衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用

1、衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用 衛(wèi)星遙感技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 （對地）首先，到目前為止，我國已經(jīng)成功發(fā)射了十六顆返回式衛(wèi)星，為資源、環(huán)境研究和國民經(jīng)濟建設(shè)提供了寶貴的空間圖像數(shù)據(jù)，在我國國防建設(shè)中也起到了不可替代的作用。我國自行研制和發(fā)射了包括太陽和地球同步軌道在內(nèi)的六顆氣象衛(wèi)星。氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)已在氣象研究、天氣形勢分析和天氣預報中廣為使用，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)化運行。一九九九年十月我國第一顆以陸地資源和環(huán)境為主要觀測目標的中巴地球資源衛(wèi)星發(fā)射成功，結(jié)束了我國沒有較高空間分辨率傳輸型資源衛(wèi)星的歷史，已在資源調(diào)查和環(huán)境監(jiān)測方面實際應(yīng)用，逐步發(fā)揮效益。我國還發(fā)射了第一顆海洋衛(wèi)星，為我國海洋環(huán)境和海洋資源的研究提

2、供了及時可靠的數(shù)據(jù)。   其次，除了上述發(fā)射的遙感衛(wèi)星外，我國還先后建立了國家遙感中心、國家衛(wèi)星氣象中心、中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心和中國遙感衛(wèi)星地面接收站等國家級遙感應(yīng)用機構(gòu)。同時，國務(wù)院各部委及省市地方紛紛建立了一百六十多個省市級遙感應(yīng)用機構(gòu)。這些遙感應(yīng)用機構(gòu)廣泛的開展氣象預報、國土普查、作物估產(chǎn)、森林調(diào)查、地質(zhì)找礦、海洋預報、環(huán)境保護、災(zāi)害監(jiān)測、城市規(guī)劃和地圖測繪等遙感業(yè)務(wù)，并且與全球遙感衛(wèi)星、通信衛(wèi)星和定位導航衛(wèi)星相配合，為國家經(jīng)濟建設(shè)和社會主義現(xiàn)代化提供多方面的信息服務(wù)。這也為迎接世紀空間時代和信息社會的挑戰(zhàn)，打下了堅實的基礎(chǔ)。 &

3、#160; 最后，非常關(guān)鍵，必須要重點指出的是兩大系統(tǒng)的建立完成。一是國家級基本資源與環(huán)境遙感動態(tài)信息服務(wù)體系的完成，標志著我國第一個資源環(huán)境領(lǐng)域的大型空間信息系統(tǒng)，也是全球最大規(guī)模的一個空間信息系統(tǒng)的成功建立；二是國家級遙感、地理信息系統(tǒng)及全球定位系統(tǒng)的建立，使我國成為世界上少數(shù)具有國家級遙感信息服務(wù)體系的國家之一。我國遙感監(jiān)測的主要內(nèi)容為如下三方面；   、對全國土地資源進行概查和詳查；   、對全國農(nóng)作物的長勢及其產(chǎn)量監(jiān)測和估產(chǎn)；   、對全國森林覆蓋率的統(tǒng)計調(diào)查。衛(wèi)星遙感技術(shù)在海洋中的應(yīng)

4、用 2.2.1在海岸開發(fā)中的應(yīng)用  我國有18萬公里海岸線，海岸帶面積約35萬平方公里，其中泥沙問題比較突出，特別是黃河、長江、杭州灣、珠江口等大的河口，年平均輸沙量在512億噸以上。如果我們掌握了泥沙的運動規(guī)律，加以很好地利用，就是一筆巨大的財富；反之，則會帶來巨大的災(zāi)難。利用多時相的衛(wèi)星遙感圖像不僅可以反映大面積海區(qū)水體表層懸浮泥沙的分布規(guī)律和變化動態(tài)，而且還可以確定大風天時高含沙量的活動范圍。這些信息對新港口選址、新航道的開辟、近海石油開采以及解決舊港口淤積等問題是必不可少的依據(jù)。2.2.2在海洋漁業(yè)中的應(yīng)用  衛(wèi)星遙感信息可以用于漁場海

5、洋環(huán)境研究，主要有：第一、水溫反演：海水溫度與魚類的生存、洄游有著密切關(guān)系，各種魚類不僅有自己生存的最適溫度范圍，而且隨季節(jié)進行適溫洄游。海洋衛(wèi)星可提供大面積海面溫度信息，為漁業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。第二、流隔研究：海洋中存在著不同的流系，不同流系之間存在著較大的溫度梯度，成為流隔。計算機對紅外圖像進行密度分割處理后，可以清楚反映出不同流系分布，為確定中心漁場提供指標。第三、漁場小尺度水文現(xiàn)象監(jiān)測：當利用衛(wèi)星監(jiān)測到漁場存在著直徑為幾十到幾百公里的中、小尺度冷水渦旋時，在渦旋中心附近可形成中心漁場。第四、葉綠素濃度分析：海洋捕撈資源是以浮游生物年產(chǎn)量為基礎(chǔ)，通過浮游生物年產(chǎn)量的測定，來估算捕撈資源潛力。而海

6、洋葉綠素又是反映海洋浮游生物光合作用的重要參數(shù)。海洋衛(wèi)星可以提供海洋中葉綠素相對濃度分布。  2.2.3在保護海洋生態(tài)環(huán)境中的應(yīng)用 隨著海洋經(jīng)濟日益發(fā)展，海洋環(huán)境受到的破壞也越來越嚴重。比如海洋近岸的水體污染越來越嚴重，對海洋近岸水質(zhì)傳統(tǒng)的監(jiān)測方法，由于空間覆蓋小和觀測頻率低，已無法滿足實際要求，迫切需要利用高新技術(shù)對海洋近岸水質(zhì)實現(xiàn)近實時、高頻率的監(jiān)測。發(fā)揮衛(wèi)星遙感技術(shù)在信息收集方面的優(yōu)勢, 把海洋生態(tài)環(huán)境置于嚴密的動態(tài)監(jiān)視監(jiān)測之下,使海洋生態(tài)環(huán)境得到良好保護。如我國建立的“近岸水質(zhì)遙感實時監(jiān)測和信息快速報送系統(tǒng)”，該系統(tǒng)可以自動接收多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并提

7、供水質(zhì)分類圖像、水溫、懸浮物、赤潮和水體污染狀態(tài)等，通過衛(wèi)星進行水質(zhì)監(jiān)測并通過互聯(lián)網(wǎng)把信息實時上報給相關(guān)政府管理部門以便及時做出治理措施。 2.2.4在海洋災(zāi)害監(jiān)測方面的應(yīng)用   眾所周知，海洋環(huán)境具有復雜性、不可完全預估性，因而對海洋災(zāi)害的預測對于減少沿海地區(qū)人們的生命財產(chǎn)安全又很大意義。海洋災(zāi)害一般是指海上強臺風、海嘯、巨浪、風暴潮和海冰等, 這些災(zāi)害性海況不僅對海上作業(yè)、海上交通運輸及海洋油氣開發(fā)造成重大影響, 甚至會使沿海陸上的經(jīng)濟生產(chǎn)巨大損失,如強臺風登陸。災(zāi)害性海況監(jiān)測與預報, 需要對海上風場、海面波浪場以及波浪

8、能量譜等進行全天時、全天候監(jiān)測, 而且要求監(jiān)測覆蓋面廣、周期短、精度高, 衛(wèi)星遙感正好滿足這方面的需求。通過衛(wèi)星上的合成孔徑雷達、微波散射計等傳感器, 可以獲得海況的監(jiān)測數(shù)據(jù), 或者把數(shù)據(jù)作為預報模型的輸入, 經(jīng)過推理、演算后應(yīng)用于海況預報。 2.2.5在海洋科學研究方面的應(yīng)用  現(xiàn)代海洋科學的研究體系，大體可以分為基礎(chǔ)性學科研究和應(yīng)用性技術(shù)研究兩部分?；A(chǔ)性學科是直接以海洋的自然現(xiàn)象和過程為研究對象,探索其發(fā)展規(guī)律；應(yīng)用性技術(shù)學科則是研究如何運用這些自然規(guī)律為人類服務(wù)。比如海洋物理學、海洋化學、海洋地質(zhì)學、海洋生

9、物學等就是海洋科學研究的基礎(chǔ)性學科，由于現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展很快，海洋資源開發(fā)技術(shù)與日俱新，因此需要專門研究如何把基礎(chǔ)理論研究成果應(yīng)用到實踐中去，解決生產(chǎn)技術(shù)問題。這樣，在海洋科學研究中就逐漸分化出一系列技術(shù)性很強的應(yīng)用學科和專業(yè)技術(shù)研究領(lǐng)域。如海洋工程。所有這些學科的研究，離不開對研究對象海洋的探測、數(shù)據(jù)的測量和采集等獲取研究信息，傳統(tǒng)的海洋探測技術(shù)已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代海洋科學研究的需求，衛(wèi)星遙感技術(shù)有常規(guī)的海洋探測調(diào)查手段無可企及的優(yōu)勢，因而利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對海洋探測、監(jiān)控、收集數(shù)據(jù)等變得越來越不可或缺。遙感技術(shù)對天大氣遙感是利用傳感器對大氣結(jié)構(gòu),狀態(tài)及變化進行監(jiān)測。大氣傳感器可以監(jiān)測大氣中的

10、O3、CO2、SO2、CH4及氣溶膠、有害氣體的三維分布。這些物理量通常不可能用遙感手段直接識別。大氣監(jiān)測主要利用的是衛(wèi)星遙感和航空遙感平臺，主要利用的數(shù)據(jù)包括遙感集市高分數(shù)據(jù)GF-1、ZY-3數(shù)據(jù)、美國Landsat-MSS、TM數(shù)據(jù)，法國SPOT-HRV數(shù)據(jù)以及各種航空遙感數(shù)據(jù)。 由于水汽、CO2、O3、CH4等微量氣體成分具有各自分子所固有的輻射和吸收光譜,可以通過測量大氣的散射、吸收及輻射的光譜而從中識別出來。應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測的電磁波譜主要是近紫外線到紅外線范圍(0.425m),以及微波范圍(10200GHZ)。按照所利用電磁波輻射源的不同,可將大氣遙感技術(shù)分為被動式遙感技

11、術(shù)和主動式遙感技術(shù)。根據(jù)遙感平臺的不同,大氣環(huán)境遙感監(jiān)測又可分為空基遙感和地基遙感。 1.1大氣氣溶膠監(jiān)測 氣溶膠是指懸浮在大氣中的各種液態(tài)或固態(tài)微粒。氣溶膠粒子的來源很復雜,地球表面的巖石和土壤風化,海洋表面由于風浪的作用使海水泡沫飛濺而形成的海鹽粒子,植物花粉、孢子,人類燃燒活動和自然火災(zāi)(包括火山爆發(fā),森林及農(nóng)田火災(zāi))以及工廠排放的氣體或發(fā)生化學反應(yīng)而產(chǎn)生的液態(tài)或固態(tài)粒子等,構(gòu)成了來源廣泛而又復雜的大氣氣溶膠體系。氣溶膠本身是污染物,同時又是許多有毒、有害物質(zhì)的攜帶者,它的分布在一定程度上反映了大氣污染的狀況。在對氣溶膠的遙感監(jiān)測方面,高分辨率的衛(wèi)星遙感不但提供了監(jiān)測

12、大氣氣溶膠的可能性. 1.2有害氣體監(jiān)測 有害氣體通常指人為或自然條件下產(chǎn)生的二氧化硫、氟化物、光化學煙霧等對生物有機體有毒害的氣體。利用相關(guān)光譜技術(shù)可對大氣中NO、NO2、SO2濃度進行監(jiān)測。監(jiān)測這3種污染物組分的實際工作波長范圍分別是:NO為195230nm,NO2為420450nm,SO2為250310nm。NOX、CO、CO2、SO2、O3等污染物及其濃度也可用紅外激光2熒光遙感器監(jiān)測,其監(jiān)測頻率在可見光至紫外光區(qū)域,根據(jù)熒光波長和強度可分別作定性和定量監(jiān)測。 1.3城市熱島監(jiān)測 它是一種城市熱島遙感NOAA/AVHRR的熱AVHRR數(shù)據(jù)的地面空

13、間(1.1km),利用NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)只,無法對城市內(nèi)部微觀的熱環(huán)境進行有效的觀測。LandsatTM數(shù)據(jù)的熱紅外波段(10.412.5m)具有較高的空間分辨率(120m),能夠更好地用于城市熱島研究。目前對城市熱島的監(jiān)測主要有基于溫度的熱島監(jiān)測方法和基于植被指數(shù)的熱島監(jiān)測方法?；跍囟鹊臒釐u監(jiān)測方法是最常用,也是最直接的方法,根據(jù)處理溫度手段的不同,又可分為基于亮度溫度的檢測方法和基于地表溫度的檢測方法。無人機對海：2.1 災(zāi)害監(jiān)測 近年來，滸苔、赤潮、海冰、風暴潮等海洋 自然災(zāi)害頻發(fā)，不斷影響我國沿海地區(qū)的生產(chǎn)和 生活，造成了巨大的經(jīng)濟損失。然而，對這些災(zāi) 害缺乏全面、及時的信息掌

14、握，造成預報不及 時、監(jiān)測不準確和處置不合理等結(jié)果。利用無人 機搭載遙感傳感器攝取災(zāi)害區(qū)影像，搭載攝像設(shè)備拍攝現(xiàn)場實時視頻，獲取災(zāi)情信息比其他常規(guī)手段更加快速、客觀和全面，能夠達到災(zāi)前預 報、災(zāi)中監(jiān)控、災(zāi)后評估“三效合一”的監(jiān)測效 果。 災(zāi)前預報：利用無人機在災(zāi)害頻發(fā)時段加強 對海域的巡檢，視察防暴大堤是否受損，調(diào)查滸苔、赤潮、海冰的分布，預測走向，及時向可能 受到危害的地區(qū)發(fā)布災(zāi)害預警；并且可通過長時 間的觀測，掌握災(zāi)害發(fā)生的規(guī)律，以便在后期做 到提前預知，采取應(yīng)對措施。 災(zāi)中監(jiān)控：在海洋災(zāi)害發(fā)生時，一方面，通 過無人機調(diào)查災(zāi)害發(fā)生的范圍、程度，制定合理 的消災(zāi)方案，另一方面，利用無人機在空

15、中獲取 的實時遙感影像、視頻，布置消災(zāi)方案，指揮 消災(zāi)任務(wù)，觀察消災(zāi)成效。 災(zāi)后評估：與 GIS 技術(shù)相結(jié)合，對無人機獲 取的受災(zāi)海域遙感數(shù)據(jù)分析，提取受災(zāi)范圍、受 災(zāi)等級、損失程度等量化信息，指導災(zāi)后補救和 后期防范。 2.2 海洋測繪 港口、河流入?？?、近海岸等水陸交界地帶 是人類活動相對頻繁的海域，在人為因素和自然 因素的作用下，這些區(qū)域的地形地勢變化也比較 頻繁。在人為因素方面，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和需 求，人們對水陸交界海域的開發(fā)利用度不斷增 強，例如填海造地、養(yǎng)殖區(qū)擴展、港口平臺搭建 等；在自然環(huán)境因素的作用下，海岸侵蝕造成海 岸線變更，入?？跊_擊、淤積等原因造成入海口 地形變更。加強對

16、這些海域的測繪，對指導人們 的開發(fā)和利用具有重要意義。 利用無人機進行海洋測繪，比傳統(tǒng)的測繪方 法速度快，并能深入海水區(qū)域，獲取的遙感數(shù)據(jù) 具有更高的空間分辨率，可以完成大比例尺制 圖。從無人機遙感影像中可以提取海岸、入海 口、港口等海域的輪廓線及其變化，結(jié)合 GIS 技 術(shù)對面積、長度、變化量等量化分析并預測變化 趨勢。在填海造地時，利用無人機搭載 LiDar 實 時測量填造區(qū)域，指導工程的實施。利用 SAR 和高光譜遙感數(shù)據(jù)可以探測淺海區(qū)域的海底地 形，繪制海底地形圖。利用 LiDar 數(shù)據(jù)建立海岸線 DEM，為風暴潮的預警提供參考。在海島礁測 繪中，利用無人機同時搭載 LiDar 和光譜

17、傳感器 獲取多源數(shù)據(jù)，提取海島礁的輪廓線、面積、 DEM、覆被類型等信息，可建立三維海島礁模 型。 2.3 海洋參數(shù)反演 海洋是全球氣候變化中的關(guān)鍵部分，海表溫度、鹽度、海面濕度等環(huán)境參數(shù)是全球氣候變 化、全球水循環(huán)、海洋動力學研究的重要輸入?yún)?數(shù)。遙感技術(shù)是快速大范圍監(jiān)測海洋環(huán)境參數(shù)的 有效手段，可以對海洋長時間連續(xù)觀測，為氣候 變化、水循環(huán)和海洋動力等研究提供依據(jù)數(shù)據(jù)。 無人機可以監(jiān)測局部重點海域的環(huán)境參數(shù)，是衛(wèi) 星遙感大范圍監(jiān)測的重要補充，為海洋區(qū)域氣 候、海洋異常變化、海洋生物環(huán)境、入?？诤Ｋ?鹽度變化、沿海土地鹽堿化等研究提供數(shù)據(jù)信 息。無人機獲取的海洋環(huán)境參數(shù)還可以為海上油 氣平臺

18、、浮標、人工建筑等耐腐蝕性、抗凍性研究提供數(shù)據(jù)支持。 無人機配備微波輻射計、熱紅外探測儀、高 光譜成像儀等傳感器探測海洋得到遙感數(shù)據(jù)，利 用海洋參數(shù)的定量遙感反演算法模型反演海洋的 各個參數(shù)。目前，反演模型大多是統(tǒng)計模型，利 用遙感數(shù)據(jù)與反演的海洋參數(shù)之間建立起統(tǒng)計關(guān) 系，通過統(tǒng)計回歸的方法可以反演得到海洋溫 度、濕度、鹽度等環(huán)境參數(shù)。 2.4 海事監(jiān)管無人機配備高清照相機、攝像機及自動跟蹤 設(shè)備，可以執(zhí)行海上溢油應(yīng)急監(jiān)控、肇事船舶搜 尋、遇險船舶和人員定位、海洋主權(quán)巡查等任務(wù)，能夠快速到達事故現(xiàn)場，立體地查看事故區(qū) 域、事故程度、救援進展等情況，即可回傳影像 和視頻，在事故調(diào)查、取證等工作中

19、為事故救援 決策提供實時、準確的信息，監(jiān)視事故發(fā)展，是海事監(jiān)管救助的空中“鷹眼”；而且由于無人機的特殊性，抗風等級大，遙控不受視覺條件限制， 比艦載有人直升機更適于惡劣天氣下的搜尋救 助工作；一旦發(fā)生危險，不會危及參與搜救人 員的生命，最大限度地規(guī)避了風險，是海洋惡劣天氣下搜尋救助的可靠裝備。目前，我國利用無人機進行海域巡檢、監(jiān)管已經(jīng)開始進入業(yè)務(wù)階段。對地2.1地震災(zāi)害 地震災(zāi)害發(fā)生后，無人機能夠克服交通阻斷、災(zāi)區(qū)情況危險等不利因素，可以第一時間趕到災(zāi)區(qū)空域，進行災(zāi)情圖像信息的獲取，計算災(zāi)害范圍和受災(zāi)面積，從而為災(zāi)害損失的評估提供科學依據(jù)，是抗震救災(zāi)的有力武器。2008年5月，四川墳川8.0級

20、大地震發(fā)生后，民政部國家減災(zāi)中心等單位立即攜帶2架無人機航空遙感系統(tǒng)趕赴災(zāi)區(qū)，在災(zāi)情勘查、實時監(jiān)測、應(yīng)急救援等發(fā)揮重要作用。2.2農(nóng)業(yè) 無人機可以通過不斷監(jiān)測作物長勢、土地條件變化、農(nóng)藥施用效果和蟲害預防等，為精準農(nóng)業(yè)管理控制提供準確信息。1987年日本研制了世界上第1臺農(nóng)用噴藥無人機“R-50 "。我國于2008年開始系統(tǒng)研究微小型無人機航空施藥噴霧技術(shù)，到2012年末，生產(chǎn)航空施藥無人機與配套設(shè)備的企業(yè)達80多家2.3林業(yè) 隨著社會對森林資源信息需求的多樣化，遙感技術(shù)在林業(yè)調(diào)查中的作用越來越重要，范圍越來越廣。由于需求不同，森林調(diào)查需要的遙感數(shù)據(jù)分辨率類型多樣，從千米級到厘米級不同空間分辨率，以及從單波段到高光譜不同光譜