山地遥感最新研究进展及发展新机遇

目前，被广泛接受的遥感的定义为“遥感即遥远的感知，指在远距离不接触目标物体的情况下获得其信息”。根据观测对象和应用领域，遥感可以划分为陆地遥感、海洋遥感和大气遥感等。山地遥感可以看作是陆地遥感的分支，是研究在山地这一特定的环境中，遥感基本原理、方法及其应用的科学技术，是遥感科学的重要组成部分。

山地遥感综合应用研究进展

遥感科学研究的最终目的是为了应用。国际上，为了系统了解山地生态系统的各个要素及其相互作用，国际科学界相继提出了一系列山地研究计划。在以“全球山地计划(GMP)”、“全球高山生态环境观测研究计划(GLORIA)”、“全球山地生物多样性评估计划(GMBA)” 等为代表的多个重大国际山地研究计划中，无不以遥感信息科学作为不可或缺的科学和技术基础。国内方面，我国约65％陆地国土为山地范畴，为山地遥感应用提供了大有可为的地表空间。山地遥感在我国山地环境、生物多样性、地质灾害乃至流域可持续发展管理等领域已开展了大量综合性应用研究，在我国的生态功能区划、生态安全屏障建设、山地国土空间安全等领域均发挥着不可替代的作用。山地遥感综合应用范围非常广泛，难以全面综述所有进展。本文仅以少数案例来说明山地遥感综合应用研究大体上表现出以下几个特点。

1.山地遥感综合应用广度不断扩大

早期受遥感观测条件和信息提取能力的限制，国内外山地遥感应用以直接基于山地地物的光谱特征进行地形制图、山区资源环境调查、地质灾害点判别为主。信息提取方法主要采用目视解译结合专家经验的方式(颉耀文等，2002)。近年来，随着定量遥感技术、新型传感器技术以及信息自动提取技术的发展，山地遥感综合应用广度不断扩大。例如，在山地生态环境质量综合评估方面，在现有定量遥感模型或社会经济模型的支持下，遥感技术既可直接获取山地生态环境评估的相关参量，如植物多样性、初级生产力、水资源、土地资源现状及变化情况等(刘彦随和倪绍祥，1997；廖克， 2005； Ｌｉ ｅｔ ａｌ.， 2006)，也可间接模拟如动物多样性、人类社会经济数据等(Ｚｈａｏ ａｎｄＬｉａｎｇ， 2009)。又如，在山地生物多样性调查方面，人们可利用山地遥感数据直接提取生物物种及其分布信息，表征区域生物多样性水平(胡海德等， 2012)，也可间接通过遥感获取生物的生境类型、生产力、光谱异质性以及环境要素，结合实地采样结果，构建相关模型来预测物种分布和多样性的格局(Ｎａｇｅｎｄｒａ， 2001； Ｌｅｙｅｑｕｉｅｎ ｅｔ ａｌ.， 2007)。再如，以无人机、无线传感器网络、地基激光雷达等为代表的新型遥感对地观测技术的出现，为山地生物多样性调查提供亚米级的观测数据(Ｇｏｎçａｌｖｅｓ ｅｔ ａｌ.， 2016)，也为山地灾害的快速应急响应提供支持(李爱农等， 201３)。山地遥感在山区城镇化建设、山区精准农业发展、山地水土流失调查、山地河流健康评估等诸多领域应用越来越广泛。

2.山地遥感传统应用领域深度不断深化

除新的山地遥感应用领域不断得到拓展外，传统山地遥感应用综合性及其深度也在不断深化。以山地灾害遥感调查为例，国内外学者针对山地灾害遥感影像特征及提取技术研究做出了大量工作。如苏凤环等(2008)、范建容等(2008)、赵福军(2010)、葛永刚(201４)、Ｙｏｕｓｓｅｆ等(2015) 对典型山地灾害如崩塌、滑坡、泥石流在遥感影像中的光谱、形状和纹理特征进行了总结。随后，学者们针对山地遥感影像提取的灾害特征与社会经济、生态环境等的损失程度建立了相关关系，发展了各种山地灾害造成社会经济与生态系统损失的遥感评估方法(Ｍｅｔｔｅｒｎｉｃｈｔ ｅｔ ａｌ.， 2005；花利忠等， 2008)。近年来，基于遥感技术的山地灾害危险性评估对于认识区域灾害发生规律以及防灾、减灾、救灾具有重要作用。山地灾害危险性评估包括重点区域的危险性分区、次生山地灾害的发生概率等。基于遥感技术的危险性分区的常规方法是将植被、地形、土壤、岩性、降水等关键因子栅格化，利用层次分析法、空间多尺度评价法、线性加权组合法等对山地灾害的危险性进行评估与分级(Ｓｈａｈａｂｉ ａｎｄ Ｈａｓｈｉｍ， 2015；南希等， 2015)。同时，学者们对山地灾害的遥感预警研究也处于不断深化的发展阶段。以滑坡预警为例，主要是在高危险区域布设多种地面监测设备，对滑坡体深部位移、地表位移、应力应变、地下水、地声、降水等激发因子进行实时监测，根据激发因子的活跃程度、临界条件等对山地灾害的发生进行预警。遥感技术的作用主要为山地灾害提供直观的影像监测，以及提供地形、植被等辅助参数(王玉和陈晓清， 2009)。近年来，有学者号召将物联网技术引入山地灾害预警研究，提高人类感知山地灾害的“智慧” 程度(陈宁生和丁海涛， 2014)。可见，山地遥感综合应用研究随着相关领域技术与方法的发展而不断深入。

３.山地遥感综合应用多学科融合日趋紧密

近年来，山地遥感的综合应用研究体现出多学科融合日趋紧密的趋势。以山地社会经济可持续发展管理为例，服务山地社会经济可持续发展是山地遥感综合应用的重要目标。由于山区人口众多，人地矛盾突出，山地灾害频发，决定了山区可持续发展研究是一项世界性的课题(邓伟等， 2013)。山地社会经济可持续发展管理需要从山地自然与人文的众多联系出发，分析和决策过程中需考虑众多目标，体现生态、文化、社会和经济目标的综合和集成。

早期，人们主要通过分析遥感获取的土地利用现状及其变化信息，为可持续发展评估提供数据支撑(Ｃｈｅｎ， 2002；刘彦随和陈百明， 2002； Ｆｏｏｄｙ， 200３)。近年来，遥感与ＧＩＳ 技术的结合为可持续发展研究提供了重要技术手段和平台，在各种可持续发展评估方法与评价模型的支持下，国内外学者开展了山地土地资源、林地资源、山地城市发展形态等可持续发展的评估与模拟(Ｃａｓｓｅｌｌｓ ｅｔ ａｌ.， 200９；严冬等， 201６)。山地遥感数据是各种可持续发展评价指标的重要数据源，通过遥感提取的自然因子与社会经济发展因子进行有机融合，能够有效支撑社会可持续发展的管理。在山地遥感与其他学科的综合应用中，需要解决多学科数据之间的时空尺度匹配问题、度量统一问题、误差累计问题等。此外，不同学科模型(如辐射传输模型、水文模型、陆面过程模型、社会经济模型等) 之间耦合方法也是山地遥感在可持续发展综合应用方面面临的重要难题。山地遥感在可持续管理研究中还需进一步打破不同应用领域隔离的现状，推进山地人口、资源、环境和发展之间的协调研究。

山地遥感发展新机遇

１.  “高分” 等对地观测新技术的不断涌现

近年来，对地观测技术迅速发展，逐渐形成了地－空－天一体化协同观测体系(Ｌｉ ｅｔａｌ.， 2013)。在近地遥感方面，各种自动观测设备和观测网络不断出现，以地基激光雷达技术、涡动相关技术、无线传感网技术为代表的新型遥感技术在植被状态、土壤水分等的监测中取得了广泛的应用(宫鹏， 2010；于贵瑞等， 201４)，使空间分布式的长期定点观测成为可能；在空基遥感方面，无人机技术逐渐兴起，各种适用于无人机的新型载荷如机载激光雷达、高光谱、多光谱相机不断涌现，无人机在防灾减灾、资源环境调查、精细农业等领域正发挥重要作用(Ｖｅｒｇｅｒ ｅｔ ａｌ.， 2014)；在天基遥感方面，国内外遥感卫星数量不断增加，特别是高分辨率、高光谱、高频、多角度对地观测传感器的发展，具备了立体、多维、高中低分辨率结合的综合观测能力，逐渐形成“一星多用、多星组网、多网协同” 的联动机制。这些新型对地观测技术的出现为山地遥感基础理论的验证和山地地学现象的认知提供了新的契机，对交通不便、时空异质性强烈的山地进行多维、立体和连续观测成为可能。

２. 山地遥感基础理论与方法研究的系统发展

国内外学者在山地遥感基础理论与方法的研究成果为山地遥感带来了广阔的发展空间。在传统遥感科学研究理论发展的促进下，目前山地遥感理论体系也不断取得新的进展(李爱农等， 2016ａ)。首先，在山地遥感数据处理方面，已发展涵盖遥感数据的几何纠正、云雪自动检测、大气校正、地形辐射校正等山地针对性处理方法和技术，为进一步技术集成和实现山地遥感归一化处理系统奠定了基础；其次，在基于山地遥感数据开展的山地地表关键参量遥感反演研究方面，已出现很多开拓性探索工作，在山地遥感辐射建模、山地遥感参量反演模型建立等方面取得了一系列研究成果；最后，已开展面向山地的遥感数据与产品验证研究工作，如山地地面参量采样策略、采样结果验证等，逐步认识到山地地面数据采集及空间尺度差异对山地遥感验证的重要影响。由此可见，当前山地遥感的相关理论和方法研究，为山地遥感的进一步发展奠定了很好的基础，也势必更进一步促进山地遥感科学与技术的总体进步与发展。

３. 空间地球大数据的驱动作用

目前，随着大数据时代的来临，科学范式已经从模型驱动向数据驱动发生了转变(郭华东等， 2014)。遥感数据具有大数据的鲜明特点，正在融入大数据研究的主流，为地球系统科学研究带来了新的机遇。当前大数据的技术与方法主要集中在互联网大数据和商业大数据的应用。而事实上以遥感数据为代表的科学大数据的深入研究将有助于推动地球科学和相关科学基础理论与研究方法的跨越发展。在当前大数据、稀疏表达、深度学习等最新信息科学技术的带动下(张良培， 2014)，遥感研究的方式与方法正变得多样化，为驱动面向山地的遥感技术应用与推广开辟了新局面。

４. 山地遥感巨大的应用需求

在气候变化和人类作用不断增强的背景下，山地的响应与适应及其对全球经济、社会、环境可持续性的影响，已经引起国内外科学界的高度关注。国际上先后多项国际研究计划，遥感技术都成为这些计划具体实施的重要组成部分(邓伟等， 2013)，这些举措为山地遥感的发展创造了良机。此外，近年来， “一带一路”、长江经济带等已经成为我国新时期重要发展战略。我国西南山区是“一带一路”、长江经济带规划的重要交汇点，尤其是面向南亚和东南亚的“一带一路” 战略实施，中巴经济走廊、孟中印缅经济走廊、中尼印经济走廊建设与我国西南地区的发展密切相关。“一带一路” 沿线地域辽阔，亟需通过遥感的技术优势获取这些地区资源环境数据，特别是重要交通走廊山地灾害遥感调查与风险评估、跨境河流水资源开发利用及水灾害防治、山地生态环境演变及生计安全等方面，相关研究将进一步丰富山地遥感应用模型，并为机理探索与数据处理中关键问题的解决提供实践之道。