源二号、1：3万航片）试区进行外业调查、解译标志建立、内业解译处理、计算编图、分析汇总等，然后进行预防监督信息分类、信息提取方法以及基于不同信息源水土保持预防监督信息提取对比分析。
1.2技术路线
以预防监督信息的遥感快速提取为主线，遵循如下技术路线：
1.2.1确定水土保持预防监督信息分类。根据已有研究，利用遥感技术可提取的水土保持预防监督信息主要包括：项目区面积、植被面积、水土保持措施及土地利用面积、生产建设项目弃土弃渣占地面积等。
1.2.2基于遥感技术提取各类预防监督信息。包括影像纠正、正射影像图制作、信息解译、面积量算统计等。
1.2.3信息集成与分析。将各种方法得到的监测数据进行计算机分析，评价信息精度，确定试区的各项预防遥感监督信息结果。
1.2.4根据研究，总结预防监督遥感信息提取的方法。
2工作方法
根据技术路线，试区选在神东矿区、黄甫川等。针对这些区域，利用SPOT5、快鸟（QuickBird）(分辨率0.61m)或IKONOS卫星影像、真彩航片等，进行预防监督信息提取，研究提取方法。针对不同的信息源提取的预防监督信息，进行对比分析，总结今后开展大范围水土保持预防监督信息提取的方法和经验。
3试区遥感技术应用研究
3.1神东矿区
3.1.1区域概况
神府―东胜矿区（以下简称神东矿区）地处黄河中游多沙粗沙区的黄河一级支流窟野河流域中上游（乌兰木伦河）的沙圪台至麻家塔区间，地理坐标介于东经109°45′～110°40′，北纬38°50′～39°50′之间，涉及陕西省榆林市的神木县和府谷县以及内蒙古自治区鄂尔多斯市的东胜区、伊金霍洛旗、准格尔旗，是国家大型能源重化工开发基地，总面积3837.21km2。煤田自1984年正式开工建设以来，为国家开采了大量的优质煤炭资源，对促进国民经济健康稳定发展起到了重要作用。然而，该区植被稀疏，自然条件恶劣，水土流失严重，生态环境极其脆弱。矿区的开发建设对矿区脆弱的生态环境产生严重甚至毁灭性的影响，为此，国家十分重视矿区的生态环境保护和建设，将该区作为全国水土流失重点监督区实施重点监1000督。
矿区水力侵蚀主要表现为面状侵蚀和沟谷侵蚀；风力侵蚀主要表现为吹扬、搬运、跃移、磨蚀等；重力侵蚀方式主要表现为沟头朔源、坡面滑塌、溶蚀、潜蚀、掏蚀等；人为侵蚀中，露天矿、公路、铁路建设和矿区基建等开发建设对水土流失和土地沙化影响较大。
3.1.2研究内容
研究内容主要有土地利用结构监测、植被覆盖度监测、土壤侵蚀类型及侵蚀强度、开发建设扰动面积监测。
应用信息源：TM卫星遥感影像、SPOT5卫星遥感影像、全色高分辨率卫星影像（分辨率3m）与多波段TM卫星影像（分辨率30m）的融合数据、1：5万栅格DEM。
3.2黄甫川流域
3.2.1流域概况
黄甫川流域为黄河中游多沙粗沙区重点支流，流域面积3246km2，涉及内蒙古准格尔旗及陕西省府谷县的17个乡镇，总人口10.37万人。流域地处毛乌素沙漠向黄土高原的过渡地区，流域内丘陵起伏，坡度较大，沟谷宽阔，支毛沟密布，地势由西北向东南倾斜；流域土地利用以天然荒草地为主，耕地镶嵌，小片林草地零星分布，侵蚀沟网嵌套的土地利用格局；经济表现为典型的以牧为主，农牧复合型农业经济结构。
3.2.2研究内容
研究的内容包括：
1.水土保持动态监测：主要调查2006年和2010年该区域5m以上宽度的梯田、乔木林、灌木林、果园、草地、人工种草、淤地坝、水库等数量及其分布。
2.水土流失动态监测：主要调查2006年和2010年皇甫川流域土壤侵蚀强度等级动态及各种影响因子（包括土壤侵蚀类型、植被覆盖度、坡度、土地利用类型、地表组成物质等因子）动态；主要内容为2006年和2010年监测区域内生产建设项目造成的人为水土流失位置和破坏面积动态；主要内容为2006～2010年监测区域内典型小流域坡面治理、沟道工程、拦沙量、输沙量等动态。
应用信息源：TM卫星影像和0.36m地面分辨率的航拍影像。
4不同分辨率影像选择
根据现有数据及调查情况，我们对IKONOS、Qucikbird、P5、资源二号、SPOT5（5m）、TM和北京一号多光谱影像在空间分辨率、时间分辨率、幅宽、单位价格等方面进行对比分析。
4.1空间分辨率。真彩航片（0.36m）＞QuickBird＞IKONOS＞P5>资源二号＞SPOT5（5m）＞TM＞北京一号（多光谱）。
4.2时间分辨率。优于5m分辨率影像中，QuickBird、IKONOS、SPOT、资源二号、北京一号的全色时间分辨率基本相当，P5稍弱一点；航片因为涉及到飞机租赁、航拍申请等很多因素一般情况下时间分辨率是最低的；北京一号32m多光谱影像比TM影像时间分辨率高很多，在对时间分辨率要求较高的变化分析方面比TM影像有明显优势。
4.3单位价格。真彩航片（0.36m）＞IKONOS≥QuickBird（普通编程）＞P5+TM（或SPOT10m、Aster）)>SPOT5（5m）+TM（或Aster、SPOT10m）＞资源二号+TM（或Aster、SPOT10m）；其中，航飞涉及到飞机租赁、机场费等固定费用，所以航片的成本是公认的最高的，如果有替代方法，一般不采用航飞的方法进行数据获取。Quickbird影像比IKONOS影像分辨率高一些，普通编程价格和IKONOS相当，所以在对影像分辨率要求较高同时对采集时间要求不高的情况下，一般选择QuickBird影像。
5应用前景
5.1遥感信息在生产建设项目水土保持方案审批中的应用
在生产建设项目的水土保持方案的审批阶段，通过遥感影像得到生产建设项目所在地的植被覆盖情况、土地利用情况等，结合水土保持分区图、土壤侵蚀强度图、水文气象数据和其它资料进行综合分析，可以提高对该项目可能造成的水土流失情况预测的准确性，辅助判断方案中的水土保持措施的是否满足相关规定要求，能否有效防止水土流失。从而判断上报的水土保持方案是否合理，为生产建设项目的审批决策提供依据。
5.2遥感信息在生产建设项目督查中的应用
针对不同的区域尺度，应该采用不同的遥感数据源。为了节约成本、提高效率，对大范围区域的生产建设项目的督查宜采用先用中分辨率影像进行预防监督信息的变化监测，然后结合已有的生产建设项目信息等发现违规生产建设项目和疑似违规生产建设项目怀疑区的方法。
通过遥感影像信息处理发现违规开工的生产建设项目及坐标后，利用全球定位系统可以快速到达违规生产建设项目所在地进行监督执法。
关键词： 遥感影像； 分辨率； 监督； 比较
前言
为探索有效获取水土保持预防监督信息的技术与方法，通过对不同分辨率遥感影像的对比，确定各遥感影像的适用环境。对基于高分辨率遥感影像的预防监督信息提取进行试验和调查分析，为进一步提高水土保持预防监督能力和水平和强化生产建设项目水土保持管理提供支持。
1研究内容与技术路线
1.1研究内容
利用遥感技术，采用不同分辨率的信息源（spot5、QuickBird、IKONOS、资源二号、1：3万真彩航片）对所选试区提取预防监督信息，然后对不同信息源的卫星影像（spot5、QuickBird、IKONOS、资源二号、1：3万航片）试区进行外业调查、解译标志建立、内业解译处理、计算编图、分析汇总等，然后进行预防监督信息分类、信息提取方法以及基于不同信息源水土保持预防监督信息提取对比分析。
1.2技术路线
以预防监督信息的遥感快速提取为主线，遵循如下技术路线：
1.2.1确定水土保持预防监督信息分类。根据已有研究，利用遥感技术可提取的水土保持预防监督信息主要包括：项目区面积、植被面积、水土保持措施及土地利用面积、生产建设项目弃土弃渣占地面积等。
1.2.2基于遥感技术提取各类预防监督信息。包括影像纠正、正射影像图制作、信息解译、面积量算统计等。
1.2.3信息集成与分析。将各种方法得到的监测数据进行计算机分析，评价信息精度，确定试区的各项预防遥感监督信息结果。
1.2.4根据研究，总结预防监督遥感信息提取的方法。
2工作方法
根据技术路线，试区选在神东矿区、黄甫川等。针对这些区域，利用SPOT5、快鸟（QuickBird）(分辨率0.61m)或IKONOS卫星影像、真彩航片等，进行预防监督信息提取，研究提取方法。针对不同的信息源提取的预防监督信息，进行对比分析，总结今后开展大范围水土保持预防监督信息提取的方法和经验。
3试区遥感技术应用研究
3.1神东矿区
3.1.1区域概况
神府―东胜矿区（以下简称神东矿区）地处黄河中游多沙粗沙区的黄河一级支流窟野河流域中上游（乌兰木伦河）的沙圪台至麻家塔区间，地理坐标介于东经109°45′～110°40′，北纬38°50′～39°50′之间，涉及陕西省榆林市的神木县和府谷县以及内蒙古自治区鄂尔多斯市的东胜区、伊金霍洛旗、准格尔旗，是国家大型能源重化工开发基地，总面积3837.21km2。煤田自1984年正式开工建设以来，为国家开采了大量的优质煤炭资源，对促进国民经济健康稳定发展起到了重要作用。然而，该区植被稀疏，自然条件恶劣，水土流失严重，生态环境极其脆弱。矿区的开发建设对矿区脆弱的生态环境产生严重甚至毁灭性的影响，为此，国家十分重视矿区的生态环境保护和建设，将该区作为全国水土流失重点监督区实施重点监1000督。
矿区水力侵蚀主要表现为面状侵蚀和沟谷侵蚀；风力侵蚀主要表现为吹扬、搬运、跃移、磨蚀等；重力侵蚀方式主要表现为沟头朔源、坡面滑塌、溶蚀、潜蚀、掏蚀等；人为侵蚀中，露天矿、公路、铁路建设和矿区基建等开发建设对水土流失和土地沙化影响较大。
3.1.2研究内容
研究内容主要有土地利用结构监测、植被覆盖度监测、土壤侵蚀类型及侵蚀强度、开发建设扰动面积监测。
应用信息源：TM卫星遥感影像、SPOT5卫星遥感影像、全色高分辨率卫星影像（分辨率3m）与多波段TM卫星影像（分辨率30m）的融合数据、1：5万栅格DEM。
3.2黄甫川流域
3.2.1流域概况
黄甫川流域为黄河中游多沙粗沙区重点支流，流域面积3246km2，涉及内蒙古准格尔旗及陕西省府谷县的17个乡镇，总人口10.37万人。流域地处毛乌素沙漠向黄土高原的过渡地区，流域内丘陵起伏，坡度较大，沟谷宽阔，支毛沟密布，地势由西北向东南倾斜；流域土地利用以天然荒草地为主，耕地镶嵌，小片林草地零星分布，侵蚀沟网嵌套的土地利用格局；经济表现为典型的以牧为主，农牧复合型农业经济结构。
3.2.2研究内容
研究的内容包括：
1.水土保持动态监测：主要调查2006年和2010年该区域5m以上宽度的梯田、乔木林、灌木林、果园、草地、人工种草、淤地坝、水库等数量及其分布。
2.水土流失动态监测：主要调查2006年和2010年皇甫川流域土壤侵蚀强度等级动态及各种影响因子（包括土壤侵蚀类型、植被覆盖度、坡度、土地利用类型、地表组成物质等因子）动态；主要内容为2006年和2010年监测区域内生产建设项目造成的人为水土流失位置和破坏面积动态；主要内容为2006～2010年监测区域内典型小流域坡面治理、沟道工程、拦沙量、输沙量等动态。
应用信息源：TM卫星影像和0.36m地面分辨率的航拍影像。
4不同分辨率影像选择
根据现有数据及调查情况，我们对IKONOS、Qucikbird、P5、资源二号、SPOT5（5m）、TM和北京一号多光谱影像在空间分辨率、时间分辨率、幅宽、单位价格等方面进行对比分析。
4.1空间分辨率。真彩航片（0.36m）＞QuickBird＞IKONOS＞P5>资源二号＞SPOT5（5m）＞TM＞北京一号（多光谱）。
4.2时间分辨率。优于5m分辨率影像中，QuickBird、IKONOS、SPOT、资源二号、北京一号的全色时间分辨率基本相当，P5稍弱一点；航片因为涉及到飞机租赁、航拍申请等很多因素一般情况下时间分辨率是最低的；北京一号32m多光谱影像比TM影像时间分辨率高很多，在对时间分辨率要求较高的变化分析方面比TM影像有明显优势。
4.3单位价格。真彩航片（0.36m）＞IKONOS≥QuickBird（普通编程）＞P5+TM（或SPOT10m、Aster）)>SPOT5（5m）+TM（或Aster、SPOT10m）＞资源二号+TM（或Aster、SPOT10m）；其中，航飞涉及到飞机租赁、机场费等固定费用，所以航片的成本是公认的最高的，如果有替代方法，一般不采用航飞的方法进行数据获取。Quickbird影像比IKONOS影像分辨率高一些，普通编程价格和IKONOS相当，所以在对影像分辨率要求较高同时对采集时间要求不高的情况下，一般选择QuickBird影像。
5应用前景
5.1遥感信息在生产建设项目水土保持方案审批中的应用
在生产建设项目的水土保持方案的审批阶段，通过遥感影像得到生产建设项目所在地的植被覆盖情况、土地利用情况等，结合水土保持分区图、土壤侵蚀强度图、水文气象数据和其它资料进行综合分析，可以提高对该项目可能造成的水土流失情况预测的准确性，辅助判断方案中的水土保持措施的是否满足相关规定要求，能否有效防止水土流失。从而判断上报的水土保持方案是否合理，为生产建设项目的审批决策提供依据。
5.2遥感信息在生产建设项目督查中的应用
针对不同的区域尺度，应该采用不同的遥感数据源。为了节约成本、提高效率，对大范围区域的生产建设项目的督查宜采用先用中分辨率影像进行预防监督信息的变化监测，然后结合已有的生产建设项目信息等发现违规生产建设项目和疑似违规生产建设项目怀疑区的方法。
通过遥感影像信息处理发现违规开工的生产建设项目及坐标后，利用全球定位系统可以快速到达违规生产建设项目所在地进行监督执法。
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