科普 | 遥感技术助力中国进入“高分时代”

“致广大而尽精微。”《中庸》里的这句话用来描述近年来日益受捧的遥感技术恐怕最为恰当。“致广大”，指以人造卫星、飞机、无人机、高空气球等之“高”而望“远”。“尽精微”，指运用各种传感器的高空间、时间、光谱、温度分辨率，抓住物体细小的特征，捕捉细微的变化。

11月8日，中国在太原卫星发射中心用长征四号乙运载火箭成功将遥感二十八号卫星发射升空。从40年前的11月26日首次发射返回式遥感卫星算起，中国至今已发射“遥感”系列卫星28颗、“高分”系列卫星4颗。目前，在轨运行的气象卫星、海洋卫星、资源卫星等遥感卫星有十余颗，遥感平台从廉价的无人机、高空气球和航空摄影，发展到如今的遥感飞机、尖端无人机、遥感卫星并举。中国遥感应用正步入黄金期。

那么，遥感技术对我们的生活究竟会产生什么影响？在我国的发展情况如何？与发达国家相比，我国遥感技术还有哪些进步空间？

秋冬时节，北京进入“十面霾伏”的多发季节。要盯住京津冀及周边地区哪里在偷偷焚烧秸秆？哪里的PM2.5浓度最高？哪里的减排措施不到位？仅靠人力很难监管到位。近年来，凭借卫星遥感监测技术，北京市环境保护监测中心可提供北京及周边6省区市PM2.5、PM10等大气污染物的空间分布和变化过程，并且动态监控沙尘、秸秆焚烧等大气污染来源，可谓我国治理大气污染的又一法宝。

在河北省廊坊市，打开电脑登录该市的农业遥感监测服务平台，只需检索一段时间内全市各个地区小麦、玉米、露地蔬菜、坑塘面积等多种数据，全廊坊的农业生产情况一目了然。未来，该平台将实现与北斗导航、物联网的对接，农民足不出户就能知道庄稼地里的情况，包括土壤病害、墒情、旱情、苗情等，真正做到了遥感技术的“接地气”。

洞庭湖湖泊蓝藻水华面积是多少？京津冀开展的高速公路周边居民健康风险评估进展如何？杭州湾总悬浮物浓度是多少？如何制作贵州省西部地区地理国情监测图……近年来，随着作为我国重大科技专项之一的高分卫星数据和高分专项先期攻关成果不断落地，遥感技术正走进人们的生产生活。

每当重大地质灾害到来时，第一时间获得重灾地区的准确消息对于科学决策至关重要。去年8月初在云南省鲁甸县发生地震后，国家国防科工局紧急调动“高分一号”卫星等多颗国产遥感卫星，为国家搜救中心及时了解灾情、疏通中断道路等提供了重要信息参考。2013年芦山地震时，国务院总理李克强主持召开的部署抗震救灾工作会议时，他身后挂着的芦山县震后航空影像图，正是用遥感作业方式在距离地震发生刚刚过去 3 个小时后拍摄的。在2008年汶川地震、2010年玉树地震震后，航空影像遥感图也同样起到关键作用。

此外，遥感技术也在发现千年文物古迹方面大显身手。中科院的遥感专家曾利用雷达遥感技术发现了阿拉善高原干沙覆盖下的古河湖串联系统和明、隋古长城。在对世界濒危自然遗产——越南下龙湾的环境变化监测中，中国科学家通过对约1553平方公里、包括1969座岛屿的海域进行遥感分析，准确找到了其环境恶化的原因。在美国考古学家发现沉没海底数千年的古埃及名城亚历山大、希腊考古学家发现公元前 373 年毁于地震的古城“Hekike”过程中，都有遥感技术的身影。

从1904年意大利人威尔伯·莱特和他弟弟一起在飞机上拍摄了人类历史上第一张航空相片开始，人类观察山川地貌的方式进入了一个全新的航空遥感时代。我国系统的航空摄影从20世纪50年代开始，主要用于地形图制作、更新，铁路、地质、林业等领域的调查研究等。

到了上世纪70年代，我国遥感事业有了长足进步。特别是成功研制出用飞机、高空气球等飞行器搭载的光谱仪、多光谱扫描仪、红外扫描相机、成像光谱仪、真实孔径和合成孔径侧视雷达、微波辐射计、激光高度计等传感器等，为我国遥感事业的腾飞奠定了坚实基础。

中国遥感技术从航空到航天的跨越是在1975年。那年的11月26日，中国首次发射返回式遥感卫星。当时它的观测覆盖面积约2000万平方千米，约为中国的两个版图之广；不过在轨时间只有5到15天。

日前发射的遥感第二十八号卫星属于中国“遥感”系列卫星的一颗。该系列卫星主要用于对我国地表覆盖和自然现象进行观测。遥感一号卫星于2006年发射成功。据本报记者统计，2007年到2013年的发射频率多为两到三颗，2014年则达到了历史性的6颗。

到了上世纪80年代，中国研制的“风云”系列气象卫星先后发射，使我国在科学实验、气象观测等方面终于有了自己的信息源。在这段历史中，中国航天遥感事业也曾经历了重重挫折。如1988年我国第一颗极轨气象卫星——风云一号A星姿态失控、整星失败；1991年风云一号B星在轨运行165天后的姿态再次失控；1994年我国第一颗静止气象卫星——风云二号01星在发射前被烧毁；1997年和2000年分别发射的风云二号A星和B星在轨运行均未达到设计寿命……但经过30多年的发展，特别是随着2008年我国新一代极轨气象卫星——风云三号A星被成功送入预定轨道，我国气象卫星已经实现从单一遥感成像到地球环境综合探测、从光学遥感到微波遥感、从公里级分辨率到百米级分辨率、从国内接收到极地接收等多项技术突破。目前我国已成功发射9颗“风云”系列气象卫星，5颗在轨稳定运行。

值得一提的是，我国高分辨率对地观测系统重大专项近年也取得斐然成就。2013年，4天看遍地球、分辨率达到 2 米的“高分一号”发射升空；2014年，空间分辨率优于 1米、幅宽大于 45 千米的“高分二号”成功运行，标志着我国卫星遥感技术进入亚米级时代；今年6月和9月，“高分八号”和“高分九号”分别发射。

接下来，我国还将陆续发射的高分三号到七号卫星也各有千秋。比如“高分三号”是我国首颗C频段多极化高分辨率微波遥感卫星，将能全天候观测，预计2016年完成正样研制。“高分四号”是中国首颗与地球同步轨道的凝视卫星，时间分辨率可达每10分钟拍照一次。“高分五号”将是中国第一个民用高光谱卫星。“高分六号”则将替换“高分一号”，技术会更全面。“高分七号”预计在2018年发射，将是我国首颗亚米级别的光学立体测绘卫星。

可以肯定的是，到了2020年，随着平流层飞艇、航空观测系统、地面系统和应用示范系统的陆续建成，我国对地观测的高空间、高时间、高光谱分辨率将超乎想象。

虽然纵向比起来，我国遥感事业40年来取得的成就巨大。不过，要追上甚至超过世界先进水平，其中还有较长的路要走。

以遥感卫星为例，美国第一颗1米级分辨率商业遥感卫星IKONOS-2在1999年就已经发射成功，而我国直到2014年才发射同等分辨率的“高分二号”。目前，美国已经开始销售0.41米分辨率的卫星图像，0.3米分辨率卫星也在规划之中。在欧盟，12个国家、约60个企业和科研部门参与的“欧洲遥感卫星”，在微波遥感数据搜集和运用上已经走在前列。在俄罗斯，军民结合的遥感技术发展领先。在日本，通过与亚洲和太平洋地区一些国家合作，该国正致力于整合亚太地区的卫星遥感数据应用。

可以预料，我国遥感技术未来在大举进入国际市场时，除了需要进一步提升拳头产品——分辨率外，还需要通过加强国际合作，学习国外先进技术；并应向全世界提供一定的公共服务，以此建立自己的常态数据用户和商业用户。此外，航天专家建议，我国的高分卫星未来应建立“星座”式星际链路，以便开展组网应用，提高时间分辨率和快速反应能力。

卫星影像处理技术同样也是目前急需提升的短板。如今，国际卫星遥感空间分辨率已向亚米级突破，其极限为厘米级，如何提高目标探测精度将成热点；而覆盖宽度如何扩展、三维成像如何呈现、图像如何直接下传至地面移动终端等，这些领域同样是我国遥感事业实现跨越必经的门槛。

来源：测绘遥感高分联盟

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