甘甫平, 劉镕源, 葛大慶, 肖晨超, 閆柏琨， 尚坤

(1.中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心，北京 100083； 2.航空地球物理與遙感地質(zhì)自然資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083)

0 引言

新時(shí)代下，遙感技術(shù)已深入到了國(guó)土資源業(yè)務(wù)管理與地質(zhì)科學(xué)研究的各個(gè)領(lǐng)域。資源環(huán)境地表變化、地球系統(tǒng)演變、自然資源資產(chǎn)管理和自然生態(tài)監(jiān)管等領(lǐng)域?qū)πl(wèi)星遙感技術(shù)的依賴持續(xù)遞增，對(duì)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的類型、規(guī)格、形態(tài)等提出了多樣化的需求，對(duì)不同產(chǎn)品服務(wù)的即時(shí)性和個(gè)性化服務(wù)也提出了更新的要求。

當(dāng)前我國(guó)自主對(duì)地觀測(cè)的系統(tǒng)性、整體性仍顯不足，衛(wèi)星業(yè)務(wù)應(yīng)用產(chǎn)品類型相對(duì)單一，數(shù)據(jù)處理能力較為薄弱，支撐服務(wù)地質(zhì)調(diào)查的衛(wèi)星應(yīng)用還缺乏多星、多傳感器綜合處理與觀測(cè)信息融合處理能力； 主要業(yè)務(wù)化產(chǎn)品仍側(cè)重影像產(chǎn)品，高精度全要素成果以及多星多傳感器數(shù)據(jù)的融合、同化、聯(lián)合反演等高級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品很少； 遙感業(yè)務(wù)化數(shù)據(jù)處理與產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模與能力有較大提升空間，綜合處理水平不高，規(guī)模偏小。因此，需要從數(shù)據(jù)獲取、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)、應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)以及服務(wù)等方面開展能力建設(shè)，促進(jìn)產(chǎn)品向規(guī)?；c智能化方向發(fā)展，以滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的業(yè)務(wù)需求，提高整個(gè)自然資源業(yè)務(wù)領(lǐng)域遙感觀測(cè)創(chuàng)新能力。

我國(guó)“十三五”國(guó)土資源科技創(chuàng)新規(guī)劃指出： “深空對(duì)地觀測(cè)戰(zhàn)略的目標(biāo)是： 到2020年，國(guó)土資源領(lǐng)域發(fā)射21顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星、6顆科研衛(wèi)星，整裝建成技術(shù)先進(jìn)、功能互補(bǔ)、協(xié)同作業(yè)的國(guó)土資源業(yè)務(wù)衛(wèi)星觀測(cè)體系； 健全國(guó)土資源衛(wèi)星業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)即時(shí)推送、處理和業(yè)務(wù)應(yīng)用，推動(dòng)深空對(duì)地觀測(cè)在國(guó)土資源、海洋管理、測(cè)繪地理信息、防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域進(jìn)入世界前列”[1]。深空對(duì)地觀測(cè)是基于國(guó)家空間基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)深空探測(cè)和對(duì)地觀測(cè)及應(yīng)用，本文重點(diǎn)論述對(duì)地觀測(cè)和應(yīng)用。

深空對(duì)地觀測(cè)科技創(chuàng)新工程是中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局圍繞部、局業(yè)務(wù)領(lǐng)域遙感需求與能力建設(shè)需要，落實(shí)“十三五”國(guó)土資源與地質(zhì)調(diào)查科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃而開展的重要舉措，是國(guó)土資源“三深一土”科技發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，也是中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“地質(zhì)科技創(chuàng)新計(jì)劃”的重要組成部分。該工程由中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心組織實(shí)施。本文重點(diǎn)闡述工程的目標(biāo)任務(wù)、工作進(jìn)展與成果。

1 工程目標(biāo)任務(wù)

根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“十三五”科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃[2]，深空對(duì)地觀測(cè)科技創(chuàng)新工程總體目標(biāo)是： 通過有序分步建設(shè)，逐步形成滿足全國(guó)、全球、深空3個(gè)層次的空間信息數(shù)據(jù)保障(裝備)體系； 創(chuàng)新對(duì)地觀測(cè)理論方法和模型，逐步建成支撐全國(guó)、全球、深空創(chuàng)新應(yīng)用的智慧對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)； 構(gòu)建對(duì)地觀測(cè)先進(jìn)技術(shù)與裝備研發(fā)、自然資源與環(huán)境變化監(jiān)測(cè)、能源資源勘查以及深空探測(cè)4大技術(shù)創(chuàng)新體系。工程的主要任務(wù)包括：

(1) 加大遙感先進(jìn)裝備研發(fā)，構(gòu)建國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星對(duì)地觀測(cè)數(shù)據(jù)保障體系?；趪?guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，開展國(guó)土資源牽頭的業(yè)務(wù)衛(wèi)星星座的研制，構(gòu)建對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星裝備和業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)保障體系； 加強(qiáng)新型觀測(cè)技術(shù)論證預(yù)研，持續(xù)推進(jìn)裝備研發(fā)。著眼國(guó)土資源事業(yè)未來發(fā)展，開展全譜段高光譜、SAR、高精度影像(激光測(cè)距)、輕型化深空探測(cè)儀等先進(jìn)、新型探測(cè)技術(shù)及應(yīng)用裝備的預(yù)研。

(2)開展空間數(shù)據(jù)智能處理，創(chuàng)建智慧對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)。深入開展平臺(tái)間載荷(包括星間鏈路、航天、航空、無人機(jī)、地面等多平臺(tái))的協(xié)同與統(tǒng)籌工作，突破數(shù)據(jù)星上智能處理和要素自動(dòng)提取的難點(diǎn)技術(shù)； 集成云架構(gòu)與“互聯(lián)網(wǎng)+”的遙感大數(shù)據(jù)和遙感信息決策模型，構(gòu)建遙感、導(dǎo)航及通信數(shù)據(jù)綜合信息一體化的智慧應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)，服務(wù)全國(guó)及全球尺度上的資源環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測(cè)發(fā)展空間信息數(shù)據(jù)在軌與地面智慧協(xié)同應(yīng)用，支撐全球觀測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建。

(3) 面向全球觀測(cè)尺度，創(chuàng)新自然資源與環(huán)境變化監(jiān)測(cè)體系?；诰C合對(duì)地觀測(cè)遙感數(shù)據(jù)，面向全球觀測(cè)尺度，建立自然資源、能源礦產(chǎn)、地質(zhì)環(huán)境等資源環(huán)境全要素遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，開展衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)與航空、地面數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用。在進(jìn)一步完善和全面普及人工交互半自動(dòng)化解譯技術(shù)基礎(chǔ)上，加快研究資源環(huán)境全要素的高精度自動(dòng)化信息提取技術(shù)。開展地表資源全要素的高精度信息提取與半自動(dòng)解譯技術(shù)應(yīng)用示范，建立全要素資源深空遙感高精度監(jiān)測(cè)技術(shù)流程。針對(duì)地形復(fù)雜區(qū)大型崩塌、滑坡、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的災(zāi)后識(shí)別與監(jiān)測(cè)，發(fā)展集星、空、地遙感監(jiān)測(cè)一體化綜合測(cè)量技術(shù)，研究制定基于新型載荷的多平臺(tái)遙感手段的快速響應(yīng)機(jī)制，進(jìn)一步構(gòu)建以區(qū)域基礎(chǔ)地質(zhì)、地表變形、城市工程活動(dòng)等因素下地質(zhì)災(zāi)害大數(shù)據(jù)綜合評(píng)價(jià)方法。

(4)集成多種傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，推進(jìn)新型對(duì)地觀測(cè)技術(shù)研發(fā)。研究集成傾斜多相機(jī)、熱紅外相機(jī)和高光譜相機(jī)、視頻相機(jī)及凝視相機(jī)等多種傳感器無人機(jī)遙感技術(shù)，集成車載系留旋翼無人機(jī)遙感系統(tǒng)與地基InSAR等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，形成無人值守的現(xiàn)場(chǎng)持續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)方法，并開發(fā)形成具有數(shù)據(jù)快速獲取、現(xiàn)場(chǎng)處理、遠(yuǎn)程傳輸、視頻會(huì)商和信息共享能力的應(yīng)急調(diào)查體系。

(5) 緊跟國(guó)家深空探測(cè)步伐，拓展地外行星地質(zhì)科學(xué)探測(cè)。開展月球、火星地質(zhì)特征與深部三維結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組分探測(cè)以及月球、火星地質(zhì)演化和資源稟賦研究； 開展小行星探測(cè)與行星地質(zhì)研究； 研發(fā)月表要素精細(xì)識(shí)別技術(shù)，發(fā)展月球深部特征的反演方法，系統(tǒng)研究撞擊坑、月溪、火山機(jī)構(gòu)、月嶺、月谷、斷裂、礦物等的分布特征和分布規(guī)律； 開展全月、火山盆地、重點(diǎn)地區(qū)等多尺度的地質(zhì)圖編制。利用多源火星觀測(cè)數(shù)據(jù)，開展火星表面造巖礦物與含H2O/OH-礦物、硫酸鹽等礦物提取。依托大浪灘火星模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，開展火星鹽類礦物形成及地質(zhì)背景研究； 綜合研究火星遙感探測(cè)數(shù)據(jù)的信息提取和解釋技術(shù)； 進(jìn)行火星重力場(chǎng)解釋，研究其地質(zhì)結(jié)構(gòu)與構(gòu)造演化。開展“地-月-火星”的比較研究，為地球早期演化和地球資源的合理利用提供比較行星學(xué)知識(shí)支撐。

(6) 跟蹤地球系統(tǒng)科學(xué)前沿，發(fā)展圈層觀測(cè)與科學(xué)研究。構(gòu)建天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和共享體系，突破“星-空-地”地球多圈層連續(xù)動(dòng)態(tài)觀測(cè)技術(shù)，開展地球環(huán)境變化與地學(xué)過程的評(píng)估預(yù)報(bào)技術(shù)開發(fā)。

2 工程主要進(jìn)展與成果

2.1 國(guó)產(chǎn)光學(xué)遙感業(yè)務(wù)高分衛(wèi)星星座初步建成，觀測(cè)數(shù)據(jù)保障體系建設(shè)邁上新臺(tái)階

工程研制并成功發(fā)射了3顆2 m/8 m高分光學(xué)遙感業(yè)務(wù)衛(wèi)星星座(即GF-1 02、03、04衛(wèi)星)。該光學(xué)衛(wèi)星星座是我國(guó)空基規(guī)劃的首批業(yè)務(wù)衛(wèi)星，由性能相同、狀態(tài)一致的3顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星組成，空間分辨率全色2 m、多光譜優(yōu)于8 m，單星成像幅寬大于60 km。星座具備運(yùn)行管理及天地協(xié)調(diào)統(tǒng)籌能力和區(qū)域連片無縫覆蓋能力，可實(shí)現(xiàn)15 d全球覆蓋、2 d重訪[3]，即： 通過調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)，2 d內(nèi)可對(duì)全球南北緯80°之間任意地區(qū)重復(fù)觀測(cè)一次； 15 d內(nèi)可對(duì)全球南北緯80°之間區(qū)域全部覆蓋觀測(cè)一遍[4](圖1)。還可與GF-1 01星組網(wǎng)觀測(cè)，共同構(gòu)建陸地資源調(diào)查監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)星座，數(shù)據(jù)獲取能力將能提高到11 d全球覆蓋和任意地區(qū)1 d重訪； 在應(yīng)急情況下,對(duì)目標(biāo)區(qū)域還可進(jìn)行數(shù)小時(shí)級(jí)的重訪觀測(cè)[5]。

圖1 2 m/8 m光學(xué)遙感業(yè)務(wù)衛(wèi)星載荷[4]

該星座于2018年3月31日以“一箭三星”方式成功發(fā)射，以120°相位組網(wǎng)運(yùn)行。10月10日，衛(wèi)星星座順利通過在軌測(cè)試報(bào)告評(píng)審。結(jié)果表明，衛(wèi)星平臺(tái)及載荷系統(tǒng)、星地一體化系統(tǒng)、地面系統(tǒng)，各項(xiàng)功能正常，性能達(dá)到了研制總要求和使用要求規(guī)定的各項(xiàng)工程技術(shù)指標(biāo)(表1)，獲取的數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)到了研制總要求規(guī)定的觀測(cè)、測(cè)圖精度和多用戶業(yè)務(wù)應(yīng)用要求[4]。10月22日，自然資源部在京組織召開3顆2 m/8 m光學(xué)衛(wèi)星(即GF-1 02、03、04衛(wèi)星)在軌交付儀式，宣布其正式進(jìn)入業(yè)務(wù)化運(yùn)行階段[5]。

表1 2 m/8 m光學(xué)遙感業(yè)務(wù)衛(wèi)星星座組成及技術(shù)指標(biāo)

這是我國(guó)自主建造并成功組網(wǎng)運(yùn)行的首個(gè)民用高分辨率業(yè)務(wù)衛(wèi)星星座，代表著目前我國(guó)民用遙感衛(wèi)星星座發(fā)展的最高水平[4]，是國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)?；?、業(yè)務(wù)化、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的標(biāo)志性成果，也是需求牽引、服務(wù)應(yīng)用、統(tǒng)籌發(fā)展的又一成功典范[6-7]。2 m/8 m光學(xué)衛(wèi)星星座工程在管理機(jī)制上走出了民用業(yè)務(wù)衛(wèi)星工程管理的新路，在研制策略上強(qiáng)化了技術(shù)創(chuàng)新和效益最大化，在產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)上將加快形成我國(guó)民用衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)群，在我國(guó)民用業(yè)務(wù)衛(wèi)星發(fā)展史上具有重要的里程碑意義[6]。

該高分業(yè)務(wù)衛(wèi)星星座針對(duì)行業(yè)主體業(yè)務(wù)實(shí)際需求，突出高分辨率、寬覆蓋、觀測(cè)靈活等應(yīng)用導(dǎo)向，保障了自然資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)等主體業(yè)務(wù)對(duì)該級(jí)別空間分辨率遙感數(shù)據(jù)的需求，大幅度提高了山、水、林、田、湖、草、礦等自然資源全要素、全覆蓋調(diào)查監(jiān)測(cè)能力，支撐實(shí)時(shí)掌控自然資源數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)動(dòng)態(tài)變化，為國(guó)家自然資源資產(chǎn)管理和自然生態(tài)監(jiān)管提供精準(zhǔn)信息保障，推動(dòng)了我國(guó)自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)和保護(hù)監(jiān)管手段的升級(jí)換代[5],并可廣泛應(yīng)用于防災(zāi)減災(zāi)、環(huán)境保護(hù)、城鄉(xiāng)建設(shè)、交通運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、應(yīng)急管理等領(lǐng)域[5，7]。

2.2 構(gòu)建了應(yīng)用系統(tǒng)的基本框架，著力提升自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)專題產(chǎn)品生產(chǎn)能力

面向國(guó)家去產(chǎn)能的監(jiān)測(cè)急需，結(jié)合遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，本工程正在構(gòu)建去產(chǎn)能政府監(jiān)管平臺(tái)。該平臺(tái)系統(tǒng)由多源遙感影像統(tǒng)籌獲取分系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)底圖與產(chǎn)品生產(chǎn)分系統(tǒng)、煤炭(開采生產(chǎn)類)去產(chǎn)能專題產(chǎn)品生產(chǎn)分系統(tǒng)、鋼鐵(制造生產(chǎn)類)去產(chǎn)能專題產(chǎn)品生產(chǎn)分系統(tǒng)、技術(shù)支撐分系統(tǒng)、外業(yè)核查與產(chǎn)品檢驗(yàn)分系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)目標(biāo)管理與數(shù)據(jù)庫(kù)分系統(tǒng)、綜合分析與服務(wù)分系統(tǒng)等8個(gè)分系統(tǒng)以及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫(kù)組成(圖2)，并將監(jiān)測(cè)目標(biāo)基本信息數(shù)據(jù)、本底影像數(shù)據(jù)、鋼鐵去產(chǎn)能監(jiān)測(cè)成果、煤炭去產(chǎn)能監(jiān)測(cè)成果、運(yùn)行維護(hù)數(shù)據(jù)等通過云存儲(chǔ)的方式統(tǒng)一管理。該監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)充分利用多源遙感數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)統(tǒng)籌獲取、基礎(chǔ)底圖生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)本底影像制作、監(jiān)測(cè)專題產(chǎn)品生產(chǎn)、監(jiān)測(cè)成果核查與產(chǎn)品檢驗(yàn)等方面，支撐全鏈條的業(yè)務(wù)流程運(yùn)行(圖3)。

圖2 平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)組成

該應(yīng)用系統(tǒng)針對(duì)遙感數(shù)據(jù)“波段多、類型雜、信息多、容量大、周期短、頻次高”的特點(diǎn)，在要素提取的多樣化、信息反演的效率和精度、少先驗(yàn)知識(shí)條件下的地物類型鑒別等方面進(jìn)一步提升專題產(chǎn)品生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，提高專題產(chǎn)品的精度，擴(kuò)充專題產(chǎn)品的類型，形成統(tǒng)一的監(jiān)測(cè)本底。

與此同時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)也積極構(gòu)建了高光譜遙感應(yīng)用系統(tǒng)，并在以往以GF-1、GF-2“影像數(shù)據(jù)分發(fā)”為主的服務(wù)模式基礎(chǔ)上，推進(jìn)向“專題要素信息分發(fā)”和“綜合決策服務(wù)應(yīng)用”為主的新服務(wù)模式轉(zhuǎn)變，從而整體上對(duì)遙感應(yīng)用和服務(wù)的特色進(jìn)行功能性的創(chuàng)新升級(jí)，促進(jìn)地質(zhì)礦產(chǎn)填圖由巖性填圖向礦物填圖轉(zhuǎn)變，資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)由定性向定量化方向發(fā)展，遙感解譯由人工勾繪向自動(dòng)識(shí)別處理轉(zhuǎn)化，提升自然資源遙感調(diào)查的精度、效率和效益，革新調(diào)查監(jiān)測(cè)模式。

圖3平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

Fig.3Operationalprocessoftheplatformapplicationsystem

2.3 技術(shù)方法取得重要突破，基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的定量化水平有了顯著提升

工程開展了基于我國(guó)自主研發(fā)的高分5號(hào)衛(wèi)星(GF-5)高光譜數(shù)據(jù)的植被覆蓋區(qū)地球化學(xué)信息反演技術(shù)研究、巖礦信息定量反演與礦產(chǎn)蝕變信息智能化識(shí)別技術(shù)研究，以及土地資源遙感監(jiān)測(cè)研究。

2.3.1 植被覆蓋區(qū)地球化學(xué)信息反演技術(shù)研究

針對(duì)植被覆蓋區(qū)地質(zhì)找礦面臨的困難，依托GF-5衛(wèi)星應(yīng)用共性關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目“GF-5 植被覆蓋區(qū)地球化學(xué)信息反演技術(shù)”，圍繞GF-5高光譜遙感數(shù)據(jù)特征，以江西德興等實(shí)驗(yàn)區(qū)為例， 開展了植被覆蓋區(qū)冠層理化信息、銅元素信息與土壤銅元素信息的反演工作。在分析植被重金屬毒化機(jī)理與遙感反演植被重金屬毒化現(xiàn)象基礎(chǔ)上，通過研究植被葉片光譜特征與冠層理化信息(葉綠素、氮素、水分)、銅元素信息與土壤銅元素信息的相關(guān)關(guān)系，對(duì)光譜特征、植被指數(shù)等進(jìn)行分析和優(yōu)選，構(gòu)建光譜特征參數(shù)，比較基于統(tǒng)計(jì)信息與機(jī)器學(xué)習(xí)算法的反演模型，最終建立植被覆蓋區(qū)冠層理化信息、銅元素信息與土壤銅元素信息的反演模型，并基于GF-5替代數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用，完成了軟件插件的開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了植被覆蓋區(qū)冠層理化信息、銅元素信息與土壤銅元素信息的快速提取(圖4)，為植被覆蓋區(qū)的全國(guó)礦產(chǎn)資源與生態(tài)環(huán)境調(diào)查提供了有力的理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

圖4 江西德興地區(qū)高光譜衛(wèi)星植被冠層銅元素含量(左)與植被覆蓋區(qū)土壤銅元素含量(右)反演分布

2.3.2 巖礦信息定量反演與礦產(chǎn)蝕變信息智能化識(shí)別技術(shù)研究

所建立的技術(shù)方法體系在甘肅營(yíng)毛沱整裝勘查區(qū)航空高光譜礦物及蝕變提取中開展了應(yīng)用示范，初步查明了該區(qū)航空高光譜礦物及蝕變分布特征(圖 5)。

圖5 甘肅紅山地區(qū)航空高光譜礦物分布

基于GF-5陸地載荷的特點(diǎn)，針對(duì)光譜重建技術(shù)、輻射一致性校正技術(shù)、礦物信息提取技術(shù)等開展研究，研發(fā)了適用于GF-5可見-近紅外的自動(dòng)化的大氣校正技術(shù)，提出了中熱紅外大氣校正方法，形成了針對(duì)GF-5數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)產(chǎn)品自動(dòng)化、工程化處理體系； 創(chuàng)新性地提出基于礦物分層譜系的礦物信息提取方法，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)GF-5高光譜數(shù)據(jù)的自動(dòng)化礦物信息提取技術(shù)，并結(jié)合地質(zhì)信息針對(duì)斑巖型、火山塊狀硫化物型及與超基性巖有關(guān)的鉻鐵礦銅鎳礦床構(gòu)建了遙感智能識(shí)別模型。根據(jù)礦物組合圈出了蝕變帶/異常區(qū)，反演典型蝕變礦物豐度(圖6)，厘定找礦預(yù)測(cè)區(qū)17處，野外查證發(fā)現(xiàn)了6處礦(化)點(diǎn)(圖7)，為提供整裝勘查區(qū)礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查提供了重要信息。

圖6 甘肅柳園地區(qū)航空高光譜礦物豐度反演圖

1.全新統(tǒng)沖-洪積砂礫石、細(xì)砂土; 2.上更新統(tǒng)洪積松散礫石土; 3.奧陶系中下統(tǒng)粉砂巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖夾砂礫巖; 4.奧陶系中下統(tǒng)長(zhǎng)石石英砂巖、灰?guī)r、硅質(zhì)巖夾砂礫巖; 5.寒武系中上統(tǒng)西雙鷹山組; 6.青白口系大豁落山群; 7.薊縣系平頭群; 8.長(zhǎng)城系古硐井群; 9.前長(zhǎng)城系敦煌巖群g巖組; 10.前長(zhǎng)城系敦煌巖群f巖組; 11.二疊系早世二長(zhǎng)花崗巖; 12.泥盆系早世石英閃長(zhǎng)巖崗巖; 13.泥盆系中世花崗閃長(zhǎng)巖; 14.泥盆系中世二長(zhǎng)崗巖; 15.石炭系早世輝長(zhǎng)輝綠巖; 16.尋找沉積變質(zhì)鐵礦床預(yù)測(cè)區(qū); 17.尋找矽卡巖型礦床預(yù)測(cè); 18.絹云母化; 19.綠泥石和綠簾石化; 20.赤鐵礦化區(qū); 21.角閃石化; 22.褐鐵礦化區(qū); 23.斷層

圖7甘肅柳園地區(qū)航空高光譜找礦預(yù)測(cè)圖

Fig.7ProspectingpredictionbyairbornehyperspectralmethodsinLiuyuanregionofGansu

2.3.3 土地資源遙感監(jiān)測(cè)研究

在土地資源遙感監(jiān)測(cè)研究方面,經(jīng)過系統(tǒng)梳理我國(guó)土壤質(zhì)量相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范，將土地質(zhì)量分為肥力質(zhì)量、環(huán)境與健康質(zhì)量?jī)纱箢愔笜?biāo)。進(jìn)一步結(jié)合遙感的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，梳理了土地質(zhì)量遙感綜合監(jiān)測(cè)的技術(shù)體系(圖8)。

圖8 土地質(zhì)量遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)體系

以航空高光譜數(shù)據(jù)為主要數(shù)據(jù)源，突破了土壤有機(jī)質(zhì)、黏粒礦物、重金屬等遙感反演的部分關(guān)鍵技術(shù),提取了土壤有機(jī)質(zhì)(圖9)、黏粒礦物、鐵(氫)氧化物含量等信息； 開展了重金屬與光譜關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析，建立了部分重金屬的統(tǒng)計(jì)反演模型(圖10)，為區(qū)域性重金屬分布填圖提供了技術(shù)方法。綜合溫度、降水、地形信息及多時(shí)相衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，構(gòu)建了土地質(zhì)量與產(chǎn)能綜合遙感指數(shù)，與土地等級(jí)調(diào)查結(jié)果趨勢(shì)一致，可為開展高光譜遙感土地質(zhì)量綜合監(jiān)測(cè)應(yīng)用提供方法基礎(chǔ)(圖11)。初步研究結(jié)果表明，綜合遙感手段在耕地質(zhì)量調(diào)查、土地整治、土地退化防治與質(zhì)量提升等方面具有非常好的應(yīng)用前景。進(jìn)一步開展相關(guān)研究，可為快速、大面積、精細(xì)化的土地質(zhì)量監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支撐，對(duì)推進(jìn)土地質(zhì)量遙感監(jiān)測(cè)創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。

圖10 公主嶺地區(qū)航空高光譜金礦區(qū)As元素反演分布圖

圖11東北地區(qū)耕地土地質(zhì)量(左)與產(chǎn)能(右)指數(shù)估算圖(左：土地質(zhì)量指數(shù)估算；右：土地產(chǎn)能指數(shù)估算)

Fig.11Soilquality(left)andproductivity(right)indexestimationinthefarmlandofNortheastChina

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

“深空對(duì)地觀測(cè)創(chuàng)新工程”圍繞總體任務(wù)目標(biāo)，展開了工作部署實(shí)施，取得了明顯的階段性進(jìn)展和成果。構(gòu)建的高分光學(xué)衛(wèi)星星座，已開始為我國(guó)資源環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)查提供短周期、高頻次、多類型的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)保障能力將能革新資源環(huán)境監(jiān)管模式，將目前事后監(jiān)管轉(zhuǎn)變?yōu)槭虑?、事中、事后的全鏈路監(jiān)管/監(jiān)測(cè)。工程初步構(gòu)建了應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)基本框架，依此建設(shè)的應(yīng)用系統(tǒng)將可實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化的數(shù)據(jù)處理和專題產(chǎn)品生產(chǎn)能力。工程研發(fā)的植被覆蓋區(qū)植被信息反演模型、礦物智能化提取模型和土壤有機(jī)質(zhì)與重金屬等含量的反演技術(shù)，為礦產(chǎn)資源和土地質(zhì)量調(diào)查提供了方法支持，促進(jìn)了地質(zhì)與土地資源信息提取的技術(shù)進(jìn)步。

3.2 討論

為實(shí)現(xiàn)“深空對(duì)地觀測(cè)創(chuàng)新工程”的總體目標(biāo)任務(wù)，按照工程實(shí)施的計(jì)劃安排，結(jié)合目前發(fā)展實(shí)際，下一階段工程仍需從以下3個(gè)方面加強(qiáng)研究：

(1)大力推進(jìn)遙感信息模型開發(fā)和遙感業(yè)務(wù)應(yīng)用，加速提升遙感技術(shù)應(yīng)用能力。當(dāng)前國(guó)內(nèi)遙感技術(shù)研究與應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，初步形成了較為綜合的遙感技術(shù)與應(yīng)用能力，光學(xué)、高分辨率、多光譜等技術(shù)日臻成熟，但高光譜、熱紅外、SAR、視頻衛(wèi)星、凝視衛(wèi)星等新型觀測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)的應(yīng)用仍存在不足。隨著技術(shù)的發(fā)展，多樣化的平臺(tái)、載荷和觀測(cè)方式將大大增強(qiáng)資源環(huán)境的監(jiān)測(cè)能力，研發(fā)基于綜合對(duì)地觀測(cè)遙感數(shù)據(jù)的天地一體化監(jiān)測(cè)技術(shù)、多星組網(wǎng)實(shí)時(shí)信息自動(dòng)提取與反演、遙感信息建模等關(guān)鍵技術(shù)，大力拓展遙感業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域，形成自然資源、能源礦產(chǎn)、地質(zhì)環(huán)境等資源環(huán)境全要素的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，可為快速、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)資源環(huán)境變化提供新途徑。

(2)著眼于創(chuàng)新應(yīng)用，統(tǒng)籌對(duì)地觀測(cè)資源，創(chuàng)建智慧對(duì)地觀測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)主要的遙感數(shù)據(jù)服務(wù)機(jī)構(gòu)大多沿用檔案資料管理思路開展遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的生產(chǎn)與服務(wù)，缺乏信息技術(shù)支撐下的多形式數(shù)據(jù)服務(wù)手段。未來在軌運(yùn)行衛(wèi)星數(shù)量進(jìn)一步增加、用戶需求不斷增強(qiáng)后，可能會(huì)造成供方產(chǎn)品積壓與需方數(shù)據(jù)貧乏并存的局面。后續(xù)工作急需在先進(jìn)云架構(gòu)、“互聯(lián)網(wǎng)+”和智慧運(yùn)行服務(wù)的理念與技術(shù)支撐下，發(fā)展大數(shù)據(jù)決策模型與觀測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)空間信息數(shù)據(jù)在軌與地面智慧協(xié)同應(yīng)用，加大數(shù)據(jù)與專題產(chǎn)品共享服務(wù)能力，服務(wù)于全國(guó)及全球尺度上的資源環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測(cè)，支撐全球觀測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建。

(3)緊跟國(guó)家深空探測(cè)步伐，拓展地外行星地質(zhì)科學(xué)探測(cè)。發(fā)展對(duì)地觀測(cè)，促進(jìn)行星系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展，二者相互作用，共同進(jìn)步。通過深空探測(cè)可加深對(duì)各類行星地質(zhì)單元、巖漿侵位演化、構(gòu)造等特征的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步解答地球如何起源與演變、行星和太陽(yáng)系如何形成與演化、宇宙智慧生命、地球未來方向等一系列問題，更有利于人類積極開發(fā)和利用空間資源。

總之，“深空對(duì)地觀測(cè)創(chuàng)新工程”圍繞自然資源與地質(zhì)調(diào)查核心任務(wù)，利用國(guó)家科技創(chuàng)新平臺(tái)，著力于數(shù)據(jù)保障體系發(fā)展、應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)、先進(jìn)技術(shù)研發(fā)和深空地質(zhì)探測(cè)，解決全球與區(qū)域尺度下的地學(xué)信息獲取和應(yīng)用，使國(guó)家科技創(chuàng)新“大平臺(tái)、大盤子”下的研發(fā)成果服務(wù)于地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查業(yè)務(wù)和地學(xué)規(guī)律深化研究，全面提升地質(zhì)調(diào)查能力，形成“地質(zhì)調(diào)查問題與需求驅(qū)動(dòng)科技創(chuàng)新，重大科技研發(fā)成果服務(wù)地質(zhì)調(diào)查工作”的格局。

致謝： 中國(guó)國(guó)土資源航空物探遙感中心于峻川、董新豐等提供文中部分圖件資料，在此表示感謝！