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    遙感應用與數字地球(陳述彭)

    2014-10-22 21:09:47 來源:  作者:陳述彭
    聊聊

    摘要:中國的遙感科學技術事業,起步于20世紀70年代,經歷了起步、成長到創新發展的幾個歷史階段。文章回顧了我國在星載對地觀測體系、機載對地觀測技術、遙感地面衛星接收站網與圖像數據處理系統能力建設方面取得的重要成就,以及在遙感基礎理論研究、遙感在全球變化與海洋調查、國土資源普查、環境保護與災害監測、城市規劃與工程建設、遙感考古與古環境再現等應用領域取得的豐碩碩果,闡述了我國在數字地球戰略本土化建設包括國家空間數據基礎設施、數字省區數字城市數字流域及數字地球原型系統等方面取得的進展,并論述了遙感和數字地球與地球信息科學的相互關系。

        一、前言

        遙感是20世紀60年代新興的科學領域之一。它是人類邁向太空,對地觀測,獲取地表空間信息的一種先進科學技術和生產力。具有宏觀、準確、綜合地進行動態觀測與監測的能力。
        中國的遙感科學技術事業,起步于20世紀70年代末期。據不完全統計,30年來,我國已建立10多個衛星遙感地面接收站,160多個遙感機構,400多家地理信息服務企業,數十所大學設置了該領域專業。
        70年代的引進、跟蹤、消化、吸收,到20世紀末的技術和人才輸出,經歷了近30年的奮斗歷程。從起步、成長到奮進創新的幾個歷史階段的實踐經驗,扼要歸納如下:

        從遙感應用起步,推進遙感科學技術的進步;從綜合航空遙感實驗著手,支持衛星應用與應用衛星的發展。
        從研制可見光、近紅外遙感器入手,依次開發遠紅外、多譜段和高光譜遙感器,積極開發微波遙感并開展多波段、多極化的應用,建設全波段、全天候、全天時的對地觀測信息技術系統,不斷提高信息獲取能力。
        衛星應用平臺的研發,從單一的實驗衛星起步,分期分批發射氣象、資源、海洋系列業務衛星,進一步構建小衛星星座(),實現應用衛星與衛星應用天地一體化的目標。
        以對地觀測技術系統為依托,與全球定位系統和地理信息系統、網絡通訊技術相結合,鏈接數字地球戰略,促進數字地球應用的本土化,為全球化信息共享作貢獻。
        不斷開拓遙感應用新領域。20世紀末,側重于針對自然資源、環境與能源問題。以地球科學為主,逐步開展水碳循環、葉綠素與初級生產力的研究,開始注重生命科學;21世紀,開始從遙感考古、人口統計空間分析著手,作為進入人文社會科學的新契機。
        · 在大量應用實驗的基礎上,在社會生產需求的鼓舞下,創建了國家及部級重點開放實驗室,設置了定標場、田間試驗臺站,加強對電磁波譜特征理論、遙感信息傳輸規律及訂正、遙感信息復合的深入研究,為遙感技術系統集成與新一代應用軟件的開發,為創建地球信息科學打下初步的基礎。

        二、遙感信息獲取能力建設

        1.星載對地觀測體系

        30年來,我國已發射50多顆衛星和4艘無人宇宙飛船。《中國的航天》白皮書預計,我國近幾年還將繼續研制和發射近30顆各類衛星,包括通信、氣象、海洋、資源、導航、天文以及環境與災害監測衛星、空間科學探測衛星,直接或間接提高獲取遙感信息的能力。
        今后十年或稍后的一個時期,以氣象衛星系列、資源衛星系列、海洋衛星系列和環境與災害監測小衛星群,可組成長期穩定運行的衛星對地觀測體系,實現對全球的陸地、大氣、海洋的立體觀測和動態監測。2003年秋季,我國計劃在神舟5飛船中開展載人航天飛行計劃,實現中華民族遨游太空的夢想,其中包括有人工直接操作的新型對地觀測技術。以下簡介我國衛星對地觀測遙感數據獲取能力。

        1.1“風云系列氣象衛星

        我國已建成極軌和靜軌氣象衛星相結合的風云氣象衛星系列和數據應用系統。1988年、1990年,1999年及2002年分別發射了4顆風云一號系列極軌氣象衛星。FY-1AFY-1B衛星主要有效載荷為5通道可見光和紅外輻射計,FY-1C與前兩個衛星相比,可見光和紅外輻射通道數增加到10個,增強了對地球系統的觀測能力,使我國每天可以得到一次分辨率為3.1km4通道全球覆蓋數據。 風云二號衛星是地球靜止軌道氣象衛星,19976月和20006月我國先后發射了FY-2AFY2-B衛星,能夠提供每半小時獲取覆蓋地球三分之一面積的全景圓盤圖。第二代極軌氣象衛星FY-3系列,已列入2002年至2020年研制計劃,此衛星系列將極大地提高對地觀測和全球大氣探測的能力。

        1.2 資源衛星系列

        199910月中巴地球資源遙感衛星(CBERS)成功發射。由中國與巴西聯合研制,開創了發展中國家航天高技術合作的先例。衛星有效載荷包括分辨率為20米的5波段CCD相機、分辨率為78米的4波段紅外多光譜掃描儀和分辨率為256米的2波段寬視場成像儀。衛星運行3年多來,我國已獲取了覆蓋80%國土和相鄰國家、地區的遙感圖像,歸檔了32萬景圖像數據(圖版1)。計劃2003年,CBERS-2衛星將發射上天,星上遙感器分辨率和圖像質量將在目前基礎上有較大提高。

        1.3 海洋衛星系列

        20025月我國成功地用一箭雙星的方式把海洋水色衛星(HY-1)FY-1D衛星一道送入太空。衛星載有10通道海洋水色掃描儀和4通道CCD成像儀,用于探測海洋水色水溫,評估漁場、預報魚訊、監測海洋污染、河口泥沙、海岸帶生態和冰情等。此外,我國還將研制和發射海洋動力環境衛星系列(HY-2系列衛星),通過微波探測,獲取全天候海面風場、海面高度和海溫,達到減災、防災的目的;還有海洋環境綜合監測衛星系列(HY-3系列衛星),獲取同步的海洋水色和動力環境信息。

        1.4 對地觀測小衛星

        20006月,由清華大學和英國Surry大學聯合研制的航天清華一號小衛星發射成功。該衛星的3CCD相機分別工作在可見光與近紅外波段。可對地進行光學成像觀測,光學分辨率達40掃描寬度達40公里,用于資源調查、環境及災害監測、軍事偵察、水文、地質勘查和氣象觀測等領域。

        1.5 環境衛星計劃

        我國正在加緊研制環境災害監測衛星,計劃在2005年前研制出由兩個光學衛星和一個雷達衛星組成的小衛星星座。在2010年前研制出由四個光學衛星和4個雷達衛星組成的小衛星星座,開展對環境和災害全天時、全天候的監測。

        1.6 “神舟宇宙飛船

        20023月,神舟3號載中等分辨率成像光譜儀(CMODIS)上天運行。CMODIS運行在343±5km高空,地面分辨率為400-500m,重復覆蓋周期為2天,測繪帶寬為650-700km, 34個波段,波長范圍在0.4-12.5mm(圖版2)。在200212月的神舟4號飛行中,載有微波輻射計、雷達高度計和雷達散射計組成的多模態微波傳感器。此次試驗,在世界上首次實現了三種觀測方式在統一監控下的同時工作,還首次采用了掃描天線的方式來觀測海洋的風向和風速,獲取的數據對進一步掌握風場、海浪動力環境和海氣能量的轉換,分析海洋災害、資源等方面都會產生重要的作用。

        2、機載對地觀測與實驗體系

        我國還不斷加強機載對地觀測系統的建設。由863計劃信息獲取與處理技術主題組織研制的機載對地觀測系統,由模塊化成像光譜儀、推帚式高光譜成像儀、面陣CCD數字相機、三維成像儀和L波段合成孔徑雷達5種新型遙感器組成,具有高光譜分辨率、高空間分辨率、三維成像和全天候、全天時工作的能力。
        實用型模塊化成像光譜儀(OMIS)。該系統將成像技術和光譜技術結合在一起,在連續光譜段上對同一地物同時成像獲取的光譜圖像數據能直接反映出物質的光譜特征。其主要技術特點:波段覆蓋全,在0.46mm12.5mm的大氣窗口上設置了128個探測波段。儀器具有70°以上的掃描視場。掃描系統、成像系統和光譜儀系統均設計成獨立模塊,可實現128波段和68波段兩種工作模式的更替。GPS系統可以得到圖像的定位資料,可產出標準化圖像數據產品(圖版3)
        推帚式光電遙感器(PHI)。它以其高光譜分辨力、高靈敏度和無機械運動部件等性能,成為新一代對地觀測技術的一個重要特點。研制成功的推帚式高光譜成像儀波段數為244個,光譜范圍0.40mm0.85mm,光譜分辨率小于5nm,掃描視場42°,信噪比大于100
        高分辨力CCD面陣數字航測相機系統。其核心技術是具有4096?4096像元數的全數字面陣CCD探測器,配以專門研制的大視場、大相對口徑、高分辨力、低畸變光學系統組成航測相機主體,并與專門研制的三軸陀螺穩定平臺、高速大容量數據存儲系統和GPS定位接收系統等共同集成為一套全數字、高分辨力、具有良好適應性的航測相機系統。
        三維成像儀。以實時、準實時生成三維遙感圖像為其鮮明特色。它是一個集成系統,由掃描成像技術、激光測距技術、GPS技術、姿態測量技術等子系統組成信息獲取分系統,并開發了直接對地定位軟件和同步生成已準確匹配的地學編碼影像和DEM等軟件組成的信息處理分系統。其主要功能有:一次同步生成地形影像圖,也可單獨提供等高線圖、正射影像圖。其二級產品包括:三維顯示圖、專題圖、各種量算功能等(圖版4)
        L-SAR實用系統。該系統裝有左右兩副天線,可在成像過程中實時切換觀測方向,具有兩種極化天線,可以獲得多種極化雷達圖像;配有多種工作模式,即有高分辨力窄成像帶和低分辨力寬成像帶兩種模式可供選擇,高分辨率為3m × 3m;具有原始數據記錄和實時成像處理能力。該系統在設計過程中考慮了干涉成像能力,以獲取地表三維信息,曾用于對洪澇災害的實時監測 (圖版5),并可用于測量地震災害的地殼形變,達到厘米級精度,是雷達衛星理想的試驗平臺。

        3、遙感衛星地面接收站網與圖像數據處理系統

        中國于1986年建成遙感衛星地面站。從接收美國陸地衛星5號數據開始,目前具有接收LANDSATSPOTRADARSATERS-1/2JERS-1CBERS遙感衛星數據的能力。并簽訂了協議負責分發QuickbirdIKONOSIRSEROS等遙感衛星數據。能夠為用戶提供高、中、低各種分辨率及多光譜、全色、雷達等不同類型的遙感圖像產品,逐步實現了全天候、全天時、近實時、多種分辨率的衛星對地觀測數據中心的發展目標。與中國資源衛星應用中心、氣象衛星中心和海洋衛星應用中心一道,建成與國際接軌的遙感衛星數據生產運行系統。
        中國自主研制了氣象衛星接收系統,分布在北京、廣州、烏魯木齊等地的數十個氣象衛星接收站,可接收極軌氣象衛星和靜止氣象衛星的數據。海洋衛星地面應用系統在北京和三亞市建立。MODIS數據地面接收站先后在國家氣象局國家衛星氣象中心、中科院遙感所、廣州氣象衛星地面站等地建立。
        200210月,經過9年建設的中國第一個遙感衛星輻射校正場正式投入運行,標志著我國在提高遙感衛星觀測精度與定量遙感分析方面取得重要進展。并與美國白沙,法國圖盧茲實驗場建立了國際合作關系。
        中國目前已形成處理氣象衛星、資源衛星、機載遙感與航空攝影測量等多源遙感數據的能力,具有強大的數據存儲、快速處理、傳輸、信息提取、應用軟件設計、圖形圖像制作輸出能力,保障了遙感數據的廣泛應用,同時研制了一系列針對新型遙感技術應用的軟件系統。

        三、數字地球戰略的本土化

        “數字地球是空間時代與信息社會發展歷史中的必然產物。在衛星對地觀測夜以繼日覆蓋全球,遙感數據資源極大豐富,計算機、多媒體、虛擬現實技術高度發達,全球定位系統、地理信息系統以及寬帶網絡通訊日臻成熟的21世紀,完全有條件對多尺度、多分辨率、多時相的海量地球信息資源,其中包括遙感信息,社會經濟空間統計信息,進行三維描述和數據融合,加快充分利用,為人類造福。
        從科學技術發展的角度來看,可以認為數字地球是遙感應用功能的延伸。具體地說:第一步是數字化,從多種衛星直接接收的對地觀測數據和參數,或者數字化的圖像,快速傳輸,幾何糾正,海量存儲,建成數據庫,提供查詢,探索服務。第二步是信息化,通過數理統計分析,圖形圖像識別,時空轉換動態變化研究,從海量數據中提取有效信息。第三步是知識化,通過各種專業應用模型,從有效的圖形圖像或數據中凝練出客觀規律,為工程設計、質量管理或管理信息系統提供科學依據。第四步是再現,根據客觀規律,參照邊界條件,通過虛擬仿真,重建自然或社會的歷史過程,延伸和預測未來的發展趨勢,建議幾種可能的解決方案。第五步是決策,由決策部門的領導,審時度勢,對多種解決方案作出優選或取舍。
        我國目前已經建成1:400萬、1:100萬、1:25萬全國基礎地理數據集,七大江河流域重點防范區1:1萬和1:5萬基礎地理數據集。并在建設以推動空間信息技術及其產業發展為目標的國家級空間信息共享和服務平臺中國空間信息網。作為國家地理空間信息基礎設施,高精度的全國1:100萬的地形數據模型(DEM)已更新兩版,公開發布,1:25萬和1:5萬的地形數字模型正在進行之中,全國1:50萬數字地質圖已完成,全國土地覆蓋與土地利用數據庫,森林、草場、湖泊、冰川、歷史地震等科學數據庫,也納入了國際科學數據庫的計劃(Codata),并得到氣象、海洋和資源衛星數據的及時更新。
        全國已有17個省、市開始建設數字省區,占省區總數的1/2;已有60多個城市開展數字城市工作,約占668個城市的1/10;跨省區的數字流域,涉及長江、黃河、海河和遼河等大河流域,已提到日程上來了,為跨流域調水工程、水資源分配、防澇救災服務。數字中國百舸爭游。
        中國科學院和北京大學分別建立了數字地球科學實驗室數字地球工作室,開展有關數字地球的理論方法研究。開始以數字地球原型系統為先導,建立TB級遙感數據與相關數據的存儲、查詢、檢索系統,為跨學科的地球科學研究、地球各圈層動力學關聯分析與數據融合、信息挖掘與知識發現、模擬與預測,提供共享平臺。作為遙感知識創新工程突破學科邊緣、建立交叉領域、產生新思想、開辟新方向的數字孵化器。目前該系統初步整合了近3TB的數據資源,數十個數據庫系統,并建立了數據網絡接口,可連接國內外現有數據庫,實現了遠程地學處理。并已開始為數字奧運、數字考古、虛擬旅游、軍事仿真領域的應用提供服務和支持。共同推進數字省區數字城市數字社區數字奧運的工作。

        四、空間信息應用的拓展

        中國采取遙感應用先行的策略,1963-75年間,利用全色航空攝影相片,進行目視解譯與系列制圖,1975-80年間,引進美國陸地衛星(Landsat-MSS)數據, 1980-85年間訂購試驗專用遙感飛機,裝備國產遙感儀器。
        1985-90年間,獲得回收衛星影像,并得到全球定位系統數據,依托地理信息系統,進行數據融合,自主開發了惠普Geostar, City Star, MAPGISSuper 2002等遙感圖像處理與制圖軟件,進入國際市場,1999年以后,得到本國遙感衛星數據的支持,推動數字地球戰略,促進空間地理信息基礎設施及其與信息系統的整合。遙感信息的開發與應用,蓬勃發展。開發了國民經濟輔助決策地理信息系統、資源環境與區域經濟信息系統、全國主要農作物長勢監測與估產業務系統、城市地理信息系統等一系列應用技術系統,初步形成對國家高層政務多層次輔助決策與區域可持續發展決策的信息支持能力。遙感應用的廣度和深度,遠遠超過當初發射陸地地球資源衛星時的估計(47)。歸納為五個主要領域,分述為下:

        4.1 全球變化與海洋調查

        利用國內外氣象衛星與海洋衛星監測數據,參與“Codata”科學數據庫的交流,我國積極地參與多項全球變化國際合作計劃。在氣候變化、溫室氣體效應、臭氧洞等諸多領域作出了努力,取得了西藏高原臭氧槽的發現,南方濤動對長江流域旱澇的影響,黃土古季風的反演等具有國際影響的成果。
        中國陸地生態系統生命物質循環及其驅動機制研究項目,將采用自上而下的遙感反演模型和自下而上的過程模型有機結合的途徑,解決尺度轉換問題,減少碳匯/源評價中的不確定性,評價中國陸地生態系統碳匯/源的歷史過程、現實狀況、未來趨勢及其碳匯潛力,為國家的生態環境建設和氣候變化公約談判提供科學依據。
        用多光譜數據及其生成的植被指數,對全球植被和土地狀況進行分類,監測土地沙漠化、森林砍伐、病蟲災害、城市化等環境變化進程。在廣東肇慶地區多時相雷達數據對水稻長勢的監測方法,得到了國際的認同。分析中國植被指數的季相變化,模擬中國和在溫室效應下的東亞植被演替模式,探討全球森林資源與小麥長勢的相關。
        建立了海洋環境立體監測體系,包括近海環境自動監測、高頻地波雷達海洋環境監測、海洋環境遙感監測、系統集成以及示范試驗。為近海海產養殖與遠洋漁業資源調查,提供動態信息,為我國躍居全球水產大國作出了應有的努力。
        遙感在生命科學中的應用方興未艾。在陸地生態系統中植被指數已廣泛用來定性和定量評價植被覆蓋及其生長活力,并用來診斷植被一系列生物物理參量。利用NOAASPOT和同期氣象數據,換算作物植被指數,對全國及世界主要國家農作物長勢進行遙感監測預報;利用AVHRR植被指數數據集,分析中國東部季風區的物候季節特征。

        4.2 國土資源普查

        全面部署了各省區進行國土資源遙感綜合調查,一般以衛星圖像為主要信息源,進行1:50萬或1:100萬比例的專業目視解釋和系列制圖(在直轄市為1:10-1:5),建立地理信息系統,與數字省區電子政務或與生態省建設規劃鏈接。
        遙感地質找礦取得了多方面的進展。航空遙感與衛星影像應用已在地質區測制圖與普查找礦遙感方法中列入作業規范,火山、黃土、冰川、巖溶等新生代地質作用和現象,均有新的發現。并已匯成全國1:50萬地質圖數據庫全面地反映了遙感地質的調查研究成果。
        1980年,騰沖航空遙感開始,開拓地下熱水鈾礦床遙感探測的先河,逐步推廣應用于內蒙及其他地區其他鈾礦資源的航空遙感綜合勘測,均獲得成功。不僅為鈾礦資源的航空遙感綜合勘探打下了堅實的基礎,而且為開展核查技術和核能和平利用作出了貢獻。
        重金屬和有色金屬礦產資源的遙感勘探,以控礦構造為框架,以多光譜巖性識別為依托,通過礦物暈的擴散形跡,為國家圈定了多處大型礦床。在新疆的金礦探測中,查出金科研預測儲量18.8遠景儲量70噸,使兩個縣達到生產黃金2萬兩的效益。遙感應用于撲滅華北、西北煤田地下自燃的火災,為探尋內蒙地下水和油氣資源,頻頻告捷。

        4.3 環境保護與災害監測

        利用機載成像光譜儀和衛星多光譜掃描儀,對太湖水環境現狀和歷史演變進行了系統性的定量遙感分析,取得了具有實用價值的結果。
        開展863計劃西部金睛行動,建立我國西部生態環境遙感監測網絡系統及西部生態環境動態數據庫。通過西部、區域、省市區、典型地區四個層次,實施對西部生態環境和資源的長期動態監測,監督西部大開發中的生態環境效應,提出建設和加強西部可持續發展能力的對策。
        研制了沙塵暴的衛星監測系統和沙塵暴的災害影響評估系統,通過網絡連接,實現了把遙感、GIS和網絡通訊技術集成為一個可以實時業務運行并定性、定量、定位的沙塵暴衛星遙感監測與災情評估的系統。現已利用風云衛星的數據正式發布沙塵暴天氣預報。開展了蒙古、朝鮮、韓國與日本的國際合作計劃。
        研制開發出衛星遙感草原火災、監測和災害評估系統,實現了及時發現火點、準確定位火點地理坐標、測算過火面積、計算干草損失量。建立了森林監測與管理信息系統,收到了有火不成災效果。開展了赤潮災害衛星遙感業務化監測技術研究,并在渤海、長江口和珠江口海洋赤潮災害監測業務化實踐中得到了檢驗。
        建立了由災害宏觀動態監測系統、機載SAR數據實時傳輸系統、洪澇災害監測評估運行系統,已投入使用。對突發性水災,實現2天之內提供受淹范圍及各類受淹土地面積等信息,一周之內提供包括受災人口、受淹房屋等信息的詳細評估報告。全國旱情監測實現每10天上報一次旱情資料。在1998年長江特大洪水期間,利用6顆衛星和3套航空遙感系統,特別是利用了中國的L波段機載雷達系統,對災區組織成像飛行,獲得了100多幅災情圖像,遙感查明受災面積只有地方統計數據的一半,為災情監測評估和災后重建規劃提供了科學依據。洞庭湖區的遙感實驗信息系統,是由加拿大CIDA的資助下進行的,已推廣到亞非21個國家。

        4.4 城市規劃與工程建設

        由于我國城市化的快速發展,城市化指數由2000年的26.7%增加到2003年的37%。高分辨率衛星圖像和機載遙感系統,為城市規劃和數字城市的建設提供了豐富的數據源。例如,通過開展北京中關村高科技園區成像飛行,為數字北京數字中關村提供了更新數據;進行2008北京奧運規劃區的機載對地觀測飛行試驗,服務于奧運申辦及未來的奧運規劃設計,為澳門回歸進行三維成像儀飛行,為香港、澳門、北海、上海浦東等城市提供了基于對地觀測數據的各類圖件及數據,并開展了城市應用研究。
        我國資源衛星與SPOT, IKONOS等高分辨率的圖像數據,在城市建設中的應用,已在北京城市折遷,香港街區地圖更新中發揮作用。全國80多個城市的城市擴張與占用土地的遙感監測,效益顯著。天津市早年城市環境遙感的實驗成果,率先采用網格化計算機自動制圖,出版了環境資源調查,得到世界銀行的高度贊譽,為天津市爭取世行巨額貸款提供了科學分析依據。
        遙感技術為國家大型工程建設提供了勘察與管理信息支持。包括三峽建設、青藏鐵路建設、二灘和龍灘電站水庫、三北防護林工程、南水北調西線工程、西氣東輸等,遙感在選址、勘測、生態環境工程效益評估中,都發揮了應有的作用。在三峽工程預研論證初期,三次遙感估算庫區可耕地面積,從而否決了后靠移民的主張,為政府決策外遷提供了依據。已經由中國科學院與三峽指揮部合作,組建長期的資源環境監測中心。
        青藏鐵路施工以前,有關部門和中科院對高原凍土調查研究與鐵路選線,進行了大量遙感和選線比較研究。特別是隧道工程中的噴水含沙等,在南嶺、燕山、秦嶺大型隧道的勘測工程中,取得了寶貴的經驗。

        4.5 遙感考古與古環境再現

        遙感技術用于考古研究是對人文科學的開拓。200212月召開的全國首屆遙感考古會議,展示了在這方面取得的成就。利用衛星遙感在長江三角洲吳越文化分布的部分地區,普查出新石器時代到春秋時期的各類古遺址28087座,經與考古學家的共同驗證,其判對率達95%以上。利用航天飛機成像雷達圖像,發現了陜西寧夏交界地區被干沙掩埋的明隋古長城。在內蒙古和陜北等地開展了多次航空遙感考古飛行,獲得了元大都、遼中京、遼上京古遺址的航空照片,出版了多種航空遙感考古圖集2002年又從美國購回1萬余張二戰期間日軍拍攝的航片,正對這些資料整理和分析,可能會揭示出更多現在地表已被改造過的考古信息。對近50年來的土地利用、自然環境變遷與人類活動的軌跡,重新作出空間分析和歷史評價。
        在臨淄,結合衛星圖像,航空系統,發掘報告,調查報告,普查考古地圖和地形圖,建立了我國第一個大型遺址群地域文物考古信息系統。
        在敦煌莫高窟進行了數字化近景攝影測量,為雕塑與壁畫復原,奠定了初步基礎。進一步利用激光與全息成像,可以把絲綢之路上被掠奪、偷盜破壞文物進行虛擬仿真,唯妙唯肖地再現,遙感為文物修復與保護,記錄發掘現場,復原古環境,提供嶄新的成套信息技術。

        五、地球信息科學展望

        20世紀末,在地球系統科學的理論指導下,遙感應用、地理信息系統、全球定位系統與網絡通訊技術,已逐步向綜合集成的歷史階段。新興的多媒體、虛擬現實等可視化技術和并行計算、網絡計算等高速智能化技術,日新月異,如虎添翼。
        20世紀的遙感應用,比較側重于自然,側重于無機環境,側重于資源,側重于靜態觀測與識別;而21世紀的遙感應用必將更多地關注人文,關注生態和環境,關注動態監測與評估。在調查研究方法上,也將從單項的偵察、識別,逐步走向定量化的綜合集成,由單純的遙感儀器觀測數據,逐步走向多種數據源的融合。
        地球信息科學在20世紀末應運而生,與時俱進。它是空間科學技術、信息科學技術與地球系統科學的交叉融合,其目的是要通過數據共享,充分發揮海量數據的作用,從中提取有效信息,發現知識,掌握規律,用于指導生產和生活。或者說是以信息流調控人流、物流和能流。提高社會生產效率和人類生活質量。它以地球為舞臺,上至電離層,即無線電磁波反射或折回地表的上限;下至莫霍面,即地震波反射或折回地表的下限。可以稱之為信息圈(也稱人類圈智慧圈”)。這是當今世界人類最活躍,信息最豐富的圈層。也正是數字地球的核心空間,是對地觀測與遙感應用的主體部分。
        我國科學家正開始努力探索地球信息科學的理論、方法和關鍵技術。例如以遙感像元為基礎,建立適應于數字地球的網格地圖系統,適應新一代網格計算的方法;充分發揮人類圖像思維的能力,建立地學信息圖譜,來抽象地表達地表現象的規律,進行信息壓縮;從遙感獲取的現勢數據進行虛擬可視化,反演自然和文明發展的歷史過程;顯示規劃方案的景觀效果等等,都將有助于更深層次的遙感應用。
        遙感技術和應用的不斷創新與發展,將極大地豐富地球信息科學的構建;地球信息科學的發展也必將為數字地球戰略的發展提供理論、方法與技術支持;反過來,數字地球戰略為地球信息科學的發展提供了機遇,并會促進地球信息科學的全面發展。二者的結合,必將推動地球科學的發展,及信息社會的經濟發展與社會進步,為我國全面建設小康社會,作出應有的新的貢獻。
        與此同時,信息時代遙感應用與數字地球的發展,必將進一步推進發展中國家在經濟、技術、文化等領域的南南合作,縮小發展中國家與發達國家之間的數字鴻溝,推動信息社會和全球經濟的整體發展。中-巴地球資源衛星的研制就是南南合作的杰作。目前,我國正在進行2008奧運會場館的建設,科技奧運、數字奧運、綠色奧運是中國舉辦奧運會的理念。遙感與數字地球將會為奧運場館等基礎設施的建設,為各國運動員提供優質的服務。
        不久的將來,載人飛船神舟號順利升空,海洋衛星和數字海洋的建設與時俱進,探月計劃提到日程上來,遙感應用與數字地球方面的國際合作,視星空將會更加遼闊,機遇將會更加令人鼓舞

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