中國高光譜遙感應用技術出口發達國家

　　領域介紹

　　高光譜遙感是高光譜分辨率遙感的簡稱。它是在電磁波譜的可見光，近紅外，中紅外和熱紅外波段范圍內，獲取許多非常窄的光譜連續的影像數據的技術。其成像光譜儀可以收集到上百個非常窄的光譜波段信息。高光譜遙感是當前遙感技術的前沿領域,它利用很多很窄的電磁波波段從感興趣的物體獲得有關數據，它包含了豐富的空間、輻射和光譜三重信息。高光譜遙感的出現是遙感界的一場革命,它使本來在寬波段遙感中不可探測的物質,在高光譜遙感中能被探測。

　　人物簡介

　　張兵，中科院對地觀測與數字地球科學中心副主任，中科院研究生院教授，繼承和發展了童慶禧院士和薛永祺院士開創的高光譜遙感技術和應用，是我國高光譜遙感科學與技術從誕生走向成熟、從科研走向實際應用的最主要的貢獻人之一。

　　核心提示

　　人類“鳥瞰”地球的夢想催生了遙感這門科學的興起，高光譜遙感是遙感科學最前沿的領域。

　　新中國建立后特別是最近的20多年，中國的高光譜遙感科技研究取得了長足的發展，在某些方面的應用技術實現了出口。但是，由于缺乏持續性的支持，我們在儀器研制方面還處于落后局面。

　　人類鳥瞰地球的夢想

　　遙感通俗講就是遙遠的感知，是通過電磁波和記錄的相互作用，以波谷和空間兩維成像的方式來勘測記錄的技術。它的特點一是記錄電磁波，二是空間成像，非成像方式也有。

　　人類早期運用遙感技術的手段很有限，在沒有飛機之前，人們用熱氣球、鴿子作為遙感的平臺，將照相機掛在熱氣球上或捆在鴿子腿上，對地球進行遙感成像。

　　伴隨著飛機的問世，航空遙感以及航空偵查在第一次世界大戰，尤其是第二次世界大戰得到了飛速的發展，但那時候的圖像都是黑白的，也就是我們說的全波段圖像。

　　1957年10月，前蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，拉開了人類進入航天遙感的序幕，他們把相機放在衛星上，圍著地球轉，對地面進行拍攝。1972年，美國發射了陸地衛星，這是航天遙感的標志性事件。

　　遙感有很多種類型。按照遙感平臺的不同，可以分為航空遙感、航天遙感;按照譜段可以分為可見光遙感、紅外搖桿和微波微波遙感，按照遙感感測目標能源的方式分為主動遙感和被動遙感。

　　主動遙感是指遙感器主動發射一部分能量，到地面后反射回來，遙感器接收它反射回來的能量，通過這種方式進行分析研究的遙感;被動遙感是指遙感器只是被動接收。

　　光學遙感技術主要是側重在光學這部分，可以分為全色遙感、彩色攝影、多光譜掃描成像，光譜遙感發展的最前沿就是高光譜遙感。

　　高光譜遙感實際上是一種簡稱，它的全稱叫“高光譜分辨率遙感”，它不像多光譜遙感中根據顏色的差異來分辨目標，而是根據譜段光譜曲線的形態來分析目標是什么。這個譜段的形態對目標的識別能力很強，舉例說，它不僅僅能夠知道地面目標物體是不是植物，還能知道這些植物是水稻還是玉米。

　　應用技術出口發達國家

　　主持人：中國現在在高光譜遙感領域的研究和應用現狀如何?

　　張兵：咱們國家的高光譜遙感分儀器和應用模型兩個方面，說中國高光譜遙感的發展，必須提到兩位院士，一位是童慶禧院士，還有一位薛永琪院士。童慶喜院士是遙感應用研究所的，我是他的學生。

　　童院士是我們國家高光譜遙感的開拓者，這個概念是從美國引入過來的，他跟薛院士共同協作推動了咱們國家高光譜遙感的發展。

　　童院士側重于概念設計，跟上海研究所一起，引進了一些概念的設計，儀器制造是在薛院士這里。研究這塊是童院士帶領的團隊。

　　從80年代初開始，我們陸續有一些高光譜遙感儀器在上海技術研究所研制出來了，后來去日本、馬來西亞、澳大利亞做實驗，我們帶的都是我們自己的機器。2002年《科學時報》專門登過一篇采訪我的稿子，我們去日本做實驗，高技術出口。這是比較少有的，在空間領域我們的技術能跟國外相比。

　　我們國家在高光譜遙感研究領域起步比較早，趕上了國際，但這幾年尤其在儀器研制方面我們是落后的，一個很重要的原因是我們缺乏持續性的支持。在發展得很好的國家，第一代研制出來后，國家會再投入第二代、第三代的研發，給與一種持續性的支持。

　　在儀器方面，西安光機所這幾年也開始做高光譜儀，但是他們做的是干涉型的，上海激光所起步比較早，基礎比較好一些。

　　在應用技術方面，我們給美國、澳大利亞、日本、馬來西亞都提供過技術，應該說在應用技術方面我們是不落后的。

　　現在高光遙感主要是美國、歐洲、澳大利亞、中國，日本現在開始做起來了，主要是對地面成像地數據分析這一塊。

　　對大氣這一塊，我們國家比較落后，因為他們更多的是側重在全球溫室氣體，面對全球變化的一些大的計劃，這一塊做得比較好的有美國、歐洲和日本。

　　美國航空遙感技術最先進

　　主持人：從航空遙感的角度來說，歐美國家的水平如何?

　　張兵：美國是最先進的，歐洲發射了一個衛星Chris，也只有可見光譜段，跟我們差不多，但是他們空間分辨率高，可以達到17米。

　　我們國家(航空遙感的空間分辨率)是100米，美國是30米，但是美國這30米很厲害，關鍵是它的譜段很強。

　　航空的成像光譜議現在發展得非常快，美國在1988年就制定了航天Paris計劃，但1992年因為技術原因終止了。

　　美國曾經先后發射過幾個軍用衛星，1987年發射了TRW，但發射失敗。

　　2001年，美國又發射了Orbiting Carbon Observatory“軌道碳觀測者”衛星，也是很先進的，它的像源是8到20米，但分辨率一高，幅寬馬上就變窄了。這顆衛星有200個譜段，是0.4到2.5微米，也就是400到2500納米。但是這顆衛星也發射失敗了，掉到了印度洋里。

　　2000年，美國軍方還發射了另一個航空遙感衛星，主要是做一些大型探測和實驗研究。

　　目前最成功的航空遙感衛星，就是前面說的分辨率是30米的那顆美國衛星，它的幅寬是7.5公里，有220個譜段，10納米的光譜分辨率。

　　高光譜遙感有廣泛的民用空間

　　高光譜遙感技術的應用非常廣泛，日本今年1月23號，發射了世界首顆溫室氣體觀測衛星“呼吸”號，專門檢測二氧化碳、甲烷、一氧化氮等溫室氣體。

　　在精細農業方面，我們和日本合作做的一個實驗，也是高光譜技術應用的一個非常經典的例子：用高光譜數據來監測作物生長狀況。其實，高光譜遙感技術不僅能夠監測作物的生長狀況，還可以對任何一種作物的種植面積等情況進行調查，給政府決策提供依據。

　　除了調查作物的品種、類型、種植面積等以外，還可以做到作物的葉綠素、氮磷鉀含量的調查，但后者還正在研究之中，不是非常成熟。

　　在地礦調查中，高光譜遙感技術也可以給地址工作者提供幫助。以前地質學家做地礦調查非常辛苦，背一個書包，拿一個羅盤，別人調侃說搞地質的人，遠看是個要飯的，近看是搞勘探的。他們出去到野外考察，一住可能就是好幾天，然后花很大的氣力把采集到得礦物標本背回來。因為要做礦物填圖，要沿著這個地方走一圈，走一段一看地層變化了，就敲一塊往包里一裝，然后把位置記下來，回來后做化學成份分析，最后把它標到圖上去，位置是在哪發現的，才能把圖填出來。

　　有了光譜議，他們的工作減輕了很多，不用再花那么大的力氣背礦石標本，只要到了那個地方用光譜議一照，就能獲得巖石的一條光譜曲線，回來后根據光譜曲線一分析，就能知道那個地方有什么礦，是怎么分布的。

　　高光譜遙感技術還可以給森林火災預警、地表膨脹、城市調等等各種工作提供幫助。

　　運用到軍事上，能讓目標無法隱藏

　　高光譜遙感的區分能力在軍事上運用是很強大的，所以它很大的一個用處就是軍事用途。比如，你看到一個綠色的網，拍一般的圖片，看起來都是一樣的，但高光譜一看，就它能發現隱蔽的哨所、坦克、偽裝起來的軍事設施。

　　美國人強調定點攻擊，它想在晚上攻擊一些重要的工業基礎設施，比如煉油廠之類的，這時高光譜遙感技術就能派上大用場。通常情況下，居民樓的光線和工業區的燈光是不一樣的，如果光譜議能夠把光線的曲線探測到，就可以根據夜間光譜光線亮度的情況，知道這塊區域是居民區，還是工業區。

　　還有偽裝，高光譜遙感技術能讓一切的偽裝現出原形，這種功能是多光譜遙感也無法實現的。

　　我們小時看的電影《地雷戰》有一個情景：民兵把地雷埋下去以后，拿樹枝掃一下地面，讓埋藏地雷的地方看起來和周圍一樣。還有的干脆把鞋脫了，輕輕的在藏地雷那地方壓一個鞋印，以迷惑敵人。現在，這種偽裝一點用也沒有，高光譜遙感技術能把一個個地雷的位置找到。

　　它是怎么找到呢?因為土壤挖開之后再回填回去，土壤的結構變了，水分也變了，高光譜遙感就是根據這種細微的土質的變化，發現地雷的藏身地。

　　阿富汗戰爭期間，美軍想知道塔利班武裝晚上大概都經常走哪條路，于是就拿高光譜遙感儀器去探測，根據的就是上面的道理。