国土资源科普与文化, 2017, 12(2): 6-15 doi:

本期特稿

对地观测——另一个视角看地球

文图/熊盛青, 葛大庆, 于峻川

中国国土资源航空物探遥感中心

Online: 2017-04-20

作者简介 About authors

熊盛青,中国国土资源航空物探遥感中心副主任、总工程师、教授级高级工程师,获国家科学技术进步奖特等奖1项和二等奖(排名第一)2项、省部级科技奖15项(其中一等奖5项)等,获全国杰出专业技术人才、国家“万人计划”第一批科技创新领军人才、李四光地质科学奖、黄汲清青年地质科技奖等荣誉,享受国务院政府特殊津贴。

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文图/熊盛青, 葛大庆, 于峻川. 对地观测——另一个视角看地球. 国土资源科普与文化[J], 2017, 12(2): 6-15 doi:

人类自诞生起,从未停止过对地球的探索和认知,其根本目的是为了探索更好的生存环境与发展空间。近几十年以来,全球不可再生资源的日益减少、气候变暖、海平面上升、臭氧层遭到破坏、土地退化与荒漠化加剧、环境恶化及自然灾害频发等全球性资源环境问题引发了全社会广泛关注,迫切要求人们用新的视角和新的技术研究地球的现状和演化规律,推动资源、环境和灾害等问题的解决。于是,以研究地球各圈层特征的地球科学首当其冲,面临着难得的机遇和严峻的挑战。

我们赖以生存的家园——蓝色星球

地球科学博大精深,内涵宏阔,“纵横数万里,上下过亿年”。地球科学构建于现代自然科学基础之上,它研究的是先进的“观察与测量”。门捷列夫曾言:“科学源于测量,没有测量就没有科学,至少没有精确的科学”。近几十年里人们常常听到的“对地观测”(Earth Observation,EO)就是指面向地球科学的“观察与测量”技术,它以地球为研究对象,依托空间科学技术、信息技术、航天技术和光电技术等,利用卫星等航天器、近空间飞行器以及飞机等平台所搭载的传感器,对地球资源、环境及人类活动进行观察、探测和监视,从全球、区域性乃至局部等各种尺度,系统化地研究地球各圈层及圈层间的互动关系与内在规律。对地观测是地球空间信息科学的技术基础,而这一体系中最核心的技术则是“3S”技术及其集成。“3S”是遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和空间导航定位系统(GPS、“北斗系统”“伽利略系统”等)的统称,而“集成”,则是指对地观测方法技术的综合运用以及观测信息的在线连接、实时化处理以及系统的有机结合。

欲穷千里目,更上一层楼:如何认识地球?

人们对地球的认识首先关注的是其形状大小与运动特征。古代中国有“天圆地方说”“盖天说”,认为地为方,天为圆。北朝民歌《敕勒歌》曰:“天似穹庐,笼盖四野”,“天圆地方”的观念影响了中国文化数千年,今天在许多传统建筑、图案设计和器物的纹饰中,这种思想仍然可见。古代欧洲对于地球的认识更为深刻,经历了从托勒密的“地心说”到哥白尼的“日心说”的漫长过程。哥白尼通过天文测量,以观测实验的方法证明了太阳是宇宙的中心,更正了人们的宇宙观,明确了地球的形态以及在宇宙中的运动特点。直到1519—1521年,真正通过实证表明地球是“球体”的是葡萄牙航海家麦哲伦船队的环球航行。

今天,人们非常容易理解对地球的科学认识,这背后的一个原因就是观测角度的变化。中国古人说,“欲穷千里目,更上一层楼”,说明登高方可望远!孔子“登东山而小鲁,登泰山而小天下”也是这个道理!阿基米德说过:“给我一个支点,我可以撬起地球!”套用这句话,我们还可以说,“只要有更高的视角,就能更准确地观测地球。”古人早就通过望远镜观察星宿变化,观测天体运转,认识宇宙运动。如果我们互换一下视角,站在太空一点观测地球,那就能更为全面地认识地球的形状、大小以及陆地、海洋、大气等的分布与运动变化特征。这就是人们最早的对地观测思路,也就是“遥感”的思想起源。发展到今天,遥感已经成为对地观测技术的核心。

遥感(Remote Sensing),通俗地讲就是“遥远的感知”,简单点理解就是从空中或者太空观测地球,给人最直接的感受就是“拍照片”。而实际上,人类能直接感知(通过视觉、听觉、嗅觉等)的信息是极其有限的。就人眼而言,只能看到反射与人眼感知相一致的光谱的物体或现象。因此,遥感的准确定义是一种在可见光、红外和微波等电磁波段内,以一定的高度通过主动或被动的方式探测目标物体的电磁波反射和辐射信号,揭示地物特性及其变化的技术。“遥感”一词最早是由美国学者Evelyn. L. Pruitt于1960年提出,早期遥感主要以航空摄影为主。沿袭至今,凡以空中飞行器为平台的遥感就称为航空遥感。自1972年7月美国发射了世界上第一颗陆地遥感卫星后,标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的发展,遥感已从狭义的可见光、红外、微波等观测又扩展到地磁场、重力场、声波、地震波、放射性等综合性的对地观测。

卫星对地观测系统(遥感、通讯、导航卫星与空间站、中继卫星的联合)


不识庐山真面目,只缘身在此山中:遥感与制图

地图是人们在实践中认识地球表面的结果,也是指导生产活动的工具。早期的地图绘制局限于目视所及的范围,我国古代在地图绘制领域取得了很大的成就,形成了“制图六体”,之后又衍生出了“计里画方”,成了近代地图制图的基本方法和数学基础。古人通过实地天文测量确定基本方位,以表、罗盘、望筒、规矩、准、铅垂绳、绳尺、丈杆、计里鼓车等测量方向、方位、距离和高差,最后制成二维平面地图,这个过程复杂而低效。

遥感技术的发展极大促进了现代地图制图技术的进步,从作业方式上解决了古代测图效率低的难题,从信息源上更为全面地再现了地表的复杂性与真实程度。今天,遥感图像已成为人们日常生活不可或缺的重要工具。借助谷歌地球(Google EarthTM)、搜狗地图等虚拟地理信息引擎,通过飞机、无人机与卫星等平台搭载的可见光(波长:0.3~0.7微米)、红外等多种传感器获取的海量遥感数据,可直接对所需地理信息进行访问、搜索和查询,获得查找对象非常直观的影像,彻底改变了以往“纸质地图”应用方式的局限,实现足不出户即可“识尽庐山真面目”的目的。这就是遥感信息的作用!

从1839年达盖尔(Daguerre)发明了照相技术算起,航空摄影测量的历史已超过百年。真正将摄影技术用于测量的是法国陆军上校劳赛达(Laussedat)在1858年在风筝气球上用照相机拍摄巴黎,开始尝试空中摄影。直到1909年,世界上第一次从飞机上拍摄的航空照片来自于意大利罗马的Centocelli军事基地,这是迄今为止所知道最早的航空影像。航空摄影最早广泛应用于军事侦察方面,1915年,美国海军通过航空摄影,完成了第一个有正式记录的航空摄影侦察活动。但航空摄影在森林调查和地图测绘等民用方面的应用则是在10年之后的事。第二次世界大战中,得益于航空照相机能力的增强,战场侦察拍摄的航空影像更为清晰,英军准确拍摄出德国V-2弹道导弹的发射基地。

借助航空摄影测量(Aero Photogrametry)、三维激光扫描(Lidar)和最新发展的倾斜摄影测量(Tilt Photogrametry)等多种航空遥感手段,现在的地图制图已从平面“线划”地图转变到仿真的“影像”地图,不仅实现了“看图说话”,还可精确测量地面房屋、道路、桥梁等地物的三维参量。另一方面,将影像地图和空间定位卫星数据结合可用于交通工具导航与重要地物定位,也是人们现代生活必不可少的技术手段。

近年,无人机的快速发展大大丰富了航空遥感的内涵。利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术,能够实现自动化、智能化、专用化地快速获取国土资源、生态环境、自然灾害等的空间遥感信息,且完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。无人机遥感技术由于具有机动、快速、经济等优势,已经成为世界各国争相研究和开发的热点,有望成为未来主要的航空遥感手段之一。

近空间、航空和地面平台的综合集成促进了天地一体化摄影测量与遥感的数据获取方法,可提供愈来愈多的影像和非影像数据。近10多年来,航空高光谱测量技术获得很大发展,可以通过精细地测量岩矿石的光谱特征(光分辨率可达10纳米左右),实现矿物填图,目前可有效地识别出20多种矿物和矿物组合。近几十年来通过航空平台,航空地球物理探测(也叫航空物探)也有很大发展,充分利用重力、磁、电和放射性等传感器,测量地磁、电磁、重力和放射性异常,用于地质调查、资源勘查和环境监测等领域,取得了丰硕成果。

无人机遥感


高瞻远瞩遥感者:卫星遥感与地球系统观测

上世纪70年代初以来,卫星对地观测技术得到了广泛应用。尤其在地球科学领域从空间角度分析地球系统的水、碳、能量等循环要素的时空分布特征和变化规律,回答地球圈层动态演变过程中出现的科学问题。基于卫星长期观测获取的动态遥感数据,人们开展了各类资源、生态环境、气象气候、自然灾害、生物多样性等社会、经济及其相关领域的研究工作。

相比于航空遥感,卫星遥感的成像范围更广、遥感谱段更多、持续时间更长,并且通过多种卫星联合组网,构成了对地球全方位、多角度、多尺度的观测,更为详细和深刻地探查和监测地球资源、环境等的变化。根据国际卫星对地观测委员会(CEOS)的数据,当前在距离地球1 000千米的范围内,以陆地、海洋、大气为主要目标的遥感卫星超过了800颗,其中以美国、欧盟拥有的卫星最多,而中国、印度等国家正在发挥后发优势,努力争取“弯道超车”,构建自主的对地观测系统。

遥感卫星系统的建设是一个多学科结合的复杂工程,蕴含着诸多领域技术人员共同努力的成果。业务化遥感卫星以应用需求为牵引,同时也引领着新遥感应用领域的开发,这是一个“互动”的过程。这里只说说卫星遥感的情况。在按技术发展与用户需求完成遥感卫星的设计、制造、安装后,由火箭将其发射升空。我国目前已拥有成套的火箭系统与先进的发射技术,可以将重达几十吨的卫星推至几百千米外,甚至更远的太空。目前我国已在甘肃酒泉、山西太原、四川西昌和海南文昌建有卫星发射场。最著名的火箭是长征系列火箭,已经运送数百颗卫星成功进入预定轨道。卫星进入预定轨道按控制程序展开太阳能电池板(也就是它的“翅膀”),经地面测试和调整后,就可以开始正常地获取遥感数据了。常见的光学卫星好比“千里眼”,可获取不同分辨率(清晰程度)的影像数据;热红外探测器可以不分日夜地探测地表的温度信息;而雷达卫星则不论阴晴雨雪,不分昼夜(即“全天时、全天候”)地获取地面的微波反射信息。

一般的遥感卫星在通过地面接收站上空时将获取的观测数据下传至地面接收站。现在较先进的卫星可以将获取的数据先上传给中继卫星,再由中继卫星按用户需要随时回传到地面站。这些下传数据经地面系统的处理后最终形成可提供用户应用的卫星遥感图像数据。而卫星则按照设定轨道日夜兼程绕地球运行,不断收集遥感数据。

从近50年的卫星遥感对地观测发展历程来看,早期的传感器以光学相机为主, 20世纪七八十年代,针对主要地类、地表温度与湿度、大气状况及化学成分测量的需要,多光谱遥感传感器不断被开发,并普遍应用;90年代则是全球遥感卫星快速发展的阶段,高空间分辨率光学成像、成像雷达,以及降水与云扩线、地球辐射能量、海洋水色测量等新型传感器相继出现,卫星对地观测传感器数量达到80多台。进入新世纪以来,传感器的类型更为多样化,一些新型传感器,如激光雷达等开始服务于空间对地观测,全球在轨卫星对地观测传感器数量达到220多台,空间对地观测形成了以成像光谱(包括多光谱和高光谱)、成像合成孔径雷达(SAR)和激光雷达为代表的先进对地观测技术体系。

遥感影像数据获取的流程


卫星遥感经过50 多年的发展,为人们研究地球系统科学提供了大量的陆地、大气和海洋的观测数据,这些数据以很高的空间、光谱、时间、温度分辨率和定位精度,在资源调查、环境监测、灾害预警和救援,以及全球气候变化、大气环流、碳循环、水循环、海洋动力、极地冰雪消融等全球性科学问题研究中发挥了巨大作用,产生了无可计量的社会、经济和生态效益。而这一切正是得益于卫星的“高瞻远瞩”!

卫星遥感监测所揭示的极地冰层覆盖厚度变化


卫星遥感所解决的问题,多是公益性的,事关人人,又常常与个人无关的事情。除了地球系统科学问题之外,从人们日常生活角度而言,卫星遥感到底能干什么呢?一句话,主要还是解决资源、环境和灾害问题。

资源是社会发展的根本,没有资源,发展就难以为继。卫星遥感广泛应用于地球资源(包含农业、林业、土地、矿产、能源、地表与地下水、气象、海洋、旅游等资源)调查与变化监测,为国家和地方社会经济发展规划的制定、基础设施建设、城乡协调发展提供可靠的基础数据。

近几十年来,随着生活水平的提高,人们对优美清新环境的渴望越来越倾心,对全球和区域环境问题的关注也越来越强烈。遥感技术宏观、真实、多尺度、多时相重复观测等优势为环境监测提供了有效手段。例如采用遥感方法对水体污染、空气污染、植被生长变异、土壤污染与退化、土地荒漠化、湿地消亡、城市“热岛效应”,以及对资源不合理开发、城市污染物随意排放等造成的环境破坏状况进行调查和定期监测,进行区域环境承载力评价,为产业合理布局、城乡协调发展、促进生态环境良性循环和社会经济可持续发展提供了现势性较强的可靠依据。

遥感在灾害应急调查与灾情评估中所具有的“快速、准确”优势,是毋庸置疑的。例如在2008年“5·12”汶川特大地震后,全国许多单位立即组织了卫星和航空遥感应急调查与监测,在短时间内向中央及有关部门提供了最优救援路线、解救被困人员、预警和排除次生地质灾害等方面的第一手资料,为灾害评估和及时救援作出积极贡献。现在,遥感已成为灾害定期监测和灾后应急调查的必备手段,每当有台风、洪灾、滑坡、泥石流等灾害发生,能够第一时间冲在救灾第一线的一定有遥感技术队伍。

全球根区土壤含水量分布


全球作物生长状况与全球海表温度


夜视遥感所揭示的全球发展状况

卫星遥感不仅提供真切的可视图像,也可进行目标地物属性参数和变化量的精细测量。这种能力在微波雷达遥感领域表现尤为突出。例如采用干涉合成孔径雷达(InSAR)与极化InSAR数据,可以对地面极其微小的变化进行准确测量。我国已经开展了长达10余年的全国地面沉降InSAR监测,可以精确地测量城市、楼房、道路和桥梁等地物的下沉量,以及山区滑坡体的微弱位移量,等等。这种技术也广泛用于地震、火山活动等灾害发生前的变形监测,进而了解灾害孕育状况,及时发出预警,避免人员伤亡。

卫星除了在白天对地球照相之外,近年热红外夜视遥感技术也得以发展。通过拍摄大区域范围的夜间灯光变化,可以揭示各地区经济发展的状况。

致广大而尽精微:遥感新方向与我国对地观测发展

如果要概括遥感的发展特点,可以用“致广大而尽精微”(《中庸》)来表达。这里的“广大”指遥感观测平台的高远与观测范围的广大;“精微”则是空间、时间、光谱、温度等分辨率和测量精准度的提高。从全球范围来看,当前的遥感卫星的重复观测频率从数月到几小时,空间分辨率从千米到几厘米,光谱分辨率从几微米到几纳米,电磁波谱从可见光到微波,模式从被动到主动,观测角度从单一角度到多角度,从单极化到全极化等方向全面发展。卫星体制上,星座与编队(组网模式/快速重访/全球覆盖/快速响应)、姿轨控与相位、极化测量以及新型SAR成像概念等得以快速发展,遥感卫星将以有限任务目标为主,全面提升指标质量,兼顾多目标任务,形成光学、高光谱、SAR等业务化卫星长期监测,凝视、视频和夜视等新型科研卫星快速研发,形成全社会共同参与,面向多用户服务的开放式发展格局。对于地球系统科学研究,则具备了长期的数据保障,以长时间序列的积累观测助力地表现象及其深层次的规律探索。

与欧美等先进航天大国相比,我国遥感卫星的发展较晚,但经过30多年的快速发展,现已成为空间对地观测大国,形成了陆地、气象、海洋环境测绘等遥感卫星序列,并同时发展了商业小卫星和空间站等对地观测系统,并在深空探测领域逐步开展月球探测(火星探测也即将实施),构建了遥感、通讯、导航等紧密结合的卫星系统。我国的遥感卫星起步于中巴合作,1999年首颗CBERS-1卫星发射升空,至今已有13颗国产陆地卫星,形成了资源、环境、实践、资源、测绘、高分专项等6大系列。其中特别是高分系列卫星,定位于构建我国自主的高分辨率(亚米级/米级)对地观测系统,包含7颗卫星与其他观测平台,覆盖了从全色、多光谱、高光谱到雷达,以太阳同步和地球同步等轨道观测,构成高空间、高时间和高光谱分辨能力的遥感卫星系统。

国土资源是这些卫星的主要应用领域,2013年提出的《国土资源陆海卫星业务发展规划》已纳入《国家民用空间基础设施中长期发展规划》序列,标志着国土资源卫星业务应用将迈入新阶段。

以大型科学计划为牵引是当前遥感卫星发展的新特点。在业务化遥感发展领域,当前最具代表性的是欧盟主导的“哥白尼(Copernicus)计划”,其前身是全球环境与安全监测(Global Monitoring of Environment and Security,GMES)对地观测计划,以陆地、海洋和气象应用的“哨兵”系列遥感卫星系列形成了对岩石圈、水圈、大气圈、冰川层和生物圈不同尺度的业务化监测,以此应对重大事件应急响应、人道主义危机等公共环境与安全需求,实现对全球及欧盟成员国及热点地区不同尺度上的公共服务,支撑政府决策和重大战略制定。GEMS是欧盟与欧空局于2003年正式启动的一项重大航天发展计划,主要目标是通过对欧洲及非欧洲国家(第三方)现有和未来发射的卫星遥感数据及地面观测数据进行协调管理和集成,实现环境与安全的实时动态监测,保证欧洲的可持续发展,提升国际竞争力。

国产高分卫星影像


“哥白尼计划”是欧洲继“伽利略计划”之后又一个以著名科学家命名的重大科技发展计划。“哨兵”(Sentinel)系列卫星是支撑“哥白尼(Copernicus)计划”得以实施的对地观测系统,涉及雷达、多光谱、雷达高度计、大气化学成分监测仪等多种有效载荷,具备中高分辨率成像和中大尺度覆盖能力,用于地表形变、海洋活动、植被、土壤和水覆盖、内陆水道及海岸带、海面和地表温度、海洋水色和土壤特性、海洋预报、大气状况、全球海面高度变化等领域的观测,服务地球系统科学研究。

欧洲Copernicus计划与Earth Explorers计划


与“哥白尼(Copernicus)计划”对应的Earth Explorers欧洲地球探测计划,由8个地球探测卫星组成,其根本目标是通过对地球重力、磁场、电场、风场的探测,研究地球系统及其变化过程,尤其是在全球变化的背景下在气候变化预测、水循环、极地保护中广泛开展国际合作,推动地球系统科学研究。

与公益性科学探索的业务化卫星不同,商业化的小卫星因具有技术含量高、应用优势显著和可相对经济地持续发展等产业特征,逐渐受到世界各国政府和宇航技术开发机构的高度重视。经过20多年的发展,当前已进入高速发展阶段。我国的商业遥感卫星从“北京一号”到“吉林一号”,再到去年发射的“高景一号”,标志着我国商业小卫星产业化的显著进步。得益于研制周期短、可批量生产、组网灵活等特点,小卫星是未来卫星应用发展的方向。当前,以高端小卫星、皮纳卫星、商业化采购服务等为代表的细分市场正在加速形成,其技术理念、应用模式将更加开放和创新。

欧洲Copernicus计划哨兵-2多光谱卫星


中东干旱地区节水农业灌溉假彩色影像(Sentinel-2a卫星,沙特阿拉伯Tubarjal。圆圈为集中灌溉系统农田)


惯于星观天地变:体验地球自然美

卫星遥感的出现让人们足不出户便可俯察大地“品类之盛”,欣赏万物变化,体验自然之美,这是工业文明带给人类认知的进步。当人们跳出地球表面这座“庐山”,见识了她更多、更美的面目的容貌变换之时,不仅感慨几十亿年的岁月在她脸上留下的不只有沧桑,更多的是难以言喻的神奇与美丽,她更像是上帝创造的伟大艺术品,而我们每个人都不知不觉地生活于其中。从艺术创作的角度来讲,遥感卫星可被视作最具现代性和科技性的创作工具之一,也可以被视作当代工业艺术中难度最大的创作技法之一。

卫星遥感对地观测充分体现了工业与艺术的完美结合。工业之美在于卫星设计的严谨精密,制造工艺的先进完美,外观造型的对称美观,时空基准的精确统一,代表了航天、通信、测控、光电等多种技术的协调组合;而艺术之美则在于对地球变化之美的瞬间表达与长久刻画。我们大多数时候将卫星影像用于科学研究,却忽略了它作为一种艺术表现形式的存在。广袤的大地上每一处地物构成的光、影、色彩和形态千变万化,以及那些戏剧性的场景、玲珑剔透的形态和赏心悦目的色彩,构成了一幅幅超乎想象的绚丽画卷,时而抽象,时而写意。不同于艺术家的笔墨,大自然创作的工具是风动、水流、火山活动、变质作用、沉积作用和时间琢磨。其笔触之深沉,力道之遒劲,所到之处山峦叠嶂、江河咆哮、乱云飞渡、无不让人心生敬畏。在大自然面前,世上的艺术家们一直引以为自豪的创作技法、创作工具、创作方式都将黯然失色,难与之相比。

遥感影像之美不仅在于自然之美,还在于能发现隐藏于表像之后的人类肉眼无法看见的美。卫星遥感影像不同于普通数码相机拍摄的影片,可以捕捉地物在可见光、近红外、热红外、微波以及紫外等不同波长的电磁波的反射和辐射能量。而不同的物质成分在不同波长光谱下构成的影像大多是不同的。因此,用肉眼在自然光真彩色条件下只能看到地物的一部分特征,而难以区分地物可能在近红外、热红外、微波等波长所构成的假彩色影像中表现出的差异,通过遥感数据变换处理可将这些差异显示出来。大家最为熟悉的美国Landsat-7卫星拥有7个波段,除红绿蓝3个可见光波段外,还有1个近红外波段,2个中红外和1个热红外波段。中国国土资源航空物探遥感中心近年引进的机载HyMap高光谱仪可记录可见光到近红外的144个波段。我国即将发射的GF-5号卫星则可获取从可见光到热红外波长范围内的300多个波段的遥感影像。

意大利Etna火山喷发(2017年3月16日,哨兵-2号卫星拍摄。红黄色为喷出口,蓝色为积雪,人为设置,用于区分)


摩洛哥Anti-Atlas山脉


让我们体验一下由遥感卫星拍摄下来的天然艺术之作。摩洛哥Anti-Atlas山脉由8 000万年前非洲大陆与欧亚大陆板块的碰撞而形成,蜿蜒的沉积地层记录着当时板块碰撞的巨大力量,不同的物质组成、不同程度的侵蚀构成了五彩斑斓的色彩差异。古丝绸之路上的火焰山和库木塔格沙漠,白垩纪的红色砂岩在常年的雨水冲刷和风沙侵蚀作用下表面形成一条条沟壑如火焰一般;而库木塔格沙漠是世界上唯一与城市相连的沙漠,呈现着“绿不退,沙不进”的世界奇观,更是诠释着当年曾经繁华一时的楼兰古国为何湮灭的千古奥秘。

恒河三角洲地区的Sundarbans,有世界上面积最大的红树林,为阻拦孟加拉湾飓风造成的洪水灾害提供了重要的缓冲。如发辫一样分布的河流揭示了海陆作用与狂风强大的侵蚀力沿海岸塑造出的奇特景观。由于恒河-布拉马普特拉河三角洲诸多河口的泥沙沉积物数量巨大,泥沙在水中隐约可见,河口的河流与小溪纵横交错,渠道密布,其上则分布着支离破碎的林地、沼泽和农田。

俯察品类,仰观宇宙:对地观测与深空探测

全国科技创新大会上提出了发展深空、深地、深海探测的战略方向,向“三深”进军吹响了新一轮地球科学研究的“集结号”,要求发展对地观测以“俯察大地”,开展深空探测以“仰观宇宙”,应对全球气候变化与能源危机,避免重大自然灾害,构建和谐人地关系。构建面向地球各圈层动态演化过程监测与预报的综合对地观测系统是当前国际地球科学领域发展的主要特征,以综合对地观测系统支撑的重大科学计划是当前地球科学进步的重要途径。构建面向资源、环境与灾害日常监测的业务系统,发展地球各圈层互动作用下的地球系统科学研究,以实现对地球系统变化规律的新认知,是对地观测技术实现综合应用的主要领域。

火焰山与库木塔格沙漠


深空探测是认知宇宙的重要手段,是地球科学向行星科学的拓展。国际上开展月球、火星及太阳系外太空探测也已持续了半个世纪。中国等国家近年提出了以“月球为主,向火星进军,兼顾小行星”的研究计划。其中月球探测计划正在有序推进,火星探测计划已正式启动。我国在综合对地观测与深空探测研究领域与美国、欧盟、日本等仍有差距,表现在深空观测的系统性、整体性不足;对地观测大数据综合集成科学研究偏低;先进遥感应用技术深入研究不够;对地观测遥感产品的综合服务能力有待提高;面向地球深部探测的空间观测技术与装备仍显不足。

聚焦国土资源与地质调查事业创新发展需求,大力推进对地观测研究与业务应用是服务国土空间有效监管,拓展新型能源资源调查,助力重要经济区与城市群地质环境安全与防灾减灾,支撑海洋强国战略与维护海洋权益,促进新型对地观测技术创新发展的内在需求,是发展创新型大国地位和实力的重要步骤。“十三五”期间,我国将围绕《高分辨率卫星发展规划(2010—2020)》《国家民用基础空间设施发展规划(2015—2025)》全面发展综合性对地观测体系,构建陆地、海洋、大气三个系列七个星座,总计超过100颗的遥感对地观测卫星,形成高、中、低空间分辨率,多种观测优化组合的综合全球管理与数据获取能力。国土资源部于2012年牵头编制的《陆海卫星业务发展规划》紧密围绕国家对地观测系统规划,计划在2020年建成对接20余颗遥感卫星应用的业务系统,形成陆海卫星业务体系。2016年国土资源部召开了科技创新大会,提出了“三深一土”科技创新规划,出台了《国土资源部关于加强国产卫星应用体系建设的意见》,这将带来深空对地观测在国土资源部,乃至整个国家在该领域的蓬勃发展,支撑国土资源事业的创新发展。

恒河三角洲地带


“十三五”期间,国土资源领域将全面落实“实施对地观测卫星重大工程,发展深空对地观测技术,加强卫星遥感应用关键技术的开发和应用,提高国土资源监测监管能力,更好地支撑生态国土和智慧国土的建设”的总要求,以构建支撑全国、全球、深空3个层次空间信息数据保障体系;发展对地观测理论,创建国土资源遥感调查技术方法和应用模型,研建支撑全国、全球、深空创新应用为长期目标;以发展遥感综合观测体系,创新国土资源与地质调查遥感应用为近期目标;从而创建对地观测先进技术与装备研发、自然资源与环境变化监测、能源资源勘查、深空探测技术体系,实现对地观测与深空探测的新发展。

一千多年前的“永和九年”,书圣王羲之趁 “天朗气清,惠风和畅”之时,写下了让“后之揽者,亦将有感于斯文”的天地时光感言,联想我们从事的地学工作,更有感于“仰观宇宙之大,俯察品类之盛”的感叹!而这不正是在感叹地球科学、对地观测、深空探测事业吗!所以广大地学工作者可“游目骋怀,足以极视听之娱,信可乐也!”

(本文图片引自ESA、NASA以及我国高分专项任务,在此表示感谢!)

参考文献

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