紫曉

地球的各種信息，都可以用數(shù)字來表現(xiàn)，這就是遙感衛(wèi)星的饋贈。

去年11月29日至12月2日，由中國科學院主辦，國內(nèi)17個部門聯(lián)合發(fā)起的“數(shù)字地球”國際會議在北京召開。來自27個不同國度、不同膚色的科學家們滿懷欣喜之情，用不同的語言描繪著數(shù)字地球的前景。在新的世紀，以資源衛(wèi)星為代表的遙感衛(wèi)星將大出風頭，“數(shù)字地球”將把人類生活帶入更加美好的未來。

中國龍年春節(jié)的喜慶氣氛未盡，由中國和巴西聯(lián)合研制的中巴地球資源衛(wèi)星正式交付使用了。它的成功運行，不僅給奔跑在數(shù)字化大道上的中國再添羽翼，而且還將給人類構(gòu)筑的“數(shù)字地球”帶來福音。

進入外層空間是20世紀最偉大的技術(shù)成果之一，而以資源衛(wèi)星為代表的對地遙感衛(wèi)星的出現(xiàn)，信息技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展和遙感影像空間分辨率的提高，進一步加深了對地球的了解。

“數(shù)字地球”這一概念是由美國副總統(tǒng)戈爾在1998年首次提出的。數(shù)字地球的目標是要建立一個完全信息化的地球。把地球上每一點的所有信息，按照地球坐標，整理構(gòu)成一個不但具有時間維而且具有空間維的全球信息模型，這樣就可以使每一個人都能夠快速、準確、完整地了解和利用地球上的各種信息。這些信息包括：高分辨率的地球衛(wèi)星圖像、數(shù)字地圖及經(jīng)濟、社會和人口統(tǒng)計等。數(shù)字地球所提供的數(shù)據(jù)和信息將有助于解決資源、環(huán)境和災害問題，對社會的發(fā)展具有重要的意義?！皵?shù)字地球”與空間對地觀測密切相關(guān)，它的發(fā)展必須建立在空間對地觀測的基礎(chǔ)之上?？臻g對地觀測的飛速發(fā)展，為發(fā)展數(shù)字地球創(chuàng)造了必要條件。

太空閃爍“千里眼”

千百年來，人們觀察地球的手段是多種多樣的，隨著地球資源衛(wèi)星的出現(xiàn)，航天觀測便由此誕生，這種觀測方法，克服了地面、地下和航空三種觀測方法費時費力，且局限性較大、動態(tài)性較差的弱點。

地球資源衛(wèi)星之所以神通廣大，是因為它站得高、看得遠，對地球大范圍的情況能夠一覽無遺，可以對資源進行宏觀、綜合、動態(tài)、快速的調(diào)查，同時，它還具有適時地、不間斷地傳遞信息的功能。它的出現(xiàn)，從根本上改變了人類觀測地球的方法，它不僅使人類從宇宙空間觀測地球上的大千世界及其變化，而且把人的視覺從可見光范圍擴展到紫外、紅外以及微波輻射區(qū)，使人類對地球的觀測進入全新階段。

地球資源衛(wèi)星是在氣象衛(wèi)星的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它經(jīng)歷了60年代的奠基，70年代的發(fā)展，80年代的輝煌的階段。今天，在我們居住的地球外層空間，有數(shù)以百計對地遙感衛(wèi)星，每時每刻都在注視著地球，資源衛(wèi)星以其豐碩的成果成為閃爍長空的璀璨明星。

作為地球資源衛(wèi)星的鼻祖，1972年7月23日，美國發(fā)射了世界上第一顆資源衛(wèi)星“陸地衛(wèi)星”1號，而在此后的10年里，相繼發(fā)射了“陸地衛(wèi)星”2號和3號。這2顆衛(wèi)星屬于第一代資源衛(wèi)星，裝有返束光導攝像機和多光譜掃描儀，分別有3、4個譜段，分辨率80米，幅寬185公里。據(jù)有關(guān)部門估計，世界各國從這3顆衛(wèi)星上共接收圖像45萬幅，投資收益比達1∶14。這3顆衛(wèi)星的成功，還使資源衛(wèi)星的實用價值得到了充分的展現(xiàn)。

1982年7月和1984年3月，美國又分別發(fā)射了第二代資源衛(wèi)星“陸地衛(wèi)星”4、5號。這兩顆衛(wèi)星屬于實用型衛(wèi)星，在技術(shù)上有了較大的改進，衛(wèi)星平臺采用了新設(shè)計的多任務模塊結(jié)構(gòu)，增加了主題繪圖儀，可通過“數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星”傳輸數(shù)據(jù)。

“陸地衛(wèi)星”6和1999年4月15日升空的“陸地衛(wèi)星”7是美國第三代資源衛(wèi)星，這顆造價8億美元的衛(wèi)星，設(shè)計壽命提高到5年，采用了增強的主題繪圖儀，熱紅外波段探測器由過去4個提高到8個。它能在8個不同譜段對來自地球的可見光、紅外線和反射的全色光進行遙感，分辨率達15米。該衛(wèi)星存儲能力強，數(shù)傳速較快，可以把數(shù)據(jù)存在衛(wèi)星上，然后利用X波段天線把數(shù)據(jù)發(fā)送給進入衛(wèi)星視線的地面站。

在今天資源衛(wèi)星家族中，能與“陸地衛(wèi)星”并駕齊驅(qū)的是法國的“斯波特”衛(wèi)星。該系列衛(wèi)星自1986年升空以來，先后發(fā)射了4顆，前3顆分辨率達20米。1998年3月23日升空的“斯波特”4號是前三顆的改進型，它裝有2臺可側(cè)視的高分辨率相機，還裝有植被儀，分辨率達10～20米。

印度作為資源衛(wèi)星后起之秀，其衛(wèi)星圖片質(zhì)量與美國和法國的相當，價格卻便宜了許多。俄羅斯“資源”－F系列衛(wèi)星以“東方”號為基礎(chǔ)的照相偵察衛(wèi)星兼作資源探測，這種衛(wèi)星是膠片回收型，能提供5～8米高分辨率圖像。其“資源”－0系列衛(wèi)星是傳輸型遙感衛(wèi)星，類似于美國的“陸地衛(wèi)星”，攜帶兩套中、高分辨率多光譜掃描儀。1991年，俄羅斯發(fā)射了新型遙感衛(wèi)星“鉆石”－1，其主要特點是裝有合成孔徑雷達。

多年來，資源衛(wèi)星的遙感技術(shù)日趨成熟，已從可見光發(fā)展到微波遙感，從被動遙感發(fā)展到主動遙感，并向高光譜分辨率、高空間分辨率和高輻射分辨率發(fā)展。

福星高照“地球村”

大量的實踐證明，在現(xiàn)今時代，人類最先進的對地觀測手段是地球資源衛(wèi)星。20多年來，許多國家應用資源衛(wèi)星圖片成果，進行資源調(diào)查、國土普查、環(huán)境監(jiān)測等，收到了可喜的成效。

據(jù)報道，早在七八十年代，一些西方國家就利用資源衛(wèi)星進行小麥、大豆、水稻、玉米和馬鈴薯等農(nóng)作物的估產(chǎn)，以增加或減少某種農(nóng)作物的種植面積或確定糧食政策。

航天大國美國更是利用地球資源衛(wèi)星的行家。據(jù)報道，美國不僅用資源衛(wèi)星遙感圖像估測本國小麥產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量，還主要觀測俄羅斯、澳大利亞、阿根廷、印度、加拿大、中國等世界主要小麥產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量，每年耗資1500萬美元?？窟@些信息，美國制定本國糧食儲藏調(diào)運、食品加工等各項計劃，確定對外貿(mào)易策略和價格政策，并在國家貿(mào)易談判中處于主導地位，僅此每年就獲利高達數(shù)億美元。

在高科技領(lǐng)域積極合作，一向是歐盟國家的傳統(tǒng)，在資源衛(wèi)星的利用上同樣不例外。他們利用法國“斯波特”衛(wèi)星等技術(shù)資源，積極推進遙感技術(shù)的利用和發(fā)展，在農(nóng)作物的產(chǎn)量評估、長勢監(jiān)測、病蟲害的預報等方面，取得了令人矚目的成果，已經(jīng)建立了包括地理信息的數(shù)據(jù)庫，作為歐盟統(tǒng)計局數(shù)據(jù)庫的重要補充，在農(nóng)業(yè)和環(huán)境等方面發(fā)揮了重要作用。

印度把有限資金使用到發(fā)展地球資源衛(wèi)星上來，以開發(fā)資源帶動經(jīng)濟的發(fā)展，利用資源衛(wèi)星數(shù)據(jù)解決實際問題，已經(jīng)成為印度航天政策的一大特點，利用地球資源衛(wèi)星圖像已相當普遍。

遙感技術(shù)在中國

中國是一個人口眾多而自然資源卻十分有限的國家，怎樣合理開發(fā)和利用現(xiàn)有資源，是擺在我們面前的重要課題。然而，直至70年代末，我國對自己的家底并不清楚。

全國土地面積有多少，耕地面積有多少，這直接影響到我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)量在21世紀能承受多少人口的問題，也影響到個每年農(nóng)產(chǎn)品的進出口計劃。此外，對城市化帶來的與農(nóng)業(yè)爭地問題到底程度如何，可耕土地到底還有多少潛力，資源供需情況能否滿足經(jīng)濟發(fā)展的要求，經(jīng)濟的發(fā)展帶來的環(huán)境與生態(tài)平衡問題，我國西部地區(qū)的環(huán)境情況如何布局等問題，國家都急需搞清楚。資源衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展和應用，為回答這些問題提供了有效的手段，為國家級宏觀決策提供了依據(jù)。

20年來，我國有關(guān)部門利用資源衛(wèi)星進行了全國和區(qū)域性的土地利用調(diào)查，北方冬小麥估產(chǎn)，草場資源監(jiān)測，森林、水利、海岸帶灘涂及旅游資源調(diào)查，以及進行了部分地區(qū)環(huán)境污染、河湖變遷、水土流失、城市環(huán)境調(diào)查等，都取得了可喜的成果。

1997年～1998年，農(nóng)業(yè)部利用美國“陸地衛(wèi)星”的圖像，對黑龍江、內(nèi)蒙古、甘肅和新疆等省的土地利用情況進行了監(jiān)測和有關(guān)情況的評估。結(jié)果顯示，1997年前的十年間，我國北方地區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)不盡合理，草地退化嚴重，土地荒漠化加劇，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境日益惡化，耕地開墾有一定的盲目性，新開墾的土地基礎(chǔ)設(shè)施不足。這些研究成果為政府提供了重要的決策依據(jù)。

近年來，中國土地勘測規(guī)劃院、中科院空間中心等單位，利用衛(wèi)星圖像進行了縣級土地資源調(diào)查及相應的制圖工作，取得了很好的成果。經(jīng)過10年多年的調(diào)查，投入了10多億元資金，50多萬人參加，終于利用資源衛(wèi)星圖片，查清了我國土地資源的家底，其中耕地面積為20億畝(階段性數(shù)據(jù))，占土地總面積141％，比1994年國家統(tǒng)計局公布的1424億畝多出40％。值得一提的是，這一成果給我國制定農(nóng)業(yè)規(guī)劃及農(nóng)業(yè)政策起到了重要作用。

不僅如此，資源衛(wèi)星圖像還在我國其它領(lǐng)域發(fā)揮作用。

1998年，我國長江、嫩江、松花江流域發(fā)生百年不遇的洪水，我國有關(guān)部門緊急調(diào)用國外包括資源衛(wèi)星在內(nèi)的6顆對地觀測衛(wèi)星，對洪澇災害全方位監(jiān)測。這些衛(wèi)星對于迅速查清災情，預測洪澇災害發(fā)展趨勢，為我國政府作出決策，奪取抗洪斗爭的勝利，發(fā)揮了重要的作用。我國石油戰(zhàn)線利用衛(wèi)星遙感技術(shù)，找到了十多個石油勘探區(qū)，有的已見到工業(yè)油氣流。

有數(shù)據(jù)顯示，我國衛(wèi)星遙感應用在資源環(huán)境監(jiān)測方面的效益和常規(guī)方法相比，衛(wèi)星遙感費用是常規(guī)方法的1／3～1／13，在某些資源環(huán)境調(diào)查方面，其比例甚至可達幾百分之一。1980～1983年，利用“陸地衛(wèi)星”資料進行國土地利用情況調(diào)查，采用了1000多幅衛(wèi)星合成照片，資料費只用了50萬元，如果采用航空攝影方法，約需3500萬元，有衛(wèi)星遙感方法的投入只是常規(guī)方法的六分之一。據(jù)有關(guān)部門估計，20年來我國在衛(wèi)星遙感上投入約21億元，若按上述1∶6的比例計算，我國利用衛(wèi)星遙感手段進行資源環(huán)境等遙感調(diào)查，節(jié)約經(jīng)費100多億元。“資源”一號用處大

去年10月14日，在太原衛(wèi)星發(fā)射中心，中國和巴西聯(lián)合研制的地球資源衛(wèi)星上天，從此，中國和巴西開始了利用自己的資源衛(wèi)星的時代。

“資源”一號衛(wèi)星肩負著十分重要的任務。這顆被命名為“中巴地球資源衛(wèi)星”(CBERS)的衛(wèi)星(我國稱“資源”一號衛(wèi)星)，是適時傳輸型對地觀測衛(wèi)星，其中有效載荷包括一臺5譜段CCD相機，一套傳輸上述遙感器數(shù)據(jù)的X波段數(shù)傳系統(tǒng)，以及高密度磁帶機等。衛(wèi)星總重1540公斤，可展開式單翼太陽電池的輸出功率為1100瓦。衛(wèi)星軌道為距地面778公里高的太陽同步軌道，衛(wèi)星姿態(tài)為三軸穩(wěn)定控制，設(shè)計壽命二年。

“資源”一號衛(wèi)星是我國第一代傳輸型對地觀察衛(wèi)星，通過不同的遙感器可獲得可見光、近紅外、熱紅外等多譜段的遙感圖像，這些圖像被地球地面站接收后，經(jīng)過處理可以直接使用，也可以相互比較分析，如可見光譜段圖像可用于繪制地圖，水系、交通和城市規(guī)劃圖，測量耕地、森林覆蓋面積；近紅外譜段圖像可用于環(huán)境污染的監(jiān)測，農(nóng)作物長勢情況調(diào)查和估產(chǎn)，還可用于地質(zhì)調(diào)查和礦產(chǎn)資源的勘查和規(guī)劃；熱紅外圖像可用于植被和環(huán)境監(jiān)測。

“資源”一號衛(wèi)星光譜范圍廣，最高分辨率可達20米。雖然衛(wèi)星觀測一遍地球需要26天，但由于其攜帶的CCD像機有側(cè)視功能，同一地區(qū)觀測周期為3天，廣角相機5天就可以覆蓋我國國土一遍，因此，將為資源衛(wèi)星圖像的開發(fā)和利用創(chuàng)造條件。

在“資源”一號衛(wèi)星發(fā)射成功的同時，我國政府已經(jīng)建成包括中國資源衛(wèi)星應用中心、北京、廣州、烏魯木齊3個地面站在內(nèi)的資源衛(wèi)星應用系統(tǒng)工程。資源衛(wèi)星的產(chǎn)品分為數(shù)字產(chǎn)品和光學產(chǎn)品，即磁帶、軟盤、光盤、膠片和反轉(zhuǎn)片等。膠片沖洗能力為每天50片，各種圖像生產(chǎn)能力為每天100片，產(chǎn)品生產(chǎn)周期一般為3～7天，必要時可隨時安排。

“資源”一號衛(wèi)星可以繪制1∶100000比例尺的數(shù)字地圖，取代我國目前正在使用的美國“陸地衛(wèi)星”和法國“斯波特”衛(wèi)星，進行國土資源調(diào)查。國土資源部計劃將在今后5年到2010年組織開展新一輪國土資源大調(diào)查，其主要任務是更新1∶250000比例尺為主的地學基礎(chǔ)系列圖件，進而發(fā)現(xiàn)一批礦產(chǎn)地，建立全國地質(zhì)災害的預警系統(tǒng)并進行地質(zhì)災害的監(jiān)測和防治以及重要地帶的地下水勘查開發(fā)等。

未來星空更燦爛

據(jù)有關(guān)資料，一些國家正研制能夠克服遙感周期長等不足的資源衛(wèi)星，預計資源衛(wèi)星將朝著即有高分辨率圖像，又有寬觀測帶，高時間頻率圖像的多種遙感器；多光譜遙感器和全天候全天時的雷達衛(wèi)星方向發(fā)展。屆時，人類將徹底攻克在惡劣天氣條件下獲取遙感信息難的狀況，對地區(qū)的監(jiān)測將更準確、更及時，真正做到“風雨無阻”。

據(jù)專家預測，未來資源衛(wèi)星將沿著大型綜合系統(tǒng)、小衛(wèi)星系統(tǒng)、多種衛(wèi)星系統(tǒng)協(xié)作，由光學遙感向微波遙感、單一遙感向多功能遙感等方向發(fā)展。衛(wèi)星的空間分辨率、光譜分辨率都將大大提高，CCD相機分辨率可達1米，特殊用途的甚至可達10厘米。

據(jù)報道，在發(fā)射大型地球資源衛(wèi)星的同時，美國等國家將發(fā)射數(shù)顆小型衛(wèi)星作為大型資源衛(wèi)星的補充，以滿足用戶高精度、高時效、低成本和多信息源等多種需求。據(jù)悉，法國正在研制第二代資源衛(wèi)星“斯波特”5號，它裝備兩臺新型遙感器，分辨率為5米，能獲得高分辨率的立體圖像，2002年發(fā)射。俄羅斯新型“鉆石”－1B遙感衛(wèi)星也將于近年發(fā)射。日本、加拿大、印度等國也都在進一步研制地球資源衛(wèi)星，尤其是印度更是采取咄咄逼人的態(tài)勢。印度遙感衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)展到第二代，其研制的遙感衛(wèi)星幅寬為70公里，分辨率可達58米，而且價格便宜，受到不少國家的青睞。

中巴首顆地球資源衛(wèi)星發(fā)射成功后，兩國第二顆地球資源衛(wèi)星計劃已經(jīng)啟動，按計劃該星將于2001年升空，以接替“資源”一號衛(wèi)星。

在新的千年，資源衛(wèi)星必將有一個飛速的發(fā)展，利用資源衛(wèi)星觀測我們所居住地球的熱潮必將到來?！?/p>