遥感与GIS在长江三角洲地区资源与环境动态监测中的应用，本文主要内容关键词为：遥感论文,长江论文,三角洲地区论文,环境论文,动态论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
文献标识码：A文章编号：1004—8227（2000）01—0034—06
长江三角洲地区具有良好的自然条件和区位优势，开发历史悠久，人口稠密、经济发达，在我国国民经济发展中占有极其重要的地位。但人口增长，工业化和城市化进程加快，资源高强度开发，带来了一系列资源环境问题，尤其是人均资源占有量少，人地矛盾突出，生态破坏和环境污染严重，制约着区域社会经济发展。因此，及时掌握区域资源环境的状况和变化规律，对制定区域可持续发展方针、政策、资源开发利用与环境治理规划、计划，都具有重要的意义。本文着重介绍在地理信息系统支持下，应用卫星遥感对区域资源环境进行调查和动态监测的方法与技术，以及在区域可持续发展规划决策中所起的作用。
1 长江三角洲地区遥感卫星动态决策咨询系统研制
1.1 系统组成与研制方案
长江三角洲地区遥感卫星动态决策咨询系统的研制从地球信息科学研究入手，充分发挥RS、GIS、 计算机制图技术及网络技术等学科前沿的优势，在标准与规范的制定和指导下，以乡为基本统计单元的区域地理数据库为支撑，从关键技术研究着手，以示范应用为体现，最终达到为区域可持续发展规划决策提供服务的目的。
1.2 规范与标准的制定
制定了系统的标准与规范。阐明系统目标、内容、标准与规范的内容和制定原则，并对地理坐标、地图分幅、信息（数据）的分类、编码、记录格式及其所依赖的地理坐标作具体的规定。凡有国标的、按照国标执行；国标没有具体规定的，按国标制定的原则执行；没有国标的，依行业标准执行；没有国标也没有行业标准的，先约定试行。长江三角洲两省一市都按本标准与规范工作，达到信息一致可比与共享目的。
1.3 区域基础地理数据库
在标准与规范的指导下，建成了长江三角洲地区基础地理数据库。完成全区1：25万基础地理图的数字化、编辑和储存。包括水系（共4级），居民点，交通网（铁路、公路），行政界线（到乡界）和地理坐标诸要素。从1996年开始，对新建道路每年都利用遥感图像加以更新，包括沪宁高速公路，沪杭在建的高速公路等。
1.4 区域社会经济统计数据库
完成全区1990年以来社会经济统计资料的收集、整理和录入，建成以乡为基本统计单元的长江三角洲区域社会经济统计数据库。数据库的主要社会经济指标有人口、土地、水域和道路面积、工农业产值、粮食及棉花等主要经济作物产量、人均收入等20余项。
1.5 系统组成
系统由工作站和高档微机构成，以ENVY3.0、PCI等图像处理软件和ARC／INFO、Mapinfo等地理信息系统软件平台支撑，在南京建成主系统，在上海和杭州建成两个分系统，主、分系统之间以Internet相联，内部以局域网相联，组成一个跨省的运行系统。
2 关键技术研究
2.1 数据压缩与转换
探讨了两种数据压缩方法：冗余度压缩与熵压缩。对熵压缩，具体深入研究了皮亚诺扫描结合分形基的图像编码方法，可以做到数据压缩比达1：10左右，误差控制在3%，一幅图像的编码、解码过程需1 分钟时间。研究了地图数据，统计数据之间的转换。试验了两省一市在不同平台不同地点工作后的数据转换。
2.2 数据可靠性和精度
从遥感卫星（以Landsat TM为主）图像定位精度、解译图斑定位精度、地类解译精度、面积测量精度的探讨和分析出发，提出根据不同影像特征，结合航空像片样区调查进行细小地物校正，以及采取的各种技术措施提高精度的方法。通过对本研究所获得数据的精度分析，论证了遥感卫星在区域土地制图中的可靠性。
2.3 数据可比性
以TM资料为标准，应用气象卫星NOAA，ERS—1，SAR 等资料进行对比研究，选择舟山、绍兴作为典型地区，对它们的可比性进行分析。从典型验证来看，它们的一致性较好。遥感卫星信息与地理信息系统的数据比较，以及多时相TM资料和其它资料的复合研究，表明本项目采用的诸种遥感信息在土地利用、岸线研究上是一致可比的。
2.4 多媒体技术
本研究以蔬菜暴雨致灾评估的过程为多媒体辅助决策功能研究的主体，通过对上海市蔬菜供需情况介绍、暴雨后影响菜地成灾程度的因子选取、灾害评估模型的建立、菜地受损程度评估及灾情分布的多媒体、交互式的完整表达，使决策者在灾情出现时既能主动直观地看到当时受灾程度及灾情分布，又能了解致灾的主要影响因子和受灾程度评估的完整过程，从而作出科学合理的决策。
3 长江三角洲地区资源与环境遥感动态监测
3.1 区域土地资源
长江三角洲地区包括上海市全部、江苏南部和浙江北部，陆地面积11万km[2]，人口7500多万。随着人口的增长和经济的快速发展， 土地利用空间结构不断变化。本项研究以1993年陆地卫星TM数字图像为信息源，开展全区土地利用现状调查。按照国家农业部规范，将土地利用划分为八大类和若干亚类，进行解译制图，建成区域土地利用图形数据库和属性数据库，并计算出两省一市各类用地的面积。 在此基础上， 以1996年陆地卫星TM图像为依据，以1993年土地利用解译图斑为参照，进行对比分析和土地利用动态变化制图，并计算出近三年来土地利用变化的数据，编制出全区土地利用现状图、土地动态变化图，实现了土地利用变化的遥感监测。此外，根据江苏省的需要，还进行了全省1：10 万耕地资源的遥感调查与制图。
从调查成果分析，区域土地资源变化的基本特征是耕地总量的减少。1996与1993年相比，耕地占土地总面积的比重从36.1%下降到34.2%，非农用地占土地总面积比重从11.4 %增至13.3 %， 人均耕地从 0.051hm[2]减少到0.049hm[2]。同时， 由于城乡建设多集中于交通便捷的平原地区，被占用的往往是肥沃、高爽的土地。耕地减少的主要原因是城镇扩展占用耕地，其次是交通道路建设占用耕地。此外，农村产业结构调整，园地的增加、鱼池的开挖等，也使耕地面积有所减少（表 1）。
表1 长江三角洲地区土地利用动态变化一览表（1993～1996年） hm[2]
单位耕地 园地
城镇建设工矿用地交通用地
上海市 -6178 1277961 764
浙江部分 -110117
12747
9145127216
江苏部分
-97807
-6732
63715 4366
合计 -2041626142 16312732346
3.2 长江河道演变图谱与岸线资源研究
图谱是指经过分析综合的地图与图像图表形式，反映事物和现象空间结构特征与时空序列变化规律的一种信息处理与显示手段。长江河道演变图谱是通过遥感、计算机制图与地理信息系统的大量信息的空间分析与地学认知，以图谱形式阐明长江河道演变各要素和现象的成因机制、形态结构、组成物质、动态变化规律并经过推理、反演与预测，同时在此基础上对长江河道整治、防洪减灾以及岸线资源的开发利用提供规划决策的科学依据。这些要素包括：
（1）50年代以来长江江岸变迁和洲滩冲淤变化。 应用遥感进行了动态分析、调查、制图和数字化，建成江岸变迁数据库。采用的时相有1954、1964、1969、1978、1984、1989、1993和1997年，时间频率大致为5年。图1显示1954年以来长江中下游河床演变最剧烈的河段之一长江镇扬河段江岸变迁、河床摆动的情况。
图1 长江镇扬河段江岸变迁遥感解译图（1954～1997年）
（2）河床水下地形变化。 将南京以下长江多期航道水深测量图进行数字化，初步建成航道水深数据库。采用的时相有1983、1987、1993和1995年，时间频率大致也为5年。
（3）河床边界条件。 应用遥感解译结合地质调查对河床地质地貌条件、组成物质进行了研究和划分。
（4）江岸形态结构。包括岸线和岸坡的形态， 反映出岸线处于侵蚀、淤积或稳定状态。长江下游崩岸以窝崩为主，在遥感图像上反映为由一个个崩窝构成的锯齿状岸线，从较大比例尺遥感图像上还可以进一步量算出崩窝的密度、大小、长宽比，它们反映出崩岸的强度。
（5）空间座标和位置。采用1：10万地形图、经纬网坐标和同一投影作为图谱的空间控制，保证各要素的几何精度。
在长江下游河床演变图谱研究的基础上，预测河势发展趋势，对长江下游河段江岸稳定性进行评价，划分出稳定岸、淤积岸和侵蚀岸三大类型，同时将侵蚀岸根据强度和潜在崩岸危险程度划分出强侵蚀岸和弱蚀岸两个亚类。
3.3 上海市菜地分布及动态变化监测
菜地分布现状和动态变化是进行菜地规划和“菜篮子”工程建设的重要前提。近几年来，随着上海市城市建设的飞速发展，菜地分布状况和面积发生了很大变化。在开展上海市1：10 万土地利用遥感解译与制图的基础上，应用多时相TM数字图像对比，编制了上海市菜地分布影像图，菜地分布图和菜地变迁图（1993～1995年）。调查结果表明，1993年5月至1995年5月，全市新增菜地3759hm[2]，减少菜地1686hm[2]，净增菜地2073hm[2]。新增菜地主要分布于嘉定、青浦、 崇明和松江等县，位于近郊的老菜地，如市区、闵行、宝山和浦东新区等地，因建设征用，面积有较大减少。
3.4 杭州湾海岸带与滩涂资源
应用航空遥感、卫星遥感、现场调查及历史资料相结合的方法对杭州湾岸线和滩涂演变进行动态监测。研究成果表明，杭州湾南岸岸滩的自然淤积加上人工围垦，使岸线不断向海推进。1976～1984年之间，岸线向海推进的主要岸段是沥海—西山和郑家浦—海黄山两处，其中以曹娥江东岸—安定闸岸段推进速度最大，平均年推进速度达500m，1984～1996年，两岸滩涂继续向外淤涨，庵东凸出部分最快，三北浅滩两侧变宽，舌轴基本指北，略有摆动；沥海—西山岸滩逐年被冲蚀；西三潮沟、沙洲向西偏南方向摆动，并逐年向堤岸靠拢；曹娥江出口主槽走向由偏东向北变成正北折东，并逐年向南岸偏移。
3.5 太湖水环境
流域内大量工业废水、生活污水未经处理向太湖排放，以及化肥、农药等面源污染，总磷、总氮和耗氧有机物大量排入太湖，导致太湖水污染日趋严重，太湖的水质平均每十年下降一个等级，目前全湖已有五分之二以上面积处于富营养化状态，其余水域也达中—富营养状态。太湖蓝藻暴发是太湖水体富营养化的后果，是向人类发出的警示。1998年8月10日前后，在持续高温的诱导下， 太湖湖西及无锡市区段暴发大面积蓝藻，这是自1991年以来最为严重的一次。采用1998年8月11 日陆地卫星TM数据进行图像处理，经波段组合、分段线性增强，并以系统的基础地理数据库为基准进行几何精纠正，准确地圈定出蓝藻暴发的位置和范围。这次蓝藻暴发主要位于湖西近岸水域，宽达0.5～1km，沿锡山雪埝桥镇虎咀头岸边起，向南经武进漕桥的竺山岸边直延伸至江浙交界附近的宜兴洑东一带近岸处，绵延约20km，才逐渐减弱消散。其次是无锡市区段，自五里湖出口经鼋头渚东拐，贴岸延伸，至笔架山处离岸向南漫延。据实地调查，在无锡锦园国宾馆和鼋头渚公园处，可看到绿色的蓝藻既浓又密，中间夹着白色的泡沫状污染物，象一层厚厚油漆一样覆盖了近岸的水面，连绵数公里，很远就能闻到一股腥臭味。从遥感监测的结果分析，虽然在无锡市区段后果较明显，但湖西段蓝藻暴发的强度更大，值得引起重视。
4 在区域可持续发展规划决策中的作用
系统的研制和资源环境动态监测为长江三角洲地区可持续发展规划决策提供了重要的技术支撑平台和最新的基础资料与科学依据。已发挥的直接作用有：
（1）1996年江苏省1∶10万卫星遥感耕地调查成果，详细反映了江苏省耕地资源状况，为江苏省政府部门进行基本农田保护区和城镇建设规划区“两区划定”直接使用；
（2）江苏省及上海市长江岸线变迁遥感动态监测与分析， 建成的长江下游河道演变图谱及属性数据库，为1998年长江抗洪抢险提供了基础资料，为江苏省计经委制定长江产业带规划和长江岸线资源利用规划提供了依据；
（3）利用卫星遥感技术制作的1：10万上海市菜地分布动态变化图，为上海市政府蔬菜办公室及时掌握菜田的迁移、变化动态、稳定菜田面积起了重要的作用。上海市主要农作物遥感预测，1996～1997年共提供了24次服务，发布信息的品种有小麦、水稻、油菜、玉米和蔬菜。上报上海市人民政府办公厅，抄报市农委、市商委、市粮食局等单位，为上海市粮食收购、进销、进口、储备及定价提供了决策依据；
（4 ）杭州湾岸线和滩涂动态变化监测成果为修建标准海塘和有计划地进行滩涂围垦提供了决策咨询服务。
收稿日期：1999—03—15 修回日期：1999—05—24