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基于遥感卫星观测的土地利用指标体系建立

时间:2015-09-01 09:19 文章来源:http://www.lunwenbuluo.com 作者:王萍 点击次数:

  【摘要】随着遥感技术的不断发展,卫星数据现如今已是土地调查的最主要的数据源,一系列高等分辨率卫星的升空,使得遥感数据广泛的应用于大比例尺土地调查。多颗遥感卫星协同对土地观测实施分布式观测,能够获得多时段、多重空间覆盖、多谱段、多极化的目标电磁特征信息数据,土地利用指标体系的建立可以更加有针对性的实现遥感卫星在土地调查中的应用。

 

  1.引言

 

  随着信息时代的来临,众多遥感卫星的应用加速了卫星遥感技术的全面发展,现代卫星遥感技术也已进入一个能动态、快速、准确和多手段提供对地观测数据的新阶段,多星对地观测不同时相、分辨率的数据,具有宏观、综合、动态、快速的特点,已成为获取土地覆盖信息的最为有效手段,快速获取典型或热点地区土地覆盖情况可为土地资源的合理利用、开发、环境保护、经济和环境的协调发展提供决策支持。

 

  土地是经济社会发展的基础性资源。无论是一个国家还是一个地区,任何时候谈发展,都必须立足于其土地资源的基本现状。随着经济社会的快速发展,城乡面貌日新月异,特别是有些热点地区,经济的快速发展,或是矿藏丰富地区,需要现势性好,重访周期短,分辨率高利于地类识别的数据信息。多星对地观测完成土地调查主要依赖于其覆盖特性,能够获取对地观测卫星对热点地区的有效覆盖信息可以大大提高我们对土地利用动态的掌握,为了能够获取有效的土地利用覆盖信息,建立针对土地利用调查的多星效能评估系统是行之有效的,由于多星系统的复杂性和综合性,为了评估工作的准确性和高效性,必须建立针对土地利用需求的效能评估指标体系。对多星系统建立效能评估指标体系,通过多颗卫星提供的数据评估星群设计方案对任务需求的满足程度。指标体系是进行系统评价工作的基础和依据,评价指标体系是否合理、完整,直接关系到最后的评价结果。评价指标体系应该既能反映实际问题对系统的功能需求,又能反映不同层次指标之间的相互关系,选择合适的指标体系并使其量化,是进行系统效能评价的关键。

 

  2.覆盖性能评估指标体系设计

 

  多星对地面的覆盖特性是指星上的观测设备,即各类传感器,能够观测到得范围、观测频度和持续的时间。对地面的覆盖特性是分析卫星能否完成观测任务的重要内容之一,包括各个类型的遥感卫星,其功能的实现都涉及卫星对地面的覆盖性能。不同的观测任务和需求对覆盖范围、覆盖持续的时间、重访周期等有不同的需求。多星对地观测系统的表征信息数量的性能主要包括:空间覆盖范围、频谱覆盖范围、辐射强度覆盖范围、覆盖时段等,表征信息质量的性能测度为:空间分辨率、频谱分辨率、辐射分辨率、时间分辨率等。覆盖范围越大,分辨率越高,响应时间越短,则表明系统的总体性能越高。

 

  系统的上述测度只是定量的对多星系统的运行特性进行评价,多卫星系统通常需对位于点位置和区域中分布的多类目标实施综合性观测或响应任务,而不同的任务目标对覆盖的要求也是不相同的。比如说土地利用调查中如果选择比实际需要更高精度的数据不但会造成数据传输和存储的影响,也会大大提高观测成本。因此针对土地利用调查建立合理的评估指标体系是十分必要的。建立指标体系是评估工作的首要任务,是后继评估工作的基础平台。指标体系是否能够充分真实的反映系统的特征、能力是正确评估的前提。每一项评估指标都从一个侧面反映评估对象的某些信息,指标选取的不合理,会造成信息反映不充分,从而直接影响评估结果,因而决定选取多少、选取何种指标是评估工作的最重要的一环,必须予以高度重视。为了有效的进行对多星进行覆盖性能评估分析,首先,必须从对地观测卫星的任务出发,确定观测任务的特别要求,针对空间位置关系计算设计的方法和参量,建立相应的基于任务需求的惰性覆盖效能评估指标体系。

 

  根据不同的应用需求对多星系统的覆盖要求也是有差异的,比如在土地利用调查中对于要进行土地权属的界定,这就需要对空间分辨率还有辐射分辨率有很高的要求,这是多重卫星的联合观测数据就可以解决数据量的需求。多星对地观测可以分为单星已重覆盖和多星覆盖。单星覆盖要求多星系统中至少有一个卫星载荷对目标覆盖,这种覆盖可以用于对数据量较少的需求;多星覆盖要求至少有n(n>1)颗卫星及其载荷对目标构成覆盖,这又分为两种:一种是多重部分覆盖,即多星系统由m颗卫星构成(m>n),但要求至少有n颗卫星及其载荷对目标构成覆盖;第二种是多星完全覆盖,即要求特定星群中的所有卫星及其载荷同时对目标构成覆盖。对于多星对地观测系统,需要根据其各种任务目标和各应用对于覆盖的定义和分析,最终进行综合效能分析。

 

  3.土地利用调查多星覆盖性能评估指标体系

 

  通过分析土地利用对多星系统的需求任务分析,明确了影响土地利用调查覆盖的因素和各因素之间的关系,通过层次分析法将定量与定性分析结合起来,建立土地利用覆盖性能评估指标体系,其二层指标是由两部分组成的:时间覆盖性能分析和空间覆盖性能分析。;时间覆盖:指在目标存在的一个或多个时段内,卫星系统处于有效工作时段;空间覆盖:即几何覆盖,指目标在卫星系统有效载荷的观测视场区域之内。

 

  时间覆盖性能指标主要包括以下三级指标:

 

  1)响应时间:指从接收到要观测某点(热点地区)的随机请求开始到可以观测到该店为止的时间。响应时间特性指标包括:最大响应时间、最小响应时间、平均响应时间等三个四级指标。

 

  2)重访周期:指多星观测系统对观测要素(热点地区)两次重复观测时间的间隔。

 

  3)时间覆盖百分比:观测热点区域被覆盖的累积时间在统计总时间中所占的百分比。地面店的时间百分比代表了该点被多星对地观测系统覆盖的时间概率。

 

  空间覆盖性能指标主要包括以下三级指标:

 

  1)覆盖重数:观测要素(热点区域)在指定观测时间段内被多星对地观测系统覆盖的卫星次数。按照覆盖重数的不同可以分为单重覆盖和多重覆盖。例如一重覆盖、二重覆盖、三重覆盖等。

 

  2)面积覆盖百分比:指定热点区域被多星覆盖的面积所占的百分比,包括瞬时的面积覆盖百分比和按时间累积的面积覆盖百分比。

 

  3)覆盖累积面积:指定观测热点区域在多星运动时形成的覆盖带的面积。

 

  4)覆盖数据信息:多星对地观测系统获取的指定热点地区观测数据信息。包括数据类型、空间分辨率,光谱分辨率,辐射分辨率等指标。

 

  4结束语

 

  本文给出的土地利用调查多星覆盖效能评估指标体系,为进行土地利用调查尤其是热点地区土地利用调查多星系统的效能评估工作提供了重要的基础,指标体系是一个柔性体系,可以根据任务需求的变化不断更新的。

 

  参考文献

 

  [1]胡永宏,贺思辉.综合评价方法[M].北京:科学出版社,2000.

 

  [2]郎刚, 王鹤. SPOT5遥感影像在土地调查中的应用[ J] . 北京:中航勘测设计研究院,2010.

 

  [3]刘玲,赵牡丹. P5和SPOT5影像在全国土地调查中的应用[ J ]. 农业工程学报,2009.

 

  [4]王宇.基于ADC模型的星座卫星通信系统效能评估技术研究.国防科技大学硕士论文,2007年11月.

 

  [5]徐福祥.卫星工程概论[M].北京:中国宇航出版社,2004.

 

  [6]贺勇军.面向效能优化的复杂多卫星系统综合建模与仿真方法研究[博士学位论文].国防科学技术大学,2004.

 

  [7]王宇.基于ADC模型的星座卫星通信系统效能评估技术研究.国防科技大学硕士论文, 2007年11月. 


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