2024-11-30
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遥感卫星技术作为一门综合性科学技术,融合了空间、电子、光学、计算机通信和地学等多学科的成就,在当今社会发挥着至关重要的作用。
根据作为平台的卫星与地球的相对位置关系,可将卫星分为静止卫星和极轨卫星。静止卫星如静止气象卫星、静止通信卫星等,相对地球静止,能够持续对特定区域进行观测;极轨卫星则在不同的轨道上运行,能够覆盖更广泛的区域。
此外,根据遥感传感器所在平台的不同,可以把遥感分为塔台遥感、车载遥感、航空遥感和卫星遥感等不同类型。卫星遥感以人造卫星为平台,具有观测覆盖范围大、能进行重复连续观测、数据采集快、数据量大等优势。身处太空的 “制高点”,遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域,使用敏感器能 “看” 到一片宽阔的区域;可以定期对同一个区域进行周期性观测,有利于监测目标的变化;可以通过地面站实时或接近实时进行数据传输,对突出事件较为快速地做出反应;大范围的观测,可以收集大量农业、林业、海洋、国土、环保、气象等数据,在土地资源、森林资源、地质矿产资源、水利资源、农作物估产、防灾减灾等方面具有十分广阔的应用前景。
中国在遥感卫星技术方面取得了显著成就。已经成功发射了十六颗返回式卫星,为资源、环境研究和国民经济建设提供了宝贵的空间图像数据,在中国国防建设中也起到了不可替代的作用。同时,中国还先后建立了国家遥感中心、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站等国家级遥感应用机构,以及一百六十多个省市级遥感应用机构。
总之,遥感卫星技术已成为推动现代化建设的有力手段,在政治、经济、军事和社会的众多领域都有着广泛的应用。
2010 年以前,我国卫星以技术试验性单星为主,处于初步探索阶段。1999 年,中巴地球资源卫星 01 星成功发射,结束了我国没有陆地资源卫星的历史,标志着我国陆地遥感卫星发展进入探索阶段。但受经济、技术等条件限制,数据应用程度不高,对国外数据的替代作用有限。
2010 年以来,我国陆地遥感卫星迎来快速发展阶段。随着高分专项、陆海卫星规划、空基规划的全面实施,实现了从科研试验型向业务应用型转变,有效载荷由单一光学向多类传感器拓展,遥感卫星由单系列向多系列发展,工作模式由单星工作向多星组网、多网协同转变。
我国光学卫星发展时间较长,技术较为成熟。资源一号 02C 星已在轨超期服役七年,是我国首颗自主高分辨率民用陆地业务卫星,在土地资源、地质矿产、地质灾害与地质环境等领域实现了规模化应用,并拓展至地方业务应用领域。高分一号卫星突破了高空间分辨率、大幅宽、多光谱与高时间分辨率结合的光学遥感技术。2 米 / 8 米光学卫星星座、高分六号卫星已组网运行,可实现 11 天全球覆盖、同一地区 1 天重访,为多个领域提供精准信息保障。
我国遥感产业的市场潜力巨大,商业遥感产业处于蓄势待发的状态。在政府性需求的带动下,遥感技术在土地利用、城市化及荒漠化监测、灾害监测和环境监测等方面发挥着重要作用,同时在精细农业、环境评价、数字城市等新领域也有广泛应用前景。目前,国外卫星在高分辨率商业遥感领域处于垄断地位,欧美是商业遥感卫星的发源地,占有全球大部分遥感影像市场。我国政府逐渐重视并扶持卫星应用遥感产业的发展,将发展商业遥感卫星列入战略性新兴产业进行专项支持,鼓励开展卫星遥感商业应用模式创新,有望促进我国未来商业遥感产业的长足发展。
地面遥感:把传感器设置在地面平台上,通常离地面不超过 150m,如车载、船载、手提、固定或活动的高架平台等。
航空遥感:把传感器设置在航空器上,如气球、航模、飞机及其他航空器等。其特点是灵活、影像清晰、分辨率高,还可做各种遥感实验和校正工作,但飞行器受气候影响较大。
临近空间遥感:把传感器装置在临近空间活动的飞行器上。临近空间位于飞机所能到达的最高位置和低轨道卫星轨道之间,海拔 20 - 100km。临近空间飞行器与航空、空间平台相比具有明显优势,与航空平台相比,覆盖范围更宽、可长时间留驻、生存能力强;与空间轨道平台相比,分辨率更高且针对特定地区覆盖探测。此外,临近空间大气平稳,适合电磁波传播。临近空间飞行器有高空气球、飞艇、空天飞机和高速无人机等。
航天遥感:把传感器设置在航天器上,如人造卫星、宇宙飞船、空间实验室等。优点是成像高度高、宏观性好、可重复观测,平台不受天气、地形和国界等自然因素和条件的限制;缺点是平台机动性较差。
宇宙遥感:主要探测宇宙中的天体和其他物质,如探测月球和火星表面的照片。
地球遥感:对地球和地球上的物体进行探测的遥感,包括资源遥感和环境遥感。资源遥感以地球资源为调查研究对象,利用遥感信息勘测地球资源成本低、速度快,能减少勘测投资的盲目性。环境遥感是利用各种遥感技术对自然与社会环境的动态变化进行监测或做出评价与预报的统称,能为环境监测、评价和预报提供可靠依据。
紫外遥感:利用紫外波段进行地物探测,波段范围为 0.05 - 0.38μm。地球表面的一些材料通过紫外辐射可发出可见光照射。
可见光 / 反射红外遥感:利用可见光波段、红外波段和短波红外波段进行探测,波段范围为 0.38 - 2.5μm。其中 0.38 - 0.76μm 是人眼可见波段,0.76 - 2.5μm 为反射红外波段,可通过特殊遥感器接收信息,如高光谱遥感和超光谱遥感。辐射源是太阳,可根据地物反射率差异获取相关信息,能用摄影方式和扫描方式对观测区域成像。
热红外遥感:利用中、远红外波段进行地物探测,波段范围为 2.5 - 1000μm。通过红外敏感元件探测物体热辐射能量,显示目标辐射温度或热场图像。在常温(约 300K)下,地物热辐射的绝大部分能量位于此波段,热红外遥感具有昼夜工作能力。
微波遥感:利用微波波段进行地物探测,波段范围为 1 - 1000mm。通过接收地物发射的微波辐射能量或遥感仪器本身发出的电磁波束的回波信号,对地物进行探测、识别和分析。具有对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪有一定穿透能力,能全天候工作的特点。
主动式遥感:通过传感器主动发射电磁波,然后接收地物反射回来的电磁波进行探测。
按应用目的和意图不同,可分为环境遥感、城市遥感、农业遥感、海洋遥感、地质遥感、林业遥感、气象遥感、灾害监测遥感、空间遥感和军事遥感等。
探测范围广:航摄飞机高度可达 10km 左右;陆地卫星轨道高度达到 910km 左右。一张陆地卫星图像覆盖的地面范围达到 3 万多平方千米,约相当于我国海南岛的面积。我国只要 600 多张左右的陆地卫星图像就可以全部覆盖。
获取资料的速度快、周期短:实地测绘地图,要几年、十几年甚至几十年才能重复一次;以陆地卫星 4、5 为例,每 16 天可以覆盖地球一遍。
方法多,获取的信息量大:用不同的波段和不同的遥感仪器,取得所需的信息;不仅能利用可见光波段探测物体,而且能利用人眼看不见的紫外线、红外线和微波波段进行探测;不仅能探测地表的性质,而且可以探测到目标物的一定深度;微波波段还具有全天候工作的能力。以四波段陆地卫星多光谱扫描图像为例,像元点的分辨率为 79×57m,每一波段含有 7600000 个像元,一幅标准图像包括四个波段,共有 3200 万个像元点。
用途广、效益高:遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质矿产、水文、气象、地理、测绘、海洋研究、军事侦察及环境监测等领域。
信息源:信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性,当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性,这就为遥感探测提供了获取信息的依据。
信息的获取:地物空间信息主要由搭载在遥感平台上的传感器来获取。传感器是接收、记录地物电磁波特征的仪器,主要有扫描仪、雷达、摄影机、摄像机、光谱辐射计等。遥感平台是装载传感器并能使其正常工作的工具,主要有地面平台、空中平台、空间平台。
信息的记录和传输:传感器接收到目标地物的电磁波信息,记录在数字介质或胶片上。胶片由人或回收舱送至地面回收(航空 / 近地面遥感数据);数字介质上的信息可通过卫星上的微波天线传输给地面卫星接收站(航天遥感数据)。
遥感信息处理:通过各种技术手段对遥感探测所获得的信息进行处理,目的是确保遥感信息应用的质量和精度,充分发挥遥感信息的应用潜力。包括为消除探测中的各种干扰和影响,使信息更加准确可靠而进行的各种校正(辐射校正、几何校正)处理;为使所获遥感图像更清晰,便于识别和判读,提取信息而进行的各种增强处理。
遥感卫星技术在社会公益需求方面发挥着重要作用。在土地利用方面,能够对土地资源进行监测,包括城市化进程中的土地变化以及荒漠化的发展情况。通过卫星遥感,可以及时掌握土地利用的动态变化,为城市规划和土地资源管理提供科学依据。例如,利用遥感卫星数据可以监测城市扩张的速度和方向,合理规划城市建设,避免盲目扩张带来的资源浪费和环境问题。同时,对于荒漠化地区,能够准确监测荒漠化的范围和程度,为荒漠化治理提供数据支持。
在可再生资源监测方面,遥感卫星对农作物、森林等资源的监测和评估至关重要。对于农作物,能够监测其长势、病虫害情况以及估算产量。据统计,利用遥感技术对农作物进行监测和估产,误差可控制在较小范围内。例如,在某些地区,通过遥感卫星数据对农作物生长状况进行分析,提前预测产量,为农产品市场的稳定供应提供了保障。对于森林资源,遥感卫星可以监测森林覆盖率的变化、森林火灾以及病虫害等情况。及时发现森林火灾隐患,为森林资源的保护和管理提供有力支持。
在灾害与环境监测方面,遥感卫星能够对自然灾害如洪水、地震、台风等进行监测,为灾害预警和救援提供重要信息。例如,在洪水灾害中,遥感卫星可以快速监测受淹区域的范围,为救灾物资的分配提供准确依据。同时,对环境监测也具有重要意义,能够监测大气污染、水污染等情况,为环境保护提供数据支持。
高空间分辨率图像数据与地理信息系统的紧密结合,在商业应用领域具有广阔的市场前景。在未来的城市规划中,能够提供详细的地理信息和空间数据,为城市的合理布局和基础设施建设提供决策依据。预计每年会有 14% 左右的增长率。随着卫星数据的不断增加和小型廉价工作站、图像处理系统及软件的发展,相关的空间信息服务公司也大大增加。由此形成的增值收益是卫星图像销售收益的六倍。这充分说明了卫星遥感的商业化是推动卫星遥感应用产业化发展的重要动力之一。
例如,在房地产行业,高分辨率的遥感图像结合地理信息系统,可以为开发商提供土地利用情况、周边环境等信息,帮助他们做出更明智的投资决策。在工程评估方面,能够对道路、建筑工程的选址进行分析,评估潜在的风险和影响,提高工程的安全性和可行性。
气象卫星在农作物估产、渔业资源探测、灾害面积估计等方面展现出独特的本领。在农作物估产方面,早在二十多年前,美国为了研究国际市场的小麦价格,在麦收前两个月,利用卫星对前苏联小麦进行了测算,认为苏联产量约为 9140 万吨,结果后来进行核对,误差不到 1%。在我国,1991 年江淮地区发生特大洪水时,江苏省气象局农业气象中心利用接收到的气象卫星资料,估计出江苏省受淹农田面积为 53.3 万公顷。江苏省民政厅参考这个遥感结果来分发救灾款物。
在渔业资源探测方面,气象卫星能够对海洋环境进行监测,显示出渔业资源的分布情况。通过对海洋温度、叶绿素含量等参数的监测,可以推断出鱼类的活动区域和数量,为渔业生产提供科学指导。
在灾害面积估计方面,气象卫星能够快速准确地监测自然灾害的影响范围。例如,在台风、洪水等灾害发生后,通过卫星图像可以及时确定受灾区域的面积,为灾害评估和救援工作提供重要依据。
高分一号于 2013 年 4 月 26 日在酒泉卫星发射中心发射。它突破了高空间分辨率、多光谱与高时间分辨率结合的光学遥感技术,多载荷图像拼接融合技术,高精度高稳定度姿态控制技术,5 - 8 年寿命高可靠低轨卫星技术,高分辨率数据处理与应用等关键技术,推动我国卫星工程水平的提升,提高我国高分辨率数据自给率。高分一号能够实现图像宽度 800 千米的宽幅成像,单像元精度可达 2m,在土地资源、森林资源、地质矿产资源、水利资源、农作物估产、防灾减灾等方面发挥着重要作用。
高分二号于 2014 年 8 月 19 日在太原卫星发射中心发射,是我国自主研制的首颗空间分辨率优于 1 米的民用光学遥感卫星。搭载有两台高分辨率 1 米全色、4 米多光谱相机,具有亚米级空间分辨率、高定位精度和快速姿态机动能力等特点,有效地提升了卫星综合观测效能,达到了国际先进水平。高分二号在国土资源调查、城市规划、环境监测等领域表现出色。
高分三号于 2016 年 8 月 10 日在太原卫星发射中心成功发射升空,是我国首颗分辨率达到 1 米的 C 频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星。显著提升了我国对地遥感观测能力,是高分专项工程实现时空协调、全天候、全天时对地观测目标的重要基础。高分三号具有全天时、全天候成像的特点,不受光照、云层和天气的约束与影响,在灾害监测、海洋观测等方面具有独特优势。
高分四号于 2015 年 12 月 29 日在西昌卫星发射中心成功发射。高分四号卫星为地球同步轨道卫星,具备较高空间分辨率、载荷类型多、机动性强、幅宽范围大、成像迅速等特点,可在灾害前期预警、灾时辅助决策等业务开展上提供重要支撑。能以分钟级、甚至以秒级间隔进行高频率拍摄,对某一区域进行动态监视。
高分五号于 2018 年 5 月 9 日在太原卫星发射中心成功发射,它填补了国产卫星无法有效探测区域大气污染气体的空白,可满足环境综合监测等方面的迫切需求,是中国实现高光谱分辨率对地观测能力的重要标志。在环境监测、大气污染防治等方面发挥着关键作用。
高分六号于 2018 年 6 月 2 日在酒泉卫星发射中心成功发射,是一颗低轨光学遥感卫星,也是我国首颗精准农业观测的高分卫星,具有高分辨率和宽覆盖相结合特点。其图像数据主要应用于农业、林业和减灾业务领域,兼顾环保、国安和住建等应用需求。为农业生产、林业资源管理和减灾救灾提供有力支持。
高分七号于 2019 年 11 月 3 日在太原卫星发射中心成功发射,是我国首颗民用亚米级光学传输型立体测绘卫星。它搭载了双线阵立体相机、激光测高仪等有效载荷,突破了亚米级立体测绘相机技术,能够获取高空间分辨率光学立体观测数据和高精度激光测高数据。在国土测绘、城市规划、重大工程建设等方面具有重要应用价值。
高分系列卫星为国家政治、外交、公共安全以及农业、灾害、资源、环境等重大问题提供决策支持,对保障国家安全、增强综合国力具有重大战略意义。高分辨率对地观测系统的建设使我国跻身于世界对地观测强国行列,是建设我国 “数字国土”“数字战场”“数字农业” 等不可或缺的关键系统。
随着技术的不断进步,高分辨率卫星遥感图像的获取能力将持续提高。高分辨率能够更精细地捕捉地物的形态特征和变化信息,为城市规划、土地资源调查、交通管理等方面提供更高精度的地理信息。例如,未来的高分辨率卫星可能实现亚厘米级的空间分辨率,使得对建筑物细节、道路标线等微小地物的识别更加准确。同时,高分辨率图像也将在环境监测、资源管理等领域发挥更大的作用,如对森林中的树木种类进行更精确的识别,对矿产资源的分布进行更细致的勘查。
多源卫星遥感数据融合技术将日益成熟。通过融合不同来源、不同时间分辨率的卫星遥感数据,如光学、雷达、高光谱等数据,可以提高对地物识别和分类的准确性。这种融合技术能够实现多角度、全方位的地理信息获取,提高对地物细节特征的捕捉能力和空间分辨率。例如,将光学卫星的高分辨率彩色图像与雷达卫星的全天候成像能力相结合,可以在恶劣天气条件下也能准确监测地表变化。同时,多源数据融合还将促进不同领域的数据共享和协同应用,为跨学科研究和综合决策提供更丰富的信息支持。
人工智能与遥感技术的结合将更加紧密。一方面,卫星上增加人工智能模块,为卫星装上拥有数据解译能力的智能大脑,实现数据的在轨实时处理和分析。另一方面,地面建立人工智能大模型,基于深度学习智能处理遥感卫星影像,提高数据处理的效率和解译的准确性。例如,在农业领域,人工智能可以取代人力勾绘农作物地块,快速完成耕地识别,工作效率相比人工作业提升数十倍。在灾害监测方面,人工智能遥感技术可以自动分析施工场地的进展情况,为城市规划和管理提供科学依据。未来,随着人工智能技术的不断发展,遥感卫星将变得越来越 “聪明”,为各行业提供更加智能化的服务。
农业卫星遥感市场正从数据驱动转向 AI 智能驱动。我国政府加快推动农业保险和农业金融的发展,促进遥感技术在农业保险中的应用。未来,农业精细化管理需求对卫星遥感技术的需求将越来越强烈,高分辨率影像、多光谱与高光谱影像、实时监测与数据共享平台以及人工智能与大数据分析等方面的发展将成为重要趋势。例如,通过多源数据融合和人工智能技术,可以自动识别作物病虫害、评估作物生长状况和产量,为农业生产实现高效管理和优化。同时,卫星遥感技术或将演变为定制化服务平台,整合多源数据,为农业管理者提供更个性化、全面的决策支持。
遥感卫星技术将与其他技术不断融合创新。例如,与北斗定位技术融合,实现更泛在、更融合、更智能的室内外一体化位置服务。与激光雷达技术融合,面向物理空间数字化应用,实现高精度的三维扫描和实时物理空间数字化模型构建。同时,随着星网、多媒体星座等国家基础设施建设,基于高速互联、高性能计算卫星的天基智能时代即将来临,卫星遥感技术将在天基智能系统中发挥重要作用。此外,遥感技术与大数据、云计算等技术的深度融合,将提高遥感数据的处理效率和分析能力,为各行业提供更加高效、精准的服务。
河北省卫星中心针对河北省 86 个山水林湖生态修复治理试点工程项目的工程进度、质量和效果进行了卫星遥感监测。完成野外核查 180 处,为管理部门科学决策提供了有力支持。通过卫星遥感,能够清晰地观测到湿地生态恢复工程的进展情况,对生态修复治理工作起到了重要的监督和评估作用。
山西省卫星中心充分利用遥感技术手段,开展了全省别墅分布卫星遥感监测排查。共排查出 5 类保护区内别墅及疑似别墅 467 处,其中别墅 100 处,疑似别墅 367 处。建立了监管平台,整合线上、线下资源,对别墅解译结果逐一进行排查,并建立了详细台账。监测成果为山西省别墅专项整治工作提供了基础数据支撑。
利用 15 米卫星遥感数据,采用人机交互解译方法,完成了 2000 年和 2015 年中国范围山地冰川遥感解译制图与变化信息提取。相关成果为全球水资源和气候变化研究、灾害监测预警等提供了准确参考。通过对冰川的监测,可以了解冰川的面积、体积和储量变化情况,为冰川保护和生态环境研究提供重要数据。
除了上述典型案例,遥感卫星在多个领域也发挥了重要作用。例如,在黑龙江,2019 年农作物受水灾影响,黑龙江省卫星中心与保险公司合作,利用卫星遥感技术计算耕地水灾面积和程度,提升了农业保险理赔服务的专业化、规范化和科学化水平。在上海,为实现早发现、早整治水生植物,降低综合治理成本,上海市卫星中心通过多源高分辨率卫星和水上视频定点监控等技术手段,结合遥感大数据分析和人工智能算法,为水生植物综合治理提供了决策依据。在江苏响水爆炸灾害应急中,江苏省卫星中心利用卫星影像对爆炸灾前、灾后进行对比分析,确定了爆炸位置、影响范围等,为抢险救援和指挥决策提供了保障。在浙江 “利奇马” 台风监测中,浙江省卫星中心利用高分卫星的灾前灾后遥感数据,开展沿海地区台风灾害遥感监测,为灾情统计和灾后重建提供了决策参考。在福建领导干部自然资源资产离任审计中,福建省卫星中心利用卫星影像数据开展自然资源资产审计技术服务,为审计工作提供了有力支持。在湖南水域岸线动态监测中,湖南省卫星中心基于卫星遥感影像,对 “四水” 干流、洞庭湖水域范围和涉岸工程的变化情况进行动态监测,为 “清四乱” 专项行动和水资源管护提供了客观依据。在广东季度土地矿产遥感监测中,通过运用先进遥感技术手段,形成了高精度、高频次、全覆盖的土地矿产动态监测产品,实现了自然资源执法监察工作的科学化、信息化与精准化。在广西矿山环境动态监测中,为筑牢长江上游生态安全屏障提供了科学可靠的技术支撑。
总之,遥感卫星技术在各个领域的应用案例充分展示了其强大的监测和评估能力,为科学决策和社会发展提供了重要的数据支持和技术保障。返回搜狐,查看更多