《遥感应用与数字地球》由会员分享，可在线阅读，更多相关《遥感应用与数字地球（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、遥感应用与数字地球摘 要：中国的遥感科学技术事业，起步于20世纪70年代，经历了起步、成长到创新发展的几个历史阶段。文章回顾了我国在星载对地观测体系、机载对地观测技术、遥感地面卫星接收站网与图像数据处理系统能力建设方面取得的重要成就，以及在遥感基础理论研究、遥感在全球变化与海洋调查、国土资源普查、环境保护与灾害监测、城市规划与工程建设、遥感考古与古环境再现等应用领域取得的丰硕硕果，阐述了我国在“数字地球”战略本土化建设包括国家空间数据基础设施、“数字省区”、“数字城市”、“数字流域”及数字地球原型系统等方面取得的进展，并论述了遥感和“数字地球”与地球信息科学的相互关系。 一、前 言 遥感是20
2、世纪60年代新兴的科学领域之一。 它是人类迈向太空，对地观测，获取地表空间信息的一种先进科学技术和生产力。具有宏观、准确、综合地进行动态观测与监测的能力。 中国的遥感科学技术事业，起步于20世纪70年代末期。据不完全统计，30年来，我国已建立10多个卫星遥感地面接收站，160多个遥感机构，400多家地理信息服务企业，数十所大学设置了该领域专业。 从70年代的引进、跟踪、消化、吸收，到20世纪末的技术和人才“输出”，经历了近30年的奋斗历程。从起步、成长到奋进创新的几个历史阶段的实践经验，扼要归纳如下： 从遥感应用起步，推进遥感科学技术的进步；从综合航空遥感实验着手，支持卫星应用与应用卫星的发展
3、。 从研制可见光、近红外遥感器入手，依次开发远红外、多谱段和高光谱遥感器，积极开发微波遥感并开展多波段、多极化的应用，建设全波段、全天候、全天时的对地观测信息技术系统，不断提高信息获取能力。 卫星应用平台的研发，从单一的实验卫星起步，分期分批发射气象、资源、海洋系列业务卫星，进一步构建小卫星星座(群)，实现“应用卫星与卫星应用”的“天地一体化”的目标。 以对地观测技术系统为依托，与全球定位系统和地理信息系统、网络通讯技术相结合，“数字地球”战略，促进“数字地球”应用的“本土化”，为全球化信息共享作贡献。 不断开拓遥感应用新领域。20世纪末，侧重于针对自然资源、环境与能源问题。以地球科学为主，逐
4、步开展水碳循环、叶绿素与初级生产力的研究，开始注重生命科学；21世纪，开始从遥感考古、人口统计空间分析着手，作为进入人文社会科学的新契机。 在大量应用实验的基础上，在社会生产需求的鼓舞下，创建了国家及部级重点开放实验室，设置了定标场、田间试验台站，加强对电磁波谱特征理论、遥感信息传输规律及订正、遥感信息复合的深入研究，为遥感技术系统集成与新一代应用软件的开发，为创建地球信息科学打下初步的基础。 二、遥感信息获取能力建设 1.星载对地观测体系 近30年来，我国已发射50多颗卫星和4艘无人宇宙飞船。中国的航天白皮书预计，我国近几年还将继续研制和发射近30颗各类卫星，包括通信、气象、海洋、资源、导航
5、、天文以及环境与灾害监测卫星、空间科学探测卫星，直接或间接提高获取遥感信息的能力。 今后十年或稍后的一个时期，以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列和环境与灾害监测小卫星群，可组成长期稳定运行的卫星对地观测体系，实现对全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。2003年秋季，我国计划在“神舟5号”飞船中开展载人航天飞行计划，实现中华民族遨游太空的梦想，其中包括有人工直接操作的新型对地观测技术。以下简介我国卫星对地观测遥感数据获取能力。 1.1“风云”系列气象卫星 我国已建成极轨和静轨气象卫星相结合的“风云”气象卫星系列和数据应用系统。1988年、1990年，1999年及2002年分别发射
6、了4颗风云一号系列极轨气象卫星。FY-1A，FY-1B卫星主要有效载荷为5通道可见光和红外辐射计，FY-1C与前两个卫星相比，可见光和红外辐射通道数增加到10个，增强了对地球系统的观测能力，使我国每天可以得到一次分辨率为3.1km的4通道全球覆盖数据。 “风云二号”卫星是地球静止轨道气象卫星，1997年6月和2000年6月我国先后发射了FY-2A和FY2-B卫星，能够提供每半小时获取覆盖地球三分之一面积的全景圆盘图。第二代极轨气象卫星FY-3系列，已列入2002年至2020年研制计划，此卫星系列将极提高对地观测和全球大气探测的能力。 1.2 资源卫星系列 1999年10月中巴地球资源遥感卫星(
7、CBERS)成功发射。由中国与巴西联合研制，开创了发展中国家航天高技术合作的先例。卫星有效载荷包括分辨率为20米的5波段CCD相机、分辨率为78米的4波段红外多光谱扫描仪和分辨率为256米的2波段宽视场成像仪。卫星运行3年多来，我国已获取了覆盖80%国土和相邻国家、地区的遥感图像，归档了32万景图像数据(图版1)。计划2003年，CBERS-2卫星将发射上天，星上遥感器分辨率和图像质量将在目前基础上有较大提高。 1.3 海洋卫星系列 2002年5月我国成功地用“一箭双星”的方式把 海洋水色卫星(HY-1)同FY-1D卫星一道送入太空。 卫星载有10通道海洋水色扫描仪和4通道CCD成像仪，用于探
8、测海洋水色水温，评估渔场、预报鱼讯、监测海洋污染、河口泥沙、海岸带生态和冰情等。此外，我国还将研制和发射海洋动力环境卫星系列(HY-2系列卫星)，通过微波探测，获取全天候海面风场、海面高度和海温，达到减灾、防灾的目的；还有海洋环境综合监测卫星系列(HY-3系列卫星)，获取同步的海洋水色和动力环境信息。 1.4 对地观测小卫星 2000年6月，由清华大学和英国Surry大学联合研制的“航天清华一号”小卫星发射成功。该卫星的3个CCD相机分别工作在可见光与近红外波段。可对地进行光学成像观测，光学分辨率达40米, 扫描宽度达40公里，用于资源调查、环境及灾害监测、军事侦察、水文、地质勘查和气象观测等
9、领域。 1.5 环境卫星计划 我国正在加紧研制环境灾害监测卫星， 计划在2005年前研制出由两个光学卫星和一个雷达卫星组成的小卫星星座。在2010年前研制出由四个光学卫星和4个雷达卫星组成的小卫星星座，开展对环境和灾害全天时、全天候的监测。 1.6 “神舟”宇宙飞船 2002年3月，神舟3号载中等分辨率成像光谱仪(CMODIS)上天运行。CMODIS运行在3435km高空，地面分辨率为400-500m，重复覆盖周期为2天，测绘带宽为650-700km, 有34个波段，波长围在0.4-12.5mm(图版2)。在2002年12月的神舟4号飞行中，载有微波辐射计、雷达高度计和雷达散射计组成的多模态微
10、波传感器。此次试验，在世界上首次实现了三种观测方式在统一监控下的同时工作，还首次采用了扫描天线的方式来观测海洋的风向和风速，获取的数据对进一步掌握风场、海浪动力环境和海气能量的转换，分析海洋灾害、资源等方面都会产生重要的作用。 2、机载对地观测与实验体系 我国还不断加强机载对地观测系统的建设。由863计划信息获取与处理技术主题组织研制的机载对地观测系统，由模块化成像光谱仪、推帚式高光谱成像仪、面阵CCD数字相机、三维成像仪和L波段合成孔径雷达5种新型遥感器组成，具有高光谱分辨率、高空间分辨率、三维成像和全天候、全天时工作的能力。 实用型模块化成像光谱仪(OMIS)。该系统将成像技术和光谱技术结
11、合在一起，在连续光谱段上对同一地物同时成像, 获取的光谱图像数据能直接反映出物质的光谱特征。其主要技术特点：波段覆盖全，在0.46mm12.5mm的大气窗口上设置了128个探测波段。仪器具有70以上的扫描视场。扫描系统、成像系统和光谱仪系统均设计成独立模块，可实现128波段和68波段两种工作模式的更替。GPS系统可以得到图像的定位资料，可产出标准化图像数据产品(图版3)。 推帚式光电遥感器(PHI)。它以其高光谱分辨力、高灵敏度和无机械运动部件等性能，成为新一代对地观测技术的一个重要特点。研制成功的推帚式高光谱成像仪波段数为244个，光谱围0.40mm和0.85mm，光谱分辨率小于5nm，扫描
12、视场42，信噪比大于100。 高分辨力CCD面阵数字航测相机系统。其核心技术是具有4096?4096像元数的全数字面阵CCD探测器，配以专门研制的大视场、大相对口径、高分辨力、低畸变光学系统组成航测相机主体，并与专门研制的三轴陀螺稳定平台、高速大容量数据存储系统和GPS定位接收系统等共同集成为一套全数字、高分辨力、具有良好适应性的航测相机系统。 三维成像仪。以实时、准实时生成三维遥感图像为其鲜明特色。它是一个集成系统，由扫描成像技术、激光测距技术、GPS技术、姿态测量技术等子系统组成信息获取分系统，并开发了直接对地定位软件和同步生成已准确匹配的地学编码影像和DEM等软件组成的信息处理分系统。
13、其主要功能有：一次同步生成地形影像图，也可单独提供等高线图、正射影像图。其二级产品包括：三维显示图、专题图、各种量算功能等(图版4)。 L-SAR实用系统。该系统装有左右两副天线，可在成像过程中实时切换观测方向，具有两种极化天线，可以获得多种极化雷达图像；配有多种工作模式，即有高分辨力窄成像带和低分辨力宽成像带两种模式可供选择，高分辨率为3m 3m；具有原始数据记录和实时成像处理能力。该系统在设计过程中考虑了干涉成像能力，以获取地表三维信息，曾用于对洪涝灾害的实时监测 (图版5)，并可用于测量地震灾害的地壳形变，达到厘米级精度，是雷达卫星理想的试验平台。3、遥感卫星地面接收站网与图像数据处理系
14、统 中国于1986年建成遥感卫星地面站。从接收美国陆地卫星5号数据开始，目前具有接收LANDSAT、SPOT、RADARSAT、ERS-1/2、JERS-1、CBERS遥感卫星数据的能力。并签订了协议负责分发Quickbird、IKONOS、IRS、EROS等遥感卫星数据。能够为用户提供高、中、低各种分辨率及多光谱、全色、雷达等不同类型的遥感图像产品，逐步实现了全天候、全天时、近实时、多种分辨率的卫星对地观测数据中心的发展目标。与中国资源卫星应用中心、气象卫星中心和海洋卫星应用中心一道，建成与国际接轨的遥感卫星数据生产运行系统。 中国自主研制了气象卫星接收系统，分布在、乌鲁木齐等地的数十个气象
15、卫星接收站，可接收极轨气象卫星和静止气象卫星的数据。海洋卫星地面应用系统在和市建立。MODIS数据地面接收站先后在国家气象局国家卫星气象中心、中科院遥感所、气象卫星地面站等地建立。 2002年10月，经过9年建设的中国第一个遥感卫星辐射校正场正式投入运行，标志着我国在提高遥感卫星观测精度与定量遥感分析方面取得重要进展。并与美国白沙，法国图卢兹实验场建立了国际合作关系。 中国目前已形成处理气象卫星、资源卫星、机载遥感与航空摄影测量等多源遥感数据的能力，具有强大的数据存储、快速处理、传输、信息提取、应用软件设计、图形图像制作输出能力，保障了遥感数据的广泛应用，同时研制了一系列针对新型遥感技术应用的软件系统。 三、数字地球战略的本土化 “数字地球”是空间时代与信息社会发展历史中的必然产物。在卫星对地观测夜以继日覆盖全球，遥感数据资源极大丰富，计算机、多媒体、虚拟现实技术高度发达，全球定位系统、地理信息系统以及宽带网络通讯日臻成熟的21世纪，完全有条件对多尺度、多分辨率、多时相的海量地球信息资源，其中包括遥感信息，社会经济空间统计信息，进行三维描述和数据融合，加快充分利用，为人类造福。
