“上帝视角”——当代遥感科技发展的现状与未来展望

2017-07-28 11:56:10    来源:中国科学院院刊

摘要:现代遥感技术起源于20世纪60年代,以数字化成像方式为特征,是衡量一个国家科技发展水平和综合实力的重要标志,历来被世界主要科技和经济大国所重视。

  高光谱分辨率遥感

  高光谱遥感 起源于20世纪80年代的高光谱分辨率遥感又称为高光谱遥感(Hyperspectral Remote Sensing),它利用成像光谱仪在连续的几十个甚至几百个光谱通道获取地物辐射信息,在取得地物空间图像同时,每个像元都能够得到一条包含地物诊断性光谱特征的连续光谱曲线。

  高光谱成像仪发展历程

  世界上第一台成像光谱仪AIS-1于1983年在美国研制成功。

  1987年,美国又推出了第二代高光谱成像仪AVIRIS,并持续不断更新换代,已成为美国航空航天高光谱遥感科技发展的孵化器。

  此后,许多国家先后研制了多种类型航空成像光谱仪,如加拿大的CASI、德国的ROSIS、澳大利亚的HyMap等。

  在经过航空试验和成功应用之后,1999年底美国新千年计划EO-1卫星搭载了具有200多个波段的Hyperion航天成像光谱仪,正式开启了航天高光谱遥感时代。

  我国高光谱遥感科技进展

  我国高光谱遥感科技发展几乎与美国同步,1989年中科院研制了我国第一台模块化航空成像光谱仪(MAIS),并在20世纪90年代又陆续研发了推帚式成像光谱仪(PHI)、新型模块化成像光谱仪(OMIS)、轻型高稳定度干涉成像光谱仪(LASIS)等。

  2002年“神舟三号”搭载了我国第一台航天成像光谱仪,此后我国发射的“嫦娥-1”探月卫星、环境与减灾小卫星(HJ-1)星座、风云气象卫星、GF-5卫星等也都搭载了航天成像光谱仪。

  高光谱遥感的多领域应用

  矿物分析

  通过对矿物元素的诊断性光谱特征分析,高光谱遥感能够实现对矿物成分及其丰度进行精确识别和填图

  植被研究

  通过高光谱数据能够反演植被物理和化学参数,进行作物长势监测、品质评估等

  水质监测

  通过对水中叶绿素、黄色物质、悬浮物等成分的光谱反演,可以掌握水华爆发、黑臭水体分布以及污染来源等

  其他

  近年来,成像光谱技术也逐渐渗透进了各种非传统遥感行业,比如在医学、生物、刑侦、考古、文物保护等领域开展了广泛的探索性应用。

  高光谱遥感技术从其起步就被赋予了强烈的军事应用色彩,在军事目标侦察、阵地与装备伪装识别、战场环境背景分析等方面有巨大应用潜力。

  高光谱遥感的多领域应用

  伪装目标揭露

  我国的高光谱遥感科技发展一直处于国际前列,中科院自主研发的高光谱图像处理与分析通用软件系统(HIPAS)被国际同行评为国际六大顶尖高光谱图像处理软件之一,并在高光谱遥感应用方面实现了向美、日、澳等发达国家的技术输出,成果在国际上产生了重大影响。

  高时间分辨率遥感

  高时间分辨率卫星 卫星遥感观测的时间分辨率(或卫星重访周期)是指在同一区域进行相邻2次观测的最小时间间隔,间隔越小,时间分辨率越高。由于气象观测的特殊性要求,在21世纪初之前,高时间分辨率遥感卫星绝大多数都是气象卫星。

  代表性卫星

  美国

  最具代表性的有美国三代气象观测卫星:

  第一代“泰罗斯”(TIROS)系列(1960—1965年)

  第二代“艾托斯”(ITOS)/“诺阿”(NOAA)系列(1970—1976年)

  第三代TIROS-N/NOAA系列(1978年至今)

  其中至今仍广泛应用的NOAA系列卫星采用双星运行,同一地区每天重复观测4次。

  中国

  我国气象卫星自1988年成功发射风云一号以来,至今已发展至风云二号、三号、四号共15颗。

  风云一号气象卫星可以每天2次对同一地区进行观测

  风云二号气象卫星每半小时对地观测1次,双星错开观测,可以达到每15分钟观测1次地球。

  高时间分辨率遥感与高空间、高光谱遥感技术相结合是未来遥感科技发展的一个新趋势,它能够实现地物类型与理化特性的精准反演和高时频变化监测。高时间分辨率遥感已经在全球变化及其产生的重大环境问题研究方面发挥了重要作用,它也能够为交通、农业、渔业、水利、林业、军事等部门提供重要的实时监测信息。

  高时间分辨率遥感的多领域应用

  全球或区域土地利用/覆盖变化监测

  高时间分辨率遥感能够通过植被指数等参数时间立方体分析,精确监测作物种植、退耕还林、退牧还草、围湖造田、植树造林、森林砍伐等植被生长状况变化或工程进展情况。

  气象及灾害监测预报

  高时间分辨率的遥感卫星可以对台风、寒潮、暴雨、洪水、沙尘暴、雾霾等灾害天气现象实时监测和预报,还能够准确量测洪涝灾害水淹区域、草原或森林火灾过火区域、地震滑坡泥石流影响区域等,以及大区域实时监测农业旱灾、近海与湖泊水华暴发、草原或森林虫害、农作物病虫害等自然灾害现象。

  舰船或陆上移动目标的实时监控

  利用地球静止轨道遥感卫星或者高空间分辨率遥感卫星星座,基于图像目标自动识别技术,锁定航母等大型舰船和高价值移动目标,对其移动状况可以进行实时或准实时监控。

声明:中国勘测联合网登载此文出于传递更多信息之目的,并不意味着赞同其观点或证实其描述,文章内容仅供参考。