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導語：在衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領您探索更多的創(chuàng)作可能。
關鍵詞：遙感技術；大氣環(huán)境；水環(huán)境；生態(tài)環(huán)境；環(huán)境監(jiān)測
通過運用遙感監(jiān)測技術，我們能夠很好的應對過去監(jiān)測工作中遇到的難題，比如時空阻隔，無法體現(xiàn)整體，費用過高等等，由于當前的生態(tài)不斷惡化，此時高速全面的遙感工藝已然成為了我們最常使用的監(jiān)測措施。
1 遙感技術概述
1.1 遙感的概念
所謂的遙感技術，具體的說是一類借助物體反射電磁波，來實現(xiàn)遠程監(jiān)測目的的一種技術。其借助觀測設備，利用各種物體的獨特光譜性能來實現(xiàn)觀測目的，獲取有價值的內容。
1.2 遙感的分類
（1）如果按照探測波段來區(qū)分的話，我們可把其劃分為：紫外遙感、可見光、紅外遙感、微波遙感。（2）如果按照搭載設備的平臺來劃分的話，我們可以把其分成：航天遙感技術、航空遙感技術和地面遙感技術。（3）如果按照傳感設備的運行形式來區(qū)分的話，我們可以把其分成：主動式遙感技術、被動式遙感技術。
2 遙感工藝在環(huán)境監(jiān)測中的意義
2.1 監(jiān)測區(qū)間寬，綜合全面
如果只是從地表觀測的話，我們能獲取的信息非常少，但是如果使用遙感設備從衛(wèi)星上拍攝的話，很顯然獲取的信息非常全面，而且更加真實。該技術可以從總體上觀測環(huán)境，確保監(jiān)測工作朝著立體化方向發(fā)展，具有區(qū)間寬，綜合性強的特點。
2.2 高效快速
因為該項技術使用的飛行裝置都是非常先進的，因此它能夠以較快的速率獲取所需的資料，所以能夠提升工作效率。而且，信息的傳遞是借助電子光學設備來完成的，所以其更加的現(xiàn)代化，便于我們更好的創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型。此時我們國家的信息總數(shù)較之于一般措施獲取的信息總數(shù)要多很多。
2.3 措施眾多，工藝優(yōu)秀
該技術能夠用來監(jiān)測普通方法無法監(jiān)測的區(qū)域，比如荒漠以及冰川等區(qū)域。借助該技術我們還能夠獲取紅外等不同波段的數(shù)據(jù)。不僅可以使用攝像措施獲取資料，而且還能夠通過掃描方式獲取所需內容。
2.4 速度快，時間短
對于固定的地區(qū)能夠多次成像，可以獲得最精準的動態(tài)信息。
3 具體應用情況
3.1 用來監(jiān)測大氣情況
借助激光以及電腦等先進科技，明確大氣信號的傳播特點，以及不一樣的大氣狀態(tài)之中的信號的具體特點，得到遙感方程式，進而完善有關的理論。由于大氣成分在不同的波段吸收電磁波的情況不一樣，所以我們可以分別測試各個組分的情況。
目前我們國家已經開始使用該項技術開展環(huán)境污染治理工作，其中監(jiān)測的重點有如下幾方面：第一，借助遙感技術，監(jiān)測大氣污染。第二，通過分析遙感圖像體現(xiàn)出的植被變化特點，明確污染情況，比如污染的存在區(qū)域以及程度和變化特點等。第三，和地表采樣獲取的信息比對綜合，建立完善的定量體系。第四，借助飛機攜帶監(jiān)測裝置，在污染區(qū)域的上方獲取樣本，進而加以處理。
3.2 用來監(jiān)測水體情況
對水體的遙感監(jiān)測是以污染水與清潔水的反射光譜特征研究為基礎，潔凈水能夠很好的吸收光，它的反射率不高。所以，此類水在遙感圖像是色澤較暗。綜合考慮空間、時間、光譜分辨率和數(shù)據(jù)可獲得性，landsat8數(shù)據(jù)是目前水質監(jiān)測中最有用，也是使用最廣泛的多光譜遙感數(shù)據(jù)。此外，SPOT衛(wèi)星的HRV數(shù)據(jù)、IRS-1C衛(wèi)星數(shù)據(jù)和氣象NOAA的AVHRR數(shù)據(jù)以及中巴資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)也有一定的應用。水質遙感監(jiān)測研究的內容包括：水體濁度、葉綠素、油污染、熱污染、有色可溶性有機污染物等，其中在水體濁度和葉綠素的定量監(jiān)測方面已比較成熟。
3.3 用來監(jiān)測生態(tài)情況
生態(tài)環(huán)境監(jiān)測又稱生態(tài)監(jiān)測，是環(huán)境生態(tài)建設的技術保證和支持體系。生態(tài)監(jiān)測的對象可分為農田、森林、草原、荒漠、濕地、湖泊、海洋、氣象、物候、動植物等。它可以被用來測定較廣闊區(qū)間的土地使用狀態(tài)，同時還可以調查大規(guī)模的生態(tài)污染問題。
3.3.1 分析土地使用情況
遙感技術在土地利用監(jiān)測中的應用，早在1960年國外就利用TIROS和NOAA衛(wèi)星數(shù)據(jù)通過制備指數(shù)來研究土地利用和土壤覆蓋變化。最近幾年，很多國家都開始使用遙感技術來分析土地資源，特別是土地分類工作方面利用的更是頻繁。
3.3.2 輔助開展生態(tài)調查工作
眾所周知，植物能夠反映出一個區(qū)域的環(huán)境狀況。而且它還可以體現(xiàn)出所在區(qū)域的土壤以及水文等特征。借助遙感技術，我們能夠獲取植物特點。由于當前的傳感設備的性能不斷提升，加之處理工藝不斷完善，此時像是植被的成分以及數(shù)量等等的特性都可以借助放射數(shù)據(jù)來明確。NOAA氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的優(yōu)點非常明顯，比如分辨率極高，而且所需的費用不多，不會受到外在天氣干擾，因此被大量的用到植被監(jiān)測工作之中。
3.3.3 調查生態(tài)污染情況
最近幾年，由于群眾生活水平提升，此時垃圾數(shù)量也在增加，這就在無形之中導致了嚴重的生態(tài)污染問題，而借助遙感技術，我們能夠測試到垃圾的放置情況以及數(shù)量等等，這樣便于我們更好的處理。遙感監(jiān)測固體廢物的堆置對圖像空間分辨率的要求比較高，需達到3～10m的水平。
4 發(fā)展方向
4.1 遙感技術層面
（1）遙感影像獲取技術方面，隨著高性能新型傳感器的研發(fā)水平的提高以及環(huán)境資源遙感對高精度遙感數(shù)據(jù)要求的提高，高空間和高光譜分辨率已是衛(wèi)星遙感影像獲取技術的總發(fā)展趨勢。熱紅外遙感技術會得到更廣泛的應用。雷達遙感工藝的特點較為顯著，比如它能夠全天性的獲取信息，而且有著強大的穿透性，所以被大量的使用。建立以地球為研究對象的綜合對地觀測數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。（2）遙感信息模型的發(fā)展方面，遙感信息機理模型的發(fā)展和拓寬，特別是不確定性遙感信息模型與人工智能決策支持系統(tǒng)的開發(fā)與綜合應用也將是一個重要研究和應用方向。（3）遙感數(shù)據(jù)共享方面，積極發(fā)揮出國際衛(wèi)星體系的優(yōu)點，認真開展交流與溝通活動，確保從時空層面上加以互補。
4.2 與環(huán)境監(jiān)測結合層面
（1）積極發(fā)展監(jiān)測技術，切實發(fā)揮出當前監(jiān)測的作用，將遙感工藝和地表監(jiān)測措施結合到一起，完善當前的監(jiān)測體系。（2）開發(fā)集成GPS，RS，GIS，ES于一體、適合環(huán)境保護領域應用的綜合多功能型的遙感信息技術。
4.3 不同環(huán)境要素層面
（1）大氣環(huán)境遙感的定量化、集成化、系統(tǒng)化和全球化；大氣環(huán)境的主動和被動式衛(wèi)星遙感一體化。（2）利用新型遙感數(shù)據(jù)進行水質定量監(jiān)測，形成一個標準化的水安全定量遙感監(jiān)測體系，由于水體類型不一樣，可以建立對應的反演算措施；提升監(jiān)測的精確性；開展監(jiān)測模型研究工作；發(fā)揮出“3S”科技的優(yōu)點。
參考文獻
[1]王橋，楊一鵬，黃家柱.環(huán)境遙感[M].北京：科學出版社，2004.
[2]康志文，劉二東，賈飚.遙感技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].內蒙古環(huán)境科學，2009，21（6）：177-180.
[3]陳玲，趙建夫.環(huán)境監(jiān)測[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.
對于高分專項的實施而言，造好星和用好星同等重要，只有把衛(wèi)星的應用效能發(fā)揮到極致，才能讓國家、讓百姓真正感受到高分科技的價值所在。
那么，高分科技究竟能夠在哪些方面改變我們的生活？國土資源部、農業(yè)部、環(huán)境保護部作為首批主要用戶代表，可以帶我們來一探究竟。
堅守18億畝耕地紅線，解決國土資源無序開發(fā)、礦難頻發(fā)、土地違法屢禁不止等監(jiān)管難題，一直是國土資源管理部門的一塊心病。
傳統(tǒng)調查監(jiān)測手段周期長、效率低，效果不盡如人意，難以滿足當前高速的經濟社會發(fā)展節(jié)奏所帶來的管理需求。而衛(wèi)星遙感成為國土資源管理不可或缺的技術手段，迫切需要構建“天上看、地上查、網上管”監(jiān)管體系，實現(xiàn)以圖管地、以圖管礦的立體監(jiān)管系統(tǒng)。
同時，根據(jù)國家規(guī)劃，未來五至十年間，土地利用動態(tài)遙感監(jiān)測、土地利用現(xiàn)狀調查、土地利用更新調查、基礎地質遙感調查、礦產資源遙感調查與評價、礦山環(huán)境與地質災害遙感調查與監(jiān)測等以遙感衛(wèi)星為技術基礎的各項工作都將全面啟動。
在這一背景下，高分一號衛(wèi)星的研制和應用，必將為我國國土資源調查、監(jiān)管、利用提供強大的數(shù)據(jù)圖像支持，其高空間分辨率和高時間分辨率完美結合的應用優(yōu)勢，也將得到實質性的凸顯。
上個世紀60年代以來，一方面，空間遙感技術快速發(fā)展；而另一方面，糧食安全預警、農產品貿易、農產品補貼等對糧食信息的需求日益強烈。于是，國際上相繼開展了農業(yè)遙感監(jiān)測技術研究與業(yè)務系統(tǒng)的建立，現(xiàn)如今，遙感技術已經廣泛地應用到作物面積監(jiān)測、長勢監(jiān)測、估產、災害監(jiān)測、農業(yè)環(huán)境監(jiān)測與評價、土壤監(jiān)測、精準農業(yè)、漁業(yè)等農業(yè)的各個領域，高分辨率衛(wèi)星遙感圖像成為農業(yè)遙感應用的主要數(shù)據(jù)源。
作為世界糧食大國，我國在農業(yè)遙感應用領域，可利用的衛(wèi)星要么是空間分辨率不足以支撐農業(yè)監(jiān)測，要么是衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取的周期太長，致使農業(yè)方面在高分辨率衛(wèi)星遙感圖像的數(shù)據(jù)需求與實際可利用的圖像數(shù)據(jù)之間，存在一個不小的鴻溝，
而高分一號衛(wèi)星的研制和應用，將在我國農情遙感監(jiān)測水平和技術能力的提高、農情遙感監(jiān)測范圍的拓展、農業(yè)遙感監(jiān)測信息安全建設等方面發(fā)揮巨大作用。
原本春意盎然、綠草如茵的陽春季節(jié)，卻屢屢遭受空氣污染的影響，揮之不散的霧霾挑戰(zhàn)著人們的脆弱神經；河流水污染，自來水質量堪憂，飲用水問題頻頻曝光，讓人憂心忡忡……
目前，我國環(huán)境形勢異常嚴峻，今后一個時期，環(huán)境治理與保護、監(jiān)督執(zhí)法與履行國際環(huán)境公約任務十分繁重，這都要求大力發(fā)展衛(wèi)星遙感監(jiān)測技術。
高分一號衛(wèi)星的高分辨率圖像產品將利用到開展大型水體水環(huán)境、區(qū)域環(huán)境空氣、宏觀生態(tài)環(huán)境、重大環(huán)境污染事故與環(huán)境災害、核安全、生物多樣性等遙感監(jiān)測業(yè)務應用工作，進一步提高我國環(huán)境監(jiān)測和保護的能力。
未來，天更藍、地更綠、水更凈的功勞簿上，將記上高分辨率對地觀測衛(wèi)星一筆。
5年前汶川大地震的陰影還沒有完全消散，一場突如其來的雅安地震又一次牽動了所有國人的心。
災難面前，航天力量齊上陣：資源三號、資源一號O2C、環(huán)境一號等衛(wèi)星共同出力，將拍攝的震前災后影像及時提供給國家相關部門；北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)又一次為救災部隊和受災群眾搭起了生命線……即便如此，在大災大難的嚴酷考驗面前，衛(wèi)星對于災情監(jiān)測的精確度和及時度方面的欠缺仍顯不足。
我國是一個自然災害頻發(fā)的國家，但同時我國的災害監(jiān)測手段相對落后，減災管理總體技術水平相對不高，地方民政救濟救災部門的災害管理水平以及專業(yè)化能力還有待于進一步提高。
因此，國家減災救災業(yè)務對于高分一號衛(wèi)星的需求就顯得十分迫切。高分一號衛(wèi)星對于減災救災最大的優(yōu)勢就是精確性和及時性，它的發(fā)射將為我國綜合減災救災提供快速、準確的輔助決策信息示范，加強地方減災救災的業(yè)務化、專業(yè)化能力，從而整體提高國家災害管理的科學決策水平。同時，高分一號衛(wèi)星還將大大提高我國服務國際，特別是非洲等欠發(fā)達地區(qū)，重大自然災害應急工作的能力，從而有力提升我國負責任大國形象和在國際空間技術減災工作中的地位。
關鍵詞：遙感技術；資源；環(huán)境；軟件；應用
中圖分類號：TP237 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）23-5360-02
20世紀60年隨航天技術和電子計算機技術的發(fā)展，遙感技術應運而生。遙感技術根據(jù)各類傳感器收集的地面物體的電磁波信息，并利用計算機編程技術或者遙感專業(yè)軟件制作遙感圖像，廣泛應用于資源考察、災害監(jiān)測、環(huán)境保護、測繪、軍事及氣象監(jiān)測等領域。在地球資源緊缺、環(huán)境問題日益突出的現(xiàn)狀下，遙感技術得到了空前的重視和廣泛的應用，成為觀測地球的重要手段。
1 遙感相關技術
遙感圖像處理的關鍵技術主要包括了遙感圖像幾何校正技術、影像融合技術、圖像增強技術以及圖像分類技術。利用計算機遙感軟件或者基于VC++編程都能實現(xiàn)上述相關功能。國內外已有多種專業(yè)的遙感數(shù)字圖像處理軟件，如PCI、ENVI、EDADRS、VirtuoZo、ArcInfo、ArcView等。這些軟件為遙感技術在資源調查、環(huán)境保護、城市規(guī)劃等領域的應用提供了強有力的技術保障。ERDAS IMAGINE 是美國ERDAS 公司開發(fā)的遙感圖像處理系統(tǒng)。它的功能相比于其他軟件更為先進，操作更為靈活，因此占有了很大的市場份額，是遙感圖像處理系統(tǒng)的代表軟件。而一些我國自主研發(fā)的軟件，如中國國土資源航空物探遙感中心研制開發(fā)成功的“野外調查微機輔助遙感圖像解譯系統(tǒng)“、“成像光譜數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)”；成都理工大學研制開發(fā)成功的“正射遙感影像地圖制作系統(tǒng)”等軟件系統(tǒng)都已得到推廣應用[1]。
1.1遙感圖像處理技術
遙感圖像處理技術主要包括了：遙感圖像幾何校正、圖像增強技術、以及圖像分類技術。下面分別介紹這幾個處理技術。
由于衛(wèi)星傳感器視角和地球表面曲率的影響，影響上地物發(fā)生幾何形變，因此在應用衛(wèi)星遙感影像之前，必須經過幾何校正。圖像幾何糾正包括空間變換和灰度值內插兩步。幾何糾正可通過遙感圖像處理軟件，如ERDAS，或者通過VC編程實現(xiàn)。EDARS進行幾何糾正的流程圖如圖1所示。
遙感圖像增強技術指的是將高分辨率全色波段影像與最佳波段組合的多光譜影像進行融合，得到高分辨率、多光譜的融合影像的過程。融合后的圖像與原圖像相比，更加清晰，提高了視覺效果，改善了幾何精度及識別和分類的精度。一般多采用多光譜TM圖像和SPOT全色圖像進行融合。
遙感圖像分類技術指的是利用計算機或目視判讀對地球表面及其環(huán)境在遙感圖像上的信息進行屬性的識別和分類，從而識圖像信息所對應的地物，提取所需地物信息。計算機自動識別分類技術尚不成熟，因此仍然需要目視判讀輔助識別。計算機自動識別分類方法主要分為監(jiān)督分類法和非監(jiān)督分類法兩種，這兩類方法均可在EDARS中實現(xiàn)。監(jiān)督分類方法需要從研究區(qū)域選取有代表性的訓練區(qū)作為樣本，根據(jù)已知訓練區(qū)的樣本，選擇特征參數(shù)，建立判別函數(shù)對像元進行分類。非監(jiān)督分類沒有訓練區(qū)作為樣本，主要根據(jù)像元間的相似度大小進行歸類合并。
2 資源環(huán)境應用
2.1資源調查
資源的可持續(xù)利用是可持續(xù)發(fā)展的基礎，沒有資源的可持續(xù)利用，不可能有可持續(xù)發(fā)展。資源調查主要包括了金屬礦產資源勘探及農業(yè)資源調查監(jiān)測兩方面。
遙感技術已經在地質礦產勘探、金屬、天然氣、資源調查中發(fā)揮了重要作用[2]。20世紀20年代航空遙感被用于農業(yè)土地調查。多光譜原理應用于遙感后，根據(jù)各種植物和土壤的光譜反射的特性，建立了豐富的地物波譜與遙感圖像解譯標志，在農業(yè)資源調查與動態(tài)監(jiān)測、生物產量估計、農業(yè)災害預報與災后評估等方面，取得了豐碩的成果[3]。
利用遙感信息進行資源調查具有成本低、速度快，有利于克服自然界惡劣環(huán)境的限制，減少投資的盲目性，保證圖像數(shù)據(jù)的不斷更新等優(yōu)點。在資源調查之前， 可以利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)， 預先進行判讀和分析，以便圈定若干遠景區(qū)域，，有的放矢；其次利用衛(wèi)星影像和數(shù)據(jù)，參照路線考察的樣本和實況， 進行較小比例尺的自動分類與制圖，滿足概查的需要； 必要時再進一步縮小靶區(qū)范圍，進行大比例尺航空遙感與攝影測量， 結合地面實況調查和取樣，編制正射影像地圖及系列專題地圖，可以滿足定量、定位的精度要求。我國在地質及森林資源調查中的經驗表明，利用遙感可以節(jié)約成本一半， 加快速度一倍[4]。
2.2環(huán)境監(jiān)測
遙感技術在全球環(huán)境變化監(jiān)測方面的應用也是十分廣泛的，主要包括：（1）氣象監(jiān)測；（2）臭氧層監(jiān)測；（3）海洋監(jiān)測；（4）環(huán)境災害監(jiān)測等。在氣象監(jiān)測方面，衛(wèi)星遙感技術在氣象上的應用是比較成功的，氣象衛(wèi)星云圖為研究云的分布及運動規(guī)律提供了準確的信息，如臺風監(jiān)測等。在大氣臭氧觀測方面，大氣臭氧觀測包括總含量及其濃度分布廓線的測量。觀測方法有在地面上用臭氧分光光度計測量不同天頂角下的太陽紫外光譜， 從而計算出大氣臭氧總含量及其濃度分布線；或者在衛(wèi)星上測量大氣對太陽紫外線的后向散射光譜或大氣臭氧的紅外吸收光譜， 推大氣臭氧總含量及濃度分布廓線； 或者用氣球將臭氧探測儀送入高空， 測量平流層的臭濃度[5]。在海洋監(jiān)測方面，遙感能為海洋學家提供跟蹤大尺度洋流、中尺度渦流實時調查信息；為海洋氣象學的研究提供有關海面上空的云圖和風暴潮、臺風信息；為海洋生物學的研究提供有關海洋初級生產力和海洋生物環(huán)境方面的信息；為海洋地質研究提供有關重力場、海平面、大地水準面等海面地形的測高資料；還能為海洋環(huán)境保護提供快速大尺度監(jiān)測和區(qū)分海面溢油及其它海面污染的方法與圖像[6]。在環(huán)境災害監(jiān)測方面，遙感廣泛應用于地球溫室效應、洪澇災害、旱災、地震、森林火災、沙塵暴等環(huán)境現(xiàn)象的監(jiān)測中。以地震監(jiān)測為例，近年地震頻發(fā)，地震后，交通堵塞、通信中斷，遙感技術成為信息獲取和災害監(jiān)測的重要手段。衛(wèi)星遙感技術能夠及時提供宏觀災情，有利于有關方面對災情做出科學評估，進而采取救災防災減災措施，意義重大[7]。
3 結束語
遙感技術具有監(jiān)測范圍廣、速度快、成本低，且便于進行長期的動態(tài)監(jiān)測等優(yōu)勢， 它不僅可以廣泛應用于資源調查，而且可以快速、實時、動態(tài)、省時省力地進行大范圍的環(huán)境監(jiān)測。遙感技術作為資源調查和環(huán)境監(jiān)測的重要手段之一， 發(fā)揮著不可替代的作用。
參考文獻：
[1] 熊盛青.國土資源遙感技術應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].國土資源遙感，2002（1）：1-5.
[2] 徐冠華，田國良，王超，等.遙感信息科學的進展和展望[J].地理學報，1996，51（5）：385-397.
[3] 韓秀梅，張建民.農業(yè)遙感技術應用現(xiàn)狀[J].農業(yè)與技術，2006，26（6）：32-35.
[4] 黃敬峰.論遙感技術與資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展研究[J].遙感技術與應用，1999，14（1）：65-70.
[5]《大氣科學辭典》編委會.大氣科學辭典[M].北京：氣象出版社，1994.
摘要：
赤潮是最嚴重的海洋災害之一，它不僅破壞海洋漁業(yè)生產、惡化海洋環(huán)境、影響濱海旅游業(yè)，而且還會影響人類健康。衛(wèi)星遙感技術具有覆蓋范圍廣、重復率高、成本低廉等優(yōu)勢，近年來已成為赤潮監(jiān)測不可或缺的重要手段。本研究利用C＋＋語言建立了一套赤潮遙感監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能自動接收和處理遙感數(shù)據(jù)，并利用赤潮水體的光譜和固有光學量特征自動提取赤潮信息。在實際業(yè)務化應用中，該系統(tǒng)被國家監(jiān)測部門采用，在2013年4月至9月東海赤潮高發(fā)期間，該系統(tǒng)制作了55期赤潮遙感監(jiān)測產品，用于指導船舶現(xiàn)場監(jiān)測工作，取得了良好的應用效果。利用本系統(tǒng)對近年來東海發(fā)生的27次大型赤潮事件進行了發(fā)生位置和面積的提取，并與現(xiàn)場觀測結果進行比較。結果顯示，系統(tǒng)對大部分赤潮范圍的識別有較好的效果，對赤潮識別準確度大概在80％左右。
關鍵詞：
遙感；衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理；赤潮；赤潮自動監(jiān)測系統(tǒng)
引言
赤潮是水體中藻類短期內大量聚集或爆發(fā)性增殖引起的一種海洋現(xiàn)象。當赤潮發(fā)生在近岸特別是養(yǎng)殖區(qū)，由于部分引起赤潮的藻種還能分泌毒素，它會危害到漁業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、旅游業(yè)甚至人類社會的經濟和生命安全。我國是世界上海洋養(yǎng)殖業(yè)最發(fā)達的國家之一，因此赤潮對我國海洋環(huán)境和沿海經濟有著重要的影響。東海作為我國主要的邊緣海，擁有廣闊的海岸線和豐富的海洋資源，承載著長三角經濟區(qū)的高速發(fā)展。同時東海也是我國赤潮災害最嚴重的海區(qū)，其發(fā)生面積和次數(shù)均為全國海域之最［1］。為減少赤潮災害所造成的損失，對赤潮的監(jiān)測和防治是最首要和迫切解決的問題［2］。目前赤潮常規(guī)監(jiān)測手段主要是建立赤潮監(jiān)控區(qū)，對赤潮發(fā)生、發(fā)展和消亡過程水體生化參數(shù)、赤潮物種等進行采樣測量與分析，實現(xiàn)對赤潮事件的監(jiān)測；除此之外，對沿海赤潮的觀測記錄主要來自于海監(jiān)部門的飛機和沿海漁民等及時發(fā)現(xiàn)與上報。這些監(jiān)測手段容易受到赤潮爆發(fā)不確定性以及時間空間等的諸多限制，且產生的費用也通常較高。相比之下，衛(wèi)星遙感具有覆蓋范圍廣、重復率高、成本低廉等優(yōu)勢，近年來已是赤潮監(jiān)測不可或缺的重要手段。目前國內能監(jiān)測赤潮的系統(tǒng)不多，楊建洪等［3］利用遙感水色圖像和人工識別相結合的方法建立了赤潮監(jiān)測系統(tǒng)。與之不同的是，本文建立的東海赤潮遙感自動監(jiān)測系統(tǒng)是不需要人工干預的業(yè)務化系統(tǒng)，它實現(xiàn)了衛(wèi)星遙感資料自動接收和處理，以及利用赤潮水體的固有光學特性來自動提取赤潮信息。
一、系統(tǒng)構架
由于赤潮信息的提取需要快速及實效性，因此赤潮遙感自動監(jiān)測系統(tǒng)需要保障穩(wěn)定和實時的數(shù)據(jù)來源。它由兩個子系統(tǒng)組成，分別為衛(wèi)星海洋遙感數(shù)據(jù)接收與處理子系統(tǒng)和赤潮遙感信息提取子系統(tǒng)。
1．1 衛(wèi)星海洋遙感數(shù)據(jù)接收與處理子系統(tǒng)
1．2 赤潮遙感信息提取子系統(tǒng)
目前，赤潮遙感提取算法分為兩種。第一種是基于葉綠素質量濃度異常和水體反射率光譜性質的赤潮提取方法，如溫度法［4－5］、葉綠素質量濃度法［6－7］、特征波段組合法［8］、熒光法［9］和多源數(shù)據(jù)綜合分析法［10］等，該方法在近岸光學復雜水體中對赤潮的識別正確率較低，并且未能實現(xiàn)對赤潮水體的自動化識別和對赤潮實際發(fā)生類型的判斷。第二種是基于水體固有光學量的赤潮提取方法。這兩種方法各有自己的優(yōu)點和缺點。由于東海的赤潮一般都是發(fā)生在渾濁的二類水體，因此子系統(tǒng)中赤潮判別方法通過結合上面2種方法，以固有光學量提取為主，進行了赤潮遙感信息提取的集成。遙感固有光學量綜合算法赤潮判別流程如圖3所示。圖中的遙感數(shù)據(jù)為表1中的L2A數(shù)據(jù)，光譜相對高度指數(shù)RH的計算方法見文獻［11］，色素吸收比重和散射－吸收比值可以通過半分析算法計算［12］。
二、系統(tǒng)應用
赤潮遙感自動監(jiān)測系統(tǒng)于2012年底開發(fā)完成，2013年初部署到國家相關監(jiān)測部門，并投入運行，圖4為赤潮遙感自動監(jiān)測系統(tǒng)部分可視化界面。每天衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)通過遙感地面站自動接收和預處理，然后輸入赤潮遙感監(jiān)測系統(tǒng)進行自動處理，并生成赤潮遙感監(jiān)測產品，最后通過網絡把這些赤潮信息發(fā)送給相關部門，赤潮通報，所有這些流程只需要在2h內完成，實現(xiàn)了對東海的赤潮高發(fā)區(qū)進行每日準實時業(yè)務化監(jiān)測。在2013年4月至9月東海赤潮高發(fā)期間，系統(tǒng)制作了55期赤潮遙感監(jiān)測產品，圖5是本系統(tǒng)生成的單軌赤潮遙感監(jiān)測產品樣例，圖6是本系統(tǒng)生成的月份赤潮遙感監(jiān)測產品樣例。
三、討論
3．1 多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的應用評價
赤潮遙感自動監(jiān)測系統(tǒng)的基礎是實時獲取衛(wèi)星遙感資料，本系統(tǒng)使用的遙感資料是美國的MODIS衛(wèi)星，雖然MODIS衛(wèi)星運行正常，但已經超過它的服役期限，因此單一的數(shù)據(jù)源限制了系統(tǒng)的推廣應用。多源衛(wèi)星數(shù)據(jù)的輸入是系統(tǒng)下一步的擴展方向。目前在軌能使用的衛(wèi)星數(shù)據(jù)不多，如韓國的靜止衛(wèi)星GOCI和美國的NPP衛(wèi)星。自主衛(wèi)星HY－1B已經處于退役期很不穩(wěn)定，不過后期會有新的HY－1C／D星進行替換。如果這些衛(wèi)星數(shù)據(jù)都能作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，會極大地拓展系統(tǒng)的使用生存期和范圍。特別是GOCI靜止衛(wèi)星，它每天有8軌數(shù)據(jù)且能監(jiān)測同一地方，大大增加了赤潮監(jiān)測的頻次。
3．2 赤潮遙感提取效果評價
利用本系統(tǒng)對近年來東海發(fā)生的27次大型赤潮事件進行了發(fā)生位置和面積的提取，并與現(xiàn)場觀測結果進行比較，對遙感提取結果準確度進行評價（表2）?？梢钥闯?，總體上本系統(tǒng)對赤潮范圍的識別與實際公布面積存在一定差距，但從以上對各赤潮事件提取結果的詳細分析來看，大部分赤潮范圍的識別有較好的效果，對赤潮識別準確度大概在80％左右?！∮捎诒鞠到y(tǒng)使用的資料為可見光衛(wèi)星資料，該衛(wèi)星資料受云的影響較大，而且識別算法給出的閾值范圍為基于統(tǒng)計的固定值，對于不同海域和時間內發(fā)生的赤潮事件，容易受水體光學環(huán)境背景場的變化等多種條件的影響，因此識別結果與實際情況存在一定出入在所難免。另外，單純通過固有光學量算法提取赤潮區(qū)域相對比較困難，很容易受到非赤潮環(huán)境水體的干擾，必須借助于遙感反射率光譜共同識別；而為了降低對部分赤潮事件的漏判，對RH模型閾值的適當放寬應該也會對該模型算法的赤潮范圍識別效果造成一定的影響。通過此次對不同年份和區(qū)域的赤潮事件識別效果來看，本系統(tǒng)對于東海赤潮水體的識別具有較高可信度。
四、小結
關鍵詞：遙感技術 環(huán)境科學 應用 3S一體化 發(fā)展趨勢
遙感是從遠離地面的不同工作平臺上，如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船和航天飛機等，通過傳感器對地球表面的電磁波輻射信息進行探測，然后經信息的傳輸、處理和判讀分析，對地球的資源與環(huán)境進行探測與監(jiān)測的綜合性技術。遙感技術從遠距離采用高空鳥瞰的形式進行探測，包括多點位、多譜段、多時段和多高度的遙感影像以及多次增強的遙感信息，能提供綜合系統(tǒng)性、瞬時或同步性的連續(xù)區(qū)域性同步信息，在環(huán)境科學領域的應用具有很大優(yōu)越性。
20世紀90年代以來，環(huán)境遙感技術應用越來越廣。從陸地的土地覆被變化，城市擴展動態(tài)監(jiān)測評價，土壤侵蝕與地面水污染負荷產生量估算，生物棲息地評價和保護，工程選址以及防護林保護規(guī)劃和建設。到水域的海洋和海岸帶生態(tài)環(huán)境變遷分析，海面懸浮泥沙、葉綠素含量、黃色物質、海上溢油、赤潮以及熱污染等的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測，珊瑚和紅樹林的現(xiàn)狀調查與變化監(jiān)測，堤壩的規(guī)劃與水沙平衡分析，水下地形地遙調查以及水域初級生產率的估算。再到大氣環(huán)境遙感中的城市熱島效應分析，大氣污染范圍識別與定量評價，大氣氣溶膠污染特征參數(shù)化，全球水、氣和化學元素等的循環(huán)研究，全球環(huán)境變化以及重大自然災害的評估等，幾乎覆蓋了整個地球系統(tǒng)。
一、遙感技術在環(huán)境科學中的應用
1.遙感技術在水污染監(jiān)測方面的應用
（1）利用紅外掃描儀監(jiān)視石油污染
全球每年排入海洋的石油及其制品高達1000萬噸，利用多光譜航片可對海面石油污染進行半定量分析，將彩色航片同步拍照與近紅外片做的彩色密度分割圖相比較，更精密地判斷和解譯信息，參照圖片畫出不同油膜厚度的大致分級圖。通過彩色密度分割圖像，特別是數(shù)字密度分割圖，可以更準確地判斷油量的分布情況。通過彩色密度分割可把相差零點零幾厚度的海面油膜區(qū)分出層次來，這有利于用航空遙感對海面油的擴散分布和半定量研究。濃度大的地方是黃色，往外擴散的油膜變薄，呈黃紫混在一起的顏色，再往外擴散的油膜就更薄些呈紫色。通過對污染發(fā)生后各天的氣象衛(wèi)星圖像的對比分析，確定油膜的漂移方向，計算出其擴散速度和擴散面積。
（2）利用遙感技術監(jiān)測水體富營養(yǎng)化
浮游植物中的葉綠素對藍紫光和紅橙光有較強的吸收作用，當水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化時，我們就可以利用遙感技術推算出水體中的葉綠素分布情況。赤潮區(qū)的海水光譜特征是藻類、泥沙和海水的復合光譜，另外有機或無機顆粒物也會吸收入射光，影響水體的透明度。
（3）通過遙感技術調查廢水污染和泥沙污染
廢水的顏色與懸浮物性狀千差萬別，特征曲線上的反射峰位置和強度也不大一樣，可以用多光譜合成圖像進行監(jiān)測。水中懸浮泥沙的濃度和粒徑增大，水體反射量也會相應增加，反射峰隨之紅移，定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段是0.65～0.85微米。
（4）應用紅外掃描儀監(jiān)測水體熱污染
應用紅外掃描儀記錄水體的熱輻射能量，真實反映其溫度差異。在熱紅外圖像上，熱水溫度高，輻射能量多，呈淺色調。冷水和冰輻射能量少，呈深色調。熱排水口處通常呈白色羽流，利用光學技術和計算機對熱圖像作密度分割，根據(jù)少量的同步實測水溫，畫出水體等溫線。
（5）通過遙感技術分析水域的分布變化和水體沼澤化
水體總體反射率較低，選擇1.55～1.75微米波段的多時域影像可以分析水域的分布變化。沼澤化在時域圖像上反映為水體面積縮小，從水體向邊緣有規(guī)律變化，顯示出不同程度的植被特征。
2.遙感技術在大氣環(huán)境監(jiān)測方面的應用
（1）臭氧層
臭氧層位于地球上空25～30千米的平流層中，對0.3米以下紫外區(qū)的電磁波有較大吸收，可用紫外波段來測定臭氧層的變化。臭氧層在2.74毫米處也有一個吸收帶，可用頻率為11O83兆赫茲的地面微波輻射計來測定臭氧在大氣中的垂直分布。另外臭氧層會吸收太陽紫外線而升溫，可使用紅外波段來探測，如用7.75～13.3微米熱紅外探測器測定臭氧層的溫度變化，參照濃度與溫度的相關關系，推算出臭氧濃度的水平分布。
（2）大氣氣溶膠
利用遙感圖像可分析大氣氣溶膠的分布和含量，工業(yè)煙霧、火災濃煙和大規(guī)模沙塵暴在遙感圖像上都有清晰的圖像，可以直接圈定其大致范圍。利用周期性氣象衛(wèi)星圖可監(jiān)測沙塵運動，估計其運動速度，及時預報沙塵暴。通過衛(wèi)星資料可及早發(fā)現(xiàn)森林火災，把災害損失降到最低。大比例圖片可用來調查城市煙囪的數(shù)量和分布，還可以通過煙囪陰影的長度來計算其大致高度。應用計算機對影像進行微密度分割，建立煙霧濃度與影像灰度值的相關關系，可測出煙霧濃度的等值線圖。
（3）有害氣體
彩紅外相片可監(jiān)測有毒氣體對污染源周圍樹木和農作物的危害情況，通過植物對有害氣體的敏感性來推斷某地區(qū)大氣污染的程度和性質。一般污染較輕的地區(qū)，植被受污染的情況不宜被人察覺，但其光譜反射率卻會明顯變化，在遙感影像上表現(xiàn)為灰度的差異。正常生長的植物葉片能強烈反射紅外線，在彩紅外相片上色澤鮮紅明亮。受到污染的葉子，其葉綠素遭到破壞，對紅外線的反射能力下降，其彩紅外相片顏色發(fā)暗，如白蠟樹受污染后呈紫紅色，柳樹呈品紅色略帶藍灰色。
（4）氣候變化
美國、歐盟、日本和俄羅斯的地球同步軌道氣象衛(wèi)星組成的靜止氣象衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)晝夜不停地觀測地球的氣候變化，得到全球范圍內的大氣參數(shù)、海洋參數(shù)、地表狀況、輻射收支和臭氧分布等信息，對全球變暖、臭氧層空洞以及厄爾尼諾現(xiàn)象的研究非常重要。 3.遙感技術在城市環(huán)境監(jiān)測與管理中的應用
彩紅外遙感影像可監(jiān)測固體廢棄物引起的生態(tài)環(huán)境變化，熱紅外遙感影像可調查工業(yè)廢水和廢氣的排放情況。城市道路寬的呈帶狀和環(huán)狀，窄的呈線狀，城市廣場一般以塊狀藍灰色與街道緊密相連于中心地帶。居民區(qū)呈灰色，高層樓房帶有寬長影，平房呈密集排列的小長方塊狀。水系呈淺藍色，綠地呈紅色。從遙感圖像上獲取這些信息，對優(yōu)化城市結構有很大幫助。另外城市里的高大建筑物對太陽輻射和其他熱輻射的吸收和釋放特性跟以土地和農作物為主要下墊面的郊區(qū)有很大不同，利用熱紅外遙感對城市下墊面進行分析就可以得出城市的熱島效應。
4.應用遙感技術監(jiān)控生態(tài)環(huán)境
【關鍵詞】遙感服務產品決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
在我國的衛(wèi)星氣象中心運行的過程中，要應用到大量的遙感服務產品，其在工作的過程中能夠對各種天氣狀態(tài)、環(huán)境等進行有效的檢測，并生成大量的衛(wèi)星數(shù)據(jù)及檢測報告，這些數(shù)據(jù)對于天氣預報、環(huán)境災害預測等具有非常重要的作用，隨著各項研究的深入，其數(shù)據(jù)量會越來越大，如果采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理方式，將難以做到大量遙感服務產品數(shù)據(jù)的高效管理， 設計出遙感服務產品決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是非常必要的，本文就針對此予以簡單分析。
一、 遙感服務決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的主要功能
遙感服務決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設計應該具備以下幾點基本功能：（1）決策服務，在遙感服務產品運行的過程中，會對各類天氣、環(huán)境等重大氣象事件進行檢測，會生成大量的檢測圖像及報告，并采用相應的報告的形式對其進行存儲，在相關的決策工作中，需要對這些文件內容進行瀏覽、分析、總結，以便于做出正確的決策；（2）業(yè)務流程的優(yōu)化，在遙感服務決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，需要具備清晰、簡化的業(yè)務流程，以便于業(yè)務人員開展相關的數(shù)據(jù)錄入、存儲及備份工作；（3）業(yè)務工作拓展，遙感服務產品中的大量數(shù)據(jù)之間的關系是具有一定的復雜性的，遙感服務決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)要能夠對各項數(shù)據(jù)進行清晰的分類統(tǒng)計，方便后續(xù)的業(yè)務拓展工作。
二、 遙感服務決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計方案
1、 關聯(lián)關系及屬性的設計
本次研究中，進行遙感服務決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計時，數(shù)據(jù)的組織中心是事件，針對某一特定的事件來進行監(jiān)測，然后應用各種衛(wèi)星的監(jiān)測數(shù)據(jù)來開展相應監(jiān)測圖像的制作，并要依據(jù)實際情況來進行監(jiān)測報告的，對系統(tǒng)中各種關聯(lián)關系及屬性進行簡單描述：（1）事件-監(jiān)測圖像，在實際的運行工作中，各種天氣、環(huán)境等事件與監(jiān)測圖像之間保持的是一對多的關系，并且在實際的工作中，由于存在類別、劇烈程度、持續(xù)時間上的差別，會存在各種種類、數(shù)目不同的監(jiān)測圖像；（2）事件-監(jiān)測報告，它們之間同樣是一對多的關系，并且會因事件類別、持續(xù)時間、劇烈程度的不同，存在各種種類、數(shù)目不同的監(jiān)測報告；（3）監(jiān)測圖像-衛(wèi)星數(shù)據(jù)源，圖像的制作過程中會根據(jù)事件的實際需求來選擇種類、區(qū)域、時間不同的衛(wèi)星數(shù)據(jù)源，并且其數(shù)據(jù)源會隨著時間的變化不斷的變化；（4）事件類型，主要有：暴雨強對流、大霧、沙塵、熱帶氣旋、積雪、海冰、火情、水情等；（5）監(jiān)測圖像屬性：圖像種類、時間、存儲路徑、名稱等；（6）監(jiān)測報告屬性，主要有：報告編號、屬于某個事件、時間、時間種類、存儲路徑、名稱等。
2、 實體關系設計
本次設計中，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實體有四個，分別是衛(wèi)星數(shù)據(jù)源、監(jiān)測報告、監(jiān)測圖像、事件等，各實體之間的關系圖如圖1所示。
圖1 實體關系圖
三、 遙感服務決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)
本次研究中遙感服務產品決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計是在.NET環(huán)境下開發(fā)，開發(fā)過程中應用的語言主要是C語言，底層數(shù)據(jù)庫主要采用的是SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)的架構主要是C/S三層結構，數(shù)據(jù)訪問過程中應用的主要技術是技術。
系統(tǒng)的界面設計過程中，主要采用的是兩層頁面切換方式，為了方便相關數(shù)據(jù)信息的應用，在系統(tǒng)界面設計的過程中，將系統(tǒng)信息的錄入與其信息的檢索放置于同一框架中，使用起來非常的方便。在實際的應用過程中，相關信息的錄入，需要依據(jù)上文中提到的關聯(lián)關系及屬性設計中的相關內容，先確定錄入事件的類型，再結合其監(jiān)測報告及監(jiān)測圖像來開展錄入及查詢操作。
提供多種信息的檢索方式是遙感服務產品決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的一個非常重要的功能，在實際的應用過程中，可以根據(jù)相關事件的屬性來進行其監(jiān)測圖像及監(jiān)測報告的查詢，圖像的種類、數(shù)據(jù)源、時間等信息都可以用來進行監(jiān)測圖像的查詢，查詢完成后，相關的查詢結果會在圖像文件名列表中進行顯示，并可以進行其存儲路徑的預覽，相關的檢測報告可以依據(jù)報告編號及事件種類來進行查詢，相關的查詢結果會在報告文件名列表中顯示，可以查看其存儲路徑，并能夠實現(xiàn)圖像的預覽。
結束語
本文主要結合衛(wèi)星氣象中心的遙感服務產品的工作特點，對以事件為中心的遙感服務產品決策支持數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)進行了簡單分析，這對于遙感服務產品大量數(shù)據(jù)信息的高效的管理具有積極的作用，能夠有效的提升遙感服務產品的服務水平。
參考文獻
面向海上臺風監(jiān)測、海上溢油監(jiān)測和森林火災監(jiān)測等典型應用主題對多源遙感衛(wèi)星協(xié)同觀測的復雜任務要求，研究面向應用主題的多源遙感衛(wèi)星需求建模方法，開展典型應用主題的多樣化需求建模、多源衛(wèi)星觀測能力建模和多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略建模研究，并基于上述模型開展多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略建模研究，為多星協(xié)同任務規(guī)劃提供優(yōu)化目標和約束條件，并完成相關模型方法的軟件實現(xiàn)。
【關鍵詞】遙感衛(wèi)星 應用主題 需求建模 協(xié)同觀測
1 問題概述
1.1 研究現(xiàn)狀
遙感衛(wèi)星需求建模是對衛(wèi)星觀測任務的要求進行定義、量化和綜合的過程，也是對不同類型的應用需求進行統(tǒng)籌、提高應用需求滿足度的過程，是衛(wèi)星任務規(guī)劃的優(yōu)化目標，是確保任務規(guī)劃結果的正確性、合理性的基礎，也是衛(wèi)星觀測應用效能充分發(fā)揮的基礎。早期遙感衛(wèi)星需求建模以簡單的軌道覆蓋需求為主，主要用于單一遙感衛(wèi)星、單一觀測任務的訪問時間窗任務規(guī)劃；隨著遙感衛(wèi)星功能性能的提升、應用領域的擴展和衛(wèi)星數(shù)量的增多，遙感衛(wèi)星需求建模開始關注空間分辨率、載荷譜段、側擺范圍等多要素的整體需求建模，為多源衛(wèi)星的多任務規(guī)劃提供支撐。
1.2 主要問題
目前遙感衛(wèi)星需求建模存在的主要問題是：在需求模型要素體系構建方面，雖然在觀測需求模型中已開始考慮分辨率、載荷譜段等觀測能力指標要求，但這些單純的指標要求并不能全面完整反映衛(wèi)星遙感應用，例如國土、海洋、林業(yè)、減災等業(yè)務應用領域的應用需求，缺乏將最終應用需求轉化為衛(wèi)星觀測能力指標和工作約束條件的模型；在多星協(xié)同觀測需求建模方面，雖然在需求模型中已開始引入多星、多任務及任務協(xié)作的觀測要求，但這種需求模型通常與具體的應用場景聯(lián)系不密切，沒有從應用目的對多源衛(wèi)星協(xié)同觀測的要求出發(fā)開展協(xié)同觀測需求建模。
上述傳統(tǒng)的遙感衛(wèi)星需求建模方法，在當今衛(wèi)星遙感應用在響應時效性、手段綜合性、任務精準性等要求日益突出，遙感衛(wèi)星多星組網協(xié)同觀測能力持續(xù)提升的背景下，愈來愈難以適應滿足復雜多樣應用需求、提升任務規(guī)劃有效性、發(fā)揮多源衛(wèi)星系統(tǒng)綜合效能的要求。因此亟需面向若干典型應用主題，開展多源遙感衛(wèi)星需求建模方法研究，為充分發(fā)揮多源遙感衛(wèi)星針對復雜應用任務的綜合效能奠定技術基礎。
2 基本模式
面向應用主題的多源遙感衛(wèi)星需求建模與任務規(guī)劃的基本模式是：
（1）首先進行典型應用主題的多樣化需求建模，采用統(tǒng)一的需求定義模板，將不同應用主題的差異化需求轉化為結構統(tǒng)一、參量各異的定量化需求模型；
（2）其次進行多源衛(wèi)星觀測能力建模，同樣采用統(tǒng)一的約束定義模板，將不同衛(wèi)星的軌道、姿態(tài)、成像等觀測能力約束條件轉化為統(tǒng)一的觀測能力模型；
（3）然后進行多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略建模，根據(jù)不同應用主題的觀測要求，按照觀測任務間的邏輯與時序關系，構建多源衛(wèi)星的協(xié)同觀測策略組合；
（4）進而開展應用需求與衛(wèi)星觀測能力模型關聯(lián)分析，通過應用需求模型各參量與觀測能力模型各參量間的映射關系，將各自應用主題的應用需求轉化為衛(wèi)星觀測能力約束條件，篩選出觀測能力約束條件滿足應用需求的衛(wèi)星及其載荷資源；
（5）最后進行多源衛(wèi)星協(xié)同任務規(guī)劃，基于模型關聯(lián)分析得到的可用衛(wèi)星及其載荷資源，按照上文構建的觀測策略組合，針對觀測目標進行訪問時間窗計算，在消解訪問沖突后得到任務規(guī)劃結果；如果結果不滿足應用需求，則可通過調整應用需求或衛(wèi)星觀測能力的模型設置，通過迭代修正進行優(yōu)化
面向應用主題的多源遙感衛(wèi)星需求建模與任務規(guī)劃的基本模式如圖 1所示。
3 建模與分析方法
3.1 典型應用主題的多樣化需求建模方法
傳統(tǒng)的遙感衛(wèi)星任務調度方法對觀測需求通常只考慮任務目標區(qū)域可覆蓋、任務時間不超出給定范圍等指標，很少從特定應用對觀測資源和能力的要求出發(fā)，包含分辨率、觀測譜段、協(xié)同觀測時序等應用能力指標的觀測需求模型。典型應用主題的多樣化需求建模方法流程如圖 2所示。
（1）確定所需觀測的應用主題，例如海上臺風監(jiān)測、海上溢油監(jiān)測、森林火災監(jiān)測等應用主題，記為A；
（2）基于給定的應用主題A，提取和篩選應關注的重點觀測目標，目標形態(tài)可以是點目標、線目標或區(qū)域目標，目標數(shù)量可以是單個也可以是多個，目標狀態(tài)可以是靜止目標、固定時敏目標或位置移動目標，這些觀測目標記為T1，T2……Tm，m為觀測目標數(shù)量；
（3）針對觀測目標Ti（i=1，2……m），從發(fā)現(xiàn)、識別、確認、量測、屬性分析等應用要求與觀測信息提取程度出發(fā)，構建相應目標的觀測特征要素體系，例如位置、尺寸、形態(tài)、色調、紋理、光譜、空間結構等，這些特征記為S1，S2……Sn，n為觀測目標Ti數(shù)量；
（4）針對特征要素Sj（j=1，2……n），使用通用的觀測指標體系，例如覆蓋范圍、空間分辨率、光譜譜段、觀測頻次、響應時長等，對每一個觀測目標特征要素的觀測需求進行定量化的描述，這些指標記為X1，X2……Xr，r為觀測目標Ti的特征Sj數(shù)量；
（5）根據(jù)應用主題A對上述特征要素S1，S2……Sn觀測需求的優(yōu)先度差異，以及獲取不同類型特征要素間內在的邏輯關系，構建不同特征要素在時序與優(yōu)先級上的邏輯關系，用函數(shù)表示為F（X1，X2……Xr）。
完成上述流程后，面向給定典型應用主題的多樣化需求模型即構建完成，該需求模型是面向應用主題的多源遙感衛(wèi)星需求建模的初始條件，也是多源衛(wèi)星協(xié)同任務規(guī)劃的規(guī)劃目標。
3.2 多源衛(wèi)星觀測能力建模方法
對遙感衛(wèi)星及其載荷的觀測能力建模，定量描述衛(wèi)星及其載荷能力約束條件，是多源遙感衛(wèi)星需求建模和任務規(guī)劃的基本要求。傳統(tǒng)的遙感衛(wèi)星任務調度方法的衛(wèi)星及載荷能力約束條件一般只考慮軌道、姿態(tài)、載荷視場等特性，某些場合增加一些衛(wèi)星能源、數(shù)據(jù)存儲方面的約束，但很少考慮成像質量、響應時效性、信息獲取能力等衛(wèi)星應用能力約束條件。多源衛(wèi)星存在應用對象復雜、衛(wèi)星性能多樣、應用能力不一等特點，若采用傳統(tǒng)方法存在衛(wèi)星及載荷能力約束與應用需求相脫節(jié)的問題。多源衛(wèi)星及載荷多樣化能力建模方法基于不同衛(wèi)星各自的平臺、載荷等性能指標及其成像能力，構建跨衛(wèi)星、跨載荷的多源衛(wèi)星觀測能力指標體系，將個別的、具體的衛(wèi)星觀測能力指標轉為一般的、通用的衛(wèi)星觀測能力模型，以適應多源衛(wèi)星協(xié)同觀測的需要。多源衛(wèi)星觀測能力建模方法如圖 3所示。
（1）根據(jù)給定的應用主題A，以及給定可用的多源遙感衛(wèi)星W1，W2……Wr（r為衛(wèi)星數(shù)量），識別出衛(wèi)星及其載荷觀測能力的共性要素，例如軌道、姿態(tài)、成像質量、信息獲取能力等，記為P1，P2……Pm，m為共性要素數(shù)量；
（2）針對要素Pi（i=1，2……m），按照不同觀測能力要素的特點，分別用不同方法構建要素Pi的描述模型，例如：對于軌道要素可用二體運動模型、J2模型、兩行根數(shù)模型等進行公式化的描述，對于姿態(tài)要素可用姿態(tài)參數(shù)序列等進行序列化的描述，對于成像質量要素可用包含空間分辨率、光譜譜段、視場角、信噪比等參量進行指數(shù)化的描述，對于信息獲取能力可用是否具備立體觀測能力、是否具備全天候觀測能力等進行模板化的描述；
（3）針對要素Pi（i=1，2……m）的描述模型，確定其模型參數(shù)，記為Q1，Q2……Qn，n為模型參數(shù)數(shù)量，從而使得要素Pi的模型可用函數(shù)G（Q1，Q2……Qn）表示，例如：對于軌道模型中的二體模型可用軌道六根數(shù)作為模型參數(shù)，對于姿態(tài)模型可用滾動、俯仰、偏航三軸姿態(tài)角的時序參數(shù)作為模型參數(shù)；
（4）從全部給定可用衛(wèi)星中，選定衛(wèi)星Wj（j=1，2……r），其中若一顆衛(wèi)星有多個載荷，因不同載荷的觀測能力存在差異，可將同一衛(wèi)星的不同載荷也等同于多個衛(wèi)星；
（5）對選定的衛(wèi)星Wj（j=1，2……r）的模型參數(shù)Q1，Q2……Qn進行量化，具體參數(shù)量化值可來自于衛(wèi)星設計參數(shù)、地面測試參數(shù)或在軌運行監(jiān)測參數(shù)。
上述步驟即是多源衛(wèi)星觀測能力建模方法的基本流程，完成這一過程即為多源衛(wèi)星需求建模和協(xié)同任務規(guī)劃提供了基本約束條件。
3.3 多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略建模方法
上述衛(wèi)星觀測能力建模完成后，各個衛(wèi)星自身的觀測能力即可得到定量化描述，但是多源遙感衛(wèi)星協(xié)同觀測與單星觀測的區(qū)別除了衛(wèi)星數(shù)量的增多、重訪周期的縮短等外部特點以外，其本質特點在于通過多個遙感衛(wèi)星及其載荷間的引導、互補、覆蓋、接力、融合、多視角等關聯(lián)性，實現(xiàn)單個衛(wèi)星、單一觀測手段難以實現(xiàn)的觀測能力，使得多源衛(wèi)星協(xié)同觀測的整體觀測能力大于各個單一衛(wèi)星獨立觀測能力的總和。多源衛(wèi)星協(xié)同觀測主要有以下幾種策略：
（1）引導協(xié)同策略：指的是以某一顆或某一類遙感衛(wèi)星的觀測結果，作為其它遙感衛(wèi)星進行觀測的引導信息，從而實現(xiàn)不同遙感衛(wèi)星間的信息引導觀測。例如：在森林火災監(jiān)測這一典型應用主題中，首先使用大幅寬但是空間、光譜分辨率較低衛(wèi)星進行大范圍的區(qū)域普查，發(fā)現(xiàn)疑似火點信息，然后再引導高光譜、高空間分辨率的衛(wèi)星進行精細識別，從而實現(xiàn)森林火災等目標的快速感知與精細識別的統(tǒng)一，提高衛(wèi)星用于應急響應的應用能力；
（2）互補協(xié)同策略：指的是具備不同觀測能力的多顆、多類遙感衛(wèi)星，根據(jù)不同的觀測條件，選擇滿足觀測條件最優(yōu)的衛(wèi)星進行觀測，從而實現(xiàn)不同遙感衛(wèi)星信息獲取手段上的互補，提高觀測可靠性與有效性。例如：在海上船只識別這一典型應用主題中，當觀測時段為白天、天氣條件良好的情況下優(yōu)先選用光學遙感衛(wèi)星進行觀測，而當觀測時段為黑夜或天氣條件惡劣的情況下則優(yōu)先選用SAR遙感衛(wèi)星進行觀測，從而實現(xiàn)光學和SAR兩種類型遙感衛(wèi)星間的互補協(xié)同，最終實現(xiàn)對海上船只的全天候觀測能力；
（3）覆蓋協(xié)同策略：指的是多顆遙感衛(wèi)星針對大范圍區(qū)域目標，為各顆衛(wèi)星分別指定不同觀測區(qū)域，從而實現(xiàn)多顆遙感衛(wèi)星對大范圍區(qū)域的快速觀測，減少或避免無效的重復觀測，縮短整體觀測周期，提升信息獲取時效性；
（4）接力協(xié)同策略：指的是對同一目標，通過多個衛(wèi)星在短時間內依次過境進行多次觀測，延長對同一目標的整體觀測時長，實現(xiàn)對同一目標特別是固定時敏目標或位置移動目標的連續(xù)觀測能力。例如：在海上船只監(jiān)測這一典型應用主題中，可以通過多顆衛(wèi)星在短時間內連續(xù)通過目標區(qū)，實現(xiàn)十余分鐘至數(shù)十分鐘的連續(xù)監(jiān)視，從而實現(xiàn)對海上船只運動過程、運動狀態(tài)的觀測；
（5）融合協(xié)同策略：指的是對同一目標，通過多種不同類型衛(wèi)星或載荷分別進行觀測，獲取不同類型觀測信息，對這些觀測信息進行像素、特征或決策等不同尺度的信息融合處理，實現(xiàn)多種信息源的融合應用。例如：全色衛(wèi)星載荷與多光譜衛(wèi)星載荷融合便是典型的融合協(xié)同觀測，可以實現(xiàn)對同一目標的高空間分辨率與高光譜分辨率信息融合應用。
（6）多視角協(xié)同策略：指的是對同一目標，通過多顆遙感衛(wèi)星從多個角度同時或在較短時間內進行多次觀測，從而不僅可以獲取目標各個方向、各個角度的信息，更可以通過攝影測量處理獲取目標的三維立體信息。
多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略建模的基本方法如圖 4所示。
（1）確定協(xié)同觀測策略類型：基于給定的典型應用主題A，從上述協(xié)同觀測策略或更多的協(xié)同觀測策略中，選取一種或多種多源遙感衛(wèi)星協(xié)同觀測策略類型，記為C；
（2）篩選協(xié)同觀測衛(wèi)星及其載荷資源：在給定的協(xié)同觀測策略類型C條件下，從給定可用的多源遙感衛(wèi)星W1，W2……Wr（r為衛(wèi)星數(shù)量）中，選取若干遙感衛(wèi)星及其載荷作為參與協(xié)同觀測的衛(wèi)星資源，記為K1，K2……Kl（l為參與協(xié)同觀測的衛(wèi)星數(shù)量）；
（3）定義多源衛(wèi)星及其載荷觀測時序：根據(jù)協(xié)同觀測策略類型C，以及應用主題A和參與協(xié)同觀測的衛(wèi)星資源K1，K2……Kl等條件，同時考慮不同衛(wèi)星及其載荷間的數(shù)據(jù)特征依賴關系，定義多顆遙感衛(wèi)星協(xié)同觀測的時序，包括一般意義上的時間順序，也包括邏輯上的前后承接關系，例如：假設Ki為大幅寬、中低分辨率衛(wèi)星資源，Kj為小幅寬、高分辨率衛(wèi)星資源，在觀測時Ki衛(wèi)星首先進行大范圍普查觀測，Kj衛(wèi)星然后進行小區(qū)域精細觀測，則上述兩顆衛(wèi)星觀測的時序可記為KiKj；
（4）定義多源衛(wèi)星及其載荷多次觀測的間隔時間要求：在確定多源衛(wèi)星及其載荷觀測時序后，進一步定義相鄰時序的前序衛(wèi)星資源觀測事件與后續(xù)衛(wèi)星資源觀測事件的間隔時間要求，包括最小間隔時間和最大間隔時間，例如：對于衛(wèi)星觀測時序KiKj，其最小間隔時間記為ΔTmin，最大間隔時間記為ΔTmax；
（5）量化描述單次觀測的特定觀測條件：對于任意一次觀測事件Ki，對其特定的觀測條件，例如：衛(wèi)星觀測指向角、單次連續(xù)觀測時長、是否要求立體成像等用量化指標進行描述，可以是指數(shù)型參數(shù)，也可以是狀態(tài)型參數(shù)，記為Y1，Y2……Yh（h為單次觀測的特點觀測條件參數(shù)數(shù)量）。
通過上述步驟，即完成了多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略建模，為多源衛(wèi)星需求建模和協(xié)同任務規(guī)劃提供了協(xié)同觀測約束條件。
3.4 應用需求與衛(wèi)星觀測能力模型關聯(lián)分析方法
在典型應用主題的多樣化需求建模、多源衛(wèi)星觀測能力建模和多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略建模完成后，以同類模型參數(shù)為紐帶，構建典型應用主題的多樣化需求模型的需求指標參數(shù)與多源衛(wèi)星觀測能力模型的衛(wèi)星及載荷能力指標參數(shù)間的映射關系，實現(xiàn)“應用任務需求參數(shù)――衛(wèi)星及載荷能力參數(shù)”的關聯(lián)與轉化；同時以衛(wèi)星軌道運動模型為基礎，將多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略模型的相關策略參數(shù)轉化為時間序列事件，并引入衛(wèi)星軌道運動時間序列中，從而實現(xiàn)將多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略模型參數(shù)轉化為多源衛(wèi)星觀測能力模型附有時間條件的約束參數(shù)；最終基于衛(wèi)星軌道運動模型及目標訪問計算進行任務規(guī)劃，得到滿足給定應用需求與衛(wèi)星觀測能力的可用任務集。
應用需求與衛(wèi)星觀測能力模型關聯(lián)分析基本流程如圖 5所示。
（1）獲取典型應用主題的多樣化需求模型的模型參數(shù)集：這里的模型參數(shù)主要指需求模型特征參數(shù)X；
（2）獲取多源衛(wèi)星觀測能力模型的模型參數(shù)集：這里的模型參數(shù)主要指衛(wèi)星及載荷觀測能力指標參數(shù)Q；
（3）需求與觀測能力模型參數(shù)關聯(lián)與轉化：構建典型應用主題的多樣化需求模型的模型參數(shù)集X與多源衛(wèi)星觀測能力模型的模型參數(shù)集Q兩者間的同類型模型參數(shù)間的映射關系，例如：應用需求模型的空間分辨率參數(shù)為Xi，衛(wèi)星觀測能力模型的某衛(wèi)星資源空間分辨率指標參數(shù)為Qj，則建立Xi到Qj的映射；
（4）衛(wèi)星及載荷資源篩選：根據(jù)需求與觀測能力模型參數(shù)的關聯(lián)關系，通過模型參數(shù)比對分析，計算衛(wèi)星觀測能力參數(shù)是否滿足應用需求參數(shù)的要求，篩選出滿足要求的衛(wèi)星及載荷資源；
（5）獲取多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略模型參數(shù)集：這里的模型參數(shù)主要指策略條件參數(shù)Y；
（6）策略分解為時序事件：將設置的多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略Y按照策略中定義的事件的時間序列分解，構建時序事件Y（t），將協(xié)同觀測策略用一系列衛(wèi)星動作事件的時間序列來表示；
（7）策略時序事件關聯(lián)與轉化：將多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略時序事件Y（t）與經過衛(wèi)星與載荷資源篩選的多源衛(wèi)星觀測能力模型的模型參數(shù)集Q進行關聯(lián)，根據(jù)策略時序事件Y（t），分別為每一步時序事件設置對應的衛(wèi)星觀測能力模型參數(shù)；
（8）目標訪問任務規(guī)劃：在上述模型參數(shù)關聯(lián)分析的基礎上，基于衛(wèi)星軌道模型進行目標訪問計算，得到滿足應用需求與衛(wèi)星觀測能力要求的觀測任務序列。
上述步驟完成后，即完成了整個的面向應用主題的多源遙感衛(wèi)星需求建模，從而將用戶的觀測應用需求，轉化為符合衛(wèi)星及載荷觀測能力約束條件，并通過任務規(guī)劃得到滿足應用需求的觀測任務，從而為衛(wèi)星觀測任務計劃制定提供依據(jù)。
4 軟件實現(xiàn)
基于上文所述的建模方法，面向海上臺風監(jiān)測、海上溢油監(jiān)測和森林火災監(jiān)測等典型應用主題，以目前在軌的高分、資源、環(huán)境等國產遙感衛(wèi)星為衛(wèi)星資源，研制多源遙感衛(wèi)星協(xié)同數(shù)據(jù)獲取需求建模軟件，實現(xiàn)面向應用主題的多源遙感衛(wèi)星需求建模方法軟件實現(xiàn)。
整個軟件采用“平臺+插件”的體系架構，構建統(tǒng)一的基礎支撐平臺，實現(xiàn)對處理數(shù)據(jù)、計算資源和模塊插件的統(tǒng)一管理；上文所述的各個模型開發(fā)為相對獨立的算法模塊插件，可被軟件基礎支撐平臺靈活調用，并通過不同插件之間的組合，形成不同的處理流程和完整的面向應用主題多源遙感衛(wèi)星需求建模功能。
軟件主要包括三大組成部分：觀測需求分析軟件、觀測任務管理軟件、分析結果可視化軟件。觀測需求分析軟件實現(xiàn)對典型應用主題多樣化需求的建模和多源衛(wèi)星觀測能力的建模，觀測任務管理軟件實現(xiàn)對多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略的定制以及任務規(guī)劃分析，分析結果可視化軟件實現(xiàn)對基于需求建模的任務規(guī)劃分析結果三維可視化展示。
觀測需求分析軟件的整體界面及典型應用主題多樣化觀測需求配置界面分別如圖 6和圖 7所示。
觀測任務管理軟件的整體界面及多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略配置界面分別如圖 8和圖 9所示。
分析結果可視化軟件的需求建模與任務規(guī)劃分析結果界面如圖 10所示。
5 結論
本文面向多源遙感衛(wèi)星的協(xié)同觀測應用需求，針對典型應用主題開展了了多樣化需求建模研究；針對多星、多載荷的差異化觀測能力與協(xié)同觀測要求，開展了多源遙感衛(wèi)星觀測能力建模與多源衛(wèi)星協(xié)同觀測策略建模研究；并基于上述建模結果，開展了應用需求與衛(wèi)星觀測能力模型關聯(lián)分析研究，實現(xiàn)應用需求向衛(wèi)星觀測能力的轉化；最后對相關模型開發(fā)相應軟件，完成面向應用主題的多源遙感衛(wèi)星需求建模軟件實現(xiàn)。
本文所述的面向應用主題的多源遙感衛(wèi)星需求建模方法可以為復雜衛(wèi)星對地觀測任務的任務規(guī)劃提供技術支撐，也可以為衛(wèi)星遙感應用效能優(yōu)化提供驗證手段。同時，本文所研究的建模方法還只以若干典型應用主題為個別應用場景開展研究，模型所用的衛(wèi)星資源也只是常規(guī)遙感衛(wèi)星資源，后續(xù)一方面應對所研究的應用主題進行拓展，使本文所述建模方法成為具有應用主題普適應的需求模型構建方法，另一方面應將敏捷衛(wèi)星、靜止軌道凝視衛(wèi)星、視頻衛(wèi)星等新型衛(wèi)星資源開展納入建模體系并開展研究，應對衛(wèi)星技術發(fā)展的需要。
參考文獻
[1]馬萬權，張學慶，崔慶豐等.多用戶對地觀測需求統(tǒng)籌處理模型研究[J].測繪通報，2014（S0）：141-143.
[2]巫兆聰，徐卓知，楊帆.遙感衛(wèi)星應用需求滿足度的模糊評估[J].應用科學學報，2015，33（3）：299-308.
[3]Michel Vasquez，Jin-Kao Hao.Upper Bounds for the SPOT 5 Daily Photograph Scheduling Problem[J]. Journal of Combinatorial Optimization， 2003，7（1）：87-103.
[4]賀仁杰.成像偵察衛(wèi)星調度問題研究[C].國防科學技術大學，2004，13-16.
[5]Nicola Bianchessi，GiovanniRighini. Planning and scheduling algorithms for the COSMO-SkyMedconstellation[J]. Aerospace Science and Technology， 2008，12（7）：535-544.
[6]李菊芳，姚鋒，白保存等.面向區(qū)域目標的多星協(xié)同對地觀測任務規(guī)劃問題[J].測繪科學，2008，33（S0）：54-56.
[7]慈元卓，譚躍進，賀仁杰等.多星聯(lián)合對地搜索任務規(guī)劃技術研究[J].宇航學報，2008，29（2）：653-658.
[8]郭玉華.多類型對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合任務規(guī)劃關鍵技術研究[C].國防科學技術大學，2009，19-57.
[9]Liu Xiaolu，BaiBaocun，ChenYingwu，etc.Multi satellites scheduling algorithm based on task merging mechanism[J].Applied Mathematics and Computaiton，2014，Vol：230.
[10]姜維，龐秀麗，郝會成.成像衛(wèi)星協(xié)同任務規(guī)劃模型與算法[J].系統(tǒng)科學與電子技術，2013，35（10）：2093-2101.
[11]Jun Li，Jun Li，Ning Jing.A satellite schedulability prediction algorithm for EO SPS[J].Chinese Journal of Aeronautics，2013，26（3）：705-716.
[12]劉浩，陳兆榮，陳浩.多載荷對地觀測衛(wèi)星任務驅動規(guī)劃方法研究[J].計算機工程與應用，2012，48（S2）：157-161，231.
[13]高黎.對地觀測分布式衛(wèi)星系統(tǒng)任務協(xié)作問題研究[J].國防科學技術大學，2007，29-47.
[14]Pei Wang，Gerhard Reinelt，Peng Gao.A model，a heuristic and a decision support system to solve the scheduling problem of an earth observing satellite constellation[J]. Computers&Industrial Engineering，2011，61（2）：322-335.
[15]王沖.基于Agent的對地觀測衛(wèi)星分布式協(xié)同任務規(guī)劃研究[C].國防科學技術大學，2011，29-48.
[16]XiaonanNiu，HongTang，LixinWu.Imaging-Duration Embedded Dynamic Scheduling of Earth Observation Satellites for Emergent Events[J].Mathematical Problems in Engineering，2015，Article ID 731734.
作者簡介
張曉（1985-），男，四川省合江縣人。碩士學位?，F(xiàn)為航天恒星科技有限公司系統(tǒng)設計師、工程師。主要研究方向為天地一體化對地觀測系統(tǒng)仿真、效能評估與數(shù)據(jù)處理。
關鍵詞：冬小麥；環(huán)境；氣象衛(wèi)星；遙感監(jiān)測
中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2010）-09-0166-1
近年來，氣象衛(wèi)星在氣象預報分析方面更加準確和迅速，并且逐漸應用到環(huán)境科學領域。上世紀80年代初，第3代美國極軌氣象衛(wèi)星環(huán)境資源監(jiān)測被越來越多的國家所運用，其不僅可以用來監(jiān)測各地干旱情況，還可以用來全球植被資源的監(jiān)測等。因此我們也用其來研究我國宏觀植被季相動態(tài)變化。近年來，由于估產業(yè)務的需要，我國進一步利用1Km分辨率NOAA-AVHRR的圖像資料系列，對北方冬小麥的生長過程進行動態(tài)監(jiān)測，并將分析的結果及時提供給相關的管理部門，而且通過對冬小麥生長的宏觀動態(tài)監(jiān)測，為估算冬小麥種植面積和估產提供依據(jù)。
1 資料及辦法
用氣象衛(wèi)星所獲得的資料和地面觀測資料來對北方冬小麥來進行氣象衛(wèi)星遙感監(jiān)測與估產，并且其數(shù)據(jù)要具有時效性和準確性。
1.1 如何獲取及處理氣象衛(wèi)星資料
中國氣象局--衛(wèi)星氣象中心是氣象衛(wèi)星資料的來源地。每年秋季在冬小麥出苗時，目視刪選符合條件的冬小麥種植區(qū)及衛(wèi)星資料，運用已開發(fā)的應用軟件對相關的數(shù)據(jù)在特定工作站完成處理以及加工，隨后形成等位網格點資料。通過遙感植被指數(shù)來提取冬小麥為主要對象的綠色植被信息。用AVHRR第1通道和第2通道的光譜信息經簡單線性組合構成歸一化差值植被指數(shù)和比值植被指數(shù)。其與冬小麥的葉面積系數(shù)、生物量等有密切關系。植被指數(shù)的變化由于受作物的長勢和覆蓋度的影響，因此用植被指數(shù)作為生長狀況的定量標準，由于植被指數(shù)受土壤背景的影響很小，當植被覆蓋度大于15%小于80%時，其與作物生長覆蓋度的增大幾乎沒有關系。同時，在作物主要生長周期內，雙向輻射和大氣影響對其影響也非常?。虼吮疚闹饕治鲇昧酥脖恢笖?shù)，間接地用到比值植被指數(shù)加工過后的的氣象衛(wèi)星資料處理方法包括以下三種：
第一，是由熱紅外通道形成的彩色圖像。通道分別用紅藍綠來表示，圖像上藍黑色代表水體，綠色代表植被，紅色表示溫度較高的地表，形成的圖像接近真彩色，因此主要用于宏現(xiàn)地理識別。
第二，是植被指數(shù)偽彩色圖像。冬小麥生長期間，麥區(qū)的植被指數(shù)值變化在0.05-0.8之間，云區(qū)及有水域的地方出現(xiàn)的是負值。為了便于解譯，制圖時將植被指數(shù)值擴大一萬倍。結合地面實際情況來分析，土壤信息值在0-250之間，土壤和綠色植被的混合信息值介于250-500之間，500以上就是綠色植被信息值。在偽彩色圖像里，黑色表示負值區(qū)，棕黃色值為0-250，白色值在250-500之間，500以上則是綠色及其它顏色，此辦法主要用在植被信息的提取。
最后一種是加工成定量數(shù)據(jù)。主要用于定量分析和組建模型。其方法是將植被指數(shù)以縣為單位計算出植被指數(shù)縣平均值、合計值以及所占比例等。
1.2 地面觀測資料
對作物遙感監(jiān)測和估產，地面觀測資料意思重大，由于其真實性和準確性，對建立遙感解譯標志、估產模型的創(chuàng)建以及預報的準確與否方面都起關鍵的作用。在保證一定準確精度和代表性的前提下對地面觀測點進行合理準確的選擇，因此抽選的樣點要盡可能的多，得出的范圍以及面積才越接近實際情況，從而具有普遍性，這樣的樣點才更具有代表性。由于北方冬小麥的種植范圍大，自然環(huán)境和經濟發(fā)展狀況存在差異，因此就需要對冬小麥種植區(qū)進行層次劃分。北方冬麥區(qū)劃分為14層，并抽取了137個樣縣組成包括農學觀測資料和農業(yè)數(shù)據(jù)在內的地面觀測網，將地面觀測到的實況資料通過統(tǒng)計加工，及時地通過氣象專用通道，上報給監(jiān)測和估產部門。
2 冬小麥生長的宏觀動態(tài)監(jiān)測
作物長勢分析是一個對冬小麥各長勢階段進行全面觀測的過程，通過專用氣象衛(wèi)星來對冬小麥的生長發(fā)育變化過程進行宏觀動態(tài)監(jiān)測，北方種植冬小麥，播種是從9月中陸陸續(xù)續(xù)開始，主要生長期是在11月前后．返青在來年2月，收割是在6月初。在冬小麥主要生長期11月，除了偏南地區(qū)的越冬油菜外與冬小麥同期生長，其余基本都是在4月下旬至5月上旬才開始播種和出苗。因此，從11月-4月，北方的主要植被就是冬小麥，因此獲得的衛(wèi)星資料也主要是指冬小麥信息。
2.1 監(jiān)測冬小麥的發(fā)育期
對作物進行長勢分析的重要途徑之一就是及時、全面地監(jiān)測作物發(fā)育期的變化情況，因為通過對發(fā)育期的監(jiān)測可以及時、全面地了解作物的發(fā)育速度和進程。目前為止，冬小麥發(fā)育期的資料獲得基本是從有代表性的固定地點定時觀測得來的，因此存在不全面、不及時也不準確的特點。但是利用衛(wèi)星圖像可以使我們可以獲取定量化植被指數(shù)，這樣我們不但可以對小麥發(fā)育期變化提供直觀信息，也可以為發(fā)育期地理界限的劃分提供宏觀依據(jù)，從而彌補以往傳統(tǒng)的觀測方法帶來的局限和不足之處。
2.2 冬小麥長勢監(jiān)測
冬小麥的產量與冬小麥各發(fā)育階段的長勢情況有著非常密切的關系。壯苗越冬和來年成穗由冬小麥冬前分蘗期的長勢來決定，群體穗鼓和穗粒數(shù)取決于返青-撥節(jié)期的長勢情況，冬小麥生長的關鍵期是抽穗階段，因此，冬小麥成長的每一個階段都會影響籽粒的產量。通過對衛(wèi)星系列圖像的分析解譯，可及時了解冬小麥苗長勢的變化。
3 結束語
極軌氣象衛(wèi)星的發(fā)展，使人民對冬小麥的生長全過程有了全面的了解；為農業(yè)各部門制定各種管理措施和方法提供了科學依據(jù)。遙感監(jiān)測技術的應用，用量化植被指數(shù)值對冬小麥長勢隨時進行宏觀監(jiān)測，從而獲得反映作物生長和環(huán)境背景的圖像，彌補以往靠地面定點觀測資料來評價作物生長狀況的缺陷，從而大大提高了對作物生長狀況監(jiān)測的范圍。
參考文獻
[1] 江東,王乃斌，等.我國糧食作物衛(wèi)星遙感估產的研究[J].自然雜志,2001.
[2] 閻雨,陳圣波,田靜,等.衛(wèi)星遙感估產技術的發(fā)展與展望[J].吉林農業(yè)大學學報,2004.
陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)的分況
截至201 3年6月底，共向全國用戶分發(fā)陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)產品430余萬景，其中，資源一號01、D2、02B衛(wèi)星數(shù)據(jù)產品112萬景，環(huán)境一號1A、1B衛(wèi)星近300萬景，資源一號02C和資源三號高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)26萬景。注冊用戶單位涵蓋全國34個省市自治區(qū)（含港澳臺地區(qū)）共計3000余家。
自資源三號、資源一號02C正式交付用戶使用以來，高分辨率遙感數(shù)據(jù)應用于國家重大項目的數(shù)量迅速增長，農業(yè)、林業(yè)、水利、國土資源、測繪、海洋、城市規(guī)劃、災害監(jiān)測、政府部門和科研等行業(yè)用戶共有76個用戶使用近9000景（約2134萬平方千米）數(shù)據(jù)，高分辨率數(shù)據(jù)產業(yè)化應用初見成效。
陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)的典型應用
衛(wèi)星數(shù)據(jù)分發(fā)量增長迅速的背后是衛(wèi)星數(shù)據(jù)應用領域的不斷擴大。國產陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)在農業(yè)、林業(yè)、水利、國土資源、城市規(guī)劃、環(huán)境保護、災害監(jiān)測等領域的廣泛應用，創(chuàng)造了巨大的社會效益和經濟效益。
2013年1月，為了促進國產陸地衛(wèi)星高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)在國民經濟各行業(yè)的業(yè)務化應用，環(huán)境保護、交通、水利、林業(yè)、地理與資源、地震、測繪、海洋環(huán)境等八個行業(yè)的用戶代表單位就業(yè)務化應用與中心聯(lián)合簽署了《國產陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)行業(yè)應用戰(zhàn)略合作協(xié)議》。這八家單位分別是：環(huán)境保護部衛(wèi)星環(huán)境應用中心、中國交通通信信息中心、水利部水利信息中心、國家林業(yè)局調查規(guī)劃設計院、中國科學院地理科學與資源研究所、中國地震局地震預測研究所、國家基礎地理信息中心、國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，開創(chuàng)了我國陸地觀測衛(wèi)星數(shù)據(jù)行業(yè)應用的新局面。
在國土資源調查與執(zhí)法中的應用：中心與遼寧省國土資源廳和山西省國土資源廳開展合作，分別將資源三號和資源一號02C衛(wèi)星影像用于遼寧省和山西省的新增建設用地和礦區(qū)遙感動態(tài)監(jiān)測，在2012年遼寧省和山西省國土資源執(zhí)法檢查與土地批后監(jiān)管等工作中發(fā)揮了重要作用，為國土資源管理決策提供了翔實準確的依據(jù)，得到了遼寧省和山西省國土資源廳的好評。
在環(huán)境保護中的應用：環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應用中心基于2011-2012年的國產陸地觀測衛(wèi)星高分辨率數(shù)據(jù)開展了飲用水源地保護區(qū)風險源遙感監(jiān)測工作，通過野外實地檢驗，證明飲用水源地風險源遙感影像解譯結果基本正確。國產陸地觀測衛(wèi)星高分辨率數(shù)據(jù)，可以協(xié)助全面把握水源地風險源，減少了野外工作量，便于制定有效的核查路徑，為水源地風險源督察工作提供了良好的支撐。
在林業(yè)領域的應用：2009年，中心與國家林業(yè)局濕地資源監(jiān)測中心開展合作，利用資源一號02B星以及部分資源一號02星和環(huán)境一號1A、B星的數(shù)據(jù)開展6個省市的濕地調查，采用遙感影像解譯與實地野外調查相結合的方法，將面積大于8公頃的濕地進行調查摸底，為全國林業(yè)發(fā)展與改善生態(tài)環(huán)境、加強生態(tài)建設、維護生態(tài)安全提供支持。
在水利領域的應用：2011年初以來，長江中下游地區(qū)降水持續(xù)偏少，江南大部降水量偏少2～5成，其中部分省區(qū)的平均降水量較多年平均同期偏少一半以上，為近61年來同期最少。水利部水利信息中心利用2009-2011年的環(huán)境衛(wèi)星30米CCD影像，提取了漢江中下游水體信息，與2009年5月20日提取結果對比，可以清晰地看到2011年漢江中下游水體總面積明顯減少。
在災害監(jiān)測中的應用：在國內重大自然災害監(jiān)測方面，中心利用國產遙感衛(wèi)星開展了全國范圍內發(fā)生的重大自然災害的動態(tài)監(jiān)測和災害評估工作，制定了重大自然災害應急監(jiān)測工作機制和應急預案。每次災害發(fā)生時，中心第一時間啟動災害監(jiān)測工作機制和監(jiān)測預案，積極安排衛(wèi)星資源，開展災情遙感監(jiān)測，在汶川地震、南方雪災、澳大利亞火災、太湖水華、淮河洪澇等災害應急監(jiān)測中均發(fā)揮了重要作用。
陸地觀測衛(wèi)星的國際化
中心近來不斷堅持“走出去”發(fā)展戰(zhàn)略，服務國家外交和安全，支持國家遙感衛(wèi)星的海外拓展，不斷提升中心的國際競爭力，目前已經成為我國民用對地觀測領域國際交流與合作的重要窗口之一。
參加國際組織履行國際義務和社會責任
2007年5月我國以國家航天局的名義加入空間與重大災害國際組織，為全球災害監(jiān)測提供服務。6年來，我國正式執(zhí)行30個時間段的緊急事務官國際值班，響應與處理國際重大自然災害請求28次，及時調度和安排國際衛(wèi)星資源對災區(qū)成像，為世界范圍重大自然災害提供了援助。
中心積極參加國際衛(wèi)星對地觀測委員會（CEOS）的多項活動，參與協(xié)調該組織中所有國際民用衛(wèi)星對地觀測任務。積極利用CEOS組織與全球衛(wèi)星數(shù)據(jù)用戶對話的論壇，擴大中國航天在國際上的影響。
中心積極參與全球對地觀測組織的各項活動，在全球觀測、資源調查、環(huán)境監(jiān)測等多方面發(fā)揮作用。承擔項目了機構發(fā)展和個人能力、基礎設施建設項目、全球森林觀測計劃等項目，為中國政府開展國際對地觀測合作提供了有力支撐。
推廣遙感數(shù)據(jù)海外落地
開展國際技術交流合作
①遙感數(shù)據(jù)落地南非
由中心承擔的資源一號02B星南非地面系統(tǒng)建設項目，實現(xiàn)了資源一號02B星的遙感數(shù)據(jù)成功落地南非，這也是中國遙感衛(wèi)星成功邁向海外的第一步。該項目的成功實施也擴大了我國和南非在遙感領域的國際合作，為中非科技合作作出了重大貢獻。
2007年11月，在全球對地觀測組織第四次全會和第四屆部長峰會會議期間，中巴兩國代表團召開新聞會，科技部部長萬鋼宣布了資源一號02B星數(shù)據(jù)在非洲共享的決定。授權中國資源衛(wèi)星應用中心在南非建立資源一號02B星數(shù)據(jù)接收站，并進行數(shù)據(jù)處理、存儲和分發(fā)，待運行機制取得成效后在非洲其他國家進一步推廣。
資源一號02B星南非站已于2008年投入運行，這是我國首次在海外建立的遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站。之后將繼續(xù)開展資源一號03星在南非的數(shù)據(jù)落地。
②泰國建站
2011年4月1日，中心為泰國承建的環(huán)境一號1A衛(wèi)星遙感地面站正式交付泰方，這是我國首個成套從接收到處理、存儲、分發(fā)的地面系統(tǒng)出口，實現(xiàn)了零的突破。2011年7月9日，該地面站被命名為“朱拉蓬公主遙感衛(wèi)星地面站”。
衛(wèi)星覆蓋泰國及周邊的越南、老撾、柬埔寨、緬甸、孟加拉國、尼泊爾、不丹、印度、馬來西亞、印度尼西亞、菲律賓等眾多國家及海域，總面積達到2041萬平方千米。
③與亞太空間合作組織建立數(shù)據(jù)共享服務平臺
2011年5月6日，中心與亞太空間合作組織在北京正式簽署數(shù)據(jù)共享服務平臺合同。該項目是中心首次參與國際競標并成功中標的成功范例，進一步擴大了我國遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)在亞太地區(qū)的影響，擴展了國際市場。
④資源一號03衛(wèi)星數(shù)據(jù)（東盟）共享服務平臺項目
2012年9月21日，科技部部長萬鋼宣布中國-東盟科技伙伴計劃正式啟動，資源一號03衛(wèi)星數(shù)據(jù)（東盟）共享服務平臺作為該計劃第一個項目獲得批準。
中心負責該項目的研制、實施、培訓交流和技術支持。其目標是依托我國的資源一號03衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源，建立資源一號03衛(wèi)星數(shù)據(jù)（東盟）共享服務平臺，使東盟各國可以使用我國的中低分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源一號03衛(wèi)星數(shù)據(jù)在東盟地區(qū)的共享。共享服務平臺包含北京數(shù)據(jù)中心、新加坡接收站、數(shù)據(jù)共享服務用戶終端等三個部分的內容。
隨著我國遙感衛(wèi)星技術的快速發(fā)展和遙感衛(wèi)星數(shù)量的逐漸增多，我國長期、穩(wěn)定、連續(xù)的陸地觀測空間信息基礎設施正在形成。