全国区域地质环境遥感监测技术体系框架建设研究
赵福岳
中国国土资源航空物探遥感中心,北京 100083

作者简介: 赵福岳(1953-),男,教授级高级工程师,主要从事区域地质、矿产地质、生态地质环境等领域遥感应用研究。

摘要

重点论述了全国区域地质环境遥感监测技术体系建立的总体目标、体系结构、研究内容和研究方法。

关键词: 区域地质环境; 遥感监测; 技术体系; 子系统
中图分类号:TP79 文献标志码:A 文章编号:1001-070X(2010)增刊-0001-03
The Building of the Technical System for National Regional Geological Environment Monitoring of Remote Sensing Technology
ZHAO Fu-yue
China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources, Beijing 100083, China
Abstract

The general goal,system structure and the research contents and methods in establishing the Technical System for National Regional Geological Environment Monitoring of Remote Sensing Technology are discussed in this paper.

Keyword: Regional geological environment; Remote sensing monitoring; Technical system; Sub-system
0 引言

生态地质环境是人类赖以生存的条件。它由地质环境和生态环境共同组成生态循环链条, 相互之间存在制约、耦合和效应关系。自然界正是在这种复杂关系的控制下, 现代冰川退缩加剧、荒漠化加强、海岸线退缩、湿地面积减少[1, 2], 以及极端气候现象和突发性地质灾害不断发生[3], 标志着生态环境在退化, 严重威胁着人类的生存安全和社会经济正常发展。面对这一事实, 如何采取行之有效的监测技术, 建立全国陆域全覆盖、快速、准确和产业化、标准化、自(半)动化的区域地质环境遥感监测技术体系, 为国家适时提供区域地质环境监测数据, 研究其变化规律, 日益突显重要。

本文以全国区域地质环境遥感调查与监测工作为基础, 提出全国区域地质环境遥感调查监测技术体系的初步框架, 与大家共商榷。

1 总体目标

全国区域地质环境遥感调查监测技术体系建设的总体目标是以遥感技术为手段, 以多期航天、航空遥感数据为信息源, 以我国陆域为监测对象, 以1:25万(全国陆域)和1:5万(重点区)为监测尺度, 以生态地质环境专题因子变化为监测内容, 建立集航天与航空数据采集技术、基础数据处理技术、区域地质环境与重点区生态环境专题因子变化信息提取技术、应急监测技术、综合研究与评价技术、成果信息管理集成与成果信息网上发布技术以及区域地质环境遥感监测技术标准建立为一体的产业化、标准化、自(半)动化的遥感监测技术体系, 为国家适时掌控全国区域地质环境变化规律及其与全球变化的联系, 制定宏观经济发展规划、管护生态地质环境提供定量监测数据和科学依据, 最终实现为国家提供陆域两年一图、重点区一年一图的监测目标。

2 体系结构

为了实现全国区域地质环境遥感调查监测的总体目标, 根据全国与重点区遥感调查监测的数据源选择与数据采集、图像处理、监测尺度、监测周期、调查内容、技术方法、技术要求、成果输出和信息集成与成果发布等方面内容, 构建全国区域地质环境遥感监测技术体系框架如图1所示。

图1 全国区域地质环境遥感调查监测技术体系框架

3 主要研究内容
3.1 遥感监测技术标准与规范制定

制定指导和规范全国区域地质环境遥感调查监测技术体系运行的相关技术标准和规范规程。主要包括: 保证航空数据获取质量的航空摄影技术规程; 保证图像处理质量的多光谱数据处理技术规程、高光谱遥感数据处理技术规程、微波遥感数据处理技术规程、干涉雷达数据处理技术规程、机载激光雷达数据获取与图像处理技术规程和1:1万/1:2.5万/1:5万遥感影像地图制作规程; 保证区域地质环境专题因子遥感调查监测质量的1:25万专题因子分类分级技术要求、1:25万遥感地质解译技术指南、遥感地质调查数据描述技术要求、遥感地质调查元数据描述技术要求、1:25万环境地质遥感监测技术要求、1:25万区域地质环境遥感勘查技术规范、1:25万遥感地质调查技术要求、InSAR技术区域地面沉降遥感监测技术要求、热红外遥感数据处理技术规程和1:10万/1:25万遥感影像地图制作规范; 保证重点区域地质环境专题因子遥感监测质量的1: 5万地质灾害遥感监测技术规定、1: 5万环境地质遥感监测技术要求、1: 5万区域地质遥感调查技术规定、1: 5万遥感地质调查技术要求和1: 5万区域环境地质勘查遥感技术规程; 保证成果输出质量的1:25万遥感地质解译成果图件编制技术要求和遥感地质图图示图例及用色标准; 保证综合分析研究成果质量的1:100万区域编图技术要求; 保证数据集成质量的1:100万遥感调查数据入库技术要求和遥感地质数据库建设技术要求等。

3.2 数据采集子系统建立

研建针对全国陆域卫星遥感数据和航空数据快速采集、传输和存储的技术系统。主要包括全国和重点区生态地质环境遥感监测数据采集技术流程的建立, 数据采集系统设计, 针对系统应用所需的功能模块开发及监测周期、数据源类型、空间分辨率和光谱分辨率的研究确定等。最终实现数据采集子系统的产业化运行。

3.3 基础遥感数据处理技术子系统建立

研建针对全国陆域1:25万、重点区1:5万生态地质环境遥感监测基础遥感影像地图制作的技术系统。主要包括基础遥感数据处理技术流程建立; 基础遥感数据处理技术系统设计; 海量卫星遥感数据快速处理方法、自由分幅与标准分幅卫星数据处理方法、航空数据处理方法研究及相关图像处理模块开发以及数学基础、纠正点个数、数据融合和波段组合等技术参数确定。同时考虑常规图像处理软件(如ERDAS、ENVI、PCI等)与自行开发的图像处理模块间的整合, 并实现数据处理子系统的自(半)动化应用运行。

3.4 专题因子信息提取技术子系统建立

研建针对全国陆域、重点区生态地质环境遥感监测信息的自动或半自动化提取的技术系统。主要包括: 区域地质环境与重点区生态环境专题因子信息提取技术系统设计; 区域地质环境信息提取技术方法研究, 如线性构造自动提取技术、盐渍化定量提取技术、沙质荒漠化自动提取技术、湿地信息自动分类技术、现代冰川变化定量提取技术、地质灾害自动判读技术、海岸线变迁自动提取技术、永久性冻土信息反演技术、地貌形变信息自动提取技术、石漠化信息自动提取技术、城市扩展信息自动提取技术和地面沉降与塌陷信息自动识别与提取技术; 各类技术方法功能模块开发; 实现地质背景信息(新构造断裂、地层和岩体等)、现代冰川雪线、海岸线、湿地、土地沙质荒漠化、土地砾漠化、土地盐碱质荒漠化、水蚀荒漠化、冻土和地质灾害等生态地质环境专题因子信息的自动或半自动化提取, 以达到提高工作效率和成果质量、推进专题因子信息提取技术发展的目的。

3.5 突发性地质灾害遥感应急监测技术子系统建立

建立针对突发性地质灾害的快速遥感应急监测技术系统。主要包括: 突发性地质灾害应急监测技术流程; 突发性地质灾害应急监测技术系统框架; 崩滑体、地裂缝、工程建筑物损坏及地质环境背景要素信息提取技术方法、技术参数研究与功能模块开发。

3.6 综合研究与评价技术子系统建立

建立为提高全国及重点区生态地质环境变化规律综合研究水平和研究程度的分析与评价技术系统。主要包括: 综合研究与评价技术系统设计; 现代冰川、海岸线、荒漠化、湿地、地质灾害和冻土等专题因子时空变化规律与发展趋势的综合分析方法、数学模型与相关技术参数研究; 我国生态环境变化与全球气候变化的耦合性综合分析方法与相关技术参数研究; 我国生态环境变化的地质背景综合分析方法研究; 我国生态环境质量评价方法与相关技术参数研究; 我国生态地质环境变化规律综合成果图件编制及图面表达方法研究等。最终实现综合分析模块的整合、运行与应用。

3.7 全国成果信息管理集成子系统建立

建立具有全国、重点区生态地质环境遥感监测成果数据的集成、管理、成果输出和三维显示等功能的成果信息管理系统。主要包括系统架构设计、系统功能设计与开发和数据库设计3部分。

系统架构由应用层、功能层和服务层3部分组成。应用层是面向用户的界面, 主要将系统的各个功能模块有机地组织, 以便于区域地质环境遥感监测人员应用或操作; 功能层是系统功能的具体实现, 由数据库管理模块、系统管理模块、文件管理模块、数据浏览模块、数据查询模块、统计计算模块、变迁分析模块、缓冲区分析模块、矢量对比分析模块、影像对比监测模块、矢量数据编辑模块、文档编辑模块、成果输出模块和三维显示模块等组成; 服务层则负责对不同类型数据在信息平台中的组织与表达, 为系统应用提供数据组织和服务。

成果输出模块完成遥感监测专题因子系列成果图件的制作与输出。主要包括: 全国1:25万生态地质环境专题因子系列成果图件、全国1:100万生态地质环境专题因子系列成果图件、全国1: 100万生态地质环境专题因子综合研究系列成果图件和重点区生态地质环境系列成果图件的制作与输出等。

三维显示模块完成全国区域地质环境遥感监测专题因子系列成果的可视化显示。

3.8 监测成果网上发布服务子系统建立

以网络平台为依托, 以不同比例尺数字地理图为背景, 定期编制全国区域地质环境遥感监测成果图件和定量数据集, 向中国地质调查局或全国发布区域地质环境遥感监测成果, 建立全国区域地质环境遥感监测成果网上发布服务系统。

4 研究方法
4.1 对比分析

对比分析方法是确定全国区域地质环境遥感监测技术体系建立的重要方法。通过对前期或前人区域地质环境遥感监测的技术流程、内容、技术方法及成果进行系统的分析研究, 总结归纳可沿用内容, 直接作为体系建立的组成部分; 同时增补体系建立的短缺内容, 如区域生态地质环境遥感监测专题因子信息自动提取技术方法等, 确保体系的全面性、实用性、科学性和系统性。

4.2 相关技术标准、规范制定

根据全国区域地质环境遥感监测技术体系要实现的产业化、标准化和自(半)动化要求, 研究制定一整套贯穿技术体系全过程的技术标准和规范, 是保障技术体系运行和控制成果质量的科学依据。

4.3 体系建立

根据每个子系统功能的具体要求, 通过设计子系统的架构、功能、界面和数据库, 实现体系全面、协调的建立。

4.4 应用功能模块开发

专题应用功能模块的开发与研建是全国区域地质环境遥感监测技术体系运行过程中保证专题因子信息提取、图像处理和综合分析评价等方法实现自(半)动化的重点环节。通过分析研究、自主开发、方法借鉴与系统集成, 攻克一系列关键技术(包括建立完善的功能模块数学模型、合理地确定模型技术参数等), 研究开发具有我国特色及自主知识产权的功能模块与软件系统。

5 体系运行与管理

全国区域地质环境遥感监测技术体系由多个子系统组成。因此, 体系运行应采取子系统独立运行、集成管理的方式; 并要求每个子系统的架构、功能、界面和数据库设计科学合理, 系统与应用模块之间整合性好, 各自实现单独目标。最终达到区域地质环境遥感监测的产业化、标准化和自(半)动化。

6 结论

全国区域地质环境遥感监测技术体系是集区域地质环境遥感监测技术标准与规范和航天与航空数据采集、基础数据处理技术、区域地质环境与重点区生态环境专题因子变化信息提取技术、应急监测技术、综合研究与评价技术、成果信息管理集成和成果信息网上发布等7个子系统为一体的技术体系, 涉及的子系统多、技术方法复杂, 需要研建、开发应用的单项功能模块数量多, 技术含量高、难度大, 是一项系统应用工程。该体系的实现必将为全国区域地质环境遥感监测技术发展掀开崭新的一页。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] 方洪宾, 赵福岳, 路云阁, . 青藏高原生态地质环境研究[J]. 国土资源遥感, 2007(4): 61-65. [本文引用:1]
[2] 赵福岳, 路云阁, 姜德仁, . 松辽平原区荒漠化形成与发展的地质基础[J]. 国土资源遥感, 2008(3): 90-93. [本文引用:1]
[3] 童立强. “5. 12”汶川大地震极重灾区地震堰塞湖应急遥感调查[J]. 国土资源遥感, 2008(3): 61-63. [本文引用:1]