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遥感技术在生态环境监测中的应用研究

分辨率卫星中，2018 年发射的高分五号卫星（GF-5）是搭载载荷最多、光谱分辨率最高、

研制难度最大的环境专用卫星，也是世界上第一颗同时对陆地和大气进行综合观测的卫星，
首次搭载了大气痕量气体差分吸收光谱仪、主要温室气体探测仪、大气多角度偏振探测仪、
大气环境红外甚高分辨率探测仪、可见短波红外高光谱相机、全谱段光谱成像仪共 6 台载

荷，可对污染气体、温室气体、水质参数、陆地植被等各类环境要素进行高精度观测，中
国环境遥感监测进入高分辨率、定量遥感的新阶段。随着国家空间基础设施规划的实施，
中国还将陆续发射环境减灾后续卫星、大气污染监测卫星、温室气体监测卫星、高光谱环

境卫星等 10 余颗环境监测卫星，从全色、多光谱到高光谱，从光学到雷达，从太阳同步
轨道到地球同步轨道的多种类型卫星构成的新一代环境卫星系统正在加快形成。

三、生态环境遥感监测技术研究进展

中国生态系统类型多样、分布广泛，复杂性、异质性特征明显，实现高精度、高效率

的全国及区域生态环境遥感监测面临一系列技术难题。近年来，环境保护部卫星环境应用
中心联合中国科学院地理科学与资源研究所、生态环境研究中心等持续开展技术攻关，系
统突破了生物物理参数遥感反演、地表遥感参数反演、生态系统遥感自动分类、生态质量

评价因子遥感信息提取、生态系统遥感评估等关键技术，建立了基于国产卫星等多源遥感
数据的生态环境遥感监测技术体系。典型进展主要有：
第一，面向中国生态系统特征，研究提出了由 8 个Ⅰ级类、22 个Ⅱ级类、42 个Ⅲ级

类构成的基于遥感的生态系统分类体系，建立了顾及分区单元地物光谱特征的基于规则自
适应学习的生态系统自动分类方法，通过训练区自动选取和地物类型光谱三维特征空间的
自动构建、分割、聚类，将生态系统一级分类精度由通常的 80% 提高到 95%，单景分类

效率与传统监督分类相比提高 3—5 倍；提出了基于决策树与面向对象分类技术的生态系
统自动分类方法，明显提高了环境一号卫星在复杂地形区域的生态系统分类精度。

第二，提出基于数据同化的多种地表生态参数时间序列重构方法，为生态环境监测与
评价提供了时空相对完备的地表环境参数数据集；提出基于改进的 S-G 滤波的植被指数
重构方法，并应用于环境一号卫星 NDVI 数据时间序列重构，大幅度降低了包括云覆盖、

大气效应等因素造成的噪声；提出了基于卡尔曼滤波的多种能量、水分参数时间序列重构
方法，明显的改善了相关参数数据时间序列的均值和标准差，例如，辐射参数标准差降低

10% ～ 15%，温度参数标准差降低 8% ～ 15%。
第三，建立了基于环境一号卫星等多源遥感数据的生物物理参数、地表物理参数、生
态景观指数、生态评价因子等生态遥感参数的业务化提取方法，例如，通过优化 APAR、

光能利用率和水分胁迫因子，改进了传统 CASA 模型，并基于优化模型建立了国家尺度月
度净初级生产力产品；发展了面向自主高分卫星的基于广义回归神经网络的叶面积指数遥
感反演技术，利用 SCE-UA 全局优化算法求取最优平滑参数来进行训练，通过修改隐层中

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