遙感衛(wèi)星在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用滿(mǎn)足度分析

·文|航天恒星科技有限公司 胡 沅 成丹 王劍 丁火平

遙感衛(wèi)星在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用滿(mǎn)足度分析

·文|航天恒星科技有限公司 胡 沅 成丹 王劍 丁火平

本文分析了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的任務(wù)特性，從監(jiān)測(cè)對(duì)象為切入點(diǎn)，分析監(jiān)測(cè)元素的評(píng)價(jià)指標(biāo)；然后進(jìn)一步分析各探測(cè)波段對(duì)這些評(píng)價(jià)元素和指標(biāo)的探測(cè)能力。最后通過(guò)分析在軌國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星各載荷設(shè)置情況及其觀測(cè)特性，結(jié)合未來(lái)5年中國(guó)衛(wèi)星的規(guī)劃，研究國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星布局的合理性，是否滿(mǎn)足生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用需求，并提出改進(jìn)意見(jiàn)。本文的研究成果為面向衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用的各行業(yè)用戶(hù)選擇數(shù)據(jù)源提供技術(shù)支持，并為衛(wèi)星規(guī)劃和載荷設(shè)計(jì)人員開(kāi)拓思路提供參考。

遙感 生態(tài)環(huán)境 監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo) 光譜探測(cè)特性

一、引言

1.生態(tài)環(huán)境及監(jiān)測(cè)的概念

生態(tài)學(xué)的概念早在1869年由德國(guó)生物學(xué)家E·海克爾提出，認(rèn)為它是研究動(dòng)物與植物之間、動(dòng)植物及環(huán)境之間相互影響的一門(mén)學(xué)科。生態(tài)是指生物（原核生物、原生生物、動(dòng)物、真菌、植物五大類(lèi)）之間和生物與周?chē)h(huán)境之間的相互聯(lián)系、相互作用。自然環(huán)境即人類(lèi)周?chē)淖匀唤纭０ù髿狻⑺⑼寥馈⑸锖蛶r石等。

生態(tài)環(huán)境是生態(tài)和環(huán)境兩個(gè)名詞的組合，所以生態(tài)環(huán)境指的是由生物群落及其相關(guān)的無(wú)機(jī)環(huán)境共同組成的功能系統(tǒng)，或稱(chēng)為生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，就是利用遙感或其他探測(cè)手段,在時(shí)間和空間上對(duì)特定區(qū)域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)組合體的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)和功能及其組合要素等進(jìn)行系統(tǒng)地測(cè)定和觀察的過(guò)程。監(jiān)測(cè)的結(jié)果則用于評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)生物活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，為合理利用資源、改善生態(tài)環(huán)境和自然保護(hù)提供決策依據(jù)。

2．生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)特點(diǎn)

（1）立體監(jiān)測(cè)對(duì)象

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)主要側(cè)重于宏觀的、大區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)破壞問(wèn)題，監(jiān)測(cè)對(duì)象應(yīng)包括農(nóng)田、森林、草原、荒漠、濕地、湖泊、海洋、氣象、物候和動(dòng)植物等內(nèi)容。生態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)別于單一元素的監(jiān)測(cè)，是從不同尺度上對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的時(shí)空格局的立體度量,主要通過(guò)監(jiān)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各組成元素的條件變化、評(píng)估系統(tǒng)內(nèi)生物與環(huán)境之間的影響趨勢(shì)。

（2）監(jiān)測(cè)任務(wù)時(shí)間特點(diǎn)

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)需具有長(zhǎng)期性。任何一次性（或短期）的、靜態(tài)性的數(shù)據(jù)不可能對(duì)生態(tài)環(huán)境的變化趨勢(shì)作出準(zhǔn)確的判斷，必須進(jìn)行長(zhǎng)期的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，才能從大量的數(shù)據(jù)中揭示或預(yù)測(cè)其變化規(guī)律和趨勢(shì)。同時(shí)，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)需具有周期性。生態(tài)變化過(guò)程是緩慢的，受人類(lèi)活動(dòng)的影響反應(yīng)也極為緩慢，因此監(jiān)測(cè)時(shí)間的周期較長(zhǎng)；另外，生態(tài)系統(tǒng)本身具有自我調(diào)控功能，它的變化趨勢(shì)可發(fā)生變化，所以需采用周期性的間斷監(jiān)測(cè),而不是非間斷的連續(xù)監(jiān)測(cè)。

（3）監(jiān)測(cè)手段多樣性

由于監(jiān)測(cè)對(duì)象涵蓋空氣、水體、土壤、植被等客體，監(jiān)測(cè)手段應(yīng)考慮適應(yīng)觀測(cè)對(duì)象的不同遙感探測(cè)器類(lèi)型，如氣象衛(wèi)星載荷中某些氣體專(zhuān)用探測(cè)器、紅外探測(cè)器、含不同波段的多/高光譜探測(cè)器、空間分辨率較高的全色探測(cè)器、可探測(cè)地下資源的微波探測(cè)器等。

由于不同應(yīng)用領(lǐng)域的遙感衛(wèi)星的軌道高度、載荷類(lèi)型及觀測(cè)分辨率均不同，所以要完成同一區(qū)域全方位的生態(tài)監(jiān)測(cè)，需利用多個(gè)衛(wèi)星聯(lián)合觀測(cè)。

二、國(guó)內(nèi)外生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀

1．國(guó)外研究進(jìn)展

（1） 生態(tài)監(jiān)測(cè)組織現(xiàn)狀

人與生物圈計(jì)劃（MAB）是聯(lián)合國(guó)教科文組織于1971年發(fā)起的一項(xiàng)對(duì)人和環(huán)境關(guān)系進(jìn)行生態(tài)學(xué)研究的一項(xiàng)政府間多學(xué)科的綜合研究計(jì)劃。其宗旨是對(duì)生物圈不同區(qū)域的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行系統(tǒng)研究，并預(yù)測(cè)人類(lèi)活動(dòng)引起的生物圈及其資源的變化，及這種變化對(duì)人類(lèi)本身的影響。

聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署下屬的全球和地區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)的協(xié)調(diào)中心，簡(jiǎn)稱(chēng)GEMS于1975年正式成立。它系統(tǒng)地收集、分析和評(píng)價(jià)各種環(huán)境狀況變化因素的數(shù)據(jù)和環(huán)境在時(shí)間和空間上的變化情況。它將國(guó)際監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分為4大類(lèi)：生態(tài)監(jiān)測(cè)，污染物監(jiān)測(cè)，自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)研究。其中生態(tài)監(jiān)測(cè)任務(wù)主要有：①全球土壤和植被監(jiān)測(cè)：土壤退化評(píng)價(jià)，森林植被、農(nóng)田資源評(píng)價(jià)等。②水資源監(jiān)測(cè):國(guó)際水文監(jiān)測(cè)與服務(wù)，冰川調(diào)查，水體中同位素濃度調(diào)查等。③生物圈監(jiān)測(cè)：野生生物標(biāo)本采集和分析，野生生物監(jiān)測(cè)，化學(xué)農(nóng)藥殘留監(jiān)測(cè)等。④海洋生物資源監(jiān)測(cè)。

1992年聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)以后,各生態(tài)系統(tǒng)研究和監(jiān)測(cè)中心相繼成立。其中最著名的有國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃（IGBP），美國(guó)的長(zhǎng)期生態(tài)學(xué)研究網(wǎng)絡(luò)（LTER），英國(guó)的環(huán)境變化研究網(wǎng)絡(luò)（ECN）。委內(nèi)瑞拉也于1990年建立了8個(gè)試驗(yàn)站組成的生態(tài)網(wǎng)。巴西、加拿大等國(guó)家相繼建立了生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

（2）生態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

國(guó)外生態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)展起來(lái)的標(biāo)志是科爾克維茨和馬森于二十世紀(jì)初提出的污水生物系統(tǒng)。其后，克列門(mén)茨把植物個(gè)體及群落對(duì)于各種因素的反應(yīng)作為指標(biāo)，應(yīng)用于農(nóng)林牧業(yè)。他還積極提倡植物監(jiān)測(cè)器。經(jīng)許多學(xué)者（Liebman,津田松苗）深入的研究，使得70年代后在生態(tài)監(jiān)測(cè)理論和方法上更加豐富。

近幾十年國(guó)外遙感衛(wèi)星技術(shù)蓬勃發(fā)展，主要有美國(guó)的陸地衛(wèi)星Landsat、地球觀測(cè)系統(tǒng)EOS和法國(guó)的SPOT以及印度資源衛(wèi)星IRS和加拿大太空署的Radarsat系列。很多國(guó)家都已經(jīng)將遙感應(yīng)用到了工程建設(shè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)估中，其中比較具有代表性的是:從1980 至1993 年,埃塞俄比亞研究人員利用航攝照片和衛(wèi)星圖像對(duì)一條高速公路沿線(xiàn)的環(huán)境變化做了長(zhǎng)期監(jiān)視和分析, 通過(guò)數(shù)據(jù)分析, 得到了生態(tài)環(huán)境時(shí)空演化的過(guò)程與發(fā)展趨勢(shì)。美國(guó)研究人員利用遙感影像,通過(guò)對(duì)鐵的氧化物和氫氧化物分布信息的提取, 研究了科羅拉多州廢棄礦山對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響等。

2.國(guó)內(nèi)研究進(jìn)展

（1）生態(tài)監(jiān)測(cè)組織現(xiàn)狀

中國(guó)于1972年參加人與生物圈計(jì)劃并當(dāng)選為理事國(guó)，并于1978年成立人與生物圈國(guó)家委員會(huì)。中國(guó)有10個(gè)課題被納入該計(jì)劃，有26個(gè)自然保護(hù)區(qū)加入了世界生物圈保護(hù)區(qū)。

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所被指定為GEMS在中國(guó)的活動(dòng)中心并負(fù)責(zé)對(duì)外聯(lián)系工作。中國(guó)從1978年起先后參加了大氣污染監(jiān)測(cè)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、食品污染監(jiān)測(cè)、人體接觸環(huán)境污染物評(píng)價(jià)點(diǎn)監(jiān)測(cè)等活動(dòng)。

中科院生態(tài)環(huán)境研究中心（簡(jiǎn)稱(chēng)中心）始建于1975年。1996年啟用中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局生態(tài)環(huán)境研究中心。中心主要研究領(lǐng)域包括環(huán)境化學(xué)、環(huán)境工程學(xué)和系統(tǒng)生態(tài)學(xué)。

中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站成立于1980年。幾十多年來(lái)收集和匯總?cè)珖?guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合分析評(píng)價(jià)全國(guó)環(huán)境質(zhì)量狀況；不斷開(kāi)展環(huán)境監(jiān)測(cè)科學(xué)研究，開(kāi)發(fā)推廣環(huán)境監(jiān)測(cè)新技術(shù)和新方法；擬定全國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)全國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)和技術(shù)協(xié)調(diào)。

（2）生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

中國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)起步較晚，1955年水利部對(duì)全國(guó)土壤水蝕面積進(jìn)行了初步估查，這是土壤侵蝕宏觀監(jiān)測(cè)最早的全國(guó)性工作項(xiàng)目。20世紀(jì)80年代后隨著遙感技術(shù)的普及，促進(jìn)了中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究的發(fā)展。代表性研究有國(guó)家“六五”科技攻關(guān)項(xiàng)目?jī)?nèi)蒙古草場(chǎng)資源遙感調(diào)查；“七五”期間“三北”防護(hù)林遙感調(diào)查、黃土高原遙感調(diào)查；新疆環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站利用NOAA-12 衛(wèi)星5個(gè)波段影像數(shù)據(jù)完成了全區(qū)土地荒漠現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)工作。近10多年來(lái)，國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星已初步形成資源、氣象、海洋、環(huán)境減災(zāi)和軍用遙感等幾大系列。各相關(guān)部門(mén)和單位如國(guó)家環(huán)保部、中國(guó)科學(xué)院、農(nóng)業(yè)部、國(guó)家林業(yè)局、國(guó)家海洋局、國(guó)家氣象局、國(guó)家測(cè)繪地理信息局等，以及中國(guó)一些城市已經(jīng)應(yīng)用這些遙感數(shù)據(jù)制作了大量專(zhuān)題應(yīng)用產(chǎn)品，在監(jiān)測(cè)牧場(chǎng)產(chǎn)量、農(nóng)作物產(chǎn)量、土壤普查、資源調(diào)查、水土保持狀況和災(zāi)害預(yù)測(cè)等方面都取得了一定的成果。

三、生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)對(duì)遙感衛(wèi)星的需求分析

由于利用遙感圖像可迅速、周期性的獲取大區(qū)域地物信息,從而為大范圍生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。本節(jié)主要從生態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)象出發(fā)，對(duì)各對(duì)象所監(jiān)測(cè)的要素進(jìn)行分析，再分析監(jiān)測(cè)這些要素所需探測(cè)波段要求，繼而可以為面向衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的各應(yīng)用行業(yè)單位在選擇衛(wèi)星各載荷數(shù)據(jù)源時(shí)提供技術(shù)支持。最后匯總分析了在軌的國(guó)內(nèi)外遙感衛(wèi)星特點(diǎn)及未來(lái)中國(guó)衛(wèi)星的規(guī)劃布局，對(duì)是否滿(mǎn)足面向生態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域的使用需求，提出相關(guān)建議，為衛(wèi)星規(guī)劃設(shè)計(jì)單位提供技術(shù)支持。

1.生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)要素指標(biāo)分析

利用遙感圖像獲取生態(tài)對(duì)象的監(jiān)測(cè)信息，就要形成一套基于遙感光譜信息的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)模型，即獲取反映生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀質(zhì)量、環(huán)境容量、環(huán)境恢復(fù)能力的一系列評(píng)價(jià)參數(shù),并能就生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)等進(jìn)行快速、定量評(píng)價(jià),形成能適應(yīng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的遙感本底值體系。

生態(tài)系統(tǒng)從宏觀角度上可分為陸地、海洋兩大生態(tài)系統(tǒng)。

（1）陸地生態(tài)系統(tǒng)包括：森林生態(tài)系統(tǒng)、草原生態(tài)系統(tǒng)、內(nèi)陸水域和濕地生態(tài)系統(tǒng)、荒漠生態(tài)系統(tǒng)、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和城市生態(tài)系統(tǒng)。其指標(biāo)體系可由氣象要素、空氣質(zhì)量要素、水文要素、地質(zhì)要素、土壤要素、植物要素、動(dòng)物要素和微生物要素構(gòu)成。

（2）海洋生態(tài)系統(tǒng)包括：海洋、海岸帶和咸水湖泊。指標(biāo)體系可由氣象要素、空氣質(zhì)量要素、水文要素、水質(zhì)要素、底質(zhì)要素、游泳動(dòng)物要素、浮游植物要素、底棲生物要素、微生物要素等構(gòu)成。

主要監(jiān)測(cè)要素的評(píng)價(jià)參數(shù)指標(biāo)如下：

植物指標(biāo)：種類(lèi)及組成、指示群落、種群密度、覆蓋度、菌體量、生長(zhǎng)量、凋落物量。

動(dòng)物指標(biāo)：種類(lèi)、種群密度、菌體量及時(shí)空動(dòng)態(tài)、能量和物質(zhì)收支、熱值。

微生物指標(biāo)：種類(lèi)、分布及其密度和季節(jié)動(dòng)態(tài)變化、菌體量、熱值。

浮游植物指標(biāo)：種群數(shù)量、分布。

游泳動(dòng)物指標(biāo)：生物種群與數(shù)量、洄游規(guī)律、食物鏈、豐富度。

底棲生物指標(biāo)：種群構(gòu)成及數(shù)量、優(yōu)勢(shì)種及動(dòng)態(tài)。

氣象指標(biāo)：氣溫、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、降水量及其分布、蒸發(fā)量、日照和輻射收支、臭氧含量；

空氣質(zhì)量指標(biāo)：CO2、SO2、NXOX等含量，顆粒物分布/總量，氣溶膠厚度。

水文指標(biāo)：地表徑流量及其化學(xué)組成、地下水位。

地質(zhì)指標(biāo)：地貌特征、地物類(lèi)型、土地利用狀況。

土壤指標(biāo)：養(yǎng)分含量及有效態(tài)含量、pH值、交換性酸（鹽）及其組成、陰離子交換量、有機(jī)質(zhì)含量、土壤顆粒組成、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)組成、容重、孔隙度、透水率、飽和水量及凋謝水量。

水質(zhì)指標(biāo)：葉綠素a、水表溫度、水體透明度、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)、水華、赤潮、水體熱污染；

底質(zhì)指標(biāo)：有機(jī)質(zhì)、總氮、總磷、pH、重金屬、農(nóng)藥、氰化物。

2.面向生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)的探測(cè)波段和光譜分辨率需求

根據(jù)上文分析的生態(tài)監(jiān)測(cè)任務(wù)特點(diǎn)可知，由于監(jiān)測(cè)對(duì)象是宏觀的、大區(qū)域的特點(diǎn)且采用長(zhǎng)周期的間斷監(jiān)測(cè)方式，所以生態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)圖像空間分辨率、時(shí)間分辨率的要求不高，在下文中重點(diǎn)分析生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)光譜分辨率的需求。

本節(jié)對(duì)國(guó)內(nèi)外在軌運(yùn)行衛(wèi)星搭載的多光譜相機(jī)、成像光譜儀的波段設(shè)置參數(shù)進(jìn)行綜合分析，總結(jié)了不同光譜范圍具有的探測(cè)特性，進(jìn)一步分析哪種遙感探測(cè)數(shù)據(jù)可以解譯生態(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系中的各評(píng)價(jià)指標(biāo)。具體如表1所示。

表1 衛(wèi)星波段參數(shù)對(duì)地物探測(cè)特性對(duì)照表

續(xù)表1

在綜合分析各衛(wèi)星載荷譜段設(shè)置參數(shù)時(shí)，雖然波段范圍略有不同，但是上述劃分能夠較全面的反映各波段區(qū)域特有的探測(cè)特性。

從上表可以看出多數(shù)生態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)可以從0.05～0.3μm光譜分辨率的波段探測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析獲得，但是對(duì)某些評(píng)價(jià)指標(biāo)還沒(méi)有探測(cè)能力，需要較高的光譜分辨率，如底質(zhì)指標(biāo)、浮游植物指標(biāo)、底棲生物指標(biāo)等。若應(yīng)用需要關(guān)注這些指標(biāo)，可用高光譜數(shù)據(jù)來(lái)補(bǔ)充獲取。另外，氣象指標(biāo)探測(cè)波段都較特殊，一般不在遙感衛(wèi)星載荷波段設(shè)置范圍中，需從氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲取。

3.生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)星源滿(mǎn)足度分析

（1）在軌衛(wèi)星狀況

目前用于生態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來(lái)源以國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星為主，兼顧Landsat/SPOT等國(guó)外衛(wèi)星數(shù)據(jù)。本節(jié)對(duì)在軌的國(guó)內(nèi)外衛(wèi)星載荷參數(shù)、特性進(jìn)行了分析總結(jié)，如表2、表3所示。

表2 國(guó)產(chǎn)在軌衛(wèi)星資源情況

續(xù)表2

表3 應(yīng)用效益較好的國(guó)外在軌衛(wèi)星資源情況

續(xù)表3

由于生態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)象和評(píng)價(jià)指標(biāo)是一個(gè)立體范疇，所需的監(jiān)測(cè)星源需包括多種類(lèi)型探測(cè)器。由于衛(wèi)星的總體質(zhì)量、空間等限制，同一衛(wèi)星上不可能具有多類(lèi)探測(cè)器。所以滿(mǎn)足生態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用的星源應(yīng)該是衛(wèi)星組合體。近10多年中國(guó)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星已初步形成資源、氣象、海洋、環(huán)境減災(zāi)等幾大系列，這些衛(wèi)星涵蓋了可見(jiàn)光、紅外、多光譜、高光譜、SAR載荷，其觀測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)合使用分析，可基本滿(mǎn)足全方位生態(tài)對(duì)象監(jiān)測(cè)的目標(biāo)。同時(shí)，美國(guó)陸地衛(wèi)星和法國(guó)SPOT衛(wèi)星已積累了大量20世紀(jì)70～90年代的地球資源與環(huán)境記錄,可以利用這些信息進(jìn)行過(guò)去、現(xiàn)在和將來(lái)的生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)分析與監(jiān)測(cè)。

（2）規(guī)劃的衛(wèi)星狀況

根據(jù)國(guó)家陸地觀測(cè)衛(wèi)星計(jì)劃，未來(lái)5年內(nèi)擬發(fā)射的民用遙感衛(wèi)星有CBERS-03/04/05/06星、資源三號(hào)02星、“4＋4”環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星星座、北京二號(hào)、電磁探測(cè)衛(wèi)星、二代地震電磁探測(cè)衛(wèi)星、1m/5m多頻段多極化雷達(dá)衛(wèi)星、4m/16m光學(xué)衛(wèi)星等。另外，根據(jù)高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)重大專(zhuān)項(xiàng)的規(guī)劃，“十二五”、“十三五”期間規(guī)劃了7顆民用衛(wèi)星，分別是2m全色/8m多光譜/16m寬覆蓋的光學(xué)成像衛(wèi)星2顆、1m全色/4m多光譜光學(xué)成像衛(wèi)星、50m地球同步軌道光學(xué)成像衛(wèi)星、1m分辨率C頻段多極化SAR成像衛(wèi)星、高光譜觀測(cè)衛(wèi)星、高分辨率國(guó)土資源測(cè)繪衛(wèi)星各1顆。

（3）星源滿(mǎn)足度分析

規(guī)劃衛(wèi)星與現(xiàn)有在軌衛(wèi)星相比，在分辨率、覆蓋寬度、覆蓋周期等方面都大有提升，完成了國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星系列化、接力性的布局，更好地滿(mǎn)足長(zhǎng)期性、周期性的生態(tài)監(jiān)測(cè)任務(wù)需求。根據(jù)以上分析，各行業(yè)用戶(hù)可參照各衛(wèi)星及載荷情況和觀測(cè)特點(diǎn)，配合行業(yè)監(jiān)測(cè)對(duì)象需求，選擇相應(yīng)數(shù)據(jù)源。

同時(shí)，借鑒國(guó)外同類(lèi)衛(wèi)星的性能，建議衛(wèi)星規(guī)劃和載荷設(shè)計(jì)人員考慮以下幾個(gè)方面的可行性：

除了氣象、海洋系列衛(wèi)星外，一般遙感衛(wèi)星搭載的多光譜相機(jī)設(shè)置的波段都是蘭、紅、綠、常用近紅外波段。光譜分辨率不足以滿(mǎn)足某些監(jiān)測(cè)目標(biāo)的要求。若是跨平臺(tái)結(jié)合使用氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，制作專(zhuān)題圖，就要克服很多具體問(wèn)題，如氣象海洋衛(wèi)星處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)針對(duì)的是其業(yè)內(nèi)用戶(hù)，在輻射處理、波段配準(zhǔn)處理等方面薄弱，不足以滿(mǎn)足其他行業(yè)用戶(hù)對(duì)數(shù)據(jù)的要求。另外時(shí)相、覆蓋區(qū)域不同等帶來(lái)的處理問(wèn)題，也是造成氣象海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)在其他領(lǐng)域的利用率低。所以建議在一般遙感衛(wèi)星設(shè)置多光譜相機(jī)的同時(shí)，輔助配置一些專(zhuān)用探測(cè)儀，如植被探測(cè)儀VGT、海洋水色掃描儀等，可以針對(duì)性的為某些用戶(hù)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)設(shè)置譜段范圍。提高各系列衛(wèi)星遙感產(chǎn)品的實(shí)際使用價(jià)值。

目前的多譜段載荷不是4波段多光譜，就是高光譜。因?yàn)槟壳癏J-1A的高光譜的成像原理較為復(fù)雜，載荷輸出的是干涉條紋灰度值，要反映輸入光譜的信息，還需將干涉條紋灰度值復(fù)原成光譜灰度值，這個(gè)過(guò)程是基于數(shù)學(xué)模型而非物理光路，所以導(dǎo)致外場(chǎng)輻射定標(biāo)方法存在異議。探測(cè)器光譜信息的輸入輸出關(guān)系，并不像其他CCD探測(cè)器的定標(biāo)那樣直觀的獲取，它實(shí)際獲取的是光譜與干涉信號(hào)灰度值的關(guān)系。干涉信號(hào)經(jīng)過(guò)傅里葉變換才是光譜信息灰度值，但這并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，所以實(shí)際光譜與光譜灰度值的定標(biāo)數(shù)學(xué)模型很值得推敲。這樣導(dǎo)致定量反演的監(jiān)測(cè)指標(biāo)的應(yīng)用效果有待考究。同時(shí)，基于物理分光的高光譜相機(jī)因光譜分辨率高必然要求光路設(shè)計(jì)裝配極為苛刻，多譜段配準(zhǔn)合成是否存在問(wèn)題不得而知。所以建議設(shè)計(jì)一些中高光譜分辨率的成像儀，如8～20個(gè)波段。為某些目標(biāo)監(jiān)測(cè)提供便利。例如FY-3氣象衛(wèi)星的中分辨率成像儀。比普通多光譜相機(jī)，多設(shè)置一些近紅外、短波紅外波段。

四、總結(jié)

隨著遙感對(duì)地觀測(cè)技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，遙感產(chǎn)品將從資源普查應(yīng)用走向精細(xì)化目標(biāo)監(jiān)測(cè)應(yīng)用，大大提升了遙感衛(wèi)星的利用價(jià)值。遙感應(yīng)用的發(fā)展需求同樣也推動(dòng)了航天技術(shù)的發(fā)展，給新型載荷的優(yōu)化設(shè)計(jì)和衛(wèi)星總體設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

本文在從遙感應(yīng)用的終端即專(zhuān)題應(yīng)用開(kāi)始，來(lái)反推分析了對(duì)遙感數(shù)據(jù)的需求，從而匯總淺析了對(duì)衛(wèi)星和載荷的需求。旨在拋磚引玉，相關(guān)數(shù)據(jù)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)還需多方研究人員的共同分析和探索。