浅谈21世纪遥感对地观测技术的前沿发展

浅谈21世纪遥感对地观测技术的前沿发展

1概述

对地观测，即对地球观测(earth observing)。它作为一个专有名词，起源于20世纪80年代中期美国空间站对地观测系统(EOS)。对地观测技术是现代遥感技术发展的重要标志，它可追溯到20世纪60年代的初期刚刚出现的人造地球卫星。当时一般都将它称为地球资源和环境的遥感技术[1]。

现在对地观测新技术主要指-0星通信技术、空间定位技术、遥感技术和地理信息系统技术，这些技术的集成将有可能使人类源源不断、快速地获取地球表面随时间变化地几何和物理信息，了解地球上各种现象及其变化，从而指导人类来合理地利用和开发资源，有效地保护和改善环境，积极地防治和抵御各种自然灾害，不断地改善人类生存和生活的环境质量，以送劐经济腾飞和社会可持续发展的双重目的[2]。

在漫长的历史长河中，地球的环境一直都在不断变化。现在由于人类的破坏，地球正经历着全球性和灾难性的变化：如全球变暖，臭氧层损耗，酸雨的形成，生物量的减少等。。因此，人类需要不断的探索地球的奥秘和规律r深入地认识和研究地球的各种问题[33；需要把地球信息以多维、多尺度、多时相、多层面的形式表现出来。卫星的诞生，使遥感对地观测技术为人类掌握地球科学知识创造了良好的条件；丽世界范圈内，可持续发展和数字地球战略的提出i对高分辨率卫星遥感对地观测技术提出了迫切的需求，同时也为它的发展提供了腾飞的平台和新的生长点。

2“3S'’的集成

我们知道，数字地球的核心是地球空间信息科学，而地球空间信息科学的技术体系中，最基础和最基本的技术核心是“3S”技术及其集成。所谓“3S”集成是指空间定位系统(GPS)、遥感(RS)和地理信息系统(GIS)三种对地观测技术及其它相关技术有机地集成在一起。这里所说的集成，是英文Integration的中译文，是指一种有机地结合，在线地连接、实时的处理和系统的整体性。

在这种集成应用中：GPS主要被用于实时、快速地提供目标，包括各类传感器和运载平台地空间位置；Rs用于实时或准实时地提供目标及其环境的语义或非语义信息，发现地球表面上的各种变化，及时地对GIS进行数据更新；GIS则是对多种来源地时空信息进行综合处理、集成管理、动态存取，作为新地集成系统地基础平台，并为智能化数据采集提供地学知识.

“3S"集成的方式可以在不同技术水平上实现，包括空基“3S'’的集成和地基“3S”的集成。空基“3s’，集成，指用空一地定位模式实现直接对地观测，主要目的是在无地面控制点(或由少量地筒控制点)的情况下，实现航空航天遥感信息的直接jc寸地定位÷侦察、制导、测量等；基“3S”集成，指车载、舰载定位导航和对地面目标的定位、跟踪、测量等实时作业[4]。

“3s”集成除了能提高空间数据狱取和处理的精度、速度和效率外，其优势还表现在其动态性、灵活度和自动化等方面[6]。对地观测的“3S'’集成系统的进一步发展是引入专家系统和现代通讯技术12]。随着航空航天技术、电子技术、卫星通信技术和传感器技术的不断发展，“3S”集成及多种技术的联合应用将太灰拓宽遥感对地观测技术的应用范围，使其占领更广阔的市场。

3构建天地一体化的对地观测体系。

“数字地球”构想的提出，世界各国都在纷纷构建地球空间数据框架≯并加载各种与自然和人类活动密切相关的地球系统信息。对地观测信息是“数字地球”的核心信息源之一，对地观测技术在“数字地球”中古据着不可或缺的地位Fj。而遥感对地观测体系作为获取全球系统信息的主要数据源，决定了遥感对地观测技术作为一种先进的时空信息获取手段，将

为数字地球提供全面、持续、动态、综合、多尺度、多方位、高精度的地球信息。

目前，卫星对地观测及复杂的计算机模拟在研究地球系统时将发挥不可替代的重要作用。由卫星航天技术形成的对地观测系统能提供全球性、重复性的连续对地观测数据，使我们能源源不断地快速获取地球随时间变化的几何和物理信息[3]。

展望21世纪的卫星遥感应用系统，必须形成天地一体化地快速信息流，才可能满足社会高速信息公路的需求。具体表现在：

(1)航天、航空与地面台站形成多级平台的互联网络系统}

(2)实现海量数据的全数字流程，图像图形的宽带网络传输；

(3)地球各圈层的动态监测，地表植被指数、作物长势、土地覆盖与生态、环境变迁、蔬溱化、城市化过程的动态监测。地壳内部的地磁、地热、地震、地气、地球重力场的异常、外层空间的辐射、磁暴、臭氧变化，都是卫星对地观测的新内容。

这些数据对无线电信号、导航定位、卫星寿命以及国家安全，都有一定的影响，成为新一代环境遥感卫星的生长点【8]。可见，遥感对地观测技术的蓬勃反展，将会为世界经济的复苏、繁荣，为世界及区域的可持续发展做出重大贡献，从而能更好的促进“数字地球”和“可持续发展”的和平利用。

4 建天基综合信息网

所谓天基综合信息网，是指不同轨道、不同种类、不同性能的卫星、星座和相应的地面设施通过星地、星问链路构成的天地一体化综合系统。天基综合信息网是未来卫星网络的发展趋势，也是人们关注的热点闯题[9]。随着丑星数目的增加，信息交换技术越来越复杂，传统的空地链路通过地基网络互联的通信方式不再满足要求，有必要在多颗卫星或星座间建立星间链路(ISL)，形成天基综合信息网。

4．1“数字地球尹韵建设需要天基信息网

数字地球就是把地球上每一点的所有信息，依据地理坐标，构造成既有空间维又有时间维的全球信息模型[】⋯，并将其数字化和虚拟化。美国提出“数字地球”的概念，主要处于其本国的国家目标和全球战略的需要，无论是维持社会的可持续发展，还是提高人们的生活质量；无论是促进当前科学与技术的发展，还是开拓未来知识经济的新天地，都对以空间信息为核心的“数字地球”有着巨大的需求。

对地观测就是作为构成并支撑数字地球的最关键的技术，它的发展对世界各国数字地球构想的实现具有重要的意义。而数字地球的实现。首先对卫星遥感和卫星通信、卫星导航定位等提出了追切需求o”]。要获取全球资源、环境、土地利用／土地覆盖、农业、水利、交通、能源、灾害、人口、生态等众多的时空信息，只靠几颗卫星、几种卫星是远远不够的，而且只靠卫星单独运行和使用也是远远不行的。只有构成天基综合信息网，才能支持数字地球的建造。通过综合信息网络，将地球观测系统所获取盼海、陆、空数据，加以融合、处理和提升i⋯，从而实现对地球的整体观测，来满足国民经济建设和国家安全日益增长的需要。4．2地球的系统观测、研究需要构造天基综合信息网

陆地、海洋、大气以及资源、环境、灾害，都不是孤立的、静止的，而是相关的、处于动态的现象[i“。为了能快速、准确地了解、利用和保护人类赖以生存的地球，必须对地球进行系统、整体、全面的观测和研究。

天基地球观测系统中的卫星上将装载22种以上的观测仪器，从可见光、紫外、红外到微波，从被动观测到激光雷达、微波辐射计等主动探测，并实现多种仪器的同时综合观测。可见，只有建造天基综合信息网，才能实现对地球进行整体观测的宗旨.

建造天基综合信息网，通过各种遥感手段的综合，各种轨道、各种传感器的结合，各种功挠卫星．鲍融合，可以在全球尺度上集成、持续地观测地球；实现对影响地球气候环境的物理、化学、生物和社会过程的探索性、突破性研究}实现动态、定位、定性、定量的全球资