遥感与中国可持续发展:机遇和挑战

中国要实现可持续发展,必须积极应对资源短缺、环境恶化、海洋开发和气候变化等一系列重大资源环境问题;随着全球经济发展一体化进程加快,中国必须以全球视角研究和解决面临的资源环境问题。遥感在地球科学、环境科学、资源科学与全球变化研究中具有宏观动态的优点,是不可替代的全球观测手段,是实施可持续发展战略的基础性技术支撑。本文回顾了遥感科学技术进步的历程,总结了国际上围绕可持续发展所开展的全球遥感科学计划,分析了中国遥感现状和服务于可持续发展的前景,并结合国际上地球综合观测系统的发展态势,提出了中国遥感科学技术发展面临的挑战和机遇,进一步阐述了遥感发展面临的建立地球综合观测系统之系统、高精度遥感模型与参数反演、遥感产品真实性检验与遥感性能判据及测试系统、遥感数据与地球系统模式同化、遥感大数据与主动服务等前沿科学与技术问题。最后指出遥感要更好地服务于社会可持续发展,服务于国家的全球战略,服务于国民经济建设;必须创新遥感应用服务模式,加快遥感产业化和商业化进程;建议推进卫星观测系统的商业化,加快无人机遥感发展,促进遥感应用市场化。     

中国地震遥感应用研究与地球物理场探测卫星计划

中国地震遥感应用研究始于20世纪70年代中期,从简单的多光谱遥感图像解译线性活动构造开始,迄今已走过了40余年的历程。其中20世纪70、80年代以可见光遥感图像应用为特征,90年代为红外遥感、GNSS遥感和InSAR技术试验应用阶段,20世纪末到21世纪前10年主要表现为综合遥感应用和卫星电磁、卫星重力等地球物理场探测卫星计划预研,2011年以来侧重于集成前期研究成果,实施地球物理场卫星计划和卫星地震应用系统建设运行。目前可见光遥感技术在活动构造探查和灾害评估中已实现业务化应用,卫星红外、卫星电磁、InSAR技术、卫星重力和高光谱气体地球化学探测技术在地震监测领域越来越凸显出其应用效能。作为国家地球物理场探测卫星计划首发星,张衡一号电磁监测试验卫星于2018年2月2日进入预定轨道,目前在轨运行正常并产出了中国首幅全球地磁图,填补了中国在全球地球物理场获取能力方面的空白。     

基于地球静止气象卫星的地表参数遥感研究进展

地表参数定量遥感反演是遥感科学研究的重要环节。21世纪以来,地球静止气象卫星数据在地表参数遥感反演中受到越来越多的重视。本文对利用地球静止气象卫星进行地表参数遥感反演研究的进展进行了综述。文章首先简单介绍了当前正在运行的欧盟Meteosat、美国GOES-R、日本葵花和中国风云静止卫星系统,随后详细总结了不同卫星系统估算各种地表参数的方法。在此基础上,文章对进一步利用静止卫星估算地表参数的研究展开讨论,指出未来的研究应重点关注几个方面:(1)探索和运用新技术提高静止卫星数据获取和处理的效率和精度;(2)融合全球多颗静止气象卫星,同时与极轨卫星融合,生产覆盖全球的长时序地表参数产品;(3)探索地表参数的高效获取方法,对静止气象卫星地表参数产品开展真实性检验,满足地表过程研究和资源环境动态监测对高质量地表参数产品的需求。     

遥感与地球系统科学

地球作为一个高度复杂的非线性系统,各圈层(大气、海洋、陆地、生物、冰雪圈、固体地球)尤其是人类活动等任何组成成份的变化,都会引起地球系统的变化。人类可持续发展面临的巨大科学挑战之一是认识人类赖以生存的、复杂变化的地球系统,认识地球系统如何变化及主要驱动因素,认识地球系统未来变化趋势及如何提高对全球变化的适应能力。卫星独特的全球覆盖和日尺度的观测改变了地球科学的研究方法,它强调所能探测到的多时空尺度上的物理动力过程,在全球范围应对气候变化、能源和环境挑战具有重要作用,揭开了地球系统多学科交叉的新纪元。以地球系统的视野,抓住驱动地球系统的关键循环过程(如能量、水、生物化学循环),是当前地球系统科学的发展趋势。地球系统科学(全球变化)研究需要长期稳定、准确性较高的卫星观测数据,以水循环为例,卫星遥感具备获取全球范围水循环关键参数能力,但是系统性综合观测能力不足,整体精确性受到综合化的可靠空间数据集的限制。目前中国正在积极研制发展新型水循环卫星WCOM(Water Cycle Observation Misssion),并寄希望以此为核心传感器发起全球分布式水循环观测星座系统,进一步提高中国在国际水循环观测与地球系统科学研究方面的话语权与领先能力。     

中国地球观测遥感卫星发展现状及文献分析

近40年来,中国的地球观测遥感卫星技术发展取得了卓越的成就,已经形成了陆地、气象和海洋3大卫星系统,正在广泛服务于中国的自然资源调查、海洋环境保护、气象灾害预测和国家重大工程等诸多领域。本文回顾了3大卫星系统的发展历程,剖析中国地球观测遥感卫星的发展现状与内在特点,归纳总结在轨卫星的文献研究热点。研究发现,中国3大遥感卫星系统的发展并不均衡,气象卫星业务较为成熟,陆地卫星发展最为迅速。遥感卫星的文献研究数量总体偏少,应用研究亟待提升。后续规划和发展应考虑陆地卫星的轨道高度差异性和波谱范围的互补性,同时增加气象和海洋卫星数量,提升卫星传感器的探测能力和时空分辨率,尤其是加快海洋卫星的业务应用能力。此外,学者们需要进一步加大国产遥感卫星数据的使用力度,加强卫星遥感数据的应用研究以进一步提升中国地球观测遥感卫星的业务能力与国际影响力。     

时空遥感云计算平台PIE-Engine Studio的研究与应用

随着遥感大数据时代的到来,为快速处理和分析海量遥感数据,国内外涌现了众多遥感云计算平台,使得全球尺度、长时间序列遥感数据的快速分析和应用成为可能。本文在分析国内外遥感云计算平台现状的基础上,针对大数据时代国内缺少功能完备的遥感云计算平台,且国外遥感云计算平台对国产卫星数据支持不足等问题,基于容器云技术,构建了包含国产卫星数据且集数据、算力和技术于一体的时空遥感云计算平台PIE（Pixel Information Expert）-Engine Studio,实现了脚本驱动的遥感数据的按需获取以及海量数据的快速处理。采用Landsat 8数据,以生长季植被指数NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）的计算为例,对比了本平台与GEE（Google Earth Engine）的数据处理能力。结果表明,由于计算资源的限制,本平台的计算和导出时间均比GEE稍长,但计算结果的空间分布一致,其中近68%的值均分布在（0.48,0.77）,且二者差值的95.33%集中在（-0.13,0.13）,结果较为可信。因此,本文构建的基于共享、开放的中国自主遥感云计算平台PIE-Engine Studio,可为地球科学领域的研究提供数据和算力支持,将有助于推进中国遥感云计算平台的发展进程,推动国产卫星数据在云计算平台上的应用。     

中国遥感卫星地面站将分发日本ALOS卫星数据

根据中国科学院中国遥感卫星地面站和日本遥感技术中心6月20日在京签署的协议．该站作为全球第一个日本以外的机构．获得日本ALOS卫星数据的分发授权。我国遥感数据用户有望于今年10月开始获得这一技术先进的遥感卫星的数据。     

全球碳盘点卫星遥感监测方法、进展与挑战

以全球变暖为主要特征的气候变化已成为全球性环境问题,对全球可持续发展带来严峻挑战。2015年《巴黎协定》确定了自2020年后国家自主贡献的减排方式,并从2023年开始每5 a开展一次全球碳盘点。2019年第49届IPCC全会明确增加了基于卫星遥感的排放清单校验方法。欧盟、美国、日本、加拿大等正在大力发展温室气体排放的MVS（Monitoring and Verification Support）能力。本文调研分析了全球碳盘点对卫星遥感技术的需求,介绍了全球碳盘点卫星遥感的技术原理,梳理了温室气体卫星遥感、生态系统碳源汇卫星遥感估算、人为源碳排放卫星遥感、碳通量同化估算等全球碳盘点卫星遥感核心环节的研究现状与进展,分析了当前卫星遥感技术对全球碳盘点任务的支撑能力,并结合国内外发展趋势,针对性地提出中国的碳监测卫星计划方案,并展望了中国开展全球碳盘点卫星遥感监测重点任务,期望为中国全球碳盘点卫星遥感体系建设提供思路与方案。     

Landsat8卫星遥感数据预处理方法

Landsat系列卫星是由美国航空航天局和美国地质调查局共同管理的资源遥感系列卫星,40多a来为地球遥感探测活动提供了大量清晰而稳定的图像数据。卫星遥感数据预处理是获取优质遥感基础图像的第一步,对后续各级卫星遥感产品的质量有着很重要的影响。针对Landsat8卫星原始数据,对卫星下传所采用的空间数据传输协议和数据传输格式进行了详细的解析,分析了原始数据从解同步、数据帧解析、任务数据包解析、图像数据获取直到生成0级图像产品的步骤;特别针对存在无损数据压缩的陆地成像仪(operational land imager,OLI)数据,讨论了基于空间数据系统咨询委员会(consultative committee for space data systems,CCSDS)相关标准进行无损数据解压缩处理的方法和过程。经数据预处理得到的Landsat8卫星0级图像产品,可为Landsat8卫星数据应用提供优质的基础图像。     

几种地球剖分网格分析与初探

针对全球遥感卫星影像数据缺少统一组织框架的问题,从遥感影像数据特点出发,分析归纳了遥感影像统一组织框架的设计原则和设计难点,并对当前已提出的用于遥感影像统一组织的几种剖分格网方案进行概述。通过分析与比较,认为GeoSOT比较适合作为遥感影像的统一组织框架。     

地图中半线半面符号的设计与研究

针对地图中的一类特殊符号,提出了半线半面符号的概念,对这类符号的构造特点进行了研究,在此基础上,采用面向对象的思想对该类符号进行了结构化描述,并在计算机环境下实现了半线半面符号的自动绘制。     

GIS and educational and instructional challenges

. This paper discusses the educational and instructional challenges posed by the rapid development and acceptance of GIS as a tool for applied spatial analysis. Many commentators have noted the mismatch between the sophisticated capabilities of Spatial Analysis/GIS and the techniques that are actually employed in practice. It must be recognized that there is a challenge to educators to overcome this gap. This mismatch is especially apparent in the case of social science applications. This paper (a) discusses implications for training both future users and developers of GIS tools; (b) includes some observations on the tensions between the demand for skills (to satisfy certain applications) and the potential diversion of effort and talent from fundamental research; and (c) offers some thoughts for ways in which progress might be made.     

科技发展趋势及对测绘的影响

本文分析了信息技术、空间技术等与测绘相关的各领域科技发展趋势和特点,总结了科技进步对测绘发展的重大影响,指出科技进步使测绘的工作对象、服务主体、应用范围等持续拓展,推动了地理信息更好更快发展。     

测绘进步推动经济发展的关联分析

总结了测绘技术的发展历程,就技术进步与投资模式转换、就业结构变化、价格结构变化、需求结构变化4个方面,从技术经济角度对测绘技术的进步与经济发展的关系进行了具体分析,并对测绘技术经济效益进行了综合分析,最后对下一步的努力方向提出设想。     

遥感与资源环境信息系统应用与展望

本文分析了９０年代遥感与地理信息系统的发展趋势。根据国民经济持续发展的需求和计算机技术、信息技术的发展前景，提出了今后遥感与地理信息系统发展的建议。     

海陆空间信息一体化集成共享研究与应用

如何实现海陆多源数据的融合共享是当前GIS发展研究的一个热点问题。创新性地提出并研究了海陆地理空间数据一体化整合技术,解决了目前存在的海洋与陆地地理信息无法集成共享的问题,有效实现了海陆矢量数据与栅格数据的有机融合。目前,该成果已成功应用于宁波市海洋信息化管理工作中,实现了宁波市各类海洋地理数据的整合集成,为全市各级海洋部门业务应用提供了统一的空间信息协同共享服务框架。     

墨家与先秦测绘

先秦诸子百家中,儒、道、法、阴阳诸家均视科学技术为末道,或不屑为之,或持明确的排斥态度。惟独墨家表现出一种与众不同的科学精神,重视对自然科学,包括测绘科技的研究和应用技术的探讨。在后期墨家的经典著作《墨经》中,保存了这一学派对包括测绘科技在内的自然科学和应用技术的许多研究成果,在中国科技史乃至世界科技史上占有重要的地位。墨家思想影响了魏晋时期鲁胜、刘徽,宋代沈括等科学家汲取了墨家的科技思想。李约瑟博士预测:"墨家思想所遵循的路线如果继续发展下去,可能已经产生欧几里得式的几何学体系了"。     

数字地面模型(DEM)和正射影像(DOM)的设计与实施

从1:2000比例尺数字地面模型(DEM)和1:2000比例尺正射影像(DOM),设计与实施过程入手,系统的阐述了数字地面模型(DEM)和正射影像(DOM)的设计与实施过程和方法。成果的精度经全野外实地全站仪检测比较,符合成图的精度要求,结论认为这项成果能够广泛应用于测绘生产中应用。     

国土资源基础数据库整合与集成建库模式与实现

国土资源基础数据库建设位于国土资源信息化建设“十五”规划中五大任务之首,在空间信息基础设施的建设中有重要意义。本文结合国土资源基础数据库数据的特点和多年的基础数据库建库研究和工程实践,分析当前基础数据库建设的现状和存在的问题,提出并说明国土资源基础数据库整合与集成建库模式及实现思路。     

国土网络化管理审批模式及系统实现技术

通过对国土资源管理业务特性的分析和抽取,本文提出了建立“外部交换平台”的核心技术, 给出了相应的解决方案。在外部交换平台的逻辑架构基础上,阐述了三级审批系统的设计与实现,论证了基于外部交换技术的网络化管理审批模式实现的可行性和高效性。