关键词:遥感技术生态环境监测
随着全球环境问题日益突出,环境灾害与环境事故频发,卫星遥感技术在环境监测与管理中得到大量应用,在环境保护中发挥的作用受到国际社会的高度重视。美国、日本及欧洲的一些国家近年来都在大力发展环境遥感监测技术。目前在轨运行的和计划发展的国内外卫星传感器提供数据的空间分辨率已从公里级发展到亚米级,重复观测频率从月周期发展到几小时,光谱波段跨越了可见光、红外到微波,光谱分辨率从多波段发展到超光谱,遥感数据获取技术正走向实时化和精确化,卫星遥感应用正在向定量化和业务化快速发展[1]。当前,我国环境监测任务十分繁重,特别是对基于卫星遥感技术的环境遥感监测有着迫切需求。
1、遥感技术简介
遥感技术(RemoteSensing,简称RS)是在现代物理学、空间技术、计算机技术、数学方法和地球科学理论的基础上建立和发展起来的边缘科学,是一门先进的、实用的探测技术,目前正进入一个能快速、及时提供多种对地观测及测量数据的新阶段。按遥感平台的高度大体上可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感,按所利用的电磁波的光谱段分类可分为可见反射红外遥感,热红外遥感、微波遥感3种类型,按研究对象可分为资源遥感与环境遥感两大类。随着热红外成像、机载多极化合成孔径雷达和高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔径雷达技术日益成熟,遥感波谱域从最早的可见光向近红外、短波红外、热红外、微波方向发展。波谱域的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波谱的特征峰值波长的宽域分布。高光谱遥感的发展,使得遥感波段宽度从早期的0.4μm(黑白摄影)、0.1μm多光谱扫描)到5nm(成像光谱仪),遥感器波段宽度窄化,针对性更强,可突出特定地物反射峰值波长的微小差异;同时,成像光谱仪等的应用,提高了地物光谱分辨力,有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性。
2、环境遥感基础工作的应用技术
水环境遥感监测方面,初步开展了水环境可遥感指标体系研究,对叶绿素a悬浮物有色可溶性有机物溶解性有机碳水面温度透明度等监测指标的光谱特征和规律进行了研究;初步开展了环境一号卫星在水环境领域中的应用潜力分析研究;初步开展了水环境指标(如叶绿素a悬浮物水温)遥感反演与信息提取的技术流程研究大气环境遥感监测方面,初步开展了大气可遥感指标体系研究,对气溶胶悬浮颗粒物O3,SO2,NO2,CO2,CH4等监测指标的光谱特征和规律进行了研究;初步开展了环境一号卫星在大气环境领域中的应用潜力分析研究以及大气环境指标(如气溶胶光学厚度)遥感反演与信息提取的技术流程研究[2]。
2.1可见光、反射红外遥感技术
用可见光和反射红外遥感器进行物体识别和分析的原理是基于每一物体的光谱反射率不同来获得有关目标物的信息。该类技术可以监测大气污染、温室效应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等,是比较成熟的遥感技术,目前国际上的商业和非商业卫星遥感器多属此类。该类遥感技术用于环境污染监测,目前主要是要提高传感器多个谱段信息源的复合,发展图像处理技术和信息提取方法,提高识别污染物的能力。重点发展其在大气污染、温室效应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等监测中的应用。
2.2热红外遥感技术
自然界中的所有物质,无论白天或夜间,都以一定波长向外辐射能量。在热红外遥感中,所有被观测的电磁波的辐射源都是目标物。目前红外探测器所使用的电磁波段,主要有3～5μm和8～14μm两个波段,对地表常温物体的探测通常使用8～14μm波段。热红外遥感主要探测目标物的辐射特性(发射率和温度),鉴别出物质材料的类型,评价出各种现象根据热辐射特征。
2.3高光谱遥感技术
高光谱遥感技术的发展是人类在对地观测方面所取得的重大技术突破之一,是21世纪的遥感前沿技术。高光谱遥感数据的特点高光谱分辨率和高空间分辨率,它将传统的图像维与光谱维信息融合为一体,在获取地表空间图像的同时,得到每个地物的连续光谱信息,从而实现依据地物光谱特征的地物成份信息反演及地物识别,因此在环境污染物监测中发挥主要作用。
3、遥感技术在生态环境监测与保护中的应用
我国的生态环境日益恶化,因此,如何在保护和改善生态环境的前提下发展生产已经提到了决策者们的议事日程上来。建立生态监测信息系统已经成为当务之急。这样的生态监测系统集生态环境信息管理、数据库管理、生态环境各要素的实时监测、时间和空间查询分析等多功能为一体,可满足实时动态、分时段监测、查询和分析的要求[3]。
目前,环境污染已成为一些国家的突出问题,利用遥感技术可以快速、大面积监测水污染、大气污染和土地污染以及各种污染导致的破坏和影响。近些年来,我国利用航空遥感进行了多次环境监测的应用试验,对沈阳等多个城市的环境质量和污染程度进行了分析和评价,包括城市热岛、烟雾扩散、水源污染、绿色植物覆盖指数以及交通量等的监测,都取得了重要成果。国家海洋局组织的在渤海湾海面油溢航空遥感实验中,发现某国商船在大沽锚地违章排污事件,以及其它违章排污船20艘,并作了及时处理,在国内外产生了较大影响。随着遥感技术在环境保护领域中的广泛应用,一门新的科学——环境遥感诞生了。
4、结语
总之,多种对地观测系统的发展,尤其是雷达遥感成倍地提高了信息的覆盖频率,从而大大增强了对资源环境的动态监测能力。随着科学技术的进一步发展,各项新技术不断地交叉融合,将使人们认识自然、改造自然的能力得到极大的提高。
参考文献
[1]聂洪峰,杨金中等.矿产资源开发遥感监测技术问题域对策研究[J].国土资源与遥感,2007.10(4):11~13.
[关键词]测绘卫星“资源三号”卫星高分辨率对地观测系统发展思路
中图分类号：P2文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）46-0120-01
1引言
随着航天技术、计算机技术、通讯技术、信息处理技术的进步，现代空间遥感技术得到了前所未有的发展，高分辨率对地观测系统已成为地理空间信息获取的重要手段。基于全球对地观测空间信息的获取、空间信息控制权的分享、地理信息产业的巨大商机等全球战略思想考虑，世界各国纷纷发展本国的测绘卫星或者具有测绘能力的卫星，为本国的空间信息基础设施建设和全球化战略服务。从广义上讲，具备立体测图或者高程测量能力的卫星都可以称为测绘卫星。从狭义上说，目前一般把能从不同视角获取同一地区影像的光学遥感卫星称为测绘卫星。在近半个世纪的发展进程中，测绘卫星从最初的胶片返回式卫星，发展到目前的传输型卫星；从框幅式相机，发展到现在的单线阵、双线阵甚至三线阵航天返回与遥感相机；民用测绘卫星的空间分辨率从上百米提高到当前0.41m，时间分辨率和光谱分辨率也不断提高；测绘卫星的种类日趋完善，从光学卫星发展到干涉雷达卫星、激光测高卫星、重力卫星、导航卫星等；卫星测绘应用技术也不断进步，从过去有控制测图，发展到稀少控制点测图甚至无控制测图，从单机测图发展到协同无缝测图；测图精度也日益提高，从满足1∶250000地形图制图发展到满足1∶5000地形图制图；测绘应用也日益广泛，应用范围从军用向军民共用、从限于本国到全球共享，从单一的测绘产品生产扩展为全球各行业地理信息的获取与更新等。卫星传感器技术与测绘应用技术的巨大进步，为国民经济和社会的发展做出了重要贡献。
2国外卫星测绘应用现状
近年来，地理空间信息产业迅猛发展，为测绘卫星的发展提供了广阔的空间。国外商业测绘遥感卫星如雨后春笋般涌现出来。从光学传感器类型上可以分为面阵传感器和线阵传感器，线阵传感器又分为单线阵、多线阵。但面阵传感器由于像元数受到较大的限制，地面覆盖宽度和像元分辨率的矛盾很难统一，尤其是基高比不好，因此这类卫星的发展受到一定限制。目前，高分辨率测绘卫星主要以线阵传感器为主，国外主要光学线阵测绘卫星的基本参数与测绘性能指标如表1所示。从表中可以看出，根据各国发展的重点、科技发展水平以及不同的地面应用需求，传感器设计也不一样。卫星立体定位精度特别是无地面控制条件下的几何定位精度是评价这些测绘卫星性能的重要指标之一。然而，卫星几何定位精度除与自身传感器参数（如分辨率）有关外，还与卫星基线误差、姿态误差、像点量测误差、相机主距、畸变等因素有关。
2.1单线阵CCD传感器卫星及其测绘应用
为了获取立体影像，单线阵CCD传感器卫星一般采用轨道回归或左右侧摆成像，即同轨立体成像方式和异轨立体成像方式。
2.2多线阵CCD传感器卫星及其应用
为了降低了卫星立体成像的成本，单个卫星平台可搭载多台相机。当前测绘卫星很多采用多线阵或多相机成像方式实现同轨立体成像能力，比较有代表性的有法国SPOT-5卫星、印度CartoSat-1卫星、德国MOMS-2P、日本ALOSPRISM等。目前，三线阵立体成像思想不仅获得了理论的证明，还成功地实践在测绘卫星上，并越来越显示出其独特的优势。
3国内卫星测绘发展及其应用现状
3.1国内遥感卫星现状“资源一号”卫星（CBERS）是我国第一代传输型地球资源卫星，星上3台遥感相机可昼夜观测地球，利用高码速率数传系统将获取的数据传输回地球地面接收站，经加工、处理成各种所需的图片，供各类用户使用。CBERS-02星是CBERS-01星的备份星，卫星的功能、组成、平台、有效载荷和性能指标的标称参数相同。CBERS-02B星也已发射成功。其中分辨率为2.36m高分辨率相机，获取了大量高分辨率卫星影像。
4我国测绘卫星技术未来发展思路
“资源三号”测绘卫星的成功应用，为解决我国基础地理信息资源战略性短缺起到了非常重要的作用而现阶段我国测绘卫星数量少，类型单一，与国家发展的迫切需求仍不相适应。根据国家测绘地理信息局关于《测绘部门航天发展十二五规划》要求，在今后的10至15年内，除了发射“资源三号”后续星外，我国还将考虑陆续发射一系列测绘用途的卫星包括光学立体测图卫星、干涉雷达卫星、激光测高卫星、重力卫星、导航定位卫星等。针对我国测绘卫星未来的宏伟规划，需要考虑如下发展思路：1）加强高分辨率测绘遥感卫星关键技术的攻关。加紧开展卫星轨道和姿态的精密测定技术，研究星敏和陀螺高精度组合定姿技术，研究高精度测绘相机的制造和测试技术，研究实时和事后的高精度几何标定技术，形成卫星高精度几何处理技术体系。2）加强测绘卫星数据的应用研究。测绘是地理信息行业的基础，研究卫星影像数据的区域网平差、平面和立体测图、影像数据并行化处理、以及影像数据的网格化分发服务和应用。并结合各行业的典型示范，加强高分辨率测绘遥感卫星数据在各个行业的应用，从而保证在轨卫星资源的充分发挥。3）坚持政府主导，与产业化相结合的道路。我国高分辨率遥感对地观测系统应坚持走政府主导，并与产业化相结合的道路。在现阶段，卫星的研制与发射需要主要由政府投入，而卫星数据的接收、处理和应用，应鼓励走市场化道路，争取尽快形成面向国内外市场的我国卫星遥感运行系统。
参考文献
[1]胡莘，曹喜滨.三线阵立体测绘卫星的测绘精度分析[J].哈尔滨工业大学学报，2008，40.
遥感技术是指从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线等信息，对目标进行探测和识别的技术。
人类通过大量实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种是人类已经认识到的形式就是电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感技术就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。
二、遥感技术的分类
（一）按搭载传感器的遥感平台分类
1．地面遥感，是指把传感器设置在地面平台上。如车载、手提、固定或活动高架平台等。
2．航空遥感，是指把传感器设置在航空器上。如气球、航模、飞机及其它航空器等。
3．航天遥感，是指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。
（二）按遥感探测的工作方式分类
1．主动式遥感，即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后收集从目标物反射回来的电磁波。其主要优点是不依赖太阳辐射，可以昼夜工作；而且可以根据探测目的不同，选择不同的波段和发射方式。比如，雷达和激光器。
2．被动式遥感，即由传感器直接收集目标物反射太阳光的反射或目标物自身辐射的电磁波。比如，常用的摄影机和多光谱扫描仪，热红外扫描等。
（三）按遥感探测的工作波段分类
紫外遥感，是指利用紫外波段的大气窗口进行探测的遥感技术。波长在0.01-0.4um。紫外遥感在地质调查中有特别重要的应用，主要用于探测碳酸盐岩分布。碳酸盐岩在0.4μm以下的短波区域对紫外线的反射比其它类型的岩石强。另外，水面飘浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈，因此也可用于油污染的监测。
可见光遥感，应用比较广泛的一种遥感方式，波长为0.4--0.76μm的遥感技术。通常以摄影、摄像或扫描方式成像，是目前应用最普遍的遥感技术。可见光摄影遥感具有较高的地面分辨率，但只能在晴朗的白昼使用。
红外遥感，又分为近红外或摄影红外遥感，波长为0.7～1.5微米,用感光胶片直接感测；中红外遥感,波长为1.5～5.5微米；远红外遥感,波长为5.5～1000微米。中、远红外遥感通常用于遥感物体的辐射，具有昼夜工作的能力。常用的红外遥感器是光学机械扫描仪。
微波遥感，对波长1～1000毫米的电磁波（即微波）的遥感。微波遥感具有昼夜工作能力，但空间分辨率低。雷达是典型的主动微波系统，常采用合成孔径雷达作为微波遥感器。
多光谱遥感，利用几个不同的谱段同时对同一地物（或地区）进行遥感，从而获得与各谱段相对应的各种信息。将不同谱段的遥感信息加以组合，可以获取更多的有关物体的信息，有利于判释和识别。常用的多谱段遥感器有多谱段相机和多光谱扫描仪。
三、遥感技术的特点
1．探测范围广、采集数据快
遥感卫星居高临下，视野开阔，侦察范围广，获得情报多。比如，卫星视角为20度的情况下，从3000米高度的飞机上可看到1平方千米的面积，而在300千米高度的卫星上看，可看到10000平方千米的面积。在近地轨道上的侦察卫星，每秒可以飞行七八千米，绕地球一周只需一个半小时左右，一个比较长寿命的卫星，可以在太空持续工作两年以上，从而保证了侦察的及时性和连续性。卫星一天可绕地球飞几十圈，只要运行的轨道合适，几乎可以看遍全球。如果发射几颗卫星，构成卫星侦察网，可以在某些地区实施不间断几乎无遗漏的监视。
2．限制少,精度高
利用卫星进行侦察安全可靠，合理合法，有超越国境的自由，不存在侵犯领空、领海和受防空武器威胁的限制。国际公认离开地面高度100千米以上的空间，不属于地面国家的住宿范围。宇宙空间不受国界限制，卫星可以任意出入。因此，侦察卫星比任何高空侦察机有更大的安全性。同时，也不受地形、气象等条件的限制。同时，利用遥感卫星进行侦察，获得的图像清晰、准确、精度高。海湾战争中，美国"曲棍球"侦察卫星装有图像探测器，由雷达发射微波信号到地面，经回收识别后再反射到太空。它的活动不受云雾和夜暗的限制，可识别地面约0.3-1米的目标，尤其适用于干燥的沙漠地区拍摄卫星照片。它能分辨出坦克种类，计算出坦克、帐篷、甚至人员的数量。
3．信息量大、种类多
根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段的遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线、红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层，水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等。科索沃战争中,以美国为首的北约，在空袭南联盟的行动中，美国和欧洲至少使用15-20种不同的卫星。
四、遥感技术在武警部队遂行任务中的应用
（一）在执勤处突中的应用
随着我国经济建设的高速发展，武警部队遂行任务的地理环境变化非常迅猛，目前许多地区地图多数都比较陈旧，现势性较差，部队使用困难。传统的地理保障形式是以基础信息为主，不能满足部队行动的特殊保障要求，无法更好地为指挥人员提供决策咨询服务。武警执勤处突需要特殊的地理信息保障。部队行动时对点状、线状地理目标的信息要求更多、更具体。其中主要的道路、周边地形、制高点、市区街道、地下通道与管网、广场、桥梁、隧道等要素，对部队集结、机动及兵员和后勤保障物资的运输影响很大，必须重点保障。遥感卫星围绕地球运转，能及时获取任务区域的各种最新地形资料，根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段的遥感仪器来获取信息。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。科索沃战争中,以美国为首的北约，在空袭南联盟的行动中，美国和欧洲至少使用15-20种不同的卫星。