中国高光谱遥感应用技术出口发达国家

中国教育装备采购网2011-01-25 10:49围观340次我要分享

中国高光谱遥感应用技术出口发达国家

中国高光谱遥感应用技术出口发达国家

  领域介绍

  高光谱遥感是高光谱分辨率遥感的简称。它是在电磁波谱的可见光,近红外,中红外和热红外波段范围内,获取许多非常窄的光谱连续的影像数据的技术。其成像光谱仪可以收集到上百个非常窄的光谱波段信息。高光谱遥感是当前遥感技术的前沿领域,它利用很多很窄的电磁波波段从感兴趣的物体获得有关数据,它包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。高光谱遥感的出现是遥感界的一场革命,它使本来在宽波段遥感中不可探测的物质,在高光谱遥感中能被探测。

张兵,中科院对地观测与数字地球科学中心副主任,中科院研究生院教授

张兵,中科院对地观测与数字地球科学中心副主任,中科院研究生院教授

  人物简介

  张兵,中科院对地观测与数字地球科学中心副主任,中科院研究生院教授,继承和发展了童庆禧院士和薛永祺院士开创的高光谱遥感技术和应用,是我国高光谱遥感科学与技术从诞生走向成熟、从科研走向实际应用的最主要的贡献人之一。

  核心提示

  人类“鸟瞰”地球的梦想催生了遥感这门科学的兴起,高光谱遥感是遥感科学最前沿的领域。

  新中国建立后特别是最近的20多年,中国的高光谱遥感科技研究取得了长足的发展,在某些方面的应用技术实现了出口。但是,由于缺乏持续性的支持,我们在仪器研制方面还处于落后局面。

  人类鸟瞰地球的梦想

  遥感通俗讲就是遥远的感知,是通过电磁波和记录的相互作用,以波谷和空间两维成像的方式来勘测记录的技术。它的特点一是记录电磁波,二是空间成像,非成像方式也有。

  人类早期运用遥感技术的手段很有限,在没有飞机之前,人们用热气球、鸽子作为遥感的平台,将照相机挂在热气球上或捆在鸽子腿上,对地球进行遥感成像。

  伴随着飞机的问世,航空遥感以及航空侦查在第一次世界大战,尤其是第二次世界大战得到了飞速的发展,但那时候的图像都是黑白的,也就是我们说的全波段图像。

  1957年10月,前苏联发射了第一颗人造地球卫星,拉开了人类进入航天遥感的序幕,他们把相机放在卫星上,围着地球转,对地面进行拍摄。1972年,美国发射了陆地卫星,这是航天遥感的标志性事件。

  遥感有很多种类型。按照遥感平台的不同,可以分为航空遥感、航天遥感;按照谱段可以分为可见光遥感、红外摇杆和微波微波遥感,按照遥感感测目标能源的方式分为主动遥感和被动遥感。

  主动遥感是指遥感器主动发射一部分能量,到地面后反射回来,遥感器接收它反射回来的能量,通过这种方式进行分析研究的遥感;被动遥感是指遥感器只是被动接收。

  光学遥感技术主要是侧重在光学这部分,可以分为全色遥感、彩色摄影、多光谱扫描成像,光谱遥感发展的最前沿就是高光谱遥感。

  高光谱遥感实际上是一种简称,它的全称叫“高光谱分辨率遥感”,它不像多光谱遥感中根据颜色的差异来分辨目标,而是根据谱段光谱曲线的形态来分析目标是什么。这个谱段的形态对目标的识别能力很强,举例说,它不仅仅能够知道地面目标物体是不是植物,还能知道这些植物是水稻还是玉米。

  应用技术出口发达国家

  主持人:中国现在在高光谱遥感领域的研究和应用现状如何?

  张兵:咱们国家的高光谱遥感分仪器和应用模型两个方面,说中国高光谱遥感的发展,必须提到两位院士,一位是童庆禧院士,还有一位薛永琪院士。童庆喜院士是遥感应用研究所的,我是他的学生。

  童院士是我们国家高光谱遥感的开拓者,这个概念是从美国引入过来的,他跟薛院士共同协作推动了咱们国家高光谱遥感的发展。

  童院士侧重于概念设计,跟上海研究所一起,引进了一些概念的设计,仪器制造是在薛院士这里。研究这块是童院士带领的团队。

  从80年代初开始,我们陆续有一些高光谱遥感仪器在上海技术研究所研制出来了,后来去日本、马来西亚、澳大利亚做实验,我们带的都是我们自己的机器。2002年《科学时报》专门登过一篇采访我的稿子,我们去日本做实验,高技术出口。这是比较少有的,在空间领域我们的技术能跟国外相比。

  我们国家在高光谱遥感研究领域起步比较早,赶上了国际,但这几年尤其在仪器研制方面我们是落后的,一个很重要的原因是我们缺乏持续性的支持。在发展得很好的国家,第一代研制出来后,国家会再投入第二代、第三代的研发,给与一种持续性的支持。

  在仪器方面,西安光机所这几年也开始做高光谱仪,但是他们做的是干涉型的,上海激光所起步比较早,基础比较好一些。

  在应用技术方面,我们给美国、澳大利亚、日本、马来西亚都提供过技术,应该说在应用技术方面我们是不落后的。

  现在高光遥感主要是美国、欧洲、澳大利亚、中国,日本现在开始做起来了,主要是对地面成像地数据分析这一块。

  对大气这一块,我们国家比较落后,因为他们更多的是侧重在全球温室气体,面对全球变化的一些大的计划,这一块做得比较好的有美国、欧洲和日本。

  美国航空遥感技术最先进

  主持人:从航空遥感的角度来说,欧美国家的水平如何?

  张兵:美国是最先进的,欧洲发射了一个卫星Chris,也只有可见光谱段,跟我们差不多,但是他们空间分辨率高,可以达到17米。

  我们国家(航空遥感的空间分辨率)是100米,美国是30米,但是美国这30米很厉害,关键是它的谱段很强。

  航空的成像光谱议现在发展得非常快,美国在1988年就制定了航天Paris计划,但1992年因为技术原因终止了。

  美国曾经先后发射过几个军用卫星,1987年发射了TRW,但发射失败。

  2001年,美国又发射了Orbiting Carbon Observatory“轨道碳观测者”卫星,也是很先进的,它的像源是8到20米,但分辨率一高,幅宽马上就变窄了。这颗卫星有200个谱段,是0.4 到2.5微米,也就是400到2500纳米。但是这颗卫星也发射失败了,掉到了印度洋里。

  2000年,美国军方还发射了另一个航空遥感卫星,主要是做一些大型探测和实验研究。

  目前最成功的航空遥感卫星,就是前面说的分辨率是30米的那颗美国卫星,它的幅宽是7.5公里,有220个谱段,10纳米的光谱分辨率。

  高光谱遥感有广泛的民用空间

  高光谱遥感技术的应用非常广泛,日本今年1月23号,发射了世界首颗温室气体观测卫星“呼吸”号,专门检测二氧化碳、甲烷、一氧化氮等温室气体。

  在精细农业方面,我们和日本合作做的一个实验,也是高光谱技术应用的一个非常经典的例子:用高光谱数据来监测作物生长状况。其实,高光谱遥感技术不仅能够监测作物的生长状况,还可以对任何一种作物的种植面积等情况进行调查,给政府决策提供依据。

  除了调查作物的品种、类型、种植面积等以外,还可以做到作物的叶绿素、氮磷钾含量的调查,但后者还正在研究之中,不是非常成熟。

  在地矿调查中,高光谱遥感技术也可以给地址工作者提供帮助。以前地质学家做地矿调查非常辛苦,背一个书包,拿一个罗盘,别人调侃说搞地质的人,远看是个要饭的,近看是搞勘探的。他们出去到野外考察,一住可能就是好几天,然后花很大的气力把采集到得矿物标本背回来。因为要做矿物填图,要沿着这个地方走一圈,走一段一看地层变化了,就敲一块往包里一装,然后把位置记下来,回来后做化学成份分析,最后把它标到图上去,位置是在哪发现的,才能把图填出来。

  有了光谱议,他们的工作减轻了很多,不用再花那么大的力气背矿石标本,只要到了那个地方用光谱议一照,就能获得岩石的一条光谱曲线,回来后根据光谱曲线一分析,就能知道那个地方有什么矿,是怎么分布的。

  高光谱遥感技术还可以给森林火灾预警、地表膨胀、城市调等等各种工作提供帮助。

  运用到军事上,能让目标无法隐藏

  高光谱遥感的区分能力在军事上运用是很强大的,所以它很大的一个用处就是军事用途。比如,你看到一个绿色的网,拍一般的图片,看起来都是一样的,但高光谱一看,就它能发现隐蔽的哨所、坦克、伪装起来的军事设施。

  美国人强调定点攻击,它想在晚上攻击一些重要的工业基础设施,比如炼油厂之类的,这时高光谱遥感技术就能派上大用场。通常情况下,居民楼的光线和工业区的灯光是不一样的,如果光谱议能够把光线的曲线探测到,就可以根据夜间光谱光线亮度的情况,知道这块区域是居民区,还是工业区。

  还有伪装,高光谱遥感技术能让一切的伪装现出原形,这种功能是多光谱遥感也无法实现的。

  我们小时看的电影《地雷战》有一个情景:民兵把地雷埋下去以后,拿树枝扫一下地面,让埋藏地雷的地方看起来和周围一样。还有的干脆把鞋脱了,轻轻的在藏地雷那地方压一个鞋印,以迷惑敌人。现在,这种伪装一点用也没有,高光谱遥感技术能把一个个地雷的位置找到。

  它是怎么找到呢?因为土壤挖开之后再回填回去,土壤的结构变了,水分也变了,高光谱遥感就是根据这种细微的土质的变化,发现地雷的藏身地。

  阿富汗战争期间,美军想知道塔利班武装晚上大概都经常走哪条路,于是就拿高光谱遥感仪器去探测,根据的就是上面的道理。

来源:腾讯科技

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