湿地生态系统质量遥感监测研究进展

孙靖宇 郭大鹏 姜维国

黑龙江省佳木斯生态环境监测中心 黑龙江省佳木斯市 161004

摘要：湿地作为地球三大生态系统之一，是生态环境中不可或缺的一部分，其环境状况与自然及人类息息相关。通过搜集相关资料，总结出不同遥感平台在湿地生态系统监测中的应用现状及当前湿地生态系统质量遥感评估的主要方法。监测湿地环境、评估湿地质量为确定湿地生态状况及其保护工作开展提供可靠的数据支撑。

关键词：湿地；多平台遥感监测；生态系统质量；应用

引言

湿地生态系统是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一，具有重要的生态功能和社会经济价值。湿地在调节气候、保持水源、净化水质、提供栖息地等方面发挥着重要作用。然而，由于人类活动和自然因素的影响，湿地生态系统的质量和数量正面临着严重的威胁。因此，对湿地生态系统质量的监测和评估显得尤为重要。

1遥感技术的概述及特点

遥感技术是一种非接触式的、远距离的探测技术，通过接收和记录地球表面反射或辐射的电磁波信号，从而获取地球表面信息。遥感技术具有以下几个特点，使其成为湿地生态系统质量监测的有力工具：（1）覆盖范围广：遥感技术可以获取大范围的湿地生态系统信息，无论是湖泊、河流还是沼泽等不同类型的湿地，都可以通过遥感图像进行监测和分析。这有助于全面了解湿地生态系统的分布和状况。（2）实时监测：遥感技术可以实时获取湿地生态系统的信息，及时发现和监测湿地生态系统的变化。这对于及时采取保护和恢复措施具有重要意义。（3）数据更新快：遥感技术可以定期获取湿地生态系统的图像数据，以便于监测湿地生态系统的动态变化。随着卫星技术和无人机技术的发展，遥感数据的获取更加便捷和高效。（4）多参数监测：遥感技术可以同时获取多个参数的信息，如温度、湿度、植被覆盖度等，这有助于综合评估湿地生态系统的质量和健康状况。

2多平台遥感在湿地监测中的应用

2.1地面遥感平台在湿地监测中的应用

地面遥感以塔、车、船等平台为载体来搭载传感器进行遥感监测，此外包括各种便携式的遥感设备（如手持光谱仪、波谱仪、高光谱相机等），主要用于采集湿地的地面信息（如地物光谱等）。凌成星等使用成像光谱仪、地物光谱仪来采集湿地苔草光谱反射信息，并对比在不同水分环境下的二者光谱特征及典型植被指数结果。

2.2航空遥感平台在湿地监测中的应用

航空遥感平台包括飞机、飞艇、气球、无人机等航空器。近年来，由于无人机迅速发展，使其成为航空遥感中最常用的手段。无人机遥感的优势在于其具有高分辨率和高时效性，并且有较高的机动性能，其在云层下成像的特点也使得观测过程可以避开云层遮挡所带来的干扰。在生态监测方面，无人机遥感同样具有高效、便捷、成本低和监测范围广等优势，能够为环境监测提供实时准确的数据支持。

3湿地生态系统质量遥感评价方法

3.1数据获取

湿地生态系统质量遥感评价主要依赖于遥感技术获取湿地生态系统的物理和生物特征。目前，常用的遥感数据源包括Landsat系列、Modis、Sentinel-2等卫星遥感数据。这些数据具有不同的波段和空间分辨率，可以提供湿地生态系统的多维度信息。在数据获取过程中，首先需要对遥感数据进行预处理，包括辐射定标、大气校正、地理校正等，以消除数据获取过程中的误差，提高数据质量。此外，还需要对遥感数据进行时相选择和云量筛选，以确保获取到足够的有效数据。

3.2质量评价指标计算

湿地生态系统质量评价指标是反映湿地生态系统状况的关键参数。根据湿地生态系统的特点和遥感数据的可获取性，常用的质量评价指标包括：（1）湿地面积指数：通过遥感数据计算湿地面积占总区域面积的比例，反映湿地在空间上的分布状况。（2）植被指数：利用遥感数据计算植被覆盖度、植被生产力等指标，反映湿地生态系统的植被状况。（3）水文指数：通过遥感数据计算水体面积、水体富营养化等指标，反映湿地水文状况。（4）生物多样性指数：利用遥感数据计算物种丰富度、生物量等指标，反映湿地生态系统的生物多样性状况。（5）人为干扰指数：通过遥感数据计算人类活动对湿地生态系统的影响程度，如养殖面积、围垦面积等。在计算质量评价指标时，需要结合实地调查数据和模型算法，以确保评价结果的准确性和可靠性。此外，还可以通过建立湿地生态系统质量评价模型，综合分析多个指标之间的关系，实现对湿地生态系统质量的动态监测和预测。

3.3合指标法

综合指标法是广泛应用于生态监测的方法之一，是在物种指标的基础上，再从物理生境、水质状况和生物等方面选取复数指标，来搭配构建指标体系，并对各项指标进行加权求和，从而完成对生态系统质量的评价。由于综合指标法结合了不同方面的指标，因此可从宏观层面来反映生态系统的整体状况。综合指标法可针对不同生态系统和不同环境进行选择和调整，这意味着其对包括湿地在内的多种生态系统质量进行评价。在应用综合指标法过程中，应尽量选取具有代表性、易于测量的指标，根据各指标对综合指标的贡献程度进行加权。常用的设权法有经验判别法、熵值权重法、层次分析法等。此外，评价结果的准确性和可靠性依赖所采集的数据，因此应当选择合适的数据来源、采样方法、频率等，以确保数据质量。

3.4指示物种法

生态系统是一个复杂的自然系统，包括物种、生境、环境和人类活动等方面。正因为生态系统的复杂性、多样性，在实际监测中，很难同时对研究区域的所有生态指标进行监测和评估。同时，自然界中不同物种对环境的适应性各不相同，有些物种对生态系统的变化比较敏感，其数量、分布和状态等会随着生态系统的变化而发生明显变化，这意味着可通过监测这些物种的状态变化来分析环境污染的程度和生态系统的质量，这些物种被称为指示物种。指示物种法正是通过监测反映物种状态的指标，从而实现对生态系统进行监测的目的。

4湿地生态系统质量遥感监测发展趋势

4.1高分辨率遥感技术的发展

高分辨率遥感技术在湿地生态系统质量监测中具有重要意义。目前，国内外已经成功发射了多颗高分辨率遥感卫星，如我国的高分三号、高分四号、哨兵系列等，这些卫星搭载的传感器具有较高的空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率，为湿地生态系统质量遥感监测提供了丰富的数据支持。未来，随着高分辨率遥感技术的进一步发展，湿地生态系统质量监测的精度和效率将得到显著提高。

4.2人工智能与机器学习技术在湿地生态系统质量监测中的应用

随着人工智能和机器学习技术的快速发展，这些技术在湿地生态系统质量遥感监测中的应用越来越广泛。通过训练神经网络、支持向量机等模型，可以实现对湿地生态系统质量的自动分类和评估。此外，深度学习技术还可以用于遥感图像的语义分割，从而实现对湿地生态系统质量的精细化监测。未来，人工智能和机器学习技术在湿地生态系统质量监测中的应用将更加深入和广泛。

结语

随着对环境问题的关注度日益提高，对湿地监测方法的研究也逐渐增多，遥感方法融入了湿地研究的方方面面。来自空、天、地平台的遥感信息也使湿地数据的获取摆脱地面实地采集的束缚，为诸多学者在湿地方面的研究提供良好的基础数据。

参考文献

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