㈠ 遙感技術應用發展動態
當前,世界各國紛紛構建天地一體化的對地觀測系統,以便實現全球、全天候、全天時的時空數據獲取(李德仁,2000)。一系列新型衛星發射上天,是遙感進入21世紀以來取得的長足進展,它使遙感實現實時、動態、定量和定位觀測成為可能,衛星應用技術已逐步向產業化方向發展。
(一)遙感數據類型
目前,遙感技術已形成多星種、多感測器、多解析度共同發展的局面。遙感衛星包括資源衛星、環境衛星、海洋衛星、氣象衛星等,所獲取的遙感信息具有厘米到千米級的多種尺度,如QUCKBIRD0.61m、IKONOS1m、中華福衛2m、SPOT-5號2.5~5m、ALOS2.5m、IRS-1C5.8m、KOMPSAT6.6m、SPOT-1號、2號10m和20m、EO-1和Landsat-7號15m、CBERS-1號、2號19.5m、Landsat-4號、5號30m、Landsat-1號、2號、3號79m、MODIS250m、NOAA1.1km等多種解析度。不同空間解析度的遙感數據對生態環境研究形成了很好的互補,可以在不同空間尺度下開展多方面的應用研究,滿足對於不同尺度、不同研究對象發生發展規律研究的需要。豐富的信息源使遙感技術在生態環境研究中扮演著越來越重要的角色,它所具有的高度空間概括能力,有助於對區域的完整了解,而以多光譜觀測為主並輔以較高解析度全色數據的高解析度衛星,又極大地提升了對地物的識別和分類能力。
應根據研究內容或希望達到的目的有針對性地選擇合適的信息源。目前對生態環境研究主要採用光學感測器遙感信息較多,如MODIS、Landsat的TM和ETM、SPOT等。近幾年來高光譜衛星和雷達衛星也取得了很大發展,多光譜遙感正在向高光譜遙感、微波遙感向全極化和干涉雷達方向發展(郭華東等,2002)。衛星感測器的光譜解析度已達到5~6nm。美國1999年發射的EOSTERRA衛星上的中等解析度成像光譜儀MODIS具有36個波段,2000年發射的EO-1高光譜衛星上的HYPERION具有220個波段,空間解析度達30m。歐空局的ENVISAT-1衛星上的ASAR感測器可以獲取多極化和干涉測量數據。日本的ALOSPALSAR系統能在全球范圍內獲取極化和干涉雷達數據。利用高光譜、雷達衛星遙感數據進行定量反演是目前遙感的重要發展趨勢,但定量遙感還處於起步階段,主要由於遙感模型缺乏,模型參數提取困難,反演理論與方法的實用化不夠,基於先驗知識的參數估計所用的數據源不足等(李小文,2005、2006)。
(二)遙感圖像處理與信息提取
隨著遙感應用日益增長的需要和計算機技術的迅猛發展,圖像處理系統作為遙感領域中必不可少的工具,已經形成了很大的市場。圖像處理在理論、技術、軟體設計以及硬體技術上也都得到了長足的發展。國際上最著名的遙感圖像處理軟體有ERDAS、PCI和ENVI。ERDASIMAGINE是目前世界上占最大市場份額的專業遙感圖像處理軟體,由美國ERDAS公司開發。軟體大而全,具有光學遙感和微波遙感處理功能以及良好的RS/GIS集成功能,與ARCGIS(ESRIARC系列)融合較好,可以對shapefile、coverage文件直接編輯,具有簡單的矢量編輯功能,代表了遙感圖像處理系統未來的發展趨勢。PCIGeomatics由加拿大PCI公司開發研製,在光學遙感圖像鑲嵌和色彩匹配處理方面具有獨特的優勢,可以實現隨心所欲的色彩調整,對微波遙感圖像具有強大處理功能。ENVI是美國RSI公司開發研製的一套功能齊全的遙感圖像處理系統,對高光譜數據具有強大的處理能力,IDL語言為用戶提供了良好的二次開發環境。與ERDAS和PCI不支持HDF相比,ENVI可以直接讀取TM的HDF文件,其支持的柵格數據和矢量數據格式種類也多於其他軟體,但ENVI對光譜圖像的色彩匹配能力較弱。隨著高解析度衛星的發展,僅使用圖像光譜信息進行分類識別已遠遠不夠,德國DefiniensImaging公司最近新推出了面向對象的遙感圖像分類軟體ECOGNATION,它不僅考慮地物的光譜特徵,還統計地物形狀、大小、紋理及相鄰關系等,使分類結果更加精確。
生態環境研究中獲取的遙感數據,一般都已經進行了初步的輻射糾正,而幾何校正等預處理通常要由應用部門根據工作需要自行完成。各種商業軟體對圖像預處理都有完善的處理功能。
從遙感數據提取專題信息,目前主要有三種方式:目視解譯、人機交互和計算機自動分類與提取。目視解譯是最直觀、最簡便的圖像信息提取方法。全數字人機交互是利用地理信息系統軟體對圖像進行解譯,該方法的成熟與廣泛應用主要是在近10年左右的時間內。上述兩種方法都需要投入大量的人力、物力和財力,而且需要投入相對更多的時間,但取得的成果質量相對更高,更便於應用,因而目前仍然被廣泛採用。計算機自動分類技術主要立足於遙感信息的定量分析和統計分析,但由於遙感信息傳輸中的各種干擾造成的偏差,以及不同時空條件下地物遙感信息的差異,會產生空間的不一致性和時間的不一致性,以及同物異譜和同譜異物的現象,自動分類精度較低,難以滿足生態環境監測的要求,即使分類結果通過目視判讀分析進行改值干預,仍會出現較多問題。現有的自動分類方法基本上都是在較小的區域或精度要求相對較低的區域內實現,很難在大區域而精度要求又較高的工作中實際應用(張增祥,2004)。
(三)遙感動態監測
衛星星座的形成以及感測器的大角度傾斜使空間解析度時間解析度顯著提高,另一方面,遙感與地理信息系統的結合使遙感實現了真正意義上的實時動態監測。衛星的重訪周期從1~50d不等,如SPOT-1號、2號、4號、5號組成SPOT衛星系列,其重訪周期為1~26d,Landsat-5、7重訪周期為8d,IKONOS為1.5~3d,QUICKBIRD為1~6d。不同衛星適宜的重訪周期有利於對生態環境的動態監測和過程分析。只有完整、連續、規范化的大量的時間序列數據,才能夠提供研究對象更多的信息,也才能夠更全面和更深入地了解研究對象。
國際上利用遙感(RS)技術與地理信息系統(GIS)技術進行了大量卓有成效的資源環境調查、監測工作,如土地利用、土地覆蓋、作物估產、植被監測、水土資源調查等。隨著國際社會對全球氣候變化研究的深入,人們認識到由人類活動所導致的土地利用和土地覆被變化是引起生態環境和氣候變化的主要驅動力(王靜、張繼賢等,2002)。美國於1980~1986年開展了全球性的農業和資源空間遙感調查計劃(AGRISTARS),現已建成了集成化的運行系統。近年來完成了美國1∶100萬比例尺、1∶25萬比例尺和全球范圍的土地覆蓋數據採集,並利用系統的資源信息對全球性生態環境進行客觀評價。歐共體國家為減少各國資源與生態環境部門的重復投資建設,於1991年集中組織啟動了「CORIN」計劃,建立了一個土地與環境信息系統,通過資源利用及其變化信息對生態環境進行評價,及時反映生態環境變化,並向歐共體國家的資源與環境部門提供公共基礎性信息服務。1992年,這些國家又聯合起來開展了利用遙感技術監測歐共體國家耕地、農作物變化的大型計劃(MARS),每兩周向歐共體農業部提供報告,已形成運行能力。加拿大於20世紀90年代基本實現了利用遙感、地理信息系統對全國實現周期性的宏觀資源調查、更新與制圖,及時對全國生態環境進行評價與預警,並向有關資源與生態環境部門提供公共基礎性信息服務,帶來了巨大的經濟、社會及環境效益。近年來,全球土地利用、土地覆蓋研究已經成為國際地圈生物圈計劃(IGBP)、人與環境計劃(HDP)和世界氣候研究計劃(WCRP)三個國際組織的核心計劃。隨著遙感及其應用技術、地理信息系統信息處理及管理技術,特別是近年來全球定位系統(GPS)技術和「3S」一體化的發展,資源環境遙感研究工作正向著快速、精確、實用方向發展(劉紀遠,1996)。
我國從20世紀80年代開始,在水資源、土地資源、草場資源、森林資源、環境評價、水土流失、土地退化等方面均應用了遙感動態監測技術(任志遠等,2003;張增祥,2004)。從1999年開始,國土資源部採用SPOT、Landsat等衛星數據,輔以其他手段,成功監測了全國66個50萬人口以上城市在近兩三年間土地利用的變化情況,監測面積達71.4×104km2,為城市建設與發展及時提供了現勢的基礎資料,並對土地變更調查結果進行了復核,為土地執法檢查提供了依據(國土資源部,2000)。總的來說,我國遙感動態監測有以下特點:一是採用的數據解析度較低,且數據類型單一,監測結果大多是定性說明,離實際生產需求尚有一定距離;二是監測指標單一,絕大多數項目在實施中只選擇了一種指標;三是動態監測數據的獲取技術相對落後,在利用遙感技術進行專題數據獲取或者比對中,自動提取技術應用很少,大多需要大量的人工干預來完成。
國內研建的遙感監測系統為數不多,運行化生態環境遙感監測系統少有,且尚處於初級的嘗試階段。環境遙感監測系統(REMSV1.0)是在國家863計劃支持下開發的我國首個面向流域水污染及生態環境遙感監測的業務化環境遙感監測軟體系統,用以進行省級環境遙感監測業務化運行示範。它針對我國流域水體污染及典型生態狀況監測的實際需求,瞄準環境與災害監測預報小衛星星座主要感測器(高光譜、紅外、可見光)的應用,已在水網密布、流域水環境管理任務十分艱巨的江蘇境內的淮河、長江、太湖流域實施了運行示範,取得了較好的效果(張琪等,2006)。系統基於業界主流集成開發工具VISUALC++6.0IDE和Windows系列平台,具有強大的海量高光譜數據處理分析能力、直接面向用戶的專業應用模塊、一體化的數據處理流程和良好的可交互性。國家海洋環境監測中心建設的海洋赤潮衛星遙感監測系統由衛星圖像接收天線、圖像接收機、圖像處理終端和赤潮衛星遙感信息提取軟體組成,系統能夠進行NOAAAVHRR、SeaWiFS、MODIS、FY-1C、D和HY-1a衛星數據的讀取和處理工作,通過內置的赤潮提取演算法自動識別出赤潮發生分布區,並完成赤潮衛星監測通報製作。目前,用於赤潮遙感監測的衛星數據主要有兩類:一類是氣象衛星類,使用其海表溫度數據,探測赤潮的環境溫度,可見光波段用於輔助分析;另一類是水色衛星數據,主要使用其可見光數據,建立葉綠素模型,進而探測海洋表面浮游生物。海洋赤潮遙感信息提取軟體(V1.0)採用IDL可視化開發語言和VC進行程序開發工作,軟體具有數據的輸入、預處理、信息提取和赤潮災害信息產品製作的功能。
㈡ 中國的遙感技術取得過哪些重大成果
中國遙感技術應用現狀
1957年第一顆人造地球衛星升空標志著人類進入了太空時代,從此人類以嶄新的角度開始重新認識自己賴以生存的地球。空間信息技術是本世紀60年代發展起來的一門新興的科學技術,遙感技術,包括地理信息系統和全球定位系統,則是對地觀測的重要手段。中國的遙感技術從70年代起步,經過十幾年的艱苦努力,已發展到目前的實用化和國際化階段,具體表現在具備了為國民經濟建設服務的實用化能力和全方位地開展國際合作使其走向世界的國際化能力。
* 為國民經濟可持續發展提供科學的決策依據
中國目前經濟發展和人口增長對國家資源環境的影響程度超過了歷史上的任何時期。對國土資源進行動態監測是我國政府一貫重視的問題。我國國土資源面積大、類型多,遙感技術在國土資源動態監測上具有相當大的優勢和潛在的市常如,在1980~1985年期間,我國曾利用陸地衛星MSS數據進行了全國范圍的土地資源調查,並按1∶50萬比例尺成圖,宏觀地反映了我國大地資源的基本狀況;1984年開始由國家土地局主持開展了全國范圍的土地資源詳查工作,採用了航片和地面實地測量的方法,對農地採用1∶1萬比例尺成圖、林地及草地採用1∶5萬比例尺成圖、在西部地區利用航片與陸地衛星數據結合按1∶10萬比例尺成圖。但是由於區域范圍大,使項目實施歷時長達10年,可見實施全國的土地資源調查迫切需要高空間解析度的衛星遙感圖像。據估計覆蓋我國整個國土面積需要600景TM圖像,而斯波特圖像則需要6000多景, 可見遙感技術在我國具有相當大的市場,因而盡快發射我國自己的資源衛星是擺在我們面前的十分迫切的任務。「八五」期間中國科學院和農業部「國家資源環境遙感宏觀調查與動態研究」小組在1992~1995年的3年時間里完成了全國資源環境調查,建立了一個完整的資源環境資料庫,較過去開展一項單項專題的全國資源環境調查需5~10年的時間是一個很大進步。在項目實施中全部採用了90年代接收的最新陸地衛星TM圖像作為主要的信息源,同時也使用了我國近年內發射的多顆返回式資源調查衛星的高解析度圖像,在大興安嶺、秦嶺、橫斷山脈一線以東選用1∶25萬比例尺,此線以西採用1∶50萬比例尺進行遙感圖像判讀、制圖及資料庫建立工作。為此,須完成全國陸地部分國際標准分幅地圖近500幅幅面的調查、制圖與數據分析工作。除全國范圍的國土資源調查外,各主要省市,如北京、天津、浙江、陝西、內蒙等許多省市自治區也開展了國土資源調查工作。
除此以外,80年代後期的「三北」防護林帶綜合遙感調查和「黃土高原水土流失遙感調查」以及「遙感技術在西藏自治區土地利用現狀調查中的應用」等項目都是比較重大的遙感工程。但是,從國民經濟建設的需要來看,類似於全國土地資源調查等大型工程項目應該增加動態監測的能力,如在我國東部地區應該每年調查一次,西部地區每5年一次。可見,我們面臨的任務是十分艱巨的, 遙感應用的市場是非常廣泛的。
* 具有對重大自然災害災情進行動態監測和評估的能力
中國是自然災害頻繁且嚴重的國家,每年因災害所造成的損失高達上千億元人民幣。對重大災害進行動態監測和災情評估,減輕自然災害所造成的損失是遙感技術應用的重要領域。
我國在「八五」期間建立了重大自然災害(洪水、林火、乾旱、地震、雪災等)遙感監測評估系統。針對洪澇災害採用了包括陸地衛星、氣象衛星和具有全天候觀測能力和應急反應能力的機載合成孔徑雷達遙感等多高度的立體監測手段,不僅具有監測的宏觀性、動態觀測能力,而且通過機-星-地實時傳輸系統能夠實時地將災情圖像及時地傳送到中央指揮部門。自1987年以來,我國先後在永定河、黃河、長江、淮河等地區開展了大規模的防汛遙感綜合試驗。尤其是1994年在福建閩江、廣東的西江和北江,1995年在鄱陽湖、洞庭湖和遼河的洪水監測評估工作中,已分別將洪水災害的初評估與精評估的時間壓縮至2天和2周。整個技術方法與流程已達到實用化水平。如在1991年太湖流域洪澇災害遙感監測中,採用了多個時相的諾阿衛星影像、陸地衛星TM影像和側視雷達圖像,通過多時相的遙感信息復合得到了准確的災情數據。
1987年5月發生在我國東北大興安嶺的特大森林火災, 第一個發現火災的是諾阿氣象衛星圖像。在火災發生期間連續接收了過境的氣象衛星和陸地衛星圖像,每天提供火區范圍、火勢變化、火頭位置移動、新火點出現以及撲火措施效果等方面的信息。火災後的1988 年和1989年利用陸地衛星TM圖像還進行了火燒跡地恢復的遙感調查,實現了森林火災早期預警、災中的動態監測、災後損失評估以及後期的生態恢復調查的遙感動態觀測,得到了國家領導人很高的評價。
此外,我們還利用氣象衛星遙感數據與地面氣象數據相結合的方法,在黃淮海平原建立了旱情遙感動態監測評估系統,為農業管理、合理灌溉等提供了決策依據。
總之,中國的自然災害之多、危害之大是驚人的,應用遙感技術進行減災的效果是顯著的,同時應用的潛力也是巨大的。
* 利用遙感技術進行農作物估產和林業資源調查
我國是農業大國,糧食問題是我國政府非常重視的問題。早在80年代中期,在國家經委的支持下,以中國氣象局為主組織開展了北方10省市冬小麥估產試驗。這標志著氣象衛星非氣象領域工程化應用的開始,也是我國首次開展大規模遙感估產工作。目前利用氣象衛星進行農作物估產的應用已得到了普及和深化,並形成了一種業務化的手段,估產對象也從冬小麥擴展到玉米、水稻等其他作物。
「八五」期間我國建立了主要產糧區主要農作物(小麥、水稻、玉米)估產信息系統。其中大面積冬小麥遙感估產運行系統是遙感技術和地理信息系統技術相結合的產物,它將整個遙感估產的各個作業環節納入計算機系統運行,使其整體具有數字化作業能力,並能輸出各種估產結果。1992~1995年近3年在黃淮海地區進行冬小麥遙感估產試驗的結果表明,利用遙感技術對大面積農作物估產的精度能夠達到95%以上,無論是大區域還是分省(區)估算,均能達到規定的精度指標。隨著系統運行年限的累積,估產精度將會逐漸提高,運行費用也會逐年減少。同時針對國家急需了解農業種植結構變化和進行種植面積測算、長勢監測和單產模型建立等的要求,對我國主要農作物進行了遙感估產,在地理信息系統技術的支持下,構成了農作物估產的實用運行系統。此外,其他農作物如水稻、玉米等也都分別在江南的太湖平原和東北的三江平原建立了估產信息系統,並取得了很好的效果。
1995年國家遙感中心組織力量完成了《中國農業狀況圖集》,採用圖表相結合的方式,形象直觀地反映了我國農業發展的綜合水平,以及糧食、棉花、油料等方面的狀況及變化,揭示了農業發展中面臨的耕地減少等問題,為中央和地方政府進行宏觀決策提供了科學依據。該項工作受到了中央領導同志的肯定。
* 地質礦產資源遙感調查
中國的礦產資源豐富,遙感技術的應用前景十分廣闊,遙感技術在區域地質填圖方面的應用已比較成熟,並取得了很好的效果。如在內蒙古、山東、江西、四川等省區開展的32 項1∶5萬圖幅的地質填圖工作中,採用遙感技術不僅提高了工作效率和填圖的質量,而且節省了填圖的費用,每幅圖的實際費用僅占常規方法所需費用的三分之二;在承德地區採用 TM圖像進行1∶25萬比例尺的區域地質填圖工作中, 除建立的遙感地層單元符合1∶25 萬區域地質填圖單元技術要求外, 在地質構造和礦產研究方面也有更多的發現,並且大大地縮短了周期、節省了經費。這必將為我國在本世紀內實施並完成200萬平方公里1∶5萬區域地質填圖和全國范圍的l∶25萬區域地質填圖項目起到重要作用。
在地質礦產資源調查方面,遙感技術在我國已經從間接探測發展到了直接探測階段,如在新疆准葛爾利用細分紅外和多光譜掃描技術直接探測到了岩金礦的蝕變帶,取得了利用遙感技術直接尋找金礦的重大進展。我國還利用短波紅外成像光譜掃描儀在新疆進行了石油天然氣資源的遙感直接探測試驗。利用該遙感圖像數據通過信息增強和提取,捕捉到了油氣藏在地表的微滲漏所造成的烴異常,進而達到直接探測的目的。該項目在新疆塔里木盆地的多次生產試驗中得到了證實。這些技術的成功應用為加快我國西部的開發發揮了積極的作用。
此外,近年來發展起來的干涉測量雷達技術已經在三峽大壩等大型工程的環境監測和油氣區地面沉降等應用領域顯示出巨大的應用潛力。
中國遙感技術應用展望
「九五」期間,中國國家科委已經把「遙感、地理信息系統及全球定位系統技術綜合應用研究」列為「九五」國家科技攻關重中之重項目,至此遙感信息技術已連續四個五年計劃被列入國家優先項目,說明了國家對遙感事業的重視。可以預見,該項目的實施,可以有效地將這一高新技術廣泛地應用於國民經濟建設的各個方面,使其走上產業化發展的道路。
* 推動業務性遙感信息綜合服務體系的形成
「九五」期間遙感科技攻關的重點是在以農業資源為主體的資源與環境動態信息服務方面。屆時將建立一個國家級的宏觀信息服務體系,同時使對水旱災害為主的遙感監測與評估系統走向業務化運行。
(1)國家級基本資源與環境遙感動態信息服務體系的建立
我們將針對全國范圍內的基本土地資源與生態環境狀況,建立空間型信息系統,形成每年動態更新一次的能力,並在此基礎上向國家高層次部門提供以國家農業土地資源、城市化發展及其動態變化為主的數字圖件,其中包括1∶25萬全國分及分重點區域的土地資源及其生態環境背景圖件和數據;重點開發地帶和大城市周邊地區的1∶10萬圖件和相應的資料庫;每年一次1∶25萬比例尺的中國東部耕地與城鎮動態變化圖件和資料庫;較為完整的全國基本土地資源和生態環境背景資料庫;對國家資源熱點問題,如耕地動態變化、城市化等每年提供一次專題報告等。按計劃,1999年以前我們將建立網路型國家級信息服務體系,提供相應的資源環境信息及輔助決策信息,保證系統連續穩定地運行。
(2)重大自然災害監測與評估運行系統的完善
以水旱災害監測與評估為重點的運行性綜合監測與評估業務系統將於1999年建成並投入相關業務部門使用,使之具備定期發布全國旱情、隨時監測評估洪澇災害和重大自然災害的應急反應能力。該系統具有以下功能:對突發性水災,在系統進入狀態後2天內提供受淹范圍、各類土地面積等信息, 一周之內提供包括受災人口、受淹房屋等信息的詳細報告;對重點地區,實施每天一報淹沒地區及面積的信息服務;在危機時刻,提供實時災害現場圖像顯示和注記;從1998年開始,每10天報一次全國的旱情數據,成災地區對農田乾旱狀況每5 天上報一次災情數據;對重大森林火災和地震等自然災害進行監測並及時提供相關信息,從而最大限度地減輕自然災害所造成的損失。
* 繼續趕超世界遙感科技前沿
在「九五」期間按照863計劃將加大向對地觀測系統建設的傾斜力度,除繼續強化支持星載合成孔徑雷達樣機的研製外,還要研製開發先進機載對地觀測系統。
目前海洋監測已經列入了863計劃,海洋資源的遙感監測已經得到了我國政府的高度重視,它是對地觀測的重要組成部分。我們將發展預警海洋災害、監測海洋環境所急需的高技術,為建立我國海洋立體監測系統提供技術支撐,提高海洋可持續發展的環境保障能力,加速與全球海洋觀測系統的接軌,力爭本世紀末在海洋自動觀測系統、水聲遙測和海洋遙感技術應用的主要方面達到90年代中期的國際先進水平。
「九五」期間我國還將支持如下四個方面的新技術研究:以高光譜解析度遙感為主的高解析度遙感信息對水稻的識別,小塊種植面積的測定以及農作物長勢監測技術研究;雷達遙感新技術在有雲天氣條件下對水稻和棉花的識別以及農業土地面積測算技術研究;新型遙感技術大數據量信息的快速處理、分析以及提取技術研究;以新型遙感信息為基礎的遙感和地理信息系統的融合處理技術以及基於遙感信息提取的地理信息系統快速生成、更新技術研究
㈢ 中國遙感技術發展概況
我國的遙感技術起步較晚,系統的遙感技術發展起始於20世紀50年代初期,主要是引進原蘇聯常規航空攝影技術,進行了大面積航空攝影,並開始航測成圖和航空像片的綜合利用(主要是進行森林資源調查和資源開發)。到了60年代航空攝影與航空像片的應用已形成了一套完整的體系,廣泛應用於森林資源抽樣調查、成圖,環境質量調查和評價,部分受災調查、監測中。
20世紀70年代以來,隨著遙感技術的飛速發展,我國開始引進和研究現代遙感技術,一方面是從國外購進一批陸地衛星影像和少量儀器設備,開展圖像的解譯應用工作;另一方面積極開展我國自己的遙感研究工作,建立了地面接收站,發射了一系列對地觀測衛星(表1-1)。1970年我國成功研製並發射了第一顆人造地球衛星東方紅一號,成為世界上第五個獨立自主研製和發射人造地球衛星的國家。1988年中國首次成功發射了試驗型氣象衛星風雲一號A星。此後,陸續發射的風雲一號B星、C星、D星,風雲二號A星、B星,直至2004年發射的風雲二號C星,我國已形成了自己獨立的風雲氣象衛星系列,這對我國氣象事業的現代化,以及工農業生產、航空、航海、森林防火、環境監測和軍事應用等,都具有重要的作用。1999年我國第一顆以陸地資源和環境為主要觀測目標的中巴地球資源衛星(CBERS-01)發射成功,結束了我國沒有較高空間解析度傳輸型資源衛星的歷史,此後又於2000年、2002年和2004年相繼發射了三顆資源二號衛星(CBERS-02),為我國農業、林業、水利、海洋和國土資源等方面的工作提供更准確的遙感數字圖像和光學圖像產品。海洋方面,我國正在建立獨立的海洋衛星系列,並於2002年發射了第一顆海洋衛星———海洋一號。在對地觀測小衛星方面,2005年發射的「北京一號」(北京-1)是一顆具有雙遙感器的對地觀測小衛星,它能定期提供覆蓋北京市的遙感影像,為北京市城市規劃、生態環境監測、重大工程監測、土地利用監測,提供及時、可靠和優質服務,並曾直接服務於2008年北京奧運會。
表1-1我國的遙感衛星系列
在感測器的研究上,我國已成功研製了多光譜相機、多光譜掃描儀、紅外掃描儀、微波輻射計、激光測高儀、合成孔徑側視雷達等各種類型的感測器,彩色合成儀和密度分割儀,數字圖像處理系統也研製成功;在遙感理論研究和人才培養上,中國科學院、高等院校等部門陸續成立了遙感研究、教育機構,從事理論研究和應用工作,設置了專門培養遙感技術人才的遙感專業和學科,許多專業開設了遙感課程,國家成立了空間科學技術委員會和遙感中心,組織、領導和協調全國的遙感工作,積極開展與國外的技術與人才交流。
㈣ 遙感衛星的各國發展
為世界遙感衛星技術的發展做出了重要貢獻,從1961年第一顆氣象衛星,到1972年第一顆陸地觀測衛星,再到1978年第一顆海洋衛星,以及未來的「地球觀測系統」(eos),美國遙感衛星技術一直處於世界領先地位。遙感衛星的發展體現了美國發展空間技術一貫的指導思想,這就是從戰爭中學來的經驗:始終保持技術的領先地位;從「阿波羅 」計劃獲得的經驗:通過大型工程和高新技術的發展帶動其他技術的發展。美國正從通信衛星產業化的成功中吸取經驗,開發遙感衛星市場。
美國小衛星技術倡儀中的lewis和clark衛星就是以美國歷史上西部創業者的名字命名的,並准備發展一系列新技術,如gps定位、光纖數據匯流排、公用容器氫鎳電池、先進的處理器和存儲器等,反映了其保持技術領先、不斷創新的特點。當然,美國的發展戰略是以其雄厚的經濟和技術實力為基礎的,適用於美國的條件和發展需要,別的國家難以效仿。 歐洲在衛星技術發展中曾得益於美國,也曾受制於美國,因而歐洲努力發展適合歐洲需要的遙感衛星。「歐洲遙感衛星」(ers)成功地提供了高質量的、當時全世界較缺少的微波遙感數據,促進了遙感技術和應用的發展,也提高了歐洲在對地觀測領域的地位。
歐洲發展遙感衛星最大的特點是國際合作,例如參加ers計劃的有來自12個國家的約60個企 業和科研部門。所以歐洲在國際合作方面有豐富的經驗,值得各國去學習借鑒。
1995年10月18日~20日在法國圖盧茲歐空局部長級會議上討論了歐空局未來對地觀測活動的 發 展戰略。過去20多年歐空局對地觀測活動取得了更大成績,氣象衛星meteosat系列和遙感衛星ers-1、2獲得了很大成功,在歐洲及全世界衛星遙感及應用中發揮了重要作用。隨著 技術的發展、應用的推廣,衛星遙感市場迅速擴大,各種遙感需要不斷增多。這種形勢下歐洲感到有必要制定新的長期發展戰略,協調各方面的關系。為此歐空局召集各成員國研討制 定歐洲今後25年的空間對地觀測發展政策。
這個政策框架包括2000年後歐洲對地觀測活動的發展戰略(即envisat衛星發射後的活動)。其主要基礎是「雙使命戰略」,即「地球探索者」任務和「對地觀察」任務。目標是提供連續的多時期、多解析度全球覆蓋,為各方面的用戶提供地球環境和資源信息。
歐洲的主要目的有5項:
⑴ 從區域和全球范圍全面研究和監測地球的氣候和環境;
⑵ 監測和管理地球上的資源,包括再生資源和非再生資源;
⑶ 繼續提供並不斷改進世界范圍的氣象服務;
⑷ 提供信息進一步認識地殼結構和動力特性;
⑸ 提供緊急事件的觀測數據。
從世界范圍遙感發展考慮,歐洲對地觀測系統必須能提供多學科的數據,包括大氣成分及動力學數據、地理、地質、海洋、冰和植被等數據,並考慮跨學科的研究課題,如大氣/陸地/ 海洋之間的關系等。同時繼續重視與經濟活動有關的遙感服務,如氣象、作物估產和海岸帶監視等。歐空局未來計劃的目的一方面是增強人們使用遙感數據的意識和水平,擴大應用規模,提高效益;另一方面是根據需要提高系統性能和服務水平,如提高數據精度,縮短重復觀測時間,保證數據快速和連續交付等。為滿足未來衛星遙感發展的需要,歐空局從多目標模式轉到雙使命戰略上。
地球探索者任務 認識地球系統的各種過程,深入研究地球環境、氣候等現象,任務包括:
·地球輻射測量任務研究地球輻射平衡,以及同氣候的關系;
·降雨測量任務觀測降雨量,特別是在熱帶地區
·大氣動力學研究觀測大氣三維風場,尤其是在對流層和同溫層;
·大氣斷面測量 觀測對流層和同溫層溫度斷面,用於氣候研究;
·大氣化學探測任務探測大氣中化學成分;
·重力場與海洋環流觀測任務建立高精度全球或區域地球重力場與大地水準面模型;
·地磁測量探測地球磁場;
·地表過程及關系了解地球/大氣之間的生物化學過程等關系;
·地形測量 觀測海洋、陸地和極區冰的地形。
地球觀察任務 針對各種實際的具體應用提供觀測數據:
·海岸帶觀測 包括水深測繪、漏油監測、海況預報、漁業、海岸侵蝕與陸地利用,以及內陸江潮的觀測與洪水監測等;
·冰探測 冰區監測與動向預報;
·地表探測 農業作物監測與估產、林區監測、土地利用、地形測繪等;·大氣化學成分探測臭氧層監測、同溫層成分監測等
·海洋觀測 海況監測與預報。 俄羅斯航天技術以軍事工業為基礎,過去遙感衛星發展常基於國防的需求,有許多系統是軍民合用的,而且在很大程度上獨立於世界其他遙感系統,例如,其遙感衛星系統的工作頻率 、信號格式和數據格式等與其他國家不同。這使俄羅斯在國際合作和市場開發方面遇到一些問題。自80年代末開始,俄羅斯政府採取積極行動,努力將俄遙感衛星系統融入世界遙感衛星系統,已同美、法、德、印等簽訂了合作協議。1993年俄航天局研究制定新的遙感衛星計劃,認為可以推動俄羅斯遙感衛星系統發展的綜合辦法有以下幾種:-協調俄羅斯科學和業務遙感計劃,使之與國際地球觀測衛星委員會(ceos)研究和採用的原則和條款一致;
-把俄羅斯流星號衛星納入eos;
-把俄羅斯的goms衛星納入美國、歐洲和日本地球靜止衛星星座;
-在俄羅斯遙感衛星上搭載外國儀器,例如,資源-o2系統適合搭載3顆各重50 kg的衛星;
-著手遙感器現代化計劃,以提供與國際用戶接受的兼容數據格式和標准;
-分發資源-f(和其改進星)及軍事衛星獲得的地球圖像; 未來日本地球觀測計劃的戰略如下:
-致力於地球環境監測和增加地球系統的科學知識;
-加強科學和工程技術之間的聯系,促進地球科學技術的研究和發展;-促進國際合作;
-促進地球觀測衛星和數據信息系統的技術進步和發展。
環境探測的數據要求包括:臭氧的減少、全球變暖、酸雨、空氣污染、海洋污染、颶風、沙化和火山爆發等。在使用方面要求發展:災害監視、制圖、農業、林業、漁業、城市環境建設、海上和空中運輸以及自然資源勘探。
觀測項目包括:
·大氣動力學/水和能量循環大氣溫度、風、水汽、雲、降雨量和能量收支。
·海洋動力學海面溫度、海面大地水準面和海水鹽份。
·大氣化學溫室氣體、臭氧和其他氣溶膠等。
·海洋生物學海洋水色/海洋生物。中國空間技術研究院 版權所有
·冰和雪雪蓋等量的水、冰盾等量的水、冰盾高度和海冰分布。
·陸地陸地覆蓋(植被等)、土壤濕度、地形、地質和地表溫度。
日本計劃與亞洲和太平洋地區一些國家共同搞一個衛星遙感數據應用的合作計劃,日本准備提供mos、jers、adeos及alos衛星的部分數據,促進這些地區遙感應用的發展。
至2010年日本將研製和發射18顆衛星,相應的遙感器36種,用於地球環境監測和發展經濟。尤其要研究發展諸如衛星軌道轉移、用於災害監視的遙感器指向機械裝置等方面的技術。計劃研製和發射的18顆衛星包括極軌衛星、大傾角軌道衛星和地球靜止軌道衛星。 印度遙感已走過了一條成功的發展道路。雖然印度航天技術起步較晚,經濟條件也有限,但它利用有限資金重點發展了對國民經濟有重要影響的遙感衛星系統,並將積極爭取外援與自主發展相結合,通過技術引進、消化、發展,形成了有一定規模的遙感衛星及應用系統, 並開始進入國際市場。美國地球觀測衛星公司(eosat)已同印度簽訂了協議,由該公司的norman地面站接收「印度遙感衛星」(irs)的數據。印度還利用它的irs圖片與法、德 、歐空局等交換圖片,並探討與美國航宇局建立合作關系,以便在「地球使命」計劃中發揮作用。
印度空間活動成功的原因之一是得到了政府和社會的支持。政府對空間的投入逐年增加。
印度發展遙感衛星的另一特點是重視應用。印度建有一個國家自然資源管理系統(nnrms), 綜合管理遙感衛星數據的應用,通過全印度23個州遙感中心和5個區域的遙感中心,以及眾多的科研和應用部門廣泛開展遙感衛星應用活動。例如,每年兩次用遙感衛星數據對森林資源進行全面調查;估測農作物產量和水果的產量;進行災害與環境監測;用於土地利用與保護等,這些應用都取得了較好的效果。印度又新建了一個國家級的自然資源信息系統(nris),加強遙感衛星與gis的結合和應用,nris已成為nnrms的核心信息系統。