童慶禧 孟慶巖 楊杭

童慶禧，中國(guó)科學(xué)院院士，國(guó)際歐亞科學(xué)院院士，遙感學(xué)家，中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院、北京大學(xué)地球與空間科學(xué)學(xué)院研究員，我國(guó)遙感技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)拓者之一，1997年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士。先后從事氣候?qū)W、太陽(yáng)輻射和地物遙感波譜特征研究，倡導(dǎo)并開(kāi)展了高光譜遙感研究及高光譜導(dǎo)數(shù)模型和光譜角度相似性研究，推動(dòng)了航空遙感、高光譜遙感和對(duì)地觀測(cè)微小衛(wèi)星的發(fā)展，參與了“高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)”國(guó)家重大專(zhuān)項(xiàng)和“國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施”重大計(jì)劃的制訂，多次榮獲國(guó)家、中國(guó)科學(xué)院科技進(jìn)步和自然科學(xué)獎(jiǎng)，“國(guó)際遙感科技成就獎(jiǎng)”“亞洲遙感貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”等獎(jiǎng)項(xiàng)。孟慶巖，中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院研究員，博士生導(dǎo)師，對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)工程研究室主任，國(guó)家航天局航天遙感論證中心辦公室主任，主要從事城市環(huán)境遙感、地震紅外遙感研究。

楊杭，中國(guó)科學(xué)院空天信息研究院副研究員，主要從事高光譜遙感機(jī)理、數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用以及無(wú)人機(jī)遙感研究。

遙感，顧名思義，就是遙遠(yuǎn)地感知對(duì)象，是一種不接觸物體而感知和觀測(cè)物體并測(cè)量、分析和判定該物體或目標(biāo)的性質(zhì)、空間展布、類(lèi)型和數(shù)量的感知技術(shù)。我們這里所講的遙感技術(shù)主要指通過(guò)一定的觀測(cè)平臺(tái)，如衛(wèi)星、飛機(jī)、無(wú)人機(jī)等，從空中或空間觀測(cè)或感知我們居住并賴(lài)以生存的地球。

我們要觀測(cè)和感知的任何一個(gè)地物有三大屬性，第一是空間屬性，即物體在空間的展布、大小和數(shù)量等；第二是輻射特性，也就是物體反射或發(fā)射的強(qiáng)弱，對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)就是眼睛在可見(jiàn)光感受到光的強(qiáng)弱，在紅外輻射區(qū)就是人們能感受到熱量的高低；第三是光譜特性，在可見(jiàn)光范圍即是我們所感受到的顏色，實(shí)際上就是物體在不同電磁波范圍反射和輻射的差異，這種差異就反映了物體的物理化學(xué)性征。因此，遙感在一定程度上就是獲取、傳輸、接收、再現(xiàn)、分析和識(shí)別這幾種反映物體特性的信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)地物了解和認(rèn)知的目的。

遙感實(shí)現(xiàn)了人們觀測(cè)事物在兩個(gè)維度上的延伸，一是距離上的延伸，目前的衛(wèi)星已經(jīng)可以從數(shù)百、數(shù)千、數(shù)萬(wàn)甚至更遠(yuǎn)的距離觀測(cè)我們的地球，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了人們所說(shuō)的“千里眼”的概念；二是在光譜維度上的延伸。通常人眼只能感受波長(zhǎng)在一定范圍的可見(jiàn)光，而遙感技術(shù)卻能感受遠(yuǎn)超可見(jiàn)光范圍，如紫外、紅外和微波，甚至更長(zhǎng)或更短波長(zhǎng)的電磁波。遙感極大地拓展了人們的認(rèn)知能力，實(shí)現(xiàn)了人們?cè)谡J(rèn)識(shí)論上的一次飛躍。

遙感是人類(lèi)認(rèn)識(shí)事物的重要手段。人們?cè)?9世紀(jì)發(fā)明了照相術(shù)，通過(guò)相機(jī)和膠片把看到的東西留存起來(lái)，開(kāi)始只是在人們眼睛看得到的可見(jiàn)光范圍內(nèi)，但隨著需求，特別是在戰(zhàn)爭(zhēng)的驅(qū)使下，這種成像技術(shù)逐漸向紅外和微波方向延伸。紅外線的利用實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度敏感的熱成像，夜間也能看到物體；微波的開(kāi)發(fā)，特別是雷達(dá)的探測(cè)，作為主動(dòng)式遙感，實(shí)現(xiàn)了從地面、空中和空間對(duì)物體的成像。它最大限度地減少了天氣的干擾，形成了全天時(shí)和全天候的探測(cè)能力。

現(xiàn)代的遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了時(shí)空一體、多維探測(cè)，具有“廣”、“細(xì)”、“精”和“全”等四方面的優(yōu)勢(shì)。廣則能將整個(gè)地球收入眼底，細(xì)則能明察秋毫，精則能分辨毫厘差異，全則能覆蓋整個(gè)電磁波范圍。我們很難找到類(lèi)似系統(tǒng)能夠如此廣泛地為全世界提供科學(xué)信息，其應(yīng)用范圍之廣泛，上能達(dá)國(guó)家元首和最高決策層，下可至普通平民百姓。

遙感作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)重大成就之一，成為人們對(duì)客觀世界認(rèn)知的有力手段，支持經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和保護(hù)人類(lèi)生存環(huán)境的重要科學(xué)技術(shù)。

圖1 北川縣城震后三維立體航空遙感圖

遙感技術(shù)的興起

戰(zhàn)爭(zhēng)促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，遙感也不例外。一戰(zhàn)促使遙感從地面走向空中，萌發(fā)了紅外技術(shù)探測(cè)；二戰(zhàn)使遙感走得更高和更遠(yuǎn)，促進(jìn)了雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展；冷戰(zhàn)期間，超級(jí)大國(guó)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，特別是空間技術(shù)的發(fā)展，為遙感技術(shù)的突進(jìn)提供了重要的條件。氣象探測(cè)、地形測(cè)繪、軍事偵察、導(dǎo)彈預(yù)警成為了遙感發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。隨著冷戰(zhàn)的結(jié)束，遙感開(kāi)始向民用轉(zhuǎn)化，各式遙感衛(wèi)星紛紛登場(chǎng)。這時(shí)遙感的主要任務(wù)就成了資源探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害評(píng)估等（圖1）。這就是為什么包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家將最早的遙感衛(wèi)星命名為“資源衛(wèi)星”的原因。1972年美國(guó)發(fā)射了第一顆具有業(yè)務(wù)性質(zhì)的“地球資源技術(shù)衛(wèi)星”（后更名為“陸地衛(wèi)星”），開(kāi)啟了常態(tài)化遙感對(duì)地觀測(cè)的先河。隨后許多國(guó)家開(kāi)始效仿和跟進(jìn)，遙感，特別是衛(wèi)星遙感，形成了百花齊放的繁榮局面！

迄今為止，全球已發(fā)射的衛(wèi)星和其他空間飛行器共有6000余個(gè)，其中以對(duì)地球觀測(cè)為主要任務(wù)的遙感衛(wèi)星就占了1/3強(qiáng)，他們組成了在不同地球軌道上、不斷對(duì)地球進(jìn)行觀測(cè)的衛(wèi)星系統(tǒng)，即使在今年（2018年）上半年，各國(guó)發(fā)射的空間系統(tǒng)仍然保持著這一趨勢(shì)（表1），可見(jiàn)大家對(duì)地球觀測(cè)的重視程度。從表1中也可以看出，我國(guó)在包括遙感衛(wèi)星在內(nèi)的空間探測(cè)已占有重要的地位。

遙感衛(wèi)星的發(fā)展包含著科學(xué)、技術(shù)、應(yīng)用等多種目標(biāo)，各國(guó)在民用遙感衛(wèi)星發(fā)展方面既有競(jìng)爭(zhēng)也有合作，許多國(guó)家都根據(jù)自身的技術(shù)、需求和目標(biāo)，研制和發(fā)射了本國(guó)的衛(wèi)星；同時(shí)為了解決一些需要大家共同應(yīng)對(duì)的問(wèn)題，如全球氣候變化及其所產(chǎn)生的影響，環(huán)境惡化所導(dǎo)致的災(zāi)害等，國(guó)家之間又開(kāi)展廣泛的合作。在此基礎(chǔ)上逐漸形成完整、全面、系統(tǒng)的衛(wèi)星遙感對(duì)地球的觀測(cè)能力，組成全球性的地球觀測(cè)系統(tǒng)。

表1 2018年上半年各國(guó)發(fā)射空間飛行器一覽表

國(guó)外遙感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

科學(xué)探索：美歐等國(guó)外空間強(qiáng)國(guó)積極致力于衛(wèi)星、航空與地面一體化和全球系列的對(duì)地觀測(cè)體系發(fā)展，展開(kāi)了一系列的科學(xué)探索計(jì)劃，如國(guó)際全球綜合觀測(cè)系統(tǒng)（GEOSS）、地球觀測(cè)系統(tǒng)（EOS）、歐洲的全球環(huán)境與安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（GMES）、美國(guó)的地球科學(xué)探索戰(zhàn)略計(jì)劃（ESE）、日本的綜合海洋探測(cè)和陸地觀測(cè)系統(tǒng)（JAXA）等，這些系統(tǒng)的目標(biāo)主要致力于提高人類(lèi)對(duì)地球系統(tǒng)的科學(xué)認(rèn)知，以便更有效應(yīng)對(duì)人類(lèi)面臨的各種挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)獲?。盒l(wèi)星的首要任務(wù)就是獲取地球觀測(cè)數(shù)據(jù)。越來(lái)越多的衛(wèi)星使數(shù)據(jù)獲取得到保障，數(shù)據(jù)源越來(lái)越廣泛，呈現(xiàn)周期化、多源化、多樣化。如美國(guó)Landsat系列、NOAA系列、EOS系列等；俄羅斯RESURES系列、GOMS系列、Meteor系列；加拿大RadarSAT系列；法國(guó)SPOT系列；意大利COSMO-SkyMed；歐盟ERS系列、METOP；以色 列EROS系列；日本MOS、JERES、ADEOS、ALOS；印度IRS系列等。

衛(wèi)星應(yīng)用：鑒于需求的廣泛化和多樣化，應(yīng)用模式更向著實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化和國(guó)際化發(fā)展。目前，應(yīng)用服務(wù)逐步成為衛(wèi)星遙感技術(shù)發(fā)展的牽引力和驅(qū)動(dòng)力，提高了觀測(cè)的針對(duì)性，更能發(fā)揮社會(huì)效益。尤其是在一些關(guān)鍵行業(yè)，特別是自然災(zāi)害的早期預(yù)測(cè)預(yù)警、災(zāi)害過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)、災(zāi)后救援救助以及應(yīng)急管理與安全等方面發(fā)揮了巨大作用?；谛袠I(yè)-區(qū)域-應(yīng)急信息服務(wù)系統(tǒng)的建立將進(jìn)一步推動(dòng)衛(wèi)星遙感應(yīng)用的精細(xì)化、集成一體化、大眾實(shí)用化發(fā)展。

產(chǎn)品服務(wù)：發(fā)達(dá)國(guó)家強(qiáng)化遙感技術(shù)研發(fā)，產(chǎn)品生產(chǎn)和服務(wù)趨向精細(xì)化和大眾實(shí)用化，信息服務(wù)普及化。繼美國(guó)LANDSAT、MODIS等系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)免費(fèi)之后，歐盟哥白尼計(jì)劃發(fā)射的哨兵（SENTINEL）系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)也面向全球用戶(hù)免費(fèi)使用。對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星委員會(huì)CEOS提出的ARD概念，為用戶(hù)提供直接可利用的數(shù)據(jù)，將遙感數(shù)據(jù)的實(shí)用化發(fā)展又推進(jìn)了一步。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展：衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)鏈投入產(chǎn)出比很高，衛(wèi)星遙感產(chǎn)業(yè)應(yīng)用潛力巨大，衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)由簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)加工服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛴脩?hù)提供專(zhuān)業(yè)衛(wèi)星應(yīng)用信息產(chǎn)品增值運(yùn)營(yíng)服務(wù)。當(dāng)前，世界各國(guó)都在積極推進(jìn)遙感產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化運(yùn)作。最具代表性的是總部位于美國(guó)科羅拉多Maxar Technologies 公司，能提供先進(jìn)的衛(wèi)星和空間系統(tǒng)、高分辨率地球影像和地理空間解決方案，將在北美乃至全球市場(chǎng)占據(jù)相當(dāng)?shù)牡匚?。在商業(yè)模式方面，目前仍以數(shù)據(jù)銷(xiāo)售為主，采購(gòu)用戶(hù)主要仍是政府部門(mén)。目前眾多公司都在積極探索通過(guò)提供增值信息服務(wù)來(lái)盈利的商業(yè)模式，商業(yè)模式不斷升級(jí)。

總體上，衛(wèi)星向高分辨率、多時(shí)相、全天時(shí)、全天候方向發(fā)展。發(fā)達(dá)國(guó)家競(jìng)相發(fā)射高分辨率衛(wèi)星，性能不斷提高，特別是人們對(duì)高分辨率的追求一刻也沒(méi)有停下來(lái)。美國(guó)已經(jīng)或計(jì)劃發(fā)射 OrbView-5、WorldView-Ⅱ、GeoEye-2等更高分辨率的遙感衛(wèi)星，其中OrbView-5分辨率達(dá)0.4米。WorldView-Ⅱ增加了多光譜波段，多光譜分辨率可達(dá)到1.8米。GeoEye-2分辨率將達(dá)到0.25米。

重視衛(wèi)星組網(wǎng)并形成業(yè)務(wù)化商業(yè)服務(wù)。美國(guó)DigitalGlobe公司和美國(guó)GeoEye公司是美國(guó)最大的兩家影像公司，兩家公司先后發(fā)射亞米級(jí)高分辨遙感衛(wèi)星：IKONOS衛(wèi)星（1米）、QuickBird衛(wèi)星（0.61米）、WorldView-1衛(wèi)星（0.5米）、WorldView-2衛(wèi)星（0.5米）、GeoEye-1衛(wèi)星（0.41米），并形成各公司的衛(wèi)星集群。德國(guó)RapidEye衛(wèi)星星座，由5顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命至少7年，全球任一地點(diǎn)每天均可重訪。因此，全球衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的獲取能力獲得大幅提升。

空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率的提高，是遙感發(fā)展的重要標(biāo)志，也是遙感技術(shù)綜合能力和遙感應(yīng)用服務(wù)能力的體現(xiàn)。圖2展示了20世紀(jì)70年代以來(lái)遙感衛(wèi)星空間分辨率提高的基本趨勢(shì)。

空間數(shù)據(jù)共享是促進(jìn)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推進(jìn)器。美國(guó)為服務(wù)于政府決策，啟動(dòng)了一系列重大科研項(xiàng)目，建立了200多個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)，促進(jìn)數(shù)據(jù)的共享，進(jìn)而促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。其中NASA于1990年成立了分布式動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)中心，開(kāi)始了科學(xué)數(shù)據(jù)全面共享計(jì)劃，由GES DISC數(shù)據(jù)和信息服務(wù)中心通過(guò)在線FTP、存檔數(shù)據(jù)、按照數(shù)據(jù)類(lèi)型查找、按照參數(shù)查找和參數(shù)信息頁(yè)五種形式進(jìn)行查詢(xún)和共享； 美國(guó)國(guó)家海洋與大氣管理局（NOAA）提供了覆蓋全球的AVHRR及其產(chǎn)品的數(shù)據(jù)在線共享；美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（USGS）提供多種比例尺（1：25萬(wàn)、1：24000）數(shù)字高程、全球陸地衛(wèi)星等數(shù)據(jù)共享。歐洲強(qiáng)化ESDIE（歐洲空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)）建設(shè)，大力促進(jìn)各國(guó)間數(shù)據(jù)信息集成與共享。

圖2 遙感衛(wèi)星空間分辨率提高趨勢(shì)圖

圖3 我國(guó)民用對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)

我國(guó)遙感技術(shù)的發(fā)展

我國(guó)在航天領(lǐng)域取得了巨大成就，可謂舉世矚目，截至目前我國(guó)已向空間發(fā)射了230多顆衛(wèi)星和航天器。我國(guó)的遙感衛(wèi)星在需求的牽引和創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)下，也同樣得到快速發(fā)展，遙感衛(wèi)星在國(guó)家整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)量中占比超過(guò)1/3。我國(guó)已形成了氣象、海洋、陸地資源、環(huán)境減災(zāi)、高分以及民用空間基礎(chǔ)設(shè)施等國(guó)家衛(wèi)星系列，同時(shí)遙感民營(yíng)化和商業(yè)化也有長(zhǎng)足的發(fā)展。民營(yíng)衛(wèi)星遙感已成為國(guó)家遙感衛(wèi)星體系的重要補(bǔ)充。在國(guó)家政策和技術(shù)的支持下，“北京一號(hào)”“北京二號(hào)”“吉林一號(hào)”“高景一號(hào)”等企業(yè)遙感衛(wèi)星按市場(chǎng)規(guī)律得到了健康的發(fā)展。圖3展示了我國(guó)遙感對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的基本態(tài)勢(shì)。

高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)（高分系統(tǒng)）高分衛(wèi)星是國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃（2006—2020）中的16個(gè)重大專(zhuān)項(xiàng)之一，按照國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃 “自主創(chuàng)新，重點(diǎn)跨越，支撐發(fā)展，引領(lǐng)未來(lái)” 的方針，它在我國(guó)遙感衛(wèi)星發(fā)展中占有重要地位。根據(jù)專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃，至2020年將要發(fā)射7顆民用高分衛(wèi)星，建立相應(yīng)的地面接收、處理、產(chǎn)品分發(fā)和應(yīng)用等分系統(tǒng)。高分衛(wèi)星系統(tǒng)是國(guó)家的科學(xué)衛(wèi)星工程，他將引領(lǐng)、促進(jìn)我國(guó)業(yè)務(wù)衛(wèi)星的發(fā)展并與之結(jié)合，促進(jìn)我國(guó)遙感衛(wèi)星和衛(wèi)星遙感的高速和高質(zhì)量發(fā)展。

高分辨率對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)已發(fā)射6顆并在軌運(yùn)行，最后的高分7號(hào)也將很快發(fā)射。高分衛(wèi)星對(duì)我國(guó)衛(wèi)星遙感有重大影響，系統(tǒng)具有以下重要突破和特征：

1.第一顆全色2米和多光譜8米分辨率（2m/8m）衛(wèi)星，無(wú)論分辨率還是地面幅寬都達(dá)到了新的高度，如2米分辨率的地面幅寬達(dá)60千米，在后續(xù)的高分6號(hào)更將幅寬提高到90千米，其16米分辨率多光譜相機(jī)的地面成像幅寬更是達(dá)到了800千米。更重要的是它和最近以民用空間基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃發(fā)射的3顆同分辨率的衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了組網(wǎng)，形成了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)獲取能力，在一段時(shí)間內(nèi)將是我國(guó)大量應(yīng)用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的主角；

2.國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的遙感影像第一次達(dá)到米級(jí)和亞米級(jí)分辨率，實(shí)現(xiàn)了分辨率的重大突破；

3.第一次成功發(fā)射了國(guó)產(chǎn)雷達(dá)衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了多種模式成像，其聚束模式最高分辨率突破了1米；在500米分辨率的條件下地面掃描寬度達(dá)到650千米；

4.首次將高分辨率光學(xué)衛(wèi)星發(fā)射到地球同步軌道，其50米分辨率實(shí)現(xiàn)了對(duì)我國(guó)及東半球視場(chǎng)范圍大于400×400平方千米面積的凝視成像，時(shí)間分辨率可達(dá)分鐘級(jí)；

5.實(shí)現(xiàn)了一顆衛(wèi)星同時(shí)對(duì)地表和大氣進(jìn)行高光譜探測(cè)，裝有6個(gè)載荷的高光譜衛(wèi)星無(wú)論在光譜分辨率，成像光譜遙感的地面幅寬以及對(duì)溫室氣體、污染氣體和痕量氣體的探測(cè)能力都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；

6.在即將發(fā)射的高分7號(hào)還將實(shí)現(xiàn)高精度的立體測(cè)圖。

現(xiàn)已發(fā)射的高分衛(wèi)星的基本技術(shù)參數(shù)可見(jiàn)表2。

我國(guó)遙感衛(wèi)星的發(fā)展也促進(jìn)了遙感產(chǎn)業(yè)的形成，氣象、海洋等部門(mén)已形成了強(qiáng)大的業(yè)務(wù)應(yīng)用能力。一系列衛(wèi)星遙感產(chǎn)品，特別是高分辨率遙感產(chǎn)品源源不斷地向全國(guó)各業(yè)務(wù)部門(mén)、地方政府和相關(guān)企業(yè)提供服務(wù)，大大促進(jìn)了我國(guó)遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水資源、生態(tài)環(huán)境、礦產(chǎn)資源，測(cè)繪制圖中的應(yīng)用，特別是在環(huán)境和災(zāi)害方面，已形成了對(duì)重大災(zāi)害和環(huán)境事件的應(yīng)急響應(yīng)、快速監(jiān)測(cè)、準(zhǔn)確評(píng)估和應(yīng)急救援的能力，成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不可或缺的重大關(guān)鍵技術(shù)。

表2 中國(guó)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)衛(wèi)星基本情況一覽表

圖4 遙感大數(shù)據(jù)的特征

應(yīng)用是遙感發(fā)展的生命線

遙感是從空間獲取地球信息的技術(shù)，是地球大數(shù)據(jù)的主要來(lái)源之一。通過(guò)遙感所獲得和形成的“遙感大數(shù)據(jù)”具有 海量性、宏觀性、客觀性、現(xiàn)勢(shì)性、全面性和準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，是人們了解和把握地球資源和環(huán)境的態(tài)勢(shì)，是解決人類(lèi)面臨的資源緊缺、環(huán)境惡化、人口劇增、災(zāi)害頻發(fā)等一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)的重要信息手段，為資源、環(huán)境、土地、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、城市、海洋等領(lǐng)域，特別是對(duì)自然災(zāi)害的調(diào)查、監(jiān)測(cè)和管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境和災(zāi)害的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)警，對(duì)支持經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重大作用（圖4）。

開(kāi)展土地調(diào)查和監(jiān)測(cè)城市，保障土地和糧食安全。土地是國(guó)家發(fā)展之本，農(nóng)業(yè)是民生之基，城市是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之動(dòng)力。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)利用遙感技術(shù)實(shí)施了2期土地資源遙感詳查，第3期詳查正在進(jìn)行中；國(guó)家統(tǒng)計(jì)局組織實(shí)施的農(nóng)業(yè)調(diào)查是國(guó)家又一項(xiàng)涉及國(guó)家和民生發(fā)展的重大工程；近幾十年來(lái)，我國(guó)的城市化迅速發(fā)展，它牽引著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，城市化率迅速提高。對(duì)城市的發(fā)展，我國(guó)也實(shí)施了重點(diǎn)和全面相結(jié)合的遙感調(diào)查，對(duì)城市化的進(jìn)程有了全面的把握。在我國(guó)如此廣袤的國(guó)土實(shí)施如此宏大的遙感應(yīng)用工程，史無(wú)前例，反映了我國(guó)遙感技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平，對(duì)保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)有序和可持續(xù)發(fā)展有重要作用。

圖5為我國(guó)陸地國(guó)土的土地利用遙感調(diào)查結(jié)果示意圖，圖5中左作為全國(guó)土地資源遙感調(diào)查匯總圖，而右圖則為不同年代的土地利用現(xiàn)狀，它反映了不同時(shí)期土地利用的現(xiàn)狀和變化。

圖5 中國(guó)陸地土地利用遙感制圖

圖6 2011年日本東北小鎮(zhèn)石卷市遭受海嘯襲擊前后的衛(wèi)星影像上：海嘯前的美麗小鎮(zhèn)；下：海嘯后被夷為平地的小鎮(zhèn)

應(yīng)對(duì)災(zāi)害威脅是遙感應(yīng)用的重中之重

自然災(zāi)害是人類(lèi)面臨的巨大挑戰(zhàn)，重大的自然災(zāi)害往往造成成千上萬(wàn)，甚至數(shù)十萬(wàn)人生命財(cái)產(chǎn)的損失。近年來(lái)，國(guó)外發(fā)生了一系列重大災(zāi)害，如1995年日本阪神大地震，2004年印度尼西亞的海嘯，2005年美國(guó)新奧爾良市遭“卡特琳娜”颶風(fēng)襲擊，2010年海地大地震，2011年美國(guó)墨西哥灣因鉆井平臺(tái)爆炸導(dǎo)致石油污染所形成的生態(tài)災(zāi)害以及2011年日本東北地區(qū)地震和大海嘯等等。每次大災(zāi)的到來(lái)，總是促進(jìn)人們的相互支持和幫助。遙感，特別是衛(wèi)星遙感，總是沖在最前面，及時(shí)的災(zāi)情信息對(duì)災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)起到重要的支撐作用。圖6是高分辨率衛(wèi)星獲取的海嘯前后日本石卷市的災(zāi)情寫(xiě)照，上圖是海嘯前的石卷市，可以看出這里曾經(jīng)是一個(gè)美麗的海濱小鎮(zhèn)，下圖為遭海嘯沖擊后的石卷市，海嘯將一座美麗的城市幾乎夷為平地，小鎮(zhèn)遭遇滅頂之災(zāi)。

圖7 1987年發(fā)生在我國(guó)東北大興安嶺的森林大火及其嚴(yán)重的生態(tài)效應(yīng)

遙感技術(shù)在我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)中發(fā)揮了重大作用

我國(guó)是一個(gè)自然災(zāi)害多發(fā)、頻發(fā)的國(guó)家。目前，70%以上的人口、80%以上的工農(nóng)業(yè)和城市，受到各種自然災(zāi)害嚴(yán)重威脅，呈現(xiàn)災(zāi)害種類(lèi)多、分布地域廣、發(fā)生頻率高、造成損失大等特點(diǎn)。地震、臺(tái)風(fēng)、洪澇、干旱、低溫雨雪冰凍災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、火災(zāi)等自然災(zāi)害造成了我國(guó)大量人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和資源環(huán)境破環(huán)。近10年的統(tǒng)計(jì)表明：我國(guó)平均每年自然災(zāi)害造成1.2萬(wàn)人死亡，經(jīng)濟(jì)損失約2000億元，自然災(zāi)害已經(jīng)成為影響我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)安定的重要因素。因此，對(duì)自然災(zāi)害（在一定程度上重大人為災(zāi)害也在其中）的監(jiān)測(cè)和研究，為防災(zāi)減災(zāi)提供信息保障，就成為了我國(guó)遙感技術(shù)應(yīng)用和遙感科技人員重中之重的任務(wù)。

目前我國(guó)已建立了應(yīng)對(duì)各類(lèi)災(zāi)害較為完善的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)，如氣象、海洋、陸地資源、環(huán)境減災(zāi)以及高分和民用空間基礎(chǔ)設(shè)施等衛(wèi)星計(jì)劃。同時(shí)在各相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)，也建立了廣為覆蓋的氣象、海洋、地震、水文、森林防火和病蟲(chóng)害等地面監(jiān)測(cè)和觀測(cè)臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)。可以認(rèn)為我國(guó)已經(jīng)初步建立了針對(duì)各種災(zāi)害的應(yīng)對(duì)機(jī)制，對(duì)每月、每周、甚至每日的各種災(zāi)情都給予了關(guān)注。在重大災(zāi)害發(fā)生時(shí)更是全國(guó)一盤(pán)棋，調(diào)動(dòng)一切可以利用的技術(shù)和信息，做好災(zāi)前的準(zhǔn)備和預(yù)案，災(zāi)時(shí)的連續(xù)頻繁監(jiān)測(cè)，災(zāi)后的科學(xué)評(píng)估，著力將災(zāi)害的損失減到最小。事實(shí)上針對(duì)近年來(lái)發(fā)生的一系列重大災(zāi)害，遙感技術(shù)在災(zāi)害監(jiān)測(cè)、評(píng)估中展現(xiàn)出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，特別是充分調(diào)動(dòng)和利用可以獲取信息的所有衛(wèi)星，必要時(shí)出動(dòng)分辨率更高、機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)的遙感飛機(jī)對(duì)災(zāi)情進(jìn)行詳查。近年來(lái)更是頻繁使用無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)，深入災(zāi)區(qū)為抗災(zāi)、防災(zāi)、 救災(zāi)、減災(zāi)做到“最后一公里”，充分體現(xiàn)遙感技術(shù)的作用。以下僅以若干實(shí)例說(shuō)明遙感技術(shù)在災(zāi)害監(jiān)測(cè)和評(píng)估中的作用。

（一）森林火災(zāi)的遙感應(yīng)用

1987年我國(guó)東北大興安嶺遭受了歷史上最大的森林火災(zāi)，這場(chǎng)大火首先就是由我國(guó)的氣象衛(wèi)星所發(fā)現(xiàn)，雖然當(dāng)時(shí)我國(guó)的遙感技術(shù)還處在發(fā)展初期，也還沒(méi)有自己的高分辨率衛(wèi)星，甚至沒(méi)有傳輸型衛(wèi)星，但我國(guó)遙感科技人員仍盡自己之所能，提供衛(wèi)星和航空遙感信息供防火指揮部門(mén)參考（圖7）。經(jīng)遙感技術(shù)評(píng)估，這場(chǎng)巨大的森林火災(zāi)造成的過(guò)火面積超過(guò)1萬(wàn)多平方千米（圖7-1深色部分），造成了難以挽回的生態(tài)災(zāi)害，2年以后燒毀和過(guò)火的部分林區(qū)清晰可見(jiàn)（圖7-2淺色部分），11年后的1998年同一地區(qū)的遙感影像仍明顯可以看出當(dāng)年燒毀的痕跡，這些地方雖已有植被恢復(fù)，但也只是草和灌木，高大珍貴的紅松和原始林已不復(fù)存在了！

（二）太湖生態(tài)災(zāi)害的遙感監(jiān)測(cè)

2006—2007年太湖等大湖爆發(fā)藍(lán)藻，這是一次嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)害，魚(yú)類(lèi)大量死亡，水質(zhì)急劇惡化，對(duì)太湖周邊幾個(gè)大城市的生產(chǎn)和生活造成了嚴(yán)重的影響。遙感不僅實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)藻華的面積和分布，同時(shí)根據(jù)遙感信息，對(duì)藍(lán)藻爆發(fā)進(jìn)行追根溯源。圖8系根據(jù)北京一號(hào)衛(wèi)星影像的分析結(jié)果。圖8-1是2006年10月7日最為嚴(yán)重的一次藍(lán)藻爆發(fā)，藍(lán)藻覆蓋湖面達(dá)741平方千米（圖中綠色部分），占了整個(gè)太湖湖面的32%。湖水水質(zhì)的惡化，或富營(yíng)養(yǎng)化是藻華爆發(fā)的主導(dǎo)因素，而湖水惡化是因?yàn)樘匕恫粩嘞蚝信湃胛鬯鴮?dǎo)致湖水的富營(yíng)養(yǎng)化。通過(guò)遙感分析，可以看出太湖沿岸存在大量向湖中的排水處（圖8-2箭頭所示），特別是位于太湖以南和以西的城市，排入湖中的水量還相當(dāng)大；圖8-3正好驗(yàn)證了這一推斷結(jié)果，從圖8-3中我們看到，每一個(gè)廢水排入處都是藍(lán)藻爆發(fā)的源頭（圖8-3箭頭所示）。

（三）汶川大地震對(duì)遙感是嚴(yán)峻的考驗(yàn)

2008年5月12日的汶川大地震是我國(guó)近年來(lái)發(fā)生的最為重大的災(zāi)害，震中烈度高達(dá)11度，若以8度烈度計(jì)受災(zāi)范圍近3萬(wàn)平方千米，若以6度計(jì)，則影響范圍高達(dá)30余萬(wàn)平方千米。地震及其次生災(zāi)害造成近7萬(wàn)人喪生，數(shù)十萬(wàn)人受傷，大量財(cái)產(chǎn)損失。傾全國(guó)之力“抗震救災(zāi)、眾志成城”，這是近年來(lái)最大的救援行動(dòng)。我國(guó)遙感人也是夜以繼日，動(dòng)用國(guó)內(nèi)一切衛(wèi)星資源，收集國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)，出動(dòng)遙感飛機(jī)，爭(zhēng)分奪秒，打了一場(chǎng)抗震救災(zāi)的信息大戰(zhàn)。

地震發(fā)生后，當(dāng)?shù)靥鞖庖恢标幱?，影響了光學(xué)遙感信息的獲取。第一次的遙感飛行和第一幅光學(xué)衛(wèi)星影像都是在2天后完成的，即5月14日沿都江堰到汶川縣城唯一的通道——岷江河谷進(jìn)行的遙感飛行。這次飛行南起震中映秀鎮(zhèn)，北至汶川縣城。在很高分辨率的航空遙感影像上，地震災(zāi)情清晰可見(jiàn)（圖9），顯示了沿河谷的都汶公路受損嚴(yán)重，多處已被山體的滑坡所阻塞，短期難以貫通。圖的中部為全景影像，圖中標(biāo)有編號(hào)的白色圖框與上下4幅圖一一相對(duì)，其中2幅高分辨率航空遙感影像就是在當(dāng)?shù)靥鞖馍杂泻棉D(zhuǎn)后獲得的。從圖上可以清晰看出由大地震造成的道路堵塞、房屋受損和橋梁坍塌的嚴(yán)重毀傷情況。

另一次飛行是沿著形成唐家山堰塞湖的湔江段而進(jìn)行的，此前的衛(wèi)星遙感影像對(duì)堰塞湖的形成和動(dòng)態(tài)進(jìn)行了不間斷的監(jiān)測(cè)和分析。這次飛行是以更高的遙感分辨率查看堰塞湖周邊的受災(zāi)狀況。圖10反映了這次的飛行結(jié)果。由圖10我們可以看出，因地震所造成的山體滑坡，特別是在唐家山，河流被一個(gè)高約60米，長(zhǎng)約300米的巨大的滑坡體所阻塞，上游河水猛漲，形成以漩坪鄉(xiāng)為中心的堰塞湖，直到禹里鄉(xiāng)。相傳這里是大禹的故鄉(xiāng)，人們不得不在時(shí)隔數(shù)千多年后再次與洪水抗?fàn)?。圖中也可清晰地看出人們用白灰在田地里書(shū)寫(xiě)了“SOS”的求救信號(hào)。

圖8 太湖藍(lán)藻爆發(fā)的衛(wèi)星遙感影像及其溯源分析圖

遙感技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)和我們的任務(wù)

遙感技術(shù)的發(fā)展雖可追述到19世紀(jì)，但那只是發(fā)展的雛形，到20世紀(jì)60年代遙感技術(shù)正式從科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域上得到確立，到現(xiàn)在已有近60年的歷史。實(shí)際上，遙感的發(fā)展是伴隨著空間技術(shù)的發(fā)展而興起。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，在理論上特別是技術(shù)上有了飛速的進(jìn)步，是21世紀(jì)標(biāo)志性的科學(xué)技術(shù)成就之一。

當(dāng)今，遙感技術(shù)，無(wú)論在空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率，都已獲得巨大的突破。民用衛(wèi)星的空間分辨率已達(dá)0.25米，接近軍用的最高水平；連續(xù)成像的光譜分辨率已達(dá)納米級(jí)，非成像系統(tǒng)的分辨率更是高達(dá)亞納米，甚至10-12波長(zhǎng)以上；地球同步凝視型衛(wèi)星，可以在一定范圍內(nèi)將時(shí)間分辨率提到分鐘甚至秒級(jí)；多衛(wèi)星組網(wǎng)的方式，也可以將時(shí)間分辨率大幅度提升；合成孔徑雷達(dá)早已突破了云霧的限制，雷達(dá)的高精度編隊(duì)運(yùn)行提高了三維立體觀測(cè)能力，為業(yè)務(wù)化監(jiān)測(cè)地表形變提供了可能；激光雷達(dá)的應(yīng)用，為更高精度的地形測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。

今后遙感技術(shù)發(fā)展可能已不是單一的技術(shù)，而是組合型的發(fā)展。

1.多星組合，各盡其能，多種數(shù)據(jù)綜合和融合將更大地提升遙感的綜合觀測(cè)和綜合應(yīng)用能力。

2.創(chuàng)新發(fā)展，探求新的成像技術(shù)和成像模式，如太赫茲成像、單光子成像、復(fù)眼光學(xué)成像、薄膜光學(xué)成像，高分辨率紅外成像等。要關(guān)注集群式遙感微小衛(wèi)星的發(fā)展，以更低的價(jià)格、更便捷的服務(wù)惠及更廣大的用戶(hù)。應(yīng)充分利用我國(guó)空間站技術(shù)，發(fā)展組件式遙感觀測(cè)系統(tǒng)，更大地提高綜合分辨率和探測(cè)能力。

3.與通信、導(dǎo)航更緊密結(jié)合，形成“通、導(dǎo)、遙”的一體化，融入當(dāng)今智慧城市建設(shè)的新興技術(shù)潮流，充分發(fā)揮遙感的獨(dú)特作用，創(chuàng)造更多和更大的應(yīng)用價(jià)值。

圖9 汶川地震后岷江河谷局部受災(zāi)情況遙感影像

4.發(fā)展衛(wèi)星、臨近空間（平流層）、航空（包括高、中、低空）相結(jié)合的多維、多級(jí)、多源遙感觀測(cè)；衛(wèi)星和航空（包括無(wú)人機(jī)）遙感的智能化。人工智能的應(yīng)用將使下一代衛(wèi)星更加聰明智慧，大幅度提升衛(wèi)星機(jī)動(dòng)和敏捷性能，提高星上智能處理水平；將人工智能引入遙感數(shù)據(jù)的處理和分析，分類(lèi)和識(shí)別，使遙感應(yīng)用更加智能化和智慧化。

5.進(jìn)一步強(qiáng)化遙感應(yīng)用，數(shù)據(jù)的保障率應(yīng)在各類(lèi)衛(wèi)星協(xié)調(diào)和協(xié)同的基礎(chǔ)上大幅提高。衛(wèi)星遙感應(yīng)用應(yīng)走向業(yè)務(wù)化而不是脈沖式。

應(yīng)著力提高對(duì)包括自然災(zāi)害和人為災(zāi)害在內(nèi)的災(zāi)害應(yīng)對(duì)、監(jiān)測(cè)，防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)應(yīng)用，特別要努力開(kāi)展對(duì)重大災(zāi)害，特別是對(duì)地震災(zāi)害的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)警這一世界性重大難題的攻關(guān)，為緩解、減輕直到消除災(zāi)害對(duì)人們的威脅，保障人民生命財(cái)產(chǎn)的安全不懈努力。

圖10 以唐家山滑坡和堰塞湖為中心的湔江沿線遙感影像圖

結(jié)語(yǔ)

作為21世紀(jì)人類(lèi)最新科學(xué)技術(shù)成就之一，遙感技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的高度。遙感的發(fā)展可能又進(jìn)入了一個(gè)新的瓶頸期，期待新的突破。遙感雖已成為解決一系列經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展重大問(wèn)題的有力技術(shù)手段，但由于數(shù)據(jù)獲取、產(chǎn)品類(lèi)型和質(zhì)量、處理分析速度、地物分類(lèi)識(shí)別精度、滿足需求的及時(shí)程度等還存在一定的局限性，尚難完全滿足實(shí)現(xiàn)真正業(yè)務(wù)化、常態(tài)化、大眾化的需求，特別對(duì)于人類(lèi)大敵的災(zāi)害而言，如對(duì)地震的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)和預(yù)警等難題，仍是束手無(wú)策。

時(shí)代在前進(jìn)，社會(huì)在發(fā)展，遙感科技人員注定還要繼續(xù)努力，大力攻關(guān)，銳意進(jìn)取，以新的姿態(tài)創(chuàng)新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新。中國(guó)遙感人更要發(fā)揚(yáng)優(yōu)良傳統(tǒng)，不斷提高我國(guó)遙感技術(shù)和應(yīng)用水平，將遙感技術(shù)和應(yīng)用融入我國(guó)時(shí)代發(fā)展的大潮，為國(guó)家的高質(zhì)量發(fā)展，為數(shù)字中國(guó)和智慧社會(huì)的建設(shè)，為防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作，為中國(guó)人民走向更幸福更加光輝的未來(lái)，貢獻(xiàn)我們的全部力量。