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陈述彭:遥感应用与数字地球

[ 来源:地理所 | 时间:2007年08月01日 | 收藏本文 ] 【
摘 要:中国的遥感科学技术事业,起步于20世纪70年代,经历了起步、成长到创新发展的几个历史阶段。文章回顾了我国在星载对地观测体系、机载对地观测技术、遥感地面卫星接收站网与图像数据处理系统能力建设方面取得的重要成就,以及在遥感基础理论研究、遥感在全球变化与海洋调查、国土资源普查、环境保护与灾害监测、城市规划与工程建设、遥感考古与古环境再现等应用领域取得的丰硕硕果,阐述了我国在“数字地球”战略本土化建设包括国家空间数据基础设施、“数字省区”、“数字城市”、“数字流域”及数字地球原型系统等方面取得的进展,并论述了遥感和“数字地球”与地球信息科学的相互关系。
 
    一、前 言
 
    遥感是20世纪60年代新兴的科学领域之一。 它是人类迈向太空,对地观测,获取地表空间信息的一种先进科学技术和生产力。具有宏观、准确、综合地进行动态观测与监测的能力。
    中国的遥感科学技术事业,起步于20世纪70年代末期。据不完全统计,30年来,我国已建立10多个卫星遥感地面接收站,160多个遥感机构,400多家地理信息服务企业,数十所大学设置了该领域专业。
    从70年代的引进、跟踪、消化、吸收,到20世纪末的技术和人才“输出”,经历了近30年的奋斗历程。从起步、成长到奋进创新的几个历史阶段的实践经验,扼要归纳如下:
 
    · 从遥感应用起步,推进遥感科学技术的进步;从综合航空遥感实验着手,支持卫星应用与应用卫星的发展。
    · 从研制可见光、近红外遥感器入手,依次开发远红外、多谱段和高光谱遥感器,积极开发微波遥感并开展多波段、多极化的应用,建设全波段、全天候、全天时的对地观测信息技术系统,不断提高信息获取能力。
    · 卫星应用平台的研发,从单一的实验卫星起步,分期分批发射气象、资源、海洋系列业务卫星,进一步构建小卫星星座(群),实现“应用卫星与卫星应用”的“天地一体化”的目标。
    · 以对地观测技术系统为依托,与全球定位系统和地理信息系统、网络通讯技术相结合,链接“数字地球”战略,促进“数字地球”应用的“本土化”,为全球化信息共享作贡献。
    · 不断开拓遥感应用新领域。20世纪末,侧重于针对自然资源、环境与能源问题。以地球科学为主,逐步开展水碳循环、叶绿素与初级生产力的研究,开始注重生命科学;21世纪,开始从遥感考古、人口统计空间分析着手,作为进入人文社会科学的新契机。
    · 在大量应用实验的基础上,在社会生产需求的鼓舞下,创建了国家及部级重点开放实验室,设置了定标场、田间试验台站,加强对电磁波谱特征理论、遥感信息传输规律及订正、遥感信息复合的深入研究,为遥感技术系统集成与新一代应用软件的开发,为创建地球信息科学打下初步的基础。
 
    二、遥感信息获取能力建设
 
    1.星载对地观测体系
 
    近30年来,我国已发射50多颗卫星和4艘无人宇宙飞船。《中国的航天》白皮书预计,我国近几年还将继续研制和发射近30颗各类卫星,包括通信、气象、海洋、资源、导航、天文以及环境与灾害监测卫星、空间科学探测卫星,直接或间接提高获取遥感信息的能力。
    今后十年或稍后的一个时期,以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列和环境与灾害监测小卫星群,可组成长期稳定运行的卫星对地观测体系,实现对全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。2003年秋季,我国计划在“神舟5号”飞船中开展载人航天飞行计划,实现中华民族遨游太空的梦想,其中包括有人工直接操作的新型对地观测技术。以下简介我国卫星对地观测遥感数据获取能力。
 
    1.1“风云”系列气象卫星
 
    我国已建成极轨和静轨气象卫星相结合的“风云”气象卫星系列和数据应用系统。1988年、1990年,1999年及2002年分别发射了4颗风云一号系列极轨气象卫星。FY-1A,FY-1B卫星主要有效载荷为5通道可见光和红外辐射计,FY-1C与前两个卫星相比,可见光和红外辐射通道数增加到10个,增强了对地球系统的观测能力,使我国每天可以得到一次分辨率为3.1km的4通道全球覆盖数据。 “风云二号”卫星是地球静止轨道气象卫星,1997年6月和2000年6月我国先后发射了FY-2A和FY2-B卫星,能够提供每半小时获取覆盖地球三分之一面积的全景圆盘图。第二代极轨气象卫星FY-3系列,已列入2002年至2020年研制计划,此卫星系列将极大地提高对地观测和全球大气探测的能力。
 
    1.2 资源卫星系列
 
    1999年10月中巴地球资源遥感卫星(CBERS)成功发射。由中国与巴西联合研制,开创了发展中国家航天高技术合作的先例。卫星有效载荷包括分辨率为20米的5波段CCD相机、分辨率为78米的4波段红外多光谱扫描仪和分辨率为256米的2波段宽视场成像仪。卫星运行3年多来,我国已获取了覆盖80%国土和相邻国家、地区的遥感图像,归档了32万景图像数据(图版1)。计划2003年,CBERS-2卫星将发射上天,星上遥感器分辨率和图像质量将在目前基础上有较大提高。
 
    1.3 海洋卫星系列
 
    2002年5月我国成功地用“一箭双星”的方式把 海洋水色卫星(HY-1)同FY-1D卫星一道送入太空。 卫星载有10通道海洋水色扫描仪和4通道CCD成像仪,用于探测海洋水色水温,评估渔场、预报鱼讯、监测海洋污染、河口泥沙、海岸带生态和冰情等。此外,我国还将研制和发射海洋动力环境卫星系列(HY-2系列卫星),通过微波探测,获取全天候海面风场、海面高度和海温,达到减灾、防灾的目的;还有海洋环境综合监测卫星系列(HY-3系列卫星),获取同步的海洋水色和动力环境信息。
 
    1.4 对地观测小卫星
 
    2000年6月,由清华大学和英国Surry大学联合研制的“航天清华一号”小卫星发射成功。该卫星的3个CCD相机分别工作在可见光与近红外波段。可对地进行光学成像观测,光学分辨率达40米, 扫描宽度达40公里,用于资源调查、环境及灾害监测、军事侦察、水文、地质勘查和气象观测等领域。
 
    1.5 环境卫星计划
 
    我国正在加紧研制环境灾害监测卫星, 计划在2005年前研制出由两个光学卫星和一个雷达卫星组成的小卫星星座。在2010年前研制出由四个光学卫星和4个雷达卫星组成的小卫星星座,开展对环境和灾害全天时、全天候的监测。
 
    1.6 “神舟”宇宙飞船
 
    2002年3月,神舟3号载中等分辨率成像光谱仪(CMODIS)上天运行。CMODIS运行在343±5km高空,地面分辨率为400-500m,重复覆盖周期为2天,测绘带宽为650-700km, 有34个波段,波长范围在0.4-12.5mm(图版2)。在2002年12月的神舟4号飞行中,载有微波辐射计、雷达高度计和雷达散射计组成的多模态微波传感器。此次试验,在世界上首次实现了三种观测方式在统一监控下的同时工作,还首次采用了扫描天线的方式来观测海洋的风向和风速,获取的数据对进一步掌握风场、海浪动力环境和海气能量的转换,分析海洋灾害、资源等方面都会产生重要的作用。
 
    2、机载对地观测与实验体系
 
    我国还不断加强机载对地观测系统的建设。由863计划信息获取与处理技术主题组织研制的机载对地观测系统,由模块化成像光谱仪、推帚式高光谱成像仪、面阵CCD数字相机、三维成像仪和L波段合成孔径雷达5种新型遥感器组成,具有高光谱分辨率、高空间分辨率、三维成像和全天候、全天时工作的能力。
    实用型模块化成像光谱仪(OMIS)。该系统将成像技术和光谱技术结合在一起,在连续光谱段上对同一地物同时成像, 获取的光谱图像数据能直接反映出物质的光谱特征。其主要技术特点:波段覆盖全,在0.46mm~12.5mm的大气窗口上设置了128个探测波段。仪器具有70°以上的扫描视场。扫描系统、成像系统和光谱仪系统均设计成独立模块,可实现128波段和68波段两种工作模式的更替。GPS系统可以得到图像的定位资料,可产出标准化图像数据产品(图版3)。
    推帚式光电遥感器(PHI)。它以其高光谱分辨力、高灵敏度和无机械运动部件等性能,成为新一代对地观测技术的一个重要特点。研制成功的推帚式高光谱成像仪波段数为244个,光谱范围0.40mm和0.85mm,光谱分辨率小于5nm,扫描视场42°,信噪比大于100。
    高分辨力CCD面阵数字航测相机系统。其核心技术是具有4096?4096像元数的全数字面阵CCD探测器,配以专门研制的大视场、大相对口径、高分辨力、低畸变光学系统组成航测相机主体,并与专门研制的三轴陀螺稳定平台、高速大容量数据存储系统和GPS定位接收系统等共同集成为一套全数字、高分辨力、具有良好适应性的航测相机系统。
    三维成像仪。以实时、准实时生成三维遥感图像为其鲜明特色。它是一个集成系统,由扫描成像技术、激光测距技术、GPS技术、姿态测量技术等子系统组成信息获取分系统,并开发了直接对地定位软件和同步生成已准确匹配的地学编码影像和DEM等软件组成的信息处理分系统。 其主要功能有:一次同步生成地形影像图,也可单独提供等高线图、正射影像图。其二级产品包括:三维显示图、专题图、各种量算功能等(图版4)。
    L-SAR实用系统。该系统装有左右两副天线,可在成像过程中实时切换观测方向,具有两种极化天线,可以获得多种极化雷达图像;配有多种工作模式,即有高分辨力窄成像带和低分辨力宽成像带两种模式可供选择,高分辨率为3m × 3m;具有原始数据记录和实时成像处理能力。该系统在设计过程中考虑了干涉成像能力,以获取地表三维信息,曾用于对洪涝灾害的实时监测 (图版5),并可用于测量地震灾害的地壳形变,达到厘米级精度,是雷达卫星理想的试验平台。
 
    3、遥感卫星地面接收站网与图像数据处理系统
 
    中国于1986年建成遥感卫星地面站。从接收美国陆地卫星5号数据开始,目前具有接收LANDSAT、SPOT、RADARSAT、ERS-1/2、JERS-1、CBERS遥感卫星数据的能力。并签订了协议负责分发Quickbird、IKONOS、IRS、EROS等遥感卫星数据。能够为用户提供高、中、低各种分辨率及多光谱、全色、雷达等不同类型的遥感图像产品,逐步实现了全天候、全天时、近实时、多种分辨率的卫星对地观测数据中心的发展目标。与中国资源卫星应用中心、气象卫星中心和海洋卫星应用中心一道,建成与国际接轨的遥感卫星数据生产运行系统。
    中国自主研制了气象卫星接收系统,分布在北京、广州、乌鲁木齐等地的数十个气象卫星接收站,可接收极轨气象卫星和静止气象卫星的数据。海洋卫星地面应用系统在北京和三亚市建立。MODIS数据地面接收站先后在国家气象局国家卫星气象中心、中科院遥感所、广州气象卫星地面站等地建立。
    2002年10月,经过9年建设的中国第一个遥感卫星辐射校正场正式投入运行,标志着我国在提高遥感卫星观测精度与定量遥感分析方面取得重要进展。并与美国白沙,法国图卢兹实验场建立了国际合作关系。
    中国目前已形成处理气象卫星、资源卫星、机载遥感与航空摄影测量等多源遥感数据的能力,具有强大的数据存储、快速处理、传输、信息提取、应用软件设计、图形图像制作输出能力,保障了遥感数据的广泛应用,同时研制了一系列针对新型遥感技术应用的软件系统。
 
    三、数字地球战略的本土化
 
    “数字地球”是空间时代与信息社会发展历史中的必然产物。在卫星对地观测夜以继日覆盖全球,遥感数据资源极大丰富,计算机、多媒体、虚拟现实技术高度发达,全球定位系统、地理信息系统以及宽带网络通讯日臻成熟的21世纪,完全有条件对多尺度、多分辨率、多时相的海量地球信息资源,其中包括遥感信息,社会经济空间统计信息,进行三维描述和数据融合,加快充分利用,为人类造福。
    从科学技术发展的角度来看,可以认为“数字地球”是遥感应用功能的延伸。具体地说:第一步是“数字化”,从多种卫星直接接收的对地观测数据和参数,或者数字化的图像,快速传输,几何纠正,海量存储,建成数据库,提供查询,探索服务。第二步是“信息化”,通过数理统计分析,图形图像识别,时空转换动态变化研究,从海量数据中提取有效信息。第三步是“知识化”,通过各种专业应用模型,从有效的图形图像或数据中凝练出客观规律,为工程设计、质量管理或管理信息系统提供科学依据。第四步是“再现”,根据客观规律,参照边界条件,通过虚拟仿真,重建自然或社会的历史过程,延伸和预测未来的发展趋势,建议几种可能的解决方案。第五步是“决策”,由决策部门的领导,审时度势,对多种解决方案作出优选或取舍。
    我国目前已经建成1:400万、1:100万、1:25万全国基础地理数据集,七大江河流域重点防范区1:1万和1:5万基础地理数据集。并在建设以推动空间信息技术及其产业发展为目标的国家级空间信息共享和服务平台“中国空间信息网”。作为国家地理空间信息基础设施,高精度的全国1:100万的地形数据模型(DEM)已更新两版,公开发布,1:25万和1:5万的地形数字模型正在进行之中,全国1:50万数字地质图已完成,全国土地覆盖与土地利用数据库,森林、草场、湖泊、冰川、历史地震等科学数据库,也纳入了国际科学数据库的计划(Codata),并得到气象、海洋和资源卫星数据的及时更新。
    全国已有17个省、市开始建设“数字省区”,占省区总数的1/2;已有60多个城市开展“数字城市”工作,约占668个城市的1/10;跨省区的“数字流域”,涉及长江、黄河、海河和辽河等大河流域,已提到日程上来了,为跨流域调水工程、水资源分配、防涝救灾服务。“数字中国”百舸争游。
    中国科学院和北京大学分别建立了“数字地球科学实验室“和“数字地球工作室”,开展有关“数字地球”的理论方法研究。开始以数字地球原型系统为先导,建立TB级遥感数据与相关数据的存储、查询、检索系统,为跨学科的地球科学研究、地球各圈层动力学关联分析与数据融合、信息挖掘与知识发现、模拟与预测,提供共享平台。作为遥感知识创新工程突破学科边缘、建立交叉领域、产生新思想、开辟新方向的数字“孵化器”。目前该系统初步整合了近3TB的数据资源,数十个数据库系统,并建立了数据网络接口,可连接国内外现有数据库,实现了远程地学处理。并已开始为数字奥运、数字考古、虚拟旅游、军事仿真领域的应用提供服务和支持。共同推进“数字省区”、“数字城市”、“数字社区”和“数字奥运”的工作。
 
    四、空间信息应用的拓展
 
    中国采取遥感应用先行的策略,1963-75年间,利用全色航空摄影相片,进行目视解译与系列制图,1975-80年间,引进美国陆地卫星(Landsat-MSS)数据, 1980-85年间订购试验专用遥感飞机,装备国产遥感仪器。
    1985-90年间,获得回收卫星影像,并得到全球定位系统数据,依托地理信息系统,进行数据融合,自主开发了惠普Geostar, City Star, MAPGIS与Super 2002等遥感图像处理与制图软件,进入国际市场,1999年以后,得到本国遥感卫星数据的支持,推动“数字地球”战略,促进空间地理信息基础设施及其与信息系统的整合。遥感信息的开发与应用,蓬勃发展。开发了国民经济辅助决策地理信息系统、资源环境与区域经济信息系统、全国主要农作物长势监测与估产业务系统、城市地理信息系统等一系列应用技术系统,初步形成对国家高层政务多层次辅助决策与区域可持续发展决策的信息支持能力。遥感应用的广度和深度,远远超过当初发射陆地地球资源卫星时的估计(47项)。归纳为五个主要领域,分述为下:
 
    4.1 全球变化与海洋调查
 
    利用国内外气象卫星与海洋卫星监测数据,参与“Codata”科学数据库的交流,我国积极地参与多项全球变化国际合作计划。在气候变化、温室气体效应、臭氧洞等诸多领域作出了努力,取得了西藏高原臭氧槽的发现,南方涛动对长江流域旱涝的影响,黄土古季风的反演等具有国际影响的成果。
    在“中国陆地生态系统生命物质循环及其驱动机制研究”项目,将采用自上而下的遥感反演模型和自下而上的过程模型有机结合的途径,解决尺度转换问题,减少碳汇/源评价中的不确定性,评价中国陆地生态系统碳汇/源的历史过程、现实状况、未来趋势及其碳汇潜力,为国家的生态环境建设和气候变化公约谈判提供科学依据。
    用多光谱数据及其生成的植被指数,对全球植被和土地状况进行分类,监测土地沙漠化、森林砍伐、病虫灾害、城市化等环境变化进程。在广东肇庆地区多时相雷达数据对水稻长势的监测方法,得到了国际的认同。分析中国植被指数的季相变化,模拟中国和在温室效应下的东亚植被演替模式,探讨全球森林资源与小麦长势的相关。
    建立了海洋环境立体监测体系,包括近海环境自动监测、高频地波雷达海洋环境监测、海洋环境遥感监测、系统集成以及示范试验。为近海海产养殖与远洋渔业资源调查,提供动态信息,为我国跃居全球水产大国作出了应有的努力。
    遥感在生命科学中的应用方兴未艾。 在陆地生态系统中植被指数已广泛用来定性和定量评价植被覆盖及其生长活力,并用来诊断植被一系列生物物理参量。利用NOAA、SPOT和同期气象数据,换算作物植被指数,对全国及世界主要国家农作物长势进行遥感监测预报;利用AVHRR植被指数数据集,分析中国东部季风区的物候季节特征。
 
    4.2 国土资源普查
 
    全面部署了各省区进行国土资源遥感综合调查,一般以卫星图像为主要信息源,进行1:50万或1:100万比例的专业目视解释和系列制图(在直辖市为1:10万-1:5万),建立地理信息系统,与“数字省区”和“电子政务”或与“生态省”建设规划链接。
    遥感地质找矿取得了多方面的进展。 航空遥感与卫星影像应用已在地质区测制图与普查找矿遥感方法中列入作业规范,火山、黄土、冰川、岩溶等新生代地质作用和现象,均有新的发现。并已汇成全国1:50万地质图数据库, 全面地反映了遥感地质的调查研究成果。
    从1980年,腾冲航空遥感开始,开拓地下热水铀矿床遥感探测的先河,逐步推广应用于内蒙及其他地区其他铀矿资源的航空遥感综合勘测,均获得成功。不仅为铀矿资源的航空遥感综合勘探打下了坚实的基础,而且为开展核查技术和核能和平利用作出了贡献。
    重金属和有色金属矿产资源的遥感勘探,以控矿构造为框架,以多光谱岩性识别为依托,通过矿物晕的扩散形迹,为国家圈定了多处大型矿床。在新疆的金矿探测中,查出金科研预测储量18.8吨, 远景储量70吨,使两个县达到生产黄金2万两的效益。遥感应用于扑灭华北、西北煤田地下自燃的火灾,为探寻内蒙地下水和油气资源,频频告捷。
 
    4.3 环境保护与灾害监测
 
    利用机载成像光谱仪和卫星多光谱扫描仪,对太湖水环境现状和历史演变进行了系统性的定量遥感分析,取得了具有实用价值的结果。
    开展863计划“西部金睛行动”,建立我国西部生态环境遥感监测网络系统及西部生态环境动态数据库。通过西部、区域、省市区、典型地区四个层次,实施对西部生态环境和资源的长期动态监测,监督西部大开发中的生态环境效应,提出建设和加强西部可持续发展能力的对策。
    研制了“沙尘暴的卫星监测系统和沙尘暴的灾害影响评估系统”,通过网络连接,实现了把遥感、GIS和网络通讯技术集成为一个可以实时业务运行并定性、定量、定位的沙尘暴卫星遥感监测与灾情评估的系统。现已利用风云卫星的数据正式发布沙尘暴天气预报。开展了蒙古、朝鲜、韩国与日本的国际合作计划。
    研制开发出卫星遥感草原火灾、监测和灾害评估系统,实现了及时发现火点、准确定位火点地理坐标、测算过火面积、计算干草损失量。建立了森林监测与管理信息系统,收到了有火不成灾效果。开展了赤潮灾害卫星遥感业务化监测技术研究,并在渤海、长江口和珠江口海洋赤潮灾害监测业务化实践中得到了检验。
    建立了由灾害宏观动态监测系统、机载SAR数据实时传输系统、洪涝灾害监测评估运行系统,已投入使用。对突发性水灾,实现2天之内提供受淹范围及各类受淹土地面积等信息,一周之内提供包括受灾人口、受淹房屋等信息的详细评估报告。全国旱情监测实现每10天上报一次旱情资料。在1998年长江特大洪水期间,利用6颗卫星和3套航空遥感系统,特别是利用了中国的L波段机载雷达系统,对灾区组织成像飞行,获得了100多幅灾情图像,遥感查明受灾面积只有地方统计数据的一半,为灾情监测评估和灾后重建规划提供了科学依据。洞庭湖区的遥感实验信息系统,是由加拿大CIDA的资助下进行的,已推广到亚非21个国家。
 
    4.4 城市规划与工程建设
 
    由于我国城市化的快速发展,城市化指数由2000年的26.7%增加到2003年的37%。高分辨率卫星图像和机载遥感系统,为城市规划和“数字城市”的建设提供了丰富的数据源。例如,通过开展北京中关村高科技园区成像飞行,为“数字北京”及“数字中关村”提供了更新数据;进行2008北京奥运规划区的机载对地观测飞行试验,服务于奥运申办及未来的奥运规划设计,为澳门回归进行三维成像仪飞行,为香港、澳门、北海、上海浦东等城市提供了基于对地观测数据的各类图件及数据,并开展了城市应用研究。
    我国资源卫星与SPOT, IKONOS等高分辨率的图像数据,在城市建设中的应用,已在北京城市折迁,香港街区地图更新中发挥作用。全国80多个城市的城市扩张与占用土地的遥感监测,效益显著。天津市早年城市环境遥感的实验成果,率先采用网格化计算机自动制图,出版了环境资源调查,得到世界银行的高度赞誉,为天津市争取世行巨额贷款提供了科学分析依据。
    遥感技术为国家大型工程建设提供了勘察与管理信息支持。包括三峡建设、青藏铁路建设、二滩和龙滩电站水库、三北防护林工程、南水北调西线工程、西气东输等,遥感在选址、勘测、生态环境工程效益评估中,都发挥了应有的作用。在三峡工程预研论证初期,三次遥感估算库区可耕地面积,从而否决了后靠移民的主张,为政府决策外迁提供了依据。已经由中国科学院与三峡指挥部合作,组建长期的资源环境监测中心。
    青藏铁路施工以前,有关部门和中科院对高原冻土调查研究与铁路选线,进行了大量遥感和选线比较研究。特别是隧道工程中的喷水含沙等,在南岭、燕山、秦岭大型隧道的勘测工程中,取得了宝贵的经验。
 
    4.5 遥感考古与古环境再现
 
    遥感技术用于考古研究是对人文科学的开拓。2002年12月召开的全国首届遥感考古会议,展示了在这方面取得的成就。利用卫星遥感在长江三角洲吴越文化分布的部分地区,普查出新石器时代到春秋时期的各类古遗址28087座,经与考古学家的共同验证,其判对率达95%以上。利用航天飞机成像雷达图像,发现了陕西宁夏交界地区被干沙掩埋的明隋古长城。在内蒙古和陕北等地开展了多次航空遥感考古飞行,获得了元大都、辽中京、辽上京古遗址的航空照片,出版了多种“航空遥感考古图集”。2002年又从美国购回1万余张二战期间日军拍摄的航片,正对这些资料整理和分析,可能会揭示出更多现在地表已被改造过的考古信息。对近50年来的土地利用、自然环境变迁与人类活动的轨迹,重新作出空间分析和历史评价。
    在临淄,结合卫星图像,航空系统,发掘报告,调查报告,普查考古地图和地形图,建立了我国第一个大型遗址群地域文物考古信息系统。
    在敦煌莫高窟进行了数字化近景摄影测量,为雕塑与壁画复原,奠定了初步基础。进一步利用激光与全息成像,可以把丝绸之路上被掠夺、偷盗破坏文物进行虚拟仿真,唯妙唯肖地再现,遥感为文物修复与保护,记录发掘现场,复原古环境,提供崭新的成套信息技术。
 
    五、地球信息科学展望
 
    20世纪末,在地球系统科学的理论指导下,遥感应用、地理信息系统、全球定位系统与网络通讯技术,已逐步向综合集成的历史阶段。新兴的多媒体、虚拟现实等可视化技术和并行计算、网络计算等高速智能化技术,日新月异,如虎添翼。
    20世纪的遥感应用,比较侧重于自然,侧重于无机环境,侧重于资源,侧重于静态观测与识别;而21世纪的遥感应用必将更多地关注人文,关注生态和环境,关注动态监测与评估。在调查研究方法上,也将从单项的侦察、识别,逐步走向定量化的综合集成,由单纯的遥感仪器观测数据,逐步走向多种数据源的融合。
    地球信息科学在20世纪末应运而生,与时俱进。它是空间科学技术、信息科学技术与地球系统科学的交叉融合,其目的是要通过数据共享,充分发挥海量数据的作用,从中提取有效信息,发现知识,掌握规律,用于指导生产和生活。或者说是以信息流调控人流、物流和能流。提高社会生产效率和人类生活质量。它以地球为舞台,上至电离层,即无线电磁波反射或折回地表的上限;下至莫霍面,即地震波反射或折回地表的下限。可以称之为信息圈(也称“人类圈”或“智慧圈”)。这是当今世界人类最活跃,信息最丰富的圈层。也正是“数字地球”的核心空间,是对地观测与遥感应用的主体部分。
    我国科学家正开始努力探索地球信息科学的理论、方法和关键技术。例如以遥感像元为基础,建立适应于“数字地球”的网格地图系统,适应新一代网格计算的方法;充分发挥人类图像思维的能力,建立地学信息图谱,来抽象地表达地表现象的规律,进行信息压缩;从遥感获取的现势数据进行虚拟可视化,反演自然和文明发展的历史过程;显示规划方案的景观效果等等,都将有助于更深层次的遥感应用。
    遥感技术和应用的不断创新与发展,将极大地丰富地球信息科学的构建;地球信息科学的发展也必将为“数字地球”战略的发展提供理论、方法与技术支持;反过来,“数字地球”战略为地球信息科学的发展提供了机遇,并会促进地球信息科学的全面发展。二者的结合,必将推动地球科学的发展,及信息社会的经济发展与社会进步,为我国全面建设小康社会,作出应有的新的贡献。
    与此同时,信息时代遥感应用与“数字地球”的发展,必将进一步推进发展中国家在经济、技术、文化等领域的南南合作,缩小发展中国家与发达国家之间的“数字鸿沟”,推动信息社会和全球经济的整体发展。中-巴地球资源卫星的研制就是南南合作的杰作。目前,我国正在进行2008奥运会场馆的建设,科技奥运、数字奥运、绿色奥运是中国举办奥运会的理念。遥感与“数字地球”将会为奥运场馆等基础设施的建设,为各国运动员提供优质的服务。
    不久的将来,载人飞船“神舟”号顺利升空,海洋卫星和“数字海洋”的建设与时俱进,“探月”计划提到日程上来,遥感应用与“数字地球”方面的国际合作,视星空将会更加辽阔,机遇将会更加令人鼓舞。
 
    主要参考文献
 
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