分享
Scan me 分享到微信

中巴地球资源卫星应用成就与展望

本文回顾了我国资源卫星在地面数据处理系统建设及资源卫星数据应用方面取得的成就,对我国未来对地观测卫星应用进行了展望,包括集中建设国家陆地观测卫星数据中心、为区域发展提供一揽子解决方案以及我国对地观测将实现多传感器、多分辨率、全天候的观测网络等。

  一、引言

  1988年7月,中国与巴西签署了联合研制地球资源卫星的协议,中巴地球资源卫星(CBERS, China Brazil Earth Resource Satellite)01、02及02B星先后于1999年10月14日、2003年10月21日和2007年9月19日在中国太原卫星发射中心成功发射升空,其中02B星上搭载有分辨率为2.36米的高分辨率相机是我国第一个民用高分辨率传感器。CBERS卫星是我国第一代传输型地球资源卫星,它的成功发射和应用运行,结束了我国长期单纯依赖国外对地观测卫星数据的历史,开辟了我国资源卫星应用的新纪元,被誉为“南南高科技合作的典范”。

  中国资源卫星应用中心(以下简称资源卫星中心)于1991年10月正式成立,主要负责资源卫星地面应用系统的方案设计、工程抓总、技术协调和运行管理,负责资源卫星数据的处理、归档、分发和应用服务等业务。CBERS-01星发射以来,资源卫星应用取得了可喜成绩。我国在资源卫星等遥感数据共享方面,也已经开展了大量的工作。截至目前,资源卫星中心共接收处理存档100余万景数据,已向用户提供数据产品30万余景;全国共有2000余家用户,遍及全国31个省(市、自治区)。2006年4月开始,CBERS-02星数据开始对国内用户免费提供,使得国内许多单位能够利用国产数据进行业务化运行,大大降低了成本,为国家节约大量数据采购经费。包括台湾,香港和澳门特区,朝鲜、蒙古、孟加拉国、巴基斯坦、马来西亚、越南、乌兹别克、哈萨克斯坦等周边国家也广泛使用了资源卫星数据。资源卫星数据在海外的落地分发工作也取得了实质性的进展。

  二、 资源卫星地面应用系统建设

  1999年8月CBERS-01星地面应用系统建成并投入运行,CBERS-01星地面应用系统包括数据接收、数据预处理、用户服务、运行管理、应用示范及分析模型、数据模拟和应用评价、业务测控7个分系统组成。2003年数据处理系统针对CBERS-02星的升级改造完成。2005年成功研制资源卫星数据处理实验系统和数据处理单机系统,2006年投入业务化运行。CBERS卫星数据处理实验系统采用分布式并行处理体系结构,具有大批量生产能力;采用模块化设计,各分系统之间独立性强,易于扩充;采用微机结构和WINDOWS操作系统,易于使用和维护,降低系统成本。CBERS-02B星的地面系统于2007年9月份投入运行,成功处理和分发了第一颗国产民用高分辨率卫星的数据,图1所示的是CBERS-02B星地面处理系统结构。02B星数据处理系统采用了集中SAN(Storage Area Network)存储和系统管理、分散处理的分布式体系结构,大大提高了处理系统的性能;同时解决了HR(High Resolution)相机数据的接收和处理问题。系统几何校正采用了星敏和GPS(Global Position System)数据,大大提高了数据产品定位精度。经过CBERS-01/02/02B星的建设与运行,资源卫星中心已熟练掌握地面系统建设与运行的核心技术,积累了大量经验,为我国资源卫星数据的广泛应用奠定了坚实基础。

  三、 资源卫星应用成果简介

  资源卫星中心大力推进数据应用工作。广大用户应用CBERS卫星数据十分踊跃,尤其是2006年4月CBERS-02星数据实行网上免费分发政策后,平均每月的分发量接近万景。目前,资源卫星数据惠及农业、林业、水利、国土资源、地矿、测绘、灾害监测和环境保护等众多领域,在作物估产、墒情监测、林业资源调查、国土资源调查、灾害监测与灾后评估、生态环境变化监测等许多方面得到了广泛应用。用户尤其对CBERS-02B星高分辨率HR数据应用反响强烈,HR数据获得了用户的充分肯定,已广泛应用于城市规划、灾害监测、基础测绘、生态环境监测等领域。中心与相关科研院所合作,不断提高卫星图像的辐射校正及几何定位精度,开展绝对辐射定标试验及大气订正试验,推动卫星图像的定量化应用,开展HR数据的图像融合方法、正射影像校正等技术研究,为卫星数据的更广泛深入应用提供技术支撑和保障。

  (一) 在国家重大工程建设和重大自然灾害监测等方面的应用

  CBERS-02B星HR数据积极服务于08奥运场馆及周边交通设施建设,圆满完成了“中巴地球资源卫星数据服务于奥运场馆建设、中巴地球资源卫星三维可视化系统”的研制任务,中心获得了由北京奥运经济研究会、国家国防科技工业局新闻宣传中心联合颁发的“2008卓越贡献奖”奖牌及证书。2008年初,我国南方地区遭受了罕见的雨雪冰冻灾害,从1月29日到2月22日,中心累计监测国土面积2.2亿平方公里,识别我国南方积雪覆盖面积85万平方公里,向上级有关部门提供21期灾害监测简报,监测结果支持了救灾减灾工作。“5.12”汶川特大地震发生后,中心迅速启动应急反应机制,安排卫星成像计划,于5月13日便获取了地震灾区的图像,此后,中心安排CBERS卫星每天都对灾区成像,共进行了23次地震灾情监测,及时将编写的灾情监测报告上报给上级领导部门和国家减灾部门。中心与部分受灾省市及相关部门联系,在中心网站上开设FTP,主动提供相应数据和监测结果,共合计分发震前和震后数据587景,用户反映良好。

泰伯网

  国家卫星气象中心应用CBERS-02BCCD和HR融合资料,通过监测四川汶川地震区的植被变化分析、三维地形分析和堰塞湖分布分析,确定地震灾区的滑坡体的影像特征和光谱特性。采用区域增长分析方法,解释北川县全区滑坡、堰塞湖的空间分布位置状况和走向。图2和图3所示的是资源卫星02B星对汶川地震中北川县灾害监测及解译图。四川省林业调查规划院应用CBERS-02B数据,快速评估汶川地震对森林资源损失。应用CBERS-02B图像,解译出灾区地震及次生山地灾害产生的崩塌、滑坡、泥石流及堰塞湖淹没与泄洪冲毁等灾害迹地,然后叠加在近年完成的森林资源分布图、自然保护区布局图、植被类型分布图等专题资料,进行灾害损失评估和影响分析。

  黄河水利委员会信息中心应用的中巴地球资源卫星02B星数据,对凌汛溃堤口门位置、溃堤洪水演进及淹没范围、蓄滞洪区启用等进行了跟踪监测,对灾情进行了评估,为黄河防汛部门全面掌握凌情、科学调度水库、及时部署防凌工作提供了科学依据。

  中国资源卫星应用中心还有中巴地球资源卫星对森林火灾过火面积遥感监测、对太湖“水华”污染的遥感动态监和对淮河流域洪涝灾害动态监测。

  (二) 在农业资源调查中的应用

  广西壮族自治区气象减灾研究所和广西壮族自治区遥感中心,应用02B星遥感资料,通过光谱分析法,分析研究油菜作物的光谱反射特性,建立油菜作物遥感信息识别模型,并利用该模型对云南省罗平县油菜作物进行信息提取研究。中国科学院遥感应用研究所、国家遥感应用工程技术研究中心和中国矿业大学,利用CBERS-02B星数据监测云南省烟草种植面积(如图4所示)。中国热带农业科学院橡胶研究所、海南省环境科学研究院和中国科学院西双版纳植物园,应用基于RS(Remote Sensing)和GIS(Geographical Information System)技术研究,和寻找海南地区适宜种植橡胶的地区。塔里木大学植物科技学院应用CBERS-02卫星遥感数据,在中国重要的棉花产区新疆南疆地区,准确及时地获取棉区播种面积及长势状况。辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院与中国科学院地理科学与资源研究所,在黄河下游引黄灌区,利用CBERS-02B影像,监测黄河中下游地区冬小麦的播种面积和空间分布情况。

泰伯网
泰伯网
泰伯网

  (三) 在土地利用/土地覆盖调查中的应用

  国土资源部作为我国资源卫星主用户,利用资源卫星HR数据开展了全国84个50万人口以上城市土地利用变化情况监测、基础地质与地质环境调查、矿产资源遥感调查、遥感地质灾害调查及矿产资源开发多项目遥感调查与监测(图5)。中国矿业大学测绘与空间信息工程研究所和兖州矿业集团地测部,以徐州市的西部矿区为例,应用CBERS CCD数据研究矿区土地覆盖变化。贵州师范大学地理与生物科学学院与贵州大学生命科学学院,在贵阳市利用不同时相的TM影像和CBERS CCD影像,运用人机交互目视解译方法以及地理信息系统的空间分析和数理统计功能,研究贵阳市土地利用动态变化。中国资源卫星应用中心以北京市为例,应用CBERS-02B CCD与HR的融合图像数据,来检测北京市的土地利用变化。

泰伯网

  (四) 在生态环境监测方面方面的应用

  中国科学院地理科学与资源研究所与武汉大学合作,利用多时相CBERS-02 CCD数据检测枯梢或死亡人工刺槐林,为森林管理者提供性价比高、简单、可靠的森林健康状况的检测方法。北京林业大学水土保持学院应用CBERS CCD数据,在宁夏盐池县进行植被覆盖度动态变化监测研究。中国矿业大学测绘与空间信息工程研究所与河北省煤田物测队合作,在徐州市应用多时相CBERS影像,分析矿业城市植被景观变化。海南省环境监测中心站应用CBERS遥感影像对海南生态进行遥感监测研究。江西省环境保护科学研究院将CBERS系列卫星数据广泛的应用于环境保护、生态建设规划等各个方面,如在井冈山、浮梁、铜鼓等生态县建设规划,九江出口加工区等生态工业园区建设规划及相关环境影响评价等。中国资源卫星应用中心利用多时相CBERS CCD数据无锡城镇扩展分析及太湖“水华”监测(图6、图7)。河北省气象科学研究所与河北省气象与生态环在境实验室合作,应用多时相的中巴地球资源系列卫星数据,监测在曹妃甸工业区的建设。

泰伯网

泰伯网

  (五) 在水资源和地质矿产调查中的应用

  中国科学院南京地理与湖泊研究所与中国科学院研究生院合作,以CBERS-02B CCD和HR影像为数据源,对宝应县养殖水面进行了动态监测研究。中国地震局地震预测研究所、中国科学院遥感应用研究所与中国资源卫星应用中心合作,研究中巴地球资源卫星数据对提取活动断裂的可行性。山东科技大学地质学院应用CBERS-02的的CCD数据,对内蒙古东部地区进行遥感地质解译与成矿因素分析研究。山东科技大学应用中巴地球资源02B卫星数据,在辽南金州地区进行地质构造解译应用研究。

  (六) 在新扩展领域中的应用

  信息工程技术研究所应用中巴地球资源卫星,开展探测海上船只能力的研究。应用中巴地球资源卫星CCD数据,同时结合能够有效地显示船只的样片及其属性信息(长、宽、航速等),进行综合统计分析,成功的捕捉到海上船只。湖南师范大学应用CBERS-02B卫星遥感数据,在庐山教学实习基地,为高校GIS专业的学生编制一套包括地质、地貌、植被、土壤、遥感目视解译以及地形图判读与填图等内容的实习专用图件的教具,提高综合地理实习教学的效果。中国地图出版社应用中巴地球资源卫星遥感影像,开展辅助地图制图的研究和应用。北京合众思壮科技股份有限公司在文物普查和动物保护监测中,将中巴地球资源卫星遥感图像应用于GIS采集器中,进行了应用试验。北京合众思壮科技股份有限公司开展了遥感影像在应急装备与减灾服务中的应用研究。在汶川大地震中,将中巴地球资源卫星 CCD数据加入到卫星导航兼容系统应急装备中。图8所示的是资源卫星三维演示系统。

泰伯网

  四、资源卫星后续发展展望

  “十一五”期间,我国还将研制和发射多颗陆地观测卫星,如资源卫星03/04星、环境减灾卫星A/B/C星、测绘卫星等,根据国家统一部署,中心将负责陆地观测卫星数据的标准化处理、产品存档、分发和服务,并最终建设成国家陆地卫星数据中心,将为国内外广大用户提供多星、多传感器、连续稳定的遥感数据源。

  (一) 集中统一建设国家陆地卫星数据中心

  根据建设目标和任务要求,中国资源卫星应用中心在国内首次提出了多星综合数据处理系统的技术方案。全国陆地观测卫星地面数据处理系统包括一个可以为后续发射卫星进行系统扩展的集成化、开放性、标准化的公共平台,还包括了数据处理、存档管理、任务编排、有效载荷管理、数据分发、数据模拟、评价、应用示范、培训以及定标场等多个功能模块。同时,根据规范化和标准化的需要,制定了一套陆地观测卫星地面处理系统标准规范。该系统对CBERS-03/04星、HJ-1A/1B/1C 5颗星共有8种13个新型的传感器的数据进行处理,技术难度大,业务流量多。地面处理系统具有对7颗以上卫星同时运行管理的能力。资源卫星中心设计了基于网格体系的高分数据中心建设方案,采用集中式和分布式相结合的方式,实现国家对地观测手段的数据共享和资源共享。依托网格技术建设高分数据中心能够将现用的遥感数据地面处理能力集成到网格平台,使新老系统自然衔接,充分利用多年来积累下来的设施和资源。

  (二) 卫星遥感应用将为区域发展提供一揽子解决方案

  区域发展是一个经济与社会综合的、全方位的发展,为使资源卫星数据更好地服务于区域发展,需要资源卫星数据为区域发展提供综合的、全方位服务,因此,在综合已有的遥感应用模型和应用方法的基础上,提出了资源卫星数据为区域发展提供一揽子解决方案的思路,就是要在更高层面上为区域发展提供综合服务,为区域发展提供全方位解决方案。

  图9所示的是资源卫星数据应用于区域发展解决方案的框架图。图中核心区是区域发展,资源卫星数据在不同的领域服务于区域发展,而这些领域之间又存在有机联系,如我们可以把不同应用领域的成果集成到资源卫星影像三维系统中浏览、显示和漫游,也可以在影像三维系统中开发各不同应用领域的软件系统,统一服务于区域发展。资源卫星应用于区域发展的一揽子解决方案是在更高层次上综合了资源卫星的应用示范模型和成果,便于为区域发展提供全方位的综合性遥感应用服务。对于每个具体的应用领域,中心都为区域发展提供相应的遥感模型和方法,开发相应的监测软件,为区域发展提供多时相、多传感器的遥感数据,提供相应领域的遥感成果图。

泰伯网

  (三) 我国对地观测将实现多传感器、多分辨率、全天候的观测网络

  继CBERS-01/02/02B卫星之后,我国将发射我国第二代资源卫星CBERS-03/04星。CBERS-03/04星除继续保持20m的中分辨率CCD相机外,将增加空间分辨率5m全色谱段和10m多光谱的高分辨率CCD相机。红外多光谱扫描仪短波红外的空间分辨率由78m提高到39m,热红外谱段由156m提高到80m。宽视场成像仪空间分辨率由原来258m提高到73m。我国第二代资源卫星主要技术指标的改善,将对遥感应用发生深刻的影响,可使很多部门的自然资源调查与监测,从普查阶段跃升到详查阶段;在农业发展中,促使我国传统的粗放农业向精细农业转移;使原来仅用于矿产普查阶段的应用扩展到详查阶段和矿山管理;使仅能应用于林业一类的资源调查,扩展到二类资源调查。通过这一系列的变化,用户的应用工程将发生质的变化和技术上的飞跃。

  五、 结束语

  卫星遥感是促进经济、社会可持续发展的一种重要手段。我国已发展了自己的资源卫星,彻底改变了遥感数据完全依赖国外数据的局面。我国资源卫星数据已广泛应用于经济社会发展的相关领域,高分辨率HR数据已成为我国遥感应用的一大亮点。根据国家“天地协调、统一规划、合理分工、资源共享、扩大应用”的部署,中国资源卫星应用中心将集中建设国家陆地观测卫星数据中心,将提供数据标准化处理、产品存档、分发服务以及对卫星有效载荷进行管理的公共服务,促进国家投资研制的卫星的数据实现共享,为各行业开展各种增值服务提供技术支持,促进遥感应用产业化发展,服务国民经济建设。我国对地观测将实现多传感器、多分辨率、全天候的观测网络,不久的将来,我国对地观测卫星系列产品必将更好地满足广大用户的需求,我国的遥感卫星应用事业也必将跨上一个新台阶。(郭建宁)
 

参与评论

【登录后才能评论哦!点击

  • {{item.username}}

    {{item.content}}

    {{item.created_at}}
    {{item.support}}
    回复{{item.replynum}}
    {{child.username}} 回复 {{child.to_username}}:{{child.content}}

更多精选文章推荐

泰伯APP
感受不一样的阅读体验
立即打开