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原文網址：
https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDTEMP&filename=DXSG201502010&uniplatform=NZKPT&v=ilu%25mmd2F4eVjk31iKRt8cLsNd6SLhkOa%25mmd2FrAiGKCBQPES0HBR9wsdMZBxkQ2M0w2QnwY1
譯者：蘇筱逸
2021.09.19
目錄
- 《遙感技術在繪制中國與東南亞地區巖溶地質的系列地圖中的應用》
- 摘要
- 關鍵詞
- 引言
- 1 研究地區綜述
- 2 遙感的應用
- 2.1 基于遙感與數字高程模型的喀斯特地貌信息提取
- 2.2 基于遙感的石漠化信息提取
- 2.3 基于遙感的喀斯特地質災害（塌陷）的提取
- 3 結論
《遙感技術在繪制中國與東南亞地區巖溶地質的系列地圖中的應用》
摘要
基于中國與東南亞地區巖溶地質的系列地圖測繪項目，本文概述了遙感技術的應用以及從遙感影像提取信息的過程。作為一種行之有效的方法，遙感技術廣泛運用于識別有關喀斯特地形、石漠化以及喀斯特塌陷的信息。與實地踏勘以及制圖綜合相結合，遙感影像解譯為更新項目數據庫和編譯綜合地圖提供了基礎數據。在遙感圖像解譯中，自動提取可以使其更高效，目視判讀可以提高遙感圖像解譯的精度。
關鍵詞
遙感；巖溶地質；制圖；東南亞
引言
喀斯特地區以脆弱的生態系統以及嚴峻的生存條件為特征，并且經濟欠發達，因而引起了多個國際科學組織、地質研究機構以及國家政府部門的關注。中國南部地區以及東南亞國家都屬于相同的喀斯特地區。研究這些地區的巖溶地質能夠滿足喀斯特研究的現代化發展需求，并且將會給巖溶地下水開發利用與喀斯特環境保護帶來積極效用。繪制巖溶地質的地圖系列，將會檢閱、改善以及總結概述目前已知的研究成果。因此，該項目將會為跨境巖溶地質更深入的綜合研究提供重要的基礎數據。此次研究項目涵蓋較大范圍地域，但缺少有關中華人民共和國主權領土之外的地區的數據。作為一種為制圖增補相關數據的寶貴的技術工具，遙感得以應用于此項目，正是由于其能夠在短時間跨度內獲取大量包含廣闊地域空間的信息這一事實。基于本項目的特征，本文驗證了遙感在中國南部地區與東南亞地區巖溶地質的地圖系列測繪制圖中的應用。
1 研究地區綜述
在此次測繪制圖項目中，作為世界三大喀斯特地區之一（歐洲地中海地區，美國東部地區以及中國南部地區與東南亞地區），項目所研究之地域涵蓋中國南部地區以及東南亞地區。中國主權領土之內的研究范圍包括西南地區、東南地區、臺灣、海南與中國南海群島，以及青藏高原的不同種類的喀斯特地區。東南亞國家包括印度尼西亞、泰國、緬甸、新加坡、馬來西亞、越南、柬埔寨以及菲律賓。在潮濕多雨的熱帶季風氣候以及熱帶雨林氣候的影響下，中國西南部地區與東南亞地區已經發育出地表與地下喀斯特。由于特殊的地質構造、高溫以及大范圍內的季節性不規則降水，上述地區的喀斯特地貌得到了充分的發育。此外，在這些人口密集區域，來自人類活動的壓力已經超過喀斯特土壤的承受能力，因此導致了日漸突顯的生態問題，例如干旱、洪澇、水土流失、土壤退化、生態失衡、石漠化以及地表塌陷。
2 遙感的應用
在本次測圖項目中，遙感主要應用于基礎地理數據的修正與更新以及專題信息的提取。前一部分包括諸如河流、水域和居民地位置等地理要素、以及如地質構造特征、巖石特征等地質要素的增補和修正。后半部分包含有關巖溶地貌、石漠化以及喀斯特塌陷等地理信息的提取。具體技術流程如圖表1所示。
根據喀斯特石漠化的定義，碳酸鹽巖石是石漠化的基本條件之一。除此之外，喀斯特地貌與例如喀斯特塌陷的地質災害皆是喀斯特地區的獨有特征。因此，根據現有的地質圖與數據，我們能夠識別出中國南部地區以及東南亞地區可溶性巖石的分布區域，并由此初步探明喀斯特地區。研究者收集被提取的區域的遙感影像以及數字高程模型數據以供遙感影像解譯之需。在后續的文本中，文章將聚焦于遙感在喀斯特信息提取中的應用。
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（圖表1-技術路線圖）
2.1 基于遙感與數字高程模型的喀斯特地貌信息提取
傳統而言，地形圖的繪制需要進行人工編繪以及實地踏勘。確切來說，研究人員首先應從大比例尺地圖中提取地形信息以獲取傳統地圖，并且向其中增添相關內容。在地區存在不確定范圍時，研究人員會實施實地踏勘。這種制圖方法精度較高，但完成一項精確的任務需要一段較長的時間。
根據地圖制圖的特性，研究人員使用數字高程模型（DEM）以及Landsat 8作為遙感數據源，并且采集相關地理與地形圖作為輔助材料。基于ENVI以及ArcGIS平臺，中國1：1000 000數字地貌分類體系以及中國南部熱帶與亞熱帶地區喀斯特地貌分類平面圖將兩個層面上作為地形學分類的參考，即，成因類型與聚合形式。與此同時，喀斯特地形的提取也將通過目視解譯與計算機自動解譯得以實現。具體解譯方法如下所示：
第一步：數據采集與預處理。此步驟包含有采集相關待解譯地區的遙感影像、DEM數據以及地理地形圖，并將上述數據進行預處理。確切而言，研究人員需要將遙感影像進行投影變換與幾何糾正，并且選擇最適宜波段進行融合以生成假彩色圖像，再通過影像融合得到一張完整的影像用于相關地區的解譯。DEM數據與地理地形圖也應經過投影變換、幾何校正以及格式轉換的預處理。最終，所有數據應該處于相同坐標系下——也即本項目所應用的WGS84橢球體與UTM投影。
第二步：基礎地貌類型分類。根據ArcGIS平臺、DEM衍生高程分布圖以及地形起伏圖，基礎地貌類型便可由ArcGIS中的掩膜分析功能進行分類。具體而言，根據地形起伏度，地貌類型可被分為低度地形起伏的高原、臺地、丘陵、山地，中度地形起伏的山地，高度地形起伏山地以及極高度地形起伏山地。并且根據高程，地貌類型還可以被分為低海拔、中海拔、高海拔以及極高海拔。
第三步：地形學遙感圖像解譯。基于遙感圖像、現存地圖與DEM數據，判讀標志可被識別為典型喀斯特地貌。通過人機交互解譯判讀，喀斯特地貌又可被劃分為不同類型。從地域層次到局部層次，從宏觀尺度到微觀尺度，解譯判讀首先由分析早期材料實行，隨后才是相較而言更難以處理的數據。影像解譯從整體情況開始至特定情況，從定性標準到定量標準。通則即是：從持續的反饋到更深層次逐步展開工作。當進行解譯工作時，研究人員繪制地圖并做上標記（解譯標記布滿整幅影像）。
第四步：研究人員進行核驗與修正，并根據地圖比例尺實行要素綜合制圖，進而基于遙感影像解譯產出喀斯特地貌圖以及相應數據庫。
2.2 基于遙感的石漠化信息提取
石漠化指一種類似以土壤、水分與植被缺失為特征的荒漠化的地貌類型與形成過程。其是由喀斯特效應——潮濕氣候以及地表土壤流失且伴隨基巖裸露的喀斯特山區中的不當人類活動——所導致的。石漠化廣泛分布于中國西南部地區。由于其不僅能夠改變生態系統的生物多樣性，更在地區土地利用與全球氣候變化中施加著深刻影響作用，石漠化正逐漸成為當今全球變化研究領域的熱門議題。為了提取與動態監測石漠化信息，專家學者們已經嘗試各種不同方法以研究遙感在其中的應用。下述過程便已納入本項目：
第一步：數據收集與預處理。研究人員選擇Landsat 8衛星作為覆蓋研究地區的遙感數據與下載影像的主要來源。在待提取石漠化影像的選定中，研究人員考慮了云量、數據時效性、季節以及其他因素——例如，云量應少于10％；應選用近年來的影像以確保數據時效性；并且秋季所成影像應當被選用，因為這些影像可以反映出在瞬時狀態中盡可能最精細的地表信息。為防止不可抗客觀因素（如天氣情況，等），研究人員應選擇前后一到兩個重復觀測周期的影像。輔助材料由DEM、土地利用圖以及西南部喀斯特地區的石漠化分布地圖組成。數據的預處理包括遙感影像的大氣校正、投影變換、幾何校正、譜段合成以及影像融合。DEM、土地利用圖以及石漠化分布圖也需進行必要的投影變換與幾何校正。最后，所有數據必須處于統一坐標系中（WGS84橢球體以及UTM投影）。
第二步：研究人員使用遙感影像以計算植被覆蓋率與裸地分布率，隨后經植被覆蓋圖加以糾正。最終成果將被用于裸石分布率的計算。
第三步：基于裸石分布圖，在國內外廣泛采納運用（見表1）的分類級別標準、圖像色彩、紋理、形狀、大小、其他間接解譯標志以及石漠化等級通過應用對比分析、信息綜合以及借由疊置管理地形圖、地理圖、土地利用圖、梯度圖與其他因素的高級推理得以最終確定。
第四步：研究人員實施地圖核查與制圖綜合，并通過遙感影像解譯，產出石漠化分布圖以及的相關數據庫。
2.3 基于遙感的喀斯特地質災害（塌陷）的提取
本項目主要計劃從遙感影像中提取如喀斯特塌陷的地質災害。喀斯特塌陷指伴隨著地表出現坑口的喀斯特動態活動與現象，以及自然發生或人類活動導致的可溶性喀斯特巖洞、裂縫處巖土體的退化。中國擁有世界上最廣闊的喀斯特塌陷發育成體其中之一，也是最早研究喀斯特塌陷的國家之一。國內外的學者們皆已廣泛探索遙感影像在喀斯特塌陷監測中的應用。從諸如LandsaTM/ETM的中等分辨率衛星影像中識別出直徑在幾米到幾十米之間的喀斯特塌陷是非常困難的，我們需要將高分辨率的衛星影像利用進來。然而，類似SPOT 5以及快鳥的衛星影像相對而言耗資更甚，因此大范圍地應用并不可行。考慮到上述情況，基于廣泛的信息采集與分析，本次項目在缺乏信息以及需要進行遙感圖像解譯的地域內應用高分辨率的國產衛星影像（例如高分一號GF-1，中巴資源衛星CBERS-1、CBERS-3等）并且結合Google Earth的使用來提取喀斯特塌陷的信息。主要的步驟有：影像預處理、建立解譯標志、人機交互解譯以及生成喀斯特塌陷遙感影像解譯地圖。
3 結論
當前，僅管國內國際在環境地理研究與中國及亞洲地區的制圖上取得了大量成就，反映中國與東南亞地區喀斯特地域整體情況的地理地形圖依舊十分匱乏。這導致了中國以及相關東南亞國家實施跨境喀斯特環境地理問題的研究難以開展。幸運的是，擁有廣闊視場的遙感影像可以反映大量信息，以生動形象的方式呈現出地形特征，以及很好地描繪出整體地理情況。遙感影像在地理地形圖制圖中的應用提供了重要參考數據，可以幫助人們減少工作負擔。
基于中國南部與東南亞地區喀斯特地質環境的地圖系列的制圖項目，本文歸納總結了遙感在本次項目中的應用，以及遙感圖像信息提取的過程。總而言之，關于缺少地理數據的地區而言，遙感信息可以提供制圖所需的喀斯特環境地理數據。經過實地踏勘與制圖綜合后，從遙感影像中提取的信息可以用作本項目數據庫的基礎材料以及概要地圖。遙感圖像解譯亦可以為某些地區的現有資料增添額外的基本地理及地質信息。在與現存地圖及材料進行對比確認后，這些新增信息在提升制圖精度上大有裨益。解譯遙感影像的方法之一就是自動提取。這種方法在提高解譯效率上大有效用。解譯標志用以目視解譯能夠使解譯更加精確。因為本項目涵蓋了廣大范圍內氣候與地質均有較大差異的地域，在未來對于地域的研究中，研究人員可能會采取根據氣候、經濟以及地質條件進行子區分解的方法。他們將選取子區的典型區域來測試支持向量機、決策分類樹的應用，以解決喀斯特地質與地形信息的提取。研究人員亦將會探索將上述方法用于更多不同領域研究的可能性。
總結
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