高分辨率衛(wèi)星在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

趙少華，王 橋，游代安，王中挺，朱 利，萬(wàn)華偉

(1.環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京 100094;2.國(guó)家環(huán)境保護(hù)衛(wèi)星遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101)

0 引言

遙感領(lǐng)域常提到的高分辨率在廣義上包括高空間分辨率、高光譜分辨率和高時(shí)間分辨率［1］。面對(duì)當(dāng)前我國(guó)總體上依然嚴(yán)峻的環(huán)境形勢(shì)，諸如一些重要流域、海域水污染嚴(yán)重，部分區(qū)域和城市大氣灰霾現(xiàn)象突出，許多地區(qū)主要污染物排放量超過(guò)環(huán)境容量;農(nóng)村環(huán)境污染加劇，重金屬、化學(xué)品及持久性有機(jī)污染物污染土壤及地下水等事件頻現(xiàn);部分地區(qū)生態(tài)損害嚴(yán)重，生態(tài)系統(tǒng)功能退化，生態(tài)環(huán)境比較脆弱;核與電磁等輻射安全風(fēng)險(xiǎn)增加;生物多樣性保護(hù)等全球性環(huán)境問(wèn)題的壓力不斷加大。常規(guī)中低分辨率的衛(wèi)星遙感技術(shù)已不能滿足我國(guó)日益嚴(yán)峻和迫切的環(huán)境形勢(shì)需要，急需采用高分辨率衛(wèi)星等手段來(lái)提高環(huán)境監(jiān)測(cè)的定量化和精細(xì)化水平。

目前，國(guó)外高分辨率衛(wèi)星技術(shù)和商業(yè)化運(yùn)行模式均較成熟，如高空間分辨率光學(xué)衛(wèi)星IKONOS(1 m)，QuickBird(0.61 m)，GeoEye(0.41 m)及 World-View(0.5 m)等;高空間分辨率雷達(dá)衛(wèi)星Terra－SAR(1 m)和Radarsat－2(1 m)國(guó)內(nèi)均有代理;高光譜分辨率衛(wèi)星EO－1－Hyperion(5 nm)，PROBACHRIS(1.3 ～12 nm)及AURA－OMI(0.45 ～1.0 nm)等;高時(shí)間分辨率衛(wèi)星 METEOSAT－7－10(15 min)等。國(guó)內(nèi)的高分辨率衛(wèi)星也正在蓬勃發(fā)展，包括高空間分辨率光學(xué)衛(wèi)星的資源三號(hào)(ZY－3，2.1 m)、資源一號(hào) 02C(ZY－1 02C，2.36 m)、中巴資源02B(CBERS 02B，2.36 m)、高分一號(hào)(GF－1，2 m)及高分二號(hào)(GF－2，1 m)等;高光譜分辨率的環(huán)境一號(hào)A(HJ－1A HSI，5 nm);高時(shí)間分辨率的風(fēng)云二號(hào)(FY－2，30 min)衛(wèi)星等。

當(dāng)前高分辨率衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用還不是很多，并且受衛(wèi)星數(shù)據(jù)費(fèi)用或獲取的限制，有關(guān)研究與應(yīng)用大多呈現(xiàn)離散的特點(diǎn)，系統(tǒng)化和業(yè)務(wù)化應(yīng)用的程度還很低，因此有必要對(duì)目前高分辨率衛(wèi)星在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和存在問(wèn)題進(jìn)行梳理，并分析和展望未來(lái)的應(yīng)用趨勢(shì)，以期為提高我國(guó)未來(lái)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的高分辨率衛(wèi)星遙感應(yīng)用水平、系統(tǒng)化和業(yè)務(wù)化能力提供參考。本文分別闡述了高分辨率光學(xué)衛(wèi)星、高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星和高光譜衛(wèi)星在我國(guó)大氣環(huán)境、水環(huán)境和生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用，并結(jié)合環(huán)保工作的特點(diǎn)，對(duì)后續(xù)發(fā)展提出相關(guān)建議。

1 高分辨率光學(xué)衛(wèi)星的環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域

高空間分辨率衛(wèi)星主要用于對(duì)自然保護(hù)區(qū)人類活動(dòng)干擾、礦山環(huán)境開(kāi)發(fā)破壞、排污口、水質(zhì)和城市固體廢棄物分布等的高精度遙感監(jiān)測(cè)。高時(shí)間分辨率衛(wèi)星主要應(yīng)用于對(duì)細(xì)顆粒物(fine particulatematter 2.5，PM2.5)等區(qū)域空氣質(zhì)量、水環(huán)境質(zhì)量及環(huán)境突發(fā)事件等的快速監(jiān)測(cè)。例如，陳冬勤等［2］利用IKONOS和QuickBird等多源、多時(shí)相高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)青海省湟水流域的采砂場(chǎng)進(jìn)行遙感調(diào)查分析，研究結(jié)果為環(huán)境監(jiān)察管理提供了技術(shù)支持和科學(xué)依據(jù);路云閣等［3］結(jié)合西藏自治區(qū)礦山遙感監(jiān)測(cè)工作的特點(diǎn)，以ZY－1 02C及GF－1衛(wèi)星影像為數(shù)據(jù)源，提出并實(shí)現(xiàn)了從國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)管理、增強(qiáng)與校正、信息提取、統(tǒng)計(jì)分析以及成果圖制作等一體化解決方案，這將有助于推進(jìn)國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)在礦山遙感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用廣度和深度;郭舟等［4］以北京市部分區(qū)域的QuickBird影像為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析在城市建設(shè)區(qū)特征的基礎(chǔ)上采用低分辨率影像粗提取、高分辨率影像精提取相結(jié)合的技術(shù)來(lái)提高自動(dòng)識(shí)別精度;蔣賽［5］以渭河陜西段水域?yàn)檠芯繉?duì)象，采用法國(guó)SPOT5影像和基于參數(shù)優(yōu)化的支持向量機(jī)回歸方法對(duì)該水域水質(zhì)定量反演。

作為我國(guó)環(huán)境遙感應(yīng)用的業(yè)務(wù)運(yùn)行單位，環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心也開(kāi)展了系列工作。圖1為該中心基于GF－1衛(wèi)星16 m寬覆蓋相機(jī)多光譜數(shù)據(jù)，以天津地區(qū)為例，采用暗目標(biāo)法等反演的氣溶膠光學(xué)厚度(aerosol optical depth，AOD)［6－8］，在此基礎(chǔ)上，由近地面氣溶膠的消光貢獻(xiàn)可初步反演近地面PM2.5濃度，進(jìn)而反映灰霾發(fā)生的范圍。但受載荷譜段特性等限制，其監(jiān)測(cè)精度還有待提高。

圖1 2013年8月10日(左)和10月6日(右)天津市細(xì)顆粒物PM 2.5濃度的GF－1衛(wèi)星監(jiān)測(cè)圖Fig.1 PM 2.5 mapping by GF－1 satellite data over Tianjin City in August 10，2013(left)and October 6(right)

從圖1可知，8月10日天津及周邊地區(qū)PM2.5濃度較高，總體北高南低;10月6日華北地區(qū)有大范圍灰霾，PM2.5較嚴(yán)重，主要分布在中北部地區(qū)。

圖2為該中心基于GF－1衛(wèi)星16 m寬覆蓋相機(jī)多光譜數(shù)據(jù)，對(duì)太湖的葉綠素a濃度和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)等水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)結(jié)果［8－9］。

圖2 基于GF－1衛(wèi)星16 m多光譜數(shù)據(jù)的2013年8月9日太湖葉綠素a濃度(左)和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)(右)監(jiān)測(cè)圖Fig.2 W ater quality mapping of chlorophyll－a(left)and nutrition condition index(right)by GF－1 satellite data over Taihu on August 9，2013

從圖2可以看出，GF－1衛(wèi)星16 m多光譜影像可以反映出太湖水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的空間變化特征。整體上看，富營(yíng)養(yǎng)化程度從西北到東南遞增;葉綠素a濃度的高值區(qū)，基本也是富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的高值區(qū)，符合常規(guī)監(jiān)測(cè)規(guī)律。

圖3為該中心基于GF－1衛(wèi)星2 m全色/8 m多光譜數(shù)據(jù)提取的北京城區(qū)疑似城市固體廢棄物的堆放點(diǎn)信息。

圖3 2013年8月10日北京地區(qū)GF－1影像城市固體廢棄物監(jiān)測(cè)圖Fig.3 Solid wastemapping by GF－1 satellite data in Beijing on August 10，2013

雖然高分光學(xué)衛(wèi)星已在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域有了一定的研究和應(yīng)用，但從環(huán)境保護(hù)的需求出發(fā)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。具體來(lái)說(shuō)，一是衛(wèi)星載荷的譜段設(shè)置要更有針對(duì)性，可通過(guò)仿真分析和機(jī)載試驗(yàn)等進(jìn)行，確定顆粒物和污染物的敏感波段;二是要提高載荷的信噪比，如水體的反射信號(hào)較弱，高精度監(jiān)測(cè)要素反演需要較高的信噪比;三是遙感模型的普適性和可操作性要好，需要發(fā)展側(cè)重于機(jī)理的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，比如在氣溶膠推演顆粒物濃度的計(jì)算過(guò)程中，簡(jiǎn)單的線性經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型難以滿足需求，還需要結(jié)合偏振技術(shù)來(lái)建模。

2 高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星的環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域

雷達(dá)遙感具有穿透力和不受云、雨天氣影響全天候作業(yè)的優(yōu)勢(shì)［10］，在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用［11］。目前，雷達(dá)衛(wèi)星遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用主要集中在識(shí)別溢油和水華等方面。此外，利用微波對(duì)水體和陸地具有不同的反射特征，易于識(shí)別出水體范圍，常用于監(jiān)測(cè)河岸線、海岸線變化以及洪水分布面積等。雷達(dá)衛(wèi)星在生態(tài)環(huán)境中主要用于土壤濕度、生物量、植被長(zhǎng)勢(shì)及土地利用等方面的監(jiān)測(cè)。例如，鄒亞榮等［12］基于SAR數(shù)據(jù)，在后向散射系數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上從波段、極化方式及入射角等方面開(kāi)展了海上溢油監(jiān)測(cè)參數(shù)分析，結(jié)果表明X波段與C波段較L波段更適合監(jiān)測(cè)海上溢油;陳玲艷等［13］基于SAR圖像中水體后向散射系數(shù)服從Gamma分布的特點(diǎn)，提出了基于水體散射特性的自動(dòng)化水體提取算法，并采用安徽淮南地區(qū)單極化5 m分辨率的Radarsat－2數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明該算法可以實(shí)現(xiàn)大幅圖像中水體的快速、精確和自動(dòng)化提取;劉菊等［14］基于全極化Radarsat－2 C波段SAR數(shù)據(jù)，應(yīng)用極化分解技術(shù)，增加了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并用后向反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法反演鄱陽(yáng)湖濕地植被生物量;陳晶等［15］采用雙極化ENVISAT－ASAR數(shù)據(jù)，基于高級(jí)積分方程模型(advanced integral equation models，AIEM)，提出了一種僅需雙極化雷達(dá)數(shù)據(jù)就能實(shí)現(xiàn)土壤水分反演的方法，無(wú)需測(cè)量地面粗糙度，尤其適用于大面積干旱區(qū)域的地表土壤水分反演。圖4為衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心利用Radarsat SAR影像提取2010年7月26日渤海溢油的油膜信息，其面積約291 km2。

圖4 2010年7月26日渤海溢油SAR監(jiān)測(cè)圖Fig.4 Oil spillmapping by SAR over Bohai Bay on July 26，2010

該中心基于ERS2－SAR影像采用支持向量機(jī)方法，對(duì)2010年8月13日的太湖水華信息進(jìn)行提取，結(jié)果如圖5所示。

圖5 2010年8月13日太湖水華SAR監(jiān)測(cè)圖Fig.5 A lgal bloom mapping by SAR over Taihu Lake on August 13，2010

通過(guò)與同期的光學(xué)影像對(duì)比發(fā)現(xiàn)，圖4與圖5雷達(dá)影像對(duì)溢油和水華信息的提取精度均優(yōu)于90%。

目前，雷達(dá)遙感在溢油、土壤濕度、植被長(zhǎng)勢(shì)、面積及分類等方面的應(yīng)用研究較多，而對(duì)水華和滸苔信息的監(jiān)測(cè)研究還較少，針對(duì)生態(tài)環(huán)境中的監(jiān)測(cè)要素通過(guò)模擬或?qū)嵗龜?shù)據(jù)，分析最佳探測(cè)的波段、入射角及極化方式等的研究則更缺乏。因此，針對(duì)即將發(fā)射的高分三號(hào)(GF－3)雷達(dá)衛(wèi)星，結(jié)合同類雷達(dá)數(shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)，開(kāi)展不同入射角和極化方式等在溢油、水華、滸苔、土壤濕度、地物分類及植被長(zhǎng)勢(shì)等環(huán)境保護(hù)應(yīng)用的仿真分析和關(guān)鍵技術(shù)研究，確定環(huán)境要素適宜監(jiān)測(cè)的最優(yōu)波段、入射角及極化方式等是一項(xiàng)重要而緊迫的工作。

3 高光譜衛(wèi)星的環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域

高光譜分辨率遙感是在電磁波譜的紫外、可見(jiàn)光、近紅外、中紅外和熱紅外波段范圍內(nèi)，獲取許多非常窄的光譜連續(xù)的影像數(shù)據(jù)的技術(shù)［16］。國(guó)內(nèi)外的高光譜衛(wèi)星包括EOS/AQUA－AIRS，EOS/AURAOMI，ENVISAT－ SCIAMARCHY，ERS－ 2/GOME，GOSAT－TANSO，EO－1/HYPERION和HJ－1A HSI等。高光譜分辨率遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，從大氣污染、溫室氣體監(jiān)測(cè)，水環(huán)境的重點(diǎn)水污染源監(jiān)測(cè)、水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)、飲用水源地安全監(jiān)測(cè)，到生物多樣性、土壤污染，土壤和植被的水分以及長(zhǎng)勢(shì)等地表生物物理參數(shù)監(jiān)測(cè)等方面，都有著巨大的應(yīng)用潛力［17］。

在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，我國(guó)學(xué)者也開(kāi)展了一些相關(guān)研究和應(yīng)用。閆歡歡等［18］利用長(zhǎng)時(shí)間序列的OMI遙感數(shù)據(jù)，分析了廣州亞運(yùn)會(huì)從申辦到成功舉辦期間珠江三角洲地區(qū)近地面SO2濃度的變化過(guò)程;廖秀英等［19］分析了基于SCIAMACHY數(shù)據(jù)反演CO2柱濃度的主要方法;萬(wàn)華偉等［20］結(jié)合地面調(diào)查數(shù)據(jù)，利用HJ－1衛(wèi)星高光譜數(shù)據(jù)對(duì)江蘇宜興市的入侵植物的空間分布進(jìn)行監(jiān)測(cè);韋瑋等［21］利用多角度高光譜CHRIS數(shù)據(jù)，通過(guò)植被指數(shù)計(jì)算及影像融合，提取了青海玉樹(shù)隆寶灘濕地植被類型信息。衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心基于2008年11月31日的AURA衛(wèi)星OMI數(shù)據(jù)L2級(jí)Grid產(chǎn)品，對(duì)全國(guó)SO2和NO2濃度的分布情況分別進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖6所示。

圖6 2008年11月30日全國(guó)SO2(左)和NO2(右)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)圖Fig.6 Schematic diagram of SO2(left)and NO2(right)by Aura－OM I satellite data in China on Nov 30，2008

從圖6可以看出，SO2高值區(qū)域主要分布在安徽、江西、浙江、湖南、四川、貴州及廣西等地，NO2高值區(qū)域主要分布在北京、天津、河北、山東及江蘇等地［17］。圖7對(duì)比了衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心利用Hyperion和HJ－1A HSI數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的生物多樣性。

圖7 基于Hyperion數(shù)據(jù)(左)和HJ－1A數(shù)據(jù)(右)的生物多樣性衛(wèi)星監(jiān)測(cè)圖Fig.7 Biodiversity monitoring of remote sensing by satellite data based on Hyperion data(left)and HJ－1A data(right)

從圖7可以看出，基于HJ－1A數(shù)據(jù)只能提取林地信息，而基于Hyperion高光譜數(shù)據(jù)可以獲取更為詳細(xì)的植物群落信息，包括不同類型的樹(shù)種。這是因?yàn)镠J－1A數(shù)據(jù)的空間分辨率為100 m，光譜范圍0.45～0.95 μm，譜段為128 個(gè)，而Hyperion高光譜數(shù)據(jù)的空間分辨率達(dá)30m，光譜范圍0.45～2.5μm，譜段達(dá)224 個(gè)［17］。

我國(guó)采用高光譜遙感數(shù)據(jù)在環(huán)保領(lǐng)域開(kāi)展了大量的應(yīng)用研究，但目前存在國(guó)產(chǎn)高光譜衛(wèi)星載荷數(shù)據(jù)缺乏、高光譜數(shù)據(jù)處理與信息提取能力不足及地面高光譜環(huán)境應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)滯后等突出問(wèn)題［17］，因此還不能形成業(yè)務(wù)化應(yīng)用能力。此外，高光譜數(shù)據(jù)量大、處理相對(duì)復(fù)雜，環(huán)境要素參數(shù)反演提取能力差距大，很多技術(shù)和方法還急需攻克，特別是在大氣環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)的應(yīng)用中。

4 結(jié)論和展望

高分辨率衛(wèi)星在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。目前正在實(shí)施的國(guó)家重大專項(xiàng)“高分辨率對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)”將要建立天基、臨近空間、空基對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，具備準(zhǔn)實(shí)時(shí)、全天候獲取各種空間數(shù)據(jù)的能力，形成集高空間、高光譜、高時(shí)間分辨率和寬地面覆蓋于一體的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，將為環(huán)境保護(hù)和管理工作帶來(lái)巨大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。2013年4月和2014年8月，我國(guó)高分專項(xiàng)的GF－1和GF－2衛(wèi)星分別成功發(fā)射，其數(shù)據(jù)不僅可以用于精細(xì)探測(cè)局部的環(huán)境污染狀況，還可用于水環(huán)境、大氣環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的宏觀監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心利用承擔(dān)的高分專項(xiàng)環(huán)境應(yīng)用示范項(xiàng)目“環(huán)境保護(hù)遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信息服務(wù)系統(tǒng)”，積極開(kāi)展了關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用研究和應(yīng)用示范系統(tǒng)研制，該系統(tǒng)很快將投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，其研究成果將為高分系列衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射后在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域快速應(yīng)用提供重要的技術(shù)支撐。隨著國(guó)內(nèi)外高分辨率衛(wèi)星的不斷發(fā)射，其數(shù)據(jù)在我國(guó)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛，將在氣溶膠、顆粒物、污染氣體及溫室氣體等信息的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)，水華、溢油、水質(zhì)、重點(diǎn)水污染源、飲用水源地安全及流域水污染等水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)、礦山開(kāi)發(fā)環(huán)境、城市和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境及生物多樣性等生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面發(fā)揮重要作用，全面提升我國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)的定量化和精細(xì)化水平。

目前，高分辨率衛(wèi)星在我國(guó)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域還存在受國(guó)外高分辨率衛(wèi)星數(shù)據(jù)費(fèi)用高、獲取有限，而國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)較少、缺少高光譜探測(cè)載荷、應(yīng)用技術(shù)水平仍需提高等原因的制約，研究和應(yīng)用工作大多離散化，系統(tǒng)化和業(yè)務(wù)化應(yīng)用程度還較低等諸多問(wèn)題。未來(lái)還有許多技術(shù)有待突破和深入研究，包括高精度數(shù)據(jù)校正、高光譜數(shù)據(jù)處理與高精度反演、天地一體化數(shù)據(jù)同化與信息協(xié)同處理、地面真實(shí)性檢驗(yàn)技術(shù)等。這些研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)具體包括:

1)影像高精度校正處理技術(shù)。高分辨率影像高精度校正處理包括高精度輻射校正、高精度幾何處理和大氣高精度校正。高精度輻射處理又包括載荷去噪、壞死像元的修復(fù)、陰影的自動(dòng)檢測(cè)和去除、高精度的云霧去除等輻射質(zhì)量改善和超分辨率光譜重建和時(shí)空信息融合等輻射質(zhì)量提升;高精度幾何處理包括傳感器高精度的幾何檢校、稀少控制點(diǎn)的幾何糾正、無(wú)控制點(diǎn)的高精度幾何定位及山區(qū)等復(fù)雜地形區(qū)域的幾何糾正等［1］;大氣高精度校正包括針對(duì)環(huán)境保護(hù)需求的水環(huán)境、城市環(huán)境的高分辨率大氣校正技術(shù)，需要考慮特定環(huán)境的下墊面特點(diǎn)，建立其氣溶膠光學(xué)參數(shù)和下墊面關(guān)系的精確模型，如二向性反射分布函數(shù)模型等。另外，大數(shù)據(jù)量處理和光譜復(fù)原等高光譜數(shù)據(jù)的高精度處理，以及光譜均勻性校正、相位校正及傅里葉變換等大氣高光譜數(shù)據(jù)的特殊處理技術(shù)等也是研究的重點(diǎn)。

2)尺度效應(yīng)和信息提取技術(shù)。尺度的復(fù)雜性與定義表達(dá)存在多重理解。相比低分辨率影像，高分辨率數(shù)據(jù)對(duì)像元內(nèi)部刻畫更細(xì)致，可反映內(nèi)部的異質(zhì)性。正是由于地表時(shí)空異質(zhì)性的普遍存在和遙感模型非線性等原因，造成高分辨率影像和中低分辨率影像的觀測(cè)結(jié)果不同。因此，未來(lái)尺度效應(yīng)要結(jié)合地面試驗(yàn)，加強(qiáng)其理論研究、歸一化和最優(yōu)化研究等。特別是歸一化，要使比較基準(zhǔn)盡可能一致，譬如要求同一區(qū)域環(huán)境、成像條件、遙感數(shù)據(jù)及遙感模型等，從而進(jìn)行正確客觀的應(yīng)用、分析和評(píng)價(jià)。在對(duì)高分辨率影像提取信息時(shí)，要綜合考慮地物像元的光譜信息和形狀、紋理及結(jié)構(gòu)等空間信息。分類提取方法從基于光譜信息朝著面向?qū)ο筇幚砗投喑叨确治霭l(fā)展。

3)高精度反演技術(shù)。環(huán)境監(jiān)測(cè)要素的高精度反演技術(shù)是高分辨率衛(wèi)星應(yīng)用的關(guān)鍵，諸如高分辨率光學(xué)衛(wèi)星對(duì)固體廢棄物信息的高精度監(jiān)測(cè)，高分辨率雷達(dá)衛(wèi)星對(duì)水華、赤潮、土壤水分及生物量等信息的高精度反演。此外，高光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)在環(huán)境應(yīng)用，特別是大氣環(huán)境應(yīng)用中作用越來(lái)越重要，未來(lái)O3柱濃度紫外衛(wèi)星差分光譜反演、NO2柱濃度衛(wèi)星差分光譜反演和近地表NO2濃度反演技術(shù)、對(duì)流層SO2濃度反演技術(shù)和近地表SO2濃度反演技術(shù)、空間外差干涉數(shù)據(jù)處理及超光譜高質(zhì)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)、溫室氣體CO2和CH4衛(wèi)星反演與大氣模式同化技術(shù)等都將是研究的關(guān)鍵。

4)地面真實(shí)性檢驗(yàn)技術(shù)。國(guó)際對(duì)地觀測(cè)技術(shù)迅猛發(fā)展，產(chǎn)生海量的遙感數(shù)據(jù)和產(chǎn)品，但它們的精度往往無(wú)法得到準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。特別是高分辨率衛(wèi)星技術(shù)和應(yīng)用的產(chǎn)品越來(lái)越多，對(duì)地面真實(shí)性檢驗(yàn)工作提出了更高要求。根據(jù)目前的情況，關(guān)注真實(shí)性檢驗(yàn)的理論和方法研究，逐步建立真實(shí)性檢驗(yàn)的指標(biāo)體系，不斷提高高分辨率衛(wèi)星觀測(cè)水平及其數(shù)據(jù)的應(yīng)用精度，是環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域遙感工作面臨的重要任務(wù)。

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