遙感技術發(fā)展歷程與未來展望

童慶禧 孟慶巖 楊杭

童慶禧，中國科學院院士，國際歐亞科學院院士，遙感學家，中國科學院空天信息研究院、北京大學地球與空間科學學院研究員，我國遙感技術應用領域的開拓者之一，1997年當選為中國科學院院士。先后從事氣候學、太陽輻射和地物遙感波譜特征研究，倡導并開展了高光譜遙感研究及高光譜導數(shù)模型和光譜角度相似性研究，推動了航空遙感、高光譜遙感和對地觀測微小衛(wèi)星的發(fā)展，參與了“高分辨率對地觀測系統(tǒng)”國家重大專項和“國家民用空間基礎設施”重大計劃的制訂，多次榮獲國家、中國科學院科技進步和自然科學獎，“國際遙感科技成就獎”“亞洲遙感貢獻獎”等獎項。孟慶巖，中國科學院空天信息研究院研究員，博士生導師，對地觀測應用系統(tǒng)工程研究室主任，國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，中國科學院空天信息研究院副研究員，主要從事高光譜遙感機理、數(shù)據(jù)處理及應用以及無人機遙感研究。

遙感，顧名思義，就是遙遠地感知對象，是一種不接觸物體而感知和觀測物體并測量、分析和判定該物體或目標的性質、空間展布、類型和數(shù)量的感知技術。我們這里所講的遙感技術主要指通過一定的觀測平臺，如衛(wèi)星、飛機、無人機等，從空中或空間觀測或感知我們居住并賴以生存的地球。

我們要觀測和感知的任何一個地物有三大屬性，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)射的強弱，對人類來說就是眼睛在可見光感受到光的強弱，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，在可見光范圍即是我們所感受到的顏色，實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)、分析和識別這幾種反映物體特性的信息，以實現(xiàn)對地物了解和認知的目的。

遙感實現(xiàn)了人們觀測事物在兩個維度上的延伸，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)萬甚至更遠的距離觀測我們的地球，已經(jīng)遠遠突破了人們所說的“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在一定范圍的可見光，而遙感技術卻能感受遠超可見光范圍，如紫外、紅外和微波，甚至更長或更短波長的電磁波。遙感極大地拓展了人們的認知能力，實現(xiàn)了人們在認識論上的一次飛躍。

遙感是人類認識事物的重要手段。人們在19世紀發(fā)明了照相術，通過相機和膠片把看到的東西留存起來，開始只是在人們眼睛看得到的可見光范圍內(nèi)，但隨著需求，特別是在戰(zhàn)爭的驅使下，這種成像技術逐漸向紅外和微波方向延伸。紅外線的利用實現(xiàn)了對溫度敏感的熱成像，夜間也能看到物體；微波的開發(fā)，特別是雷達的探測，作為主動式遙感，實現(xiàn)了從地面、空中和空間對物體的成像。它最大限度地減少了天氣的干擾，形成了全天時和全天候的探測能力。

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

遙感作為現(xiàn)代科學技術重大成就之一，成為人們對客觀世界認知的有力手段，支持經(jīng)濟社會發(fā)展和保護人類生存環(huán)境的重要科學技術。

圖1 北川縣城震后三維立體航空遙感圖

遙感技術的興起

戰(zhàn)爭促進了科學技術的發(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)了紅外技術探測；二戰(zhàn)使遙感走得更高和更遠，促進了雷達技術的發(fā)展；冷戰(zhàn)期間，超級大國的激烈競爭，特別是空間技術的發(fā)展，為遙感技術的突進提供了重要的條件。氣象探測、地形測繪、軍事偵察、導彈預警成為了遙感發(fā)展的主要動力。隨著冷戰(zhàn)的結束，遙感開始向民用轉化，各式遙感衛(wèi)星紛紛登場。這時遙感的主要任務就成了資源探測、環(huán)境監(jiān)測、災害評估等（圖1）。這就是為什么包括我國在內(nèi)的許多國家將最早的遙感衛(wèi)星命名為“資源衛(wèi)星”的原因。1972年美國發(fā)射了第一顆具有業(yè)務性質的“地球資源技術衛(wèi)星”（后更名為“陸地衛(wèi)星”），開啟了常態(tài)化遙感對地觀測的先河。隨后許多國家開始效仿和跟進，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，其中以對地球觀測為主要任務的遙感衛(wèi)星就占了1/3強，他們組成了在不同地球軌道上、不斷對地球進行觀測的衛(wèi)星系統(tǒng)，即使在今年（2018年）上半年，各國發(fā)射的空間系統(tǒng)仍然保持著這一趨勢（表1），可見大家對地球觀測的重視程度。從表1中也可以看出，我國在包括遙感衛(wèi)星在內(nèi)的空間探測已占有重要的地位。

遙感衛(wèi)星的發(fā)展包含著科學、技術、應用等多種目標，各國在民用遙感衛(wèi)星發(fā)展方面既有競爭也有合作，許多國家都根據(jù)自身的技術、需求和目標，研制和發(fā)射了本國的衛(wèi)星；同時為了解決一些需要大家共同應對的問題，如全球氣候變化及其所產(chǎn)生的影響，環(huán)境惡化所導致的災害等，國家之間又開展廣泛的合作。在此基礎上逐漸形成完整、全面、系統(tǒng)的衛(wèi)星遙感對地球的觀測能力，組成全球性的地球觀測系統(tǒng)。

表1 2018年上半年各國發(fā)射空間飛行器一覽表

國外遙感技術的發(fā)展現(xiàn)狀

科學探索：美歐等國外空間強國積極致力于衛(wèi)星、航空與地面一體化和全球系列的對地觀測體系發(fā)展，展開了一系列的科學探索計劃，如國際全球綜合觀測系統(tǒng)（GEOSS）、地球觀測系統(tǒng)（EOS）、歐洲的全球環(huán)境與安全監(jiān)測系統(tǒng)（GMES）、美國的地球科學探索戰(zhàn)略計劃（ESE）、日本的綜合海洋探測和陸地觀測系統(tǒng)（JAXA）等，這些系統(tǒng)的目標主要致力于提高人類對地球系統(tǒng)的科學認知，以便更有效應對人類面臨的各種挑戰(zhàn)。

數(shù)據(jù)獲?。盒l(wèi)星的首要任務就是獲取地球觀測數(shù)據(jù)。越來越多的衛(wèi)星使數(shù)據(jù)獲取得到保障，數(shù)據(jù)源越來越廣泛，呈現(xiàn)周期化、多源化、多樣化。如美國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)星應用：鑒于需求的廣泛化和多樣化，應用模式更向著實用化、產(chǎn)業(yè)化和國際化發(fā)展。目前，應用服務逐步成為衛(wèi)星遙感技術發(fā)展的牽引力和驅動力，提高了觀測的針對性，更能發(fā)揮社會效益。尤其是在一些關鍵行業(yè)，特別是自然災害的早期預測預警、災害過程跟蹤監(jiān)測、災后救援救助以及應急管理與安全等方面發(fā)揮了巨大作用?；谛袠I(yè)-區(qū)域-應急信息服務系統(tǒng)的建立將進一步推動衛(wèi)星遙感應用的精細化、集成一體化、大眾實用化發(fā)展。

產(chǎn)品服務：發(fā)達國家強化遙感技術研發(fā)，產(chǎn)品生產(chǎn)和服務趨向精細化和大眾實用化，信息服務普及化。繼美國LANDSAT、MODIS等系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)免費之后，歐盟哥白尼計劃發(fā)射的哨兵（SENTINEL）系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)也面向全球用戶免費使用。對地觀測衛(wèi)星委員會CEOS提出的ARD概念，為用戶提供直接可利用的數(shù)據(jù)，將遙感數(shù)據(jù)的實用化發(fā)展又推進了一步。

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)應用潛力巨大，衛(wèi)星應用產(chǎn)業(yè)由簡單數(shù)據(jù)加工服務轉變?yōu)橄蛴脩籼峁I(yè)衛(wèi)星應用信息產(chǎn)品增值運營服務。當前，世界各國都在積極推進遙感產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化運作。最具代表性的是總部位于美國科羅拉多Maxar Technologies 公司，能提供先進的衛(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占據(jù)相當?shù)牡匚弧Ｔ谏虡I(yè)模式方面，目前仍以數(shù)據(jù)銷售為主，采購用戶主要仍是政府部門。目前眾多公司都在積極探索通過提供增值信息服務來盈利的商業(yè)模式，商業(yè)模式不斷升級。

總體上，衛(wèi)星向高分辨率、多時相、全天時、全天候方向發(fā)展。發(fā)達國家競相發(fā)射高分辨率衛(wèi)星，性能不斷提高，特別是人們對高分辨率的追求一刻也沒有停下來。美國已經(jīng)或計劃發(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0.4米。WorldView-Ⅱ增加了多光譜波段，多光譜分辨率可達到1.8米。GeoEye-2分辨率將達到0.25米。

重視衛(wèi)星組網(wǎng)并形成業(yè)務化商業(yè)服務。美國DigitalGlobe公司和美國GeoEye公司是美國最大的兩家影像公司，兩家公司先后發(fā)射亞米級高分辨遙感衛(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RapidEye衛(wèi)星星座，由5顆衛(wèi)星組成，衛(wèi)星設計壽命至少7年，全球任一地點每天均可重訪。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、光譜分辨率和時間分辨率的提高，是遙感發(fā)展的重要標志，也是遙感技術綜合能力和遙感應用服務能力的體現(xiàn)。圖2展示了20世紀70年代以來遙感衛(wèi)星空間分辨率提高的基本趨勢。

空間數(shù)據(jù)共享是促進應用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推進器。美國為服務于政府決策，啟動了一系列重大科研項目，建立了200多個大型數(shù)據(jù)庫，促進數(shù)據(jù)的共享，進而促進了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。其中NASA于1990年成立了分布式動態(tài)數(shù)據(jù)中心，開始了科學數(shù)據(jù)全面共享計劃，由GES DISC數(shù)據(jù)和信息服務中心通過在線FTP、存檔數(shù)據(jù)、按照數(shù)據(jù)類型查找、按照參數(shù)查找和參數(shù)信息頁五種形式進行查詢和共享； 美國國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；美國地質調(diào)查局（USGS）提供多種比例尺（1：25萬、1：24000）數(shù)字高程、全球陸地衛(wèi)星等數(shù)據(jù)共享。歐洲強化ESDIE（歐洲空間數(shù)據(jù)基礎設施網(wǎng)）建設，大力促進各國間數(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圖

圖3 我國民用對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)

我國遙感技術的發(fā)展

我國在航天領域取得了巨大成就，可謂舉世矚目，截至目前我國已向空間發(fā)射了230多顆衛(wèi)星和航天器。我國的遙感衛(wèi)星在需求的牽引和創(chuàng)新的驅動下，也同樣得到快速發(fā)展，遙感衛(wèi)星在國家整個衛(wèi)星系統(tǒng)的數(shù)量中占比超過1/3。我國已形成了氣象、海洋、陸地資源、環(huán)境減災、高分以及民用空間基礎設施等國家衛(wèi)星系列，同時遙感民營化和商業(yè)化也有長足的發(fā)展。民營衛(wèi)星遙感已成為國家遙感衛(wèi)星體系的重要補充。在國家政策和技術的支持下，“北京一號”“北京二號”“吉林一號”“高景一號”等企業(yè)遙感衛(wèi)星按市場規(guī)律得到了健康的發(fā)展。圖3展示了我國遙感對地觀測衛(wèi)星的基本態(tài)勢。

高分辨率對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)（高分系統(tǒng)）高分衛(wèi)星是國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃（2006—2020）中的16個重大專項之一，按照國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃 “自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領未來” 的方針，它在我國遙感衛(wèi)星發(fā)展中占有重要地位。根據(jù)專項規(guī)劃，至2020年將要發(fā)射7顆民用高分衛(wèi)星，建立相應的地面接收、處理、產(chǎn)品分發(fā)和應用等分系統(tǒng)。高分衛(wèi)星系統(tǒng)是國家的科學衛(wèi)星工程，他將引領、促進我國業(yè)務衛(wèi)星的發(fā)展并與之結合，促進我國遙感衛(wèi)星和衛(wèi)星遙感的高速和高質量發(fā)展。

高分辨率對地觀測衛(wèi)星系統(tǒng)現(xiàn)已發(fā)射6顆并在軌運行，最后的高分7號也將很快發(fā)射。高分衛(wèi)星對我國衛(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，無論分辨率還是地面幅寬都達到了新的高度，如2米分辨率的地面幅寬達60千米，在后續(xù)的高分6號更將幅寬提高到90千米，其16米分辨率多光譜相機的地面成像幅寬更是達到了800千米。更重要的是它和最近以民用空間基礎設施計劃發(fā)射的3顆同分辨率的衛(wèi)星實現(xiàn)了組網(wǎng)，形成了強大的數(shù)據(jù)獲取能力，在一段時間內(nèi)將是我國大量應用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的主角；

2.國產(chǎn)衛(wèi)星的遙感影像第一次達到米級和亞米級分辨率，實現(xiàn)了分辨率的重大突破；

3.第一次成功發(fā)射了國產(chǎn)雷達衛(wèi)星，實現(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到650千米；

4.首次將高分辨率光學衛(wèi)星發(fā)射到地球同步軌道，其50米分辨率實現(xiàn)了對我國及東半球視場范圍大于400×400平方千米面積的凝視成像，時間分辨率可達分鐘級；

5.實現(xiàn)了一顆衛(wèi)星同時對地表和大氣進行高光譜探測，裝有6個載荷的高光譜衛(wèi)星無論在光譜分辨率，成像光譜遙感的地面幅寬以及對溫室氣體、污染氣體和痕量氣體的探測能力都達到國際先進水平；

6.在即將發(fā)射的高分7號還將實現(xiàn)高精度的立體測圖。

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

我國遙感衛(wèi)星的發(fā)展也促進了遙感產(chǎn)業(yè)的形成，氣象、海洋等部門已形成了強大的業(yè)務應用能力。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各業(yè)務部門、地方政府和相關企業(yè)提供服務，大大促進了我國遙感技術在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水資源、生態(tài)環(huán)境、礦產(chǎn)資源，測繪制圖中的應用，特別是在環(huán)境和災害方面，已形成了對重大災害和環(huán)境事件的應急響應、快速監(jiān)測、準確評估和應急救援的能力，成為我國經(jīng)濟社會發(fā)展不可或缺的重大關鍵技術。

表2 中國高分辨率對地觀測系統(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，是地球大數(shù)據(jù)的主要來源之一。通過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)勢性、全面性和準確性的特點，是人們了解和把握地球資源和環(huán)境的態(tài)勢，是解決人類面臨的資源緊缺、環(huán)境惡化、人口劇增、災害頻發(fā)等一系列嚴峻挑戰(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、海洋等領域，特別是對自然災害的調(diào)查、監(jiān)測和管理，實現(xiàn)對環(huán)境和災害的預測、預報和預警，對支持經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重大作用（圖4）。

開展土地調(diào)查和監(jiān)測城市，保障土地和糧食安全。土地是國家發(fā)展之本，農(nóng)業(yè)是民生之基，城市是經(jīng)濟社會發(fā)展之動力。改革開放以來，我國利用遙感技術實施了2期土地資源遙感詳查，第3期詳查正在進行中；國家統(tǒng)計局組織實施的農(nóng)業(yè)調(diào)查是國家又一項涉及國家和民生發(fā)展的重大工程；近幾十年來，我國的城市化迅速發(fā)展，它牽引著我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，城市化率迅速提高。對城市的發(fā)展，我國也實施了重點和全面相結合的遙感調(diào)查，對城市化的進程有了全面的把握。在我國如此廣袤的國土實施如此宏大的遙感應用工程，史無前例，反映了我國遙感技術的發(fā)展和應用水平，對保障國家經(jīng)濟社會有序和可持續(xù)發(fā)展有重要作用。

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

圖5 中國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)

應對災害威脅是遙感應用的重中之重

自然災害是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，重大的自然災害往往造成成千上萬，甚至數(shù)十萬人生命財產(chǎn)的損失。近年來，國外發(fā)生了一系列重大災害，如1995年日本阪神大地震，2004年印度尼西亞的海嘯，2005年美國新奧爾良市遭“卡特琳娜”颶風襲擊，2010年海地大地震，2011年美國墨西哥灣因鉆井平臺爆炸導致石油污染所形成的生態(tài)災害以及2011年日本東北地區(qū)地震和大海嘯等等。每次大災的到來，總是促進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，及時的災情信息對災害的應急響應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情寫照，上圖是海嘯前的石卷市，可以看出這里曾經(jīng)是一個美麗的海濱小鎮(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。

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

遙感技術在我國防災減災中發(fā)揮了重大作用

我國是一個自然災害多發(fā)、頻發(fā)的國家。目前，70%以上的人口、80%以上的工農(nóng)業(yè)和城市，受到各種自然災害嚴重威脅，呈現(xiàn)災害種類多、分布地域廣、發(fā)生頻率高、造成損失大等特點。地震、臺風、洪澇、干旱、低溫雨雪冰凍災害、地質災害、火災等自然災害造成了我國大量人員傷亡、財產(chǎn)損失和資源環(huán)境破環(huán)。近10年的統(tǒng)計表明：我國平均每年自然災害造成1.2萬人死亡，經(jīng)濟損失約2000億元，自然災害已經(jīng)成為影響我國經(jīng)濟發(fā)展和社會安定的重要因素。因此，對自然災害（在一定程度上重大人為災害也在其中）的監(jiān)測和研究，為防災減災提供信息保障，就成為了我國遙感技術應用和遙感科技人員重中之重的任務。

目前我國已建立了應對各類災害較為完善的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)，如氣象、海洋、陸地資源、環(huán)境減災以及高分和民用空間基礎設施等衛(wèi)星計劃。同時在各相關業(yè)務部門，也建立了廣為覆蓋的氣象、海洋、地震、水文、森林防火和病蟲害等地面監(jiān)測和觀測臺站網(wǎng)絡?？梢哉J為我國已經(jīng)初步建立了針對各種災害的應對機制，對每月、每周、甚至每日的各種災情都給予了關注。在重大災害發(fā)生時更是全國一盤棋，調(diào)動一切可以利用的技術和信息，做好災前的準備和預案，災時的連續(xù)頻繁監(jiān)測，災后的科學評估，著力將災害的損失減到最小。事實上針對近年來發(fā)生的一系列重大災害，遙感技術在災害監(jiān)測、評估中展現(xiàn)出強大的技術優(yōu)勢，特別是充分調(diào)動和利用可以獲取信息的所有衛(wèi)星，必要時出動分辨率更高、機動性更強的遙感飛機對災情進行詳查。近年來更是頻繁使用無人機遙感系統(tǒng)，深入災區(qū)為抗災、防災、 救災、減災做到“最后一公里”，充分體現(xiàn)遙感技術的作用。以下僅以若干實例說明遙感技術在災害監(jiān)測和評估中的作用。

（一）森林火災的遙感應用

1987年我國東北大興安嶺遭受了歷史上最大的森林火災，這場大火首先就是由我國的氣象衛(wèi)星所發(fā)現(xiàn)，雖然當時我國的遙感技術還處在發(fā)展初期，也還沒有自己的高分辨率衛(wèi)星，甚至沒有傳輸型衛(wèi)星，但我國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參考（圖7）。經(jīng)遙感技術評估，這場巨大的森林火災造成的過火面積超過1萬多平方千米（圖7-1深色部分），造成了難以挽回的生態(tài)災害，2年以后燒毀和過火的部分林區(qū)清晰可見（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年燒毀的痕跡，這些地方雖已有植被恢復，但也只是草和灌木，高大珍貴的紅松和原始林已不復存在了！

（二）太湖生態(tài)災害的遙感監(jiān)測

2006—2007年太湖等大湖爆發(fā)藍藻，這是一次嚴重的生態(tài)災害，魚類大量死亡，水質急劇惡化，對太湖周邊幾個大城市的生產(chǎn)和生活造成了嚴重的影響。遙感不僅實時監(jiān)測藻華的面積和分布，同時根據(jù)遙感信息，對藍藻爆發(fā)進行追根溯源。圖8系根據(jù)北京一號衛(wèi)星影像的分析結果。圖8-1是2006年10月7日最為嚴重的一次藍藻爆發(fā)，藍藻覆蓋湖面達741平方千米（圖中綠色部分），占了整個太湖湖面的32%。湖水水質的惡化，或富營養(yǎng)化是藻華爆發(fā)的主導因素，而湖水惡化是因為太湖沿岸不斷向湖中排入污水而導致湖水的富營養(yǎng)化。通過遙感分析，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大；圖8-3正好驗證了這一推斷結果，從圖8-3中我們看到，每一個廢水排入處都是藍藻爆發(fā)的源頭（圖8-3箭頭所示）。

（三）汶川大地震對遙感是嚴峻的考驗

2008年5月12日的汶川大地震是我國近年來發(fā)生的最為重大的災害，震中烈度高達11度，若以8度烈度計受災范圍近3萬平方千米，若以6度計，則影響范圍高達30余萬平方千米。地震及其次生災害造成近7萬人喪生，數(shù)十萬人受傷，大量財產(chǎn)損失。傾全國之力“抗震救災、眾志成城”，這是近年來最大的救援行動。我國遙感人也是夜以繼日，動用國內(nèi)一切衛(wèi)星資源，收集國外衛(wèi)星數(shù)據(jù)，出動遙感飛機，爭分奪秒，打了一場抗震救災的信息大戰(zhàn)。

地震發(fā)生后，當?shù)靥鞖庖恢标幱辏绊懥斯鈱W遙感信息的獲取。第一次的遙感飛行和第一幅光學衛(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，地震災情清晰可見（圖9），顯示了沿河谷的都汶公路受損嚴重，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，圖中標有編號的白色圖框與上下4幅圖一一相對，其中2幅高分辨率航空遙感影像就是在當?shù)靥鞖馍杂泻棉D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行的，此前的衛(wèi)星遙感影像對堰塞湖的形成和動態(tài)進行了不間斷的監(jiān)測和分析。這次飛行是以更高的遙感分辨率查看堰塞湖周邊的受災狀況。圖10反映了這次的飛行結果。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，河流被一個高約60米，長約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)，人們不得不在時隔數(shù)千多年后再次與洪水抗爭。圖中也可清晰地看出人們用白灰在田地里書寫了“SOS”的求救信號。

圖8 太湖藍藻爆發(fā)的衛(wèi)星遙感影像及其溯源分析圖

遙感技術發(fā)展的大趨勢和我們的任務

遙感技術的發(fā)展雖可追述到19世紀，但那只是發(fā)展的雛形，到20世紀60年代遙感技術正式從科學技術領域上得到確立，到現(xiàn)在已有近60年的歷史。實際上，遙感的發(fā)展是伴隨著空間技術的發(fā)展而興起。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在理論上特別是技術上有了飛速的進步，是21世紀標志性的科學技術成就之一。

當今，遙感技術，無論在空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率，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納米級，非成像系統(tǒng)的分辨率更是高達亞納米，甚至10-12波長以上；地球同步凝視型衛(wèi)星，可以在一定范圍內(nèi)將時間分辨率提到分鐘甚至秒級；多衛(wèi)星組網(wǎng)的方式，也可以將時間分辨率大幅度提升；合成孔徑雷達早已突破了云霧的限制，雷達的高精度編隊運行提高了三維立體觀測能力，為業(yè)務化監(jiān)測地表形變提供了可能；激光雷達的應用，為更高精度的地形測量奠定了基礎。

今后遙感技術發(fā)展可能已不是單一的技術，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和綜合應用能力。

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

3.與通信、導航更緊密結合，形成“通、導、遙”的一體化，融入當今智慧城市建設的新興技術潮流，充分發(fā)揮遙感的獨特作用，創(chuàng)造更多和更大的應用價值。

圖9 汶川地震后岷江河谷局部受災情況遙感影像

4.發(fā)展衛(wèi)星、臨近空間（平流層）、航空（包括高、中、低空）相結合的多維、多級、多源遙感觀測；衛(wèi)星和航空（包括無人機）遙感的智能化。人工智能的應用將使下一代衛(wèi)星更加聰明智慧，大幅度提升衛(wèi)星機動和敏捷性能，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，分類和識別，使遙感應用更加智能化和智慧化。

5.進一步強化遙感應用，數(shù)據(jù)的保障率應在各類衛(wèi)星協(xié)調(diào)和協(xié)同的基礎上大幅提高。衛(wèi)星遙感應用應走向業(yè)務化而不是脈沖式。

應著力提高對包括自然災害和人為災害在內(nèi)的災害應對、監(jiān)測，防災、減災、救災應用，特別要努力開展對重大災害，特別是對地震災害的預測、預報和預警這一世界性重大難題的攻關，為緩解、減輕直到消除災害對人們的威脅，保障人民生命財產(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

結語

作為21世紀人類最新科學技術成就之一，遙感技術的發(fā)展達到了一個新的高度。遙感的發(fā)展可能又進入了一個新的瓶頸期，期待新的突破。遙感雖已成為解決一系列經(jīng)濟社會發(fā)展重大問題的有力技術手段，但由于數(shù)據(jù)獲取、產(chǎn)品類型和質量、處理分析速度、地物分類識別精度、滿足需求的及時程度等還存在一定的局限性，尚難完全滿足實現(xiàn)真正業(yè)務化、常態(tài)化、大眾化的需求，特別對于人類大敵的災害而言，如對地震的預測、預報和預警等難題，仍是束手無策。

時代在前進，社會在發(fā)展，遙感科技人員注定還要繼續(xù)努力，大力攻關，銳意進取，以新的姿態(tài)創(chuàng)新發(fā)展，實現(xiàn)理論創(chuàng)新、技術創(chuàng)新、應用創(chuàng)新。中國遙感人更要發(fā)揚優(yōu)良傳統(tǒng)，不斷提高我國遙感技術和應用水平，將遙感技術和應用融入我國時代發(fā)展的大潮，為國家的高質量發(fā)展，為數(shù)字中國和智慧社會的建設，為防災減災救災工作，為中國人民走向更幸福更加光輝的未來，貢獻我們的全部力量。