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關鍵詞：遙感技術；大氣環境；水環境；生態環境；環境監測
通過運用遙感監測技術，我們能夠很好的應對過去監測工作中遇到的難題，比如時空阻隔，無法體現整體，費用過高等等，由于當前的生態不斷惡化，此時高速全面的遙感工藝已然成為了我們最常使用的監測措施。
1 遙感技術概述
1.1 遙感的概念
所謂的遙感技術，具體的說是一類借助物體反射電磁波，來實現遠程監測目的的一種技術。其借助觀測設備，利用各種物體的獨特光譜性能來實現觀測目的，獲取有價值的內容。
1.2 遙感的分類
（1）如果按照探測波段來區分的話，我們可把其劃分為：紫外遙感、可見光、紅外遙感、微波遙感。（2）如果按照搭載設備的平臺來劃分的話，我們可以把其分成：航天遙感技術、航空遙感技術和地面遙感技術。（3）如果按照傳感設備的運行形式來區分的話，我們可以把其分成：主動式遙感技術、被動式遙感技術。
2 遙感工藝在環境監測中的意義
2.1 監測區間寬，綜合全面
如果只是從地表觀測的話，我們能獲取的信息非常少，但是如果使用遙感設備從衛星上拍攝的話，很顯然獲取的信息非常全面，而且更加真實。該技術可以從總體上觀測環境，確保監測工作朝著立體化方向發展，具有區間寬，綜合性強的特點。
2.2 高效快速
因為該項技術使用的飛行裝置都是非常先進的，因此它能夠以較快的速率獲取所需的資料，所以能夠提升工作效率。而且，信息的傳遞是借助電子光學設備來完成的，所以其更加的現代化，便于我們更好的創建數據模型。此時我們國家的信息總數較之于一般措施獲取的信息總數要多很多。
2.3 措施眾多，工藝優秀
該技術能夠用來監測普通方法無法監測的區域，比如荒漠以及冰川等區域。借助該技術我們還能夠獲取紅外等不同波段的數據。不僅可以使用攝像措施獲取資料，而且還能夠通過掃描方式獲取所需內容。
2.4 速度快，時間短
對于固定的地區能夠多次成像，可以獲得最精準的動態信息。
3 具體應用情況
3.1 用來監測大氣情況
借助激光以及電腦等先進科技，明確大氣信號的傳播特點，以及不一樣的大氣狀態之中的信號的具體特點，得到遙感方程式，進而完善有關的理論。由于大氣成分在不同的波段吸收電磁波的情況不一樣，所以我們可以分別測試各個組分的情況。
目前我們國家已經開始使用該項技術開展環境污染治理工作，其中監測的重點有如下幾方面：第一，借助遙感技術，監測大氣污染。第二，通過分析遙感圖像體現出的植被變化特點，明確污染情況，比如污染的存在區域以及程度和變化特點等。第三，和地表采樣獲取的信息比對綜合，建立完善的定量體系。第四，借助飛機攜帶監測裝置，在污染區域的上方獲取樣本，進而加以處理。
3.2 用來監測水體情況
對水體的遙感監測是以污染水與清潔水的反射光譜特征研究為基礎，潔凈水能夠很好的吸收光，它的反射率不高。所以，此類水在遙感圖像是色澤較暗。綜合考慮空間、時間、光譜分辨率和數據可獲得性，landsat8數據是目前水質監測中最有用，也是使用最廣泛的多光譜遙感數據。此外，SPOT衛星的HRV數據、IRS-1C衛星數據和氣象NOAA的AVHRR數據以及中巴資源衛星數據也有一定的應用。水質遙感監測研究的內容包括：水體濁度、葉綠素、油污染、熱污染、有色可溶性有機污染物等，其中在水體濁度和葉綠素的定量監測方面已比較成熟。
3.3 用來監測生態情況
生態環境監測又稱生態監測，是環境生態建設的技術保證和支持體系。生態監測的對象可分為農田、森林、草原、荒漠、濕地、湖泊、海洋、氣象、物候、動植物等。它可以被用來測定較廣闊區間的土地使用狀態，同時還可以調查大規模的生態污染問題。
3.3.1 分析土地使用情況
遙感技術在土地利用監測中的應用，早在1960年國外就利用TIROS和NOAA衛星數據通過制備指數來研究土地利用和土壤覆蓋變化。最近幾年，很多國家都開始使用遙感技術來分析土地資源，特別是土地分類工作方面利用的更是頻繁。
3.3.2 輔助開展生態調查工作
眾所周知，植物能夠反映出一個區域的環境狀況。而且它還可以體現出所在區域的土壤以及水文等特征。借助遙感技術，我們能夠獲取植物特點。由于當前的傳感設備的性能不斷提升，加之處理工藝不斷完善，此時像是植被的成分以及數量等等的特性都可以借助放射數據來明確。NOAA氣象衛星數據的優點非常明顯，比如分辨率極高，而且所需的費用不多，不會受到外在天氣干擾，因此被大量的用到植被監測工作之中。
3.3.3 調查生態污染情況
最近幾年，由于群眾生活水平提升，此時垃圾數量也在增加，這就在無形之中導致了嚴重的生態污染問題，而借助遙感技術，我們能夠測試到垃圾的放置情況以及數量等等，這樣便于我們更好的處理。遙感監測固體廢物的堆置對圖像空間分辨率的要求比較高，需達到3～10m的水平。
4 發展方向
4.1 遙感技術層面
（1）遙感影像獲取技術方面，隨著高性能新型傳感器的研發水平的提高以及環境資源遙感對高精度遙感數據要求的提高，高空間和高光譜分辨率已是衛星遙感影像獲取技術的總發展趨勢。熱紅外遙感技術會得到更廣泛的應用。雷達遙感工藝的特點較為顯著，比如它能夠全天性的獲取信息，而且有著強大的穿透性，所以被大量的使用。建立以地球為研究對象的綜合對地觀測數據獲取系統。（2）遙感信息模型的發展方面，遙感信息機理模型的發展和拓寬，特別是不確定性遙感信息模型與人工智能決策支持系統的開發與綜合應用也將是一個重要研究和應用方向。（3）遙感數據共享方面，積極發揮出國際衛星體系的優點，認真開展交流與溝通活動，確保從時空層面上加以互補。
4.2 與環境監測結合層面
（1）積極發展監測技術，切實發揮出當前監測的作用，將遙感工藝和地表監測措施結合到一起，完善當前的監測體系。（2）開發集成GPS，RS，GIS，ES于一體、適合環境保護領域應用的綜合多功能型的遙感信息技術。
4.3 不同環境要素層面
（1）大氣環境遙感的定量化、集成化、系統化和全球化；大氣環境的主動和被動式衛星遙感一體化。（2）利用新型遙感數據進行水質定量監測，形成一個標準化的水安全定量遙感監測體系，由于水體類型不一樣，可以建立對應的反演算措施；提升監測的精確性；開展監測模型研究工作；發揮出“3S”科技的優點。
參考文獻
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[3]陳玲，趙建夫.環境監測[M].北京：化學工業出版社，2008.
對于高分專項的實施而言，造好星和用好星同等重要，只有把衛星的應用效能發揮到極致，才能讓國家、讓百姓真正感受到高分科技的價值所在。
那么，高分科技究竟能夠在哪些方面改變我們的生活？國土資源部、農業部、環境保護部作為首批主要用戶代表，可以帶我們來一探究竟。
堅守18億畝耕地紅線，解決國土資源無序開發、礦難頻發、土地違法屢禁不止等監管難題，一直是國土資源管理部門的一塊心病。
傳統調查監測手段周期長、效率低，效果不盡如人意，難以滿足當前高速的經濟社會發展節奏所帶來的管理需求。而衛星遙感成為國土資源管理不可或缺的技術手段，迫切需要構建“天上看、地上查、網上管”監管體系，實現以圖管地、以圖管礦的立體監管系統。
同時，根據國家規劃，未來五至十年間，土地利用動態遙感監測、土地利用現狀調查、土地利用更新調查、基礎地質遙感調查、礦產資源遙感調查與評價、礦山環境與地質災害遙感調查與監測等以遙感衛星為技術基礎的各項工作都將全面啟動。
在這一背景下，高分一號衛星的研制和應用，必將為我國國土資源調查、監管、利用提供強大的數據圖像支持，其高空間分辨率和高時間分辨率完美結合的應用優勢，也將得到實質性的凸顯。
上個世紀60年代以來，一方面，空間遙感技術快速發展；而另一方面，糧食安全預警、農產品貿易、農產品補貼等對糧食信息的需求日益強烈。于是，國際上相繼開展了農業遙感監測技術研究與業務系統的建立，現如今，遙感技術已經廣泛地應用到作物面積監測、長勢監測、估產、災害監測、農業環境監測與評價、土壤監測、精準農業、漁業等農業的各個領域，高分辨率衛星遙感圖像成為農業遙感應用的主要數據源。
作為世界糧食大國，我國在農業遙感應用領域，可利用的衛星要么是空間分辨率不足以支撐農業監測，要么是衛星數據獲取的周期太長，致使農業方面在高分辨率衛星遙感圖像的數據需求與實際可利用的圖像數據之間，存在一個不小的鴻溝，
而高分一號衛星的研制和應用，將在我國農情遙感監測水平和技術能力的提高、農情遙感監測范圍的拓展、農業遙感監測信息安全建設等方面發揮巨大作用。
原本春意盎然、綠草如茵的陽春季節，卻屢屢遭受空氣污染的影響，揮之不散的霧霾挑戰著人們的脆弱神經；河流水污染，自來水質量堪憂，飲用水問題頻頻曝光，讓人憂心忡忡……
目前，我國環境形勢異常嚴峻，今后一個時期，環境治理與保護、監督執法與履行國際環境公約任務十分繁重，這都要求大力發展衛星遙感監測技術。
高分一號衛星的高分辨率圖像產品將利用到開展大型水體水環境、區域環境空氣、宏觀生態環境、重大環境污染事故與環境災害、核安全、生物多樣性等遙感監測業務應用工作，進一步提高我國環境監測和保護的能力。
未來，天更藍、地更綠、水更凈的功勞簿上，將記上高分辨率對地觀測衛星一筆。
5年前汶川大地震的陰影還沒有完全消散，一場突如其來的雅安地震又一次牽動了所有國人的心。
災難面前，航天力量齊上陣：資源三號、資源一號O2C、環境一號等衛星共同出力，將拍攝的震前災后影像及時提供給國家相關部門；北斗衛星導航系統又一次為救災部隊和受災群眾搭起了生命線……即便如此，在大災大難的嚴酷考驗面前，衛星對于災情監測的精確度和及時度方面的欠缺仍顯不足。
我國是一個自然災害頻發的國家，但同時我國的災害監測手段相對落后，減災管理總體技術水平相對不高，地方民政救濟救災部門的災害管理水平以及專業化能力還有待于進一步提高。
因此，國家減災救災業務對于高分一號衛星的需求就顯得十分迫切。高分一號衛星對于減災救災最大的優勢就是精確性和及時性，它的發射將為我國綜合減災救災提供快速、準確的輔助決策信息示范，加強地方減災救災的業務化、專業化能力，從而整體提高國家災害管理的科學決策水平。同時，高分一號衛星還將大大提高我國服務國際，特別是非洲等欠發達地區，重大自然災害應急工作的能力，從而有力提升我國負責任大國形象和在國際空間技術減災工作中的地位。
關鍵詞：遙感技術；資源；環境；軟件；應用
中圖分類號：TP237 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）23-5360-02
20世紀60年隨航天技術和電子計算機技術的發展，遙感技術應運而生。遙感技術根據各類傳感器收集的地面物體的電磁波信息，并利用計算機編程技術或者遙感專業軟件制作遙感圖像，廣泛應用于資源考察、災害監測、環境保護、測繪、軍事及氣象監測等領域。在地球資源緊缺、環境問題日益突出的現狀下，遙感技術得到了空前的重視和廣泛的應用，成為觀測地球的重要手段。
1 遙感相關技術
遙感圖像處理的關鍵技術主要包括了遙感圖像幾何校正技術、影像融合技術、圖像增強技術以及圖像分類技術。利用計算機遙感軟件或者基于VC++編程都能實現上述相關功能。國內外已有多種專業的遙感數字圖像處理軟件，如PCI、ENVI、EDADRS、VirtuoZo、ArcInfo、ArcView等。這些軟件為遙感技術在資源調查、環境保護、城市規劃等領域的應用提供了強有力的技術保障。ERDAS IMAGINE 是美國ERDAS 公司開發的遙感圖像處理系統。它的功能相比于其他軟件更為先進，操作更為靈活，因此占有了很大的市場份額，是遙感圖像處理系統的代表軟件。而一些我國自主研發的軟件，如中國國土資源航空物探遙感中心研制開發成功的“野外調查微機輔助遙感圖像解譯系統“、“成像光譜數據分析處理系統”；成都理工大學研制開發成功的“正射遙感影像地圖制作系統”等軟件系統都已得到推廣應用[1]。
1.1遙感圖像處理技術
遙感圖像處理技術主要包括了：遙感圖像幾何校正、圖像增強技術、以及圖像分類技術。下面分別介紹這幾個處理技術。
由于衛星傳感器視角和地球表面曲率的影響，影響上地物發生幾何形變，因此在應用衛星遙感影像之前，必須經過幾何校正。圖像幾何糾正包括空間變換和灰度值內插兩步。幾何糾正可通過遙感圖像處理軟件，如ERDAS，或者通過VC編程實現。EDARS進行幾何糾正的流程圖如圖1所示。
遙感圖像增強技術指的是將高分辨率全色波段影像與最佳波段組合的多光譜影像進行融合，得到高分辨率、多光譜的融合影像的過程。融合后的圖像與原圖像相比，更加清晰，提高了視覺效果，改善了幾何精度及識別和分類的精度。一般多采用多光譜TM圖像和SPOT全色圖像進行融合。
遙感圖像分類技術指的是利用計算機或目視判讀對地球表面及其環境在遙感圖像上的信息進行屬性的識別和分類，從而識圖像信息所對應的地物，提取所需地物信息。計算機自動識別分類技術尚不成熟，因此仍然需要目視判讀輔助識別。計算機自動識別分類方法主要分為監督分類法和非監督分類法兩種，這兩類方法均可在EDARS中實現。監督分類方法需要從研究區域選取有代表性的訓練區作為樣本，根據已知訓練區的樣本，選擇特征參數，建立判別函數對像元進行分類。非監督分類沒有訓練區作為樣本，主要根據像元間的相似度大小進行歸類合并。
2 資源環境應用
2.1資源調查
資源的可持續利用是可持續發展的基礎，沒有資源的可持續利用，不可能有可持續發展。資源調查主要包括了金屬礦產資源勘探及農業資源調查監測兩方面。
遙感技術已經在地質礦產勘探、金屬、天然氣、資源調查中發揮了重要作用[2]。20世紀20年代航空遙感被用于農業土地調查。多光譜原理應用于遙感后，根據各種植物和土壤的光譜反射的特性，建立了豐富的地物波譜與遙感圖像解譯標志，在農業資源調查與動態監測、生物產量估計、農業災害預報與災后評估等方面，取得了豐碩的成果[3]。
利用遙感信息進行資源調查具有成本低、速度快，有利于克服自然界惡劣環境的限制，減少投資的盲目性，保證圖像數據的不斷更新等優點。在資源調查之前， 可以利用衛星遙感數據， 預先進行判讀和分析，以便圈定若干遠景區域，，有的放矢；其次利用衛星影像和數據，參照路線考察的樣本和實況， 進行較小比例尺的自動分類與制圖，滿足概查的需要； 必要時再進一步縮小靶區范圍，進行大比例尺航空遙感與攝影測量， 結合地面實況調查和取樣，編制正射影像地圖及系列專題地圖，可以滿足定量、定位的精度要求。我國在地質及森林資源調查中的經驗表明，利用遙感可以節約成本一半， 加快速度一倍[4]。
2.2環境監測
遙感技術在全球環境變化監測方面的應用也是十分廣泛的，主要包括：（1）氣象監測；（2）臭氧層監測；（3）海洋監測；（4）環境災害監測等。在氣象監測方面，衛星遙感技術在氣象上的應用是比較成功的，氣象衛星云圖為研究云的分布及運動規律提供了準確的信息，如臺風監測等。在大氣臭氧觀測方面，大氣臭氧觀測包括總含量及其濃度分布廓線的測量。觀測方法有在地面上用臭氧分光光度計測量不同天頂角下的太陽紫外光譜， 從而計算出大氣臭氧總含量及其濃度分布線；或者在衛星上測量大氣對太陽紫外線的后向散射光譜或大氣臭氧的紅外吸收光譜， 推大氣臭氧總含量及濃度分布廓線； 或者用氣球將臭氧探測儀送入高空， 測量平流層的臭濃度[5]。在海洋監測方面，遙感能為海洋學家提供跟蹤大尺度洋流、中尺度渦流實時調查信息；為海洋氣象學的研究提供有關海面上空的云圖和風暴潮、臺風信息；為海洋生物學的研究提供有關海洋初級生產力和海洋生物環境方面的信息；為海洋地質研究提供有關重力場、海平面、大地水準面等海面地形的測高資料；還能為海洋環境保護提供快速大尺度監測和區分海面溢油及其它海面污染的方法與圖像[6]。在環境災害監測方面，遙感廣泛應用于地球溫室效應、洪澇災害、旱災、地震、森林火災、沙塵暴等環境現象的監測中。以地震監測為例，近年地震頻發，地震后，交通堵塞、通信中斷，遙感技術成為信息獲取和災害監測的重要手段。衛星遙感技術能夠及時提供宏觀災情，有利于有關方面對災情做出科學評估，進而采取救災防災減災措施，意義重大[7]。
3 結束語
遙感技術具有監測范圍廣、速度快、成本低，且便于進行長期的動態監測等優勢， 它不僅可以廣泛應用于資源調查，而且可以快速、實時、動態、省時省力地進行大范圍的環境監測。遙感技術作為資源調查和環境監測的重要手段之一， 發揮著不可替代的作用。
參考文獻：
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[3] 韓秀梅，張建民.農業遙感技術應用現狀[J].農業與技術，2006，26（6）：32-35.
[4] 黃敬峰.論遙感技術與資源、環境可持續發展研究[J].遙感技術與應用，1999，14（1）：65-70.
[5]《大氣科學辭典》編委會.大氣科學辭典[M].北京：氣象出版社，1994.
摘要：
赤潮是最嚴重的海洋災害之一，它不僅破壞海洋漁業生產、惡化海洋環境、影響濱海旅游業，而且還會影響人類健康。衛星遙感技術具有覆蓋范圍廣、重復率高、成本低廉等優勢，近年來已成為赤潮監測不可或缺的重要手段。本研究利用C＋＋語言建立了一套赤潮遙感監測系統。該系統能自動接收和處理遙感數據，并利用赤潮水體的光譜和固有光學量特征自動提取赤潮信息。在實際業務化應用中，該系統被國家監測部門采用，在2013年4月至9月東海赤潮高發期間，該系統制作了55期赤潮遙感監測產品，用于指導船舶現場監測工作，取得了良好的應用效果。利用本系統對近年來東海發生的27次大型赤潮事件進行了發生位置和面積的提取，并與現場觀測結果進行比較。結果顯示，系統對大部分赤潮范圍的識別有較好的效果，對赤潮識別準確度大概在80％左右。
關鍵詞：
遙感；衛星數據處理；赤潮；赤潮自動監測系統
引言
赤潮是水體中藻類短期內大量聚集或爆發性增殖引起的一種海洋現象。當赤潮發生在近岸特別是養殖區，由于部分引起赤潮的藻種還能分泌毒素，它會危害到漁業、養殖業、旅游業甚至人類社會的經濟和生命安全。我國是世界上海洋養殖業最發達的國家之一，因此赤潮對我國海洋環境和沿海經濟有著重要的影響。東海作為我國主要的邊緣海，擁有廣闊的海岸線和豐富的海洋資源，承載著長三角經濟區的高速發展。同時東海也是我國赤潮災害最嚴重的海區，其發生面積和次數均為全國海域之最［1］。為減少赤潮災害所造成的損失，對赤潮的監測和防治是最首要和迫切解決的問題［2］。目前赤潮常規監測手段主要是建立赤潮監控區，對赤潮發生、發展和消亡過程水體生化參數、赤潮物種等進行采樣測量與分析，實現對赤潮事件的監測；除此之外，對沿海赤潮的觀測記錄主要來自于海監部門的飛機和沿海漁民等及時發現與上報。這些監測手段容易受到赤潮爆發不確定性以及時間空間等的諸多限制，且產生的費用也通常較高。相比之下，衛星遙感具有覆蓋范圍廣、重復率高、成本低廉等優勢，近年來已是赤潮監測不可或缺的重要手段。目前國內能監測赤潮的系統不多，楊建洪等［3］利用遙感水色圖像和人工識別相結合的方法建立了赤潮監測系統。與之不同的是，本文建立的東海赤潮遙感自動監測系統是不需要人工干預的業務化系統，它實現了衛星遙感資料自動接收和處理，以及利用赤潮水體的固有光學特性來自動提取赤潮信息。
一、系統構架
由于赤潮信息的提取需要快速及實效性，因此赤潮遙感自動監測系統需要保障穩定和實時的數據來源。它由兩個子系統組成，分別為衛星海洋遙感數據接收與處理子系統和赤潮遙感信息提取子系統。
1．1 衛星海洋遙感數據接收與處理子系統
1．2 赤潮遙感信息提取子系統
目前，赤潮遙感提取算法分為兩種。第一種是基于葉綠素質量濃度異常和水體反射率光譜性質的赤潮提取方法，如溫度法［4－5］、葉綠素質量濃度法［6－7］、特征波段組合法［8］、熒光法［9］和多源數據綜合分析法［10］等，該方法在近岸光學復雜水體中對赤潮的識別正確率較低，并且未能實現對赤潮水體的自動化識別和對赤潮實際發生類型的判斷。第二種是基于水體固有光學量的赤潮提取方法。這兩種方法各有自己的優點和缺點。由于東海的赤潮一般都是發生在渾濁的二類水體，因此子系統中赤潮判別方法通過結合上面2種方法，以固有光學量提取為主，進行了赤潮遙感信息提取的集成。遙感固有光學量綜合算法赤潮判別流程如圖3所示。圖中的遙感數據為表1中的L2A數據，光譜相對高度指數RH的計算方法見文獻［11］，色素吸收比重和散射－吸收比值可以通過半分析算法計算［12］。
二、系統應用
赤潮遙感自動監測系統于2012年底開發完成，2013年初部署到國家相關監測部門，并投入運行，圖4為赤潮遙感自動監測系統部分可視化界面。每天衛星遙感數據通過遙感地面站自動接收和預處理，然后輸入赤潮遙感監測系統進行自動處理，并生成赤潮遙感監測產品，最后通過網絡把這些赤潮信息發送給相關部門，赤潮通報，所有這些流程只需要在2h內完成，實現了對東海的赤潮高發區進行每日準實時業務化監測。在2013年4月至9月東海赤潮高發期間，系統制作了55期赤潮遙感監測產品，圖5是本系統生成的單軌赤潮遙感監測產品樣例，圖6是本系統生成的月份赤潮遙感監測產品樣例。
三、討論
3．1 多源衛星數據的應用評價
赤潮遙感自動監測系統的基礎是實時獲取衛星遙感資料，本系統使用的遙感資料是美國的MODIS衛星，雖然MODIS衛星運行正常，但已經超過它的服役期限，因此單一的數據源限制了系統的推廣應用。多源衛星數據的輸入是系統下一步的擴展方向。目前在軌能使用的衛星數據不多，如韓國的靜止衛星GOCI和美國的NPP衛星。自主衛星HY－1B已經處于退役期很不穩定，不過后期會有新的HY－1C／D星進行替換。如果這些衛星數據都能作為系統的數據源，會極大地拓展系統的使用生存期和范圍。特別是GOCI靜止衛星，它每天有8軌數據且能監測同一地方，大大增加了赤潮監測的頻次。
3．2 赤潮遙感提取效果評價
利用本系統對近年來東海發生的27次大型赤潮事件進行了發生位置和面積的提取，并與現場觀測結果進行比較，對遙感提取結果準確度進行評價（表2）。可以看出，總體上本系統對赤潮范圍的識別與實際公布面積存在一定差距，但從以上對各赤潮事件提取結果的詳細分析來看，大部分赤潮范圍的識別有較好的效果，對赤潮識別準確度大概在80％左右。 由于本系統使用的資料為可見光衛星資料，該衛星資料受云的影響較大，而且識別算法給出的閾值范圍為基于統計的固定值，對于不同海域和時間內發生的赤潮事件，容易受水體光學環境背景場的變化等多種條件的影響，因此識別結果與實際情況存在一定出入在所難免。另外，單純通過固有光學量算法提取赤潮區域相對比較困難，很容易受到非赤潮環境水體的干擾，必須借助于遙感反射率光譜共同識別；而為了降低對部分赤潮事件的漏判，對RH模型閾值的適當放寬應該也會對該模型算法的赤潮范圍識別效果造成一定的影響。通過此次對不同年份和區域的赤潮事件識別效果來看，本系統對于東海赤潮水體的識別具有較高可信度。
四、小結
關鍵詞：遙感技術 環境科學 應用 3S一體化 發展趨勢
遙感是從遠離地面的不同工作平臺上，如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛星、宇宙飛船和航天飛機等，通過傳感器對地球表面的電磁波輻射信息進行探測，然后經信息的傳輸、處理和判讀分析，對地球的資源與環境進行探測與監測的綜合性技術。遙感技術從遠距離采用高空鳥瞰的形式進行探測，包括多點位、多譜段、多時段和多高度的遙感影像以及多次增強的遙感信息，能提供綜合系統性、瞬時或同步性的連續區域性同步信息，在環境科學領域的應用具有很大優越性。
20世紀90年代以來，環境遙感技術應用越來越廣。從陸地的土地覆被變化，城市擴展動態監測評價，土壤侵蝕與地面水污染負荷產生量估算，生物棲息地評價和保護，工程選址以及防護林保護規劃和建設。到水域的海洋和海岸帶生態環境變遷分析，海面懸浮泥沙、葉綠素含量、黃色物質、海上溢油、赤潮以及熱污染等的發現和監測，珊瑚和紅樹林的現狀調查與變化監測，堤壩的規劃與水沙平衡分析，水下地形地遙調查以及水域初級生產率的估算。再到大氣環境遙感中的城市熱島效應分析，大氣污染范圍識別與定量評價，大氣氣溶膠污染特征參數化，全球水、氣和化學元素等的循環研究，全球環境變化以及重大自然災害的評估等，幾乎覆蓋了整個地球系統。
一、遙感技術在環境科學中的應用
1.遙感技術在水污染監測方面的應用
（1）利用紅外掃描儀監視石油污染
全球每年排入海洋的石油及其制品高達1000萬噸，利用多光譜航片可對海面石油污染進行半定量分析，將彩色航片同步拍照與近紅外片做的彩色密度分割圖相比較，更精密地判斷和解譯信息，參照圖片畫出不同油膜厚度的大致分級圖。通過彩色密度分割圖像，特別是數字密度分割圖，可以更準確地判斷油量的分布情況。通過彩色密度分割可把相差零點零幾厚度的海面油膜區分出層次來，這有利于用航空遙感對海面油的擴散分布和半定量研究。濃度大的地方是黃色，往外擴散的油膜變薄，呈黃紫混在一起的顏色，再往外擴散的油膜就更薄些呈紫色。通過對污染發生后各天的氣象衛星圖像的對比分析，確定油膜的漂移方向，計算出其擴散速度和擴散面積。
（2）利用遙感技術監測水體富營養化
浮游植物中的葉綠素對藍紫光和紅橙光有較強的吸收作用，當水體出現富營養化時，我們就可以利用遙感技術推算出水體中的葉綠素分布情況。赤潮區的海水光譜特征是藻類、泥沙和海水的復合光譜，另外有機或無機顆粒物也會吸收入射光，影響水體的透明度。
（3）通過遙感技術調查廢水污染和泥沙污染
廢水的顏色與懸浮物性狀千差萬別，特征曲線上的反射峰位置和強度也不大一樣，可以用多光譜合成圖像進行監測。水中懸浮泥沙的濃度和粒徑增大，水體反射量也會相應增加，反射峰隨之紅移，定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段是0.65～0.85微米。
（4）應用紅外掃描儀監測水體熱污染
應用紅外掃描儀記錄水體的熱輻射能量，真實反映其溫度差異。在熱紅外圖像上，熱水溫度高，輻射能量多，呈淺色調。冷水和冰輻射能量少，呈深色調。熱排水口處通常呈白色羽流，利用光學技術和計算機對熱圖像作密度分割，根據少量的同步實測水溫，畫出水體等溫線。
（5）通過遙感技術分析水域的分布變化和水體沼澤化
水體總體反射率較低，選擇1.55～1.75微米波段的多時域影像可以分析水域的分布變化。沼澤化在時域圖像上反映為水體面積縮小，從水體向邊緣有規律變化，顯示出不同程度的植被特征。
2.遙感技術在大氣環境監測方面的應用
（1）臭氧層
臭氧層位于地球上空25～30千米的平流層中，對0.3米以下紫外區的電磁波有較大吸收，可用紫外波段來測定臭氧層的變化。臭氧層在2.74毫米處也有一個吸收帶，可用頻率為11O83兆赫茲的地面微波輻射計來測定臭氧在大氣中的垂直分布。另外臭氧層會吸收太陽紫外線而升溫，可使用紅外波段來探測，如用7.75～13.3微米熱紅外探測器測定臭氧層的溫度變化，參照濃度與溫度的相關關系，推算出臭氧濃度的水平分布。
（2）大氣氣溶膠
利用遙感圖像可分析大氣氣溶膠的分布和含量，工業煙霧、火災濃煙和大規模沙塵暴在遙感圖像上都有清晰的圖像，可以直接圈定其大致范圍。利用周期性氣象衛星圖可監測沙塵運動，估計其運動速度，及時預報沙塵暴。通過衛星資料可及早發現森林火災，把災害損失降到最低。大比例圖片可用來調查城市煙囪的數量和分布，還可以通過煙囪陰影的長度來計算其大致高度。應用計算機對影像進行微密度分割，建立煙霧濃度與影像灰度值的相關關系，可測出煙霧濃度的等值線圖。
（3）有害氣體
彩紅外相片可監測有毒氣體對污染源周圍樹木和農作物的危害情況，通過植物對有害氣體的敏感性來推斷某地區大氣污染的程度和性質。一般污染較輕的地區，植被受污染的情況不宜被人察覺，但其光譜反射率卻會明顯變化，在遙感影像上表現為灰度的差異。正常生長的植物葉片能強烈反射紅外線，在彩紅外相片上色澤鮮紅明亮。受到污染的葉子，其葉綠素遭到破壞，對紅外線的反射能力下降，其彩紅外相片顏色發暗，如白蠟樹受污染后呈紫紅色，柳樹呈品紅色略帶藍灰色。
（4）氣候變化
美國、歐盟、日本和俄羅斯的地球同步軌道氣象衛星組成的靜止氣象衛星監測系統晝夜不停地觀測地球的氣候變化，得到全球范圍內的大氣參數、海洋參數、地表狀況、輻射收支和臭氧分布等信息，對全球變暖、臭氧層空洞以及厄爾尼諾現象的研究非常重要。 3.遙感技術在城市環境監測與管理中的應用
彩紅外遙感影像可監測固體廢棄物引起的生態環境變化，熱紅外遙感影像可調查工業廢水和廢氣的排放情況。城市道路寬的呈帶狀和環狀，窄的呈線狀，城市廣場一般以塊狀藍灰色與街道緊密相連于中心地帶。居民區呈灰色，高層樓房帶有寬長影，平房呈密集排列的小長方塊狀。水系呈淺藍色，綠地呈紅色。從遙感圖像上獲取這些信息，對優化城市結構有很大幫助。另外城市里的高大建筑物對太陽輻射和其他熱輻射的吸收和釋放特性跟以土地和農作物為主要下墊面的郊區有很大不同，利用熱紅外遙感對城市下墊面進行分析就可以得出城市的熱島效應。
4.應用遙感技術監控生態環境
【關鍵詞】遙感服務產品決策支持數據庫系統設計與實現
在我國的衛星氣象中心運行的過程中，要應用到大量的遙感服務產品，其在工作的過程中能夠對各種天氣狀態、環境等進行有效的檢測，并生成大量的衛星數據及檢測報告，這些數據對于天氣預報、環境災害預測等具有非常重要的作用，隨著各項研究的深入，其數據量會越來越大，如果采用傳統的數據管理方式，將難以做到大量遙感服務產品數據的高效管理， 設計出遙感服務產品決策支持數據庫系統是非常必要的，本文就針對此予以簡單分析。
一、 遙感服務決策支持數據庫系統的主要功能
遙感服務決策支持數據庫系統設計應該具備以下幾點基本功能：（1）決策服務，在遙感服務產品運行的過程中，會對各類天氣、環境等重大氣象事件進行檢測，會生成大量的檢測圖像及報告，并采用相應的報告的形式對其進行存儲，在相關的決策工作中，需要對這些文件內容進行瀏覽、分析、總結，以便于做出正確的決策；（2）業務流程的優化，在遙感服務決策支持數據庫系統中，需要具備清晰、簡化的業務流程，以便于業務人員開展相關的數據錄入、存儲及備份工作；（3）業務工作拓展，遙感服務產品中的大量數據之間的關系是具有一定的復雜性的，遙感服務決策支持數據庫系統要能夠對各項數據進行清晰的分類統計，方便后續的業務拓展工作。
二、 遙感服務決策支持數據庫系統的設計方案
1、 關聯關系及屬性的設計
本次研究中，進行遙感服務決策支持數據庫系統的設計時，數據的組織中心是事件，針對某一特定的事件來進行監測，然后應用各種衛星的監測數據來開展相應監測圖像的制作，并要依據實際情況來進行監測報告的，對系統中各種關聯關系及屬性進行簡單描述：（1）事件-監測圖像，在實際的運行工作中，各種天氣、環境等事件與監測圖像之間保持的是一對多的關系，并且在實際的工作中，由于存在類別、劇烈程度、持續時間上的差別，會存在各種種類、數目不同的監測圖像；（2）事件-監測報告，它們之間同樣是一對多的關系，并且會因事件類別、持續時間、劇烈程度的不同，存在各種種類、數目不同的監測報告；（3）監測圖像-衛星數據源，圖像的制作過程中會根據事件的實際需求來選擇種類、區域、時間不同的衛星數據源，并且其數據源會隨著時間的變化不斷的變化；（4）事件類型，主要有：暴雨強對流、大霧、沙塵、熱帶氣旋、積雪、海冰、火情、水情等；（5）監測圖像屬性：圖像種類、時間、存儲路徑、名稱等；（6）監測報告屬性，主要有：報告編號、屬于某個事件、時間、時間種類、存儲路徑、名稱等。
2、 實體關系設計
本次設計中，系統的數據實體有四個，分別是衛星數據源、監測報告、監測圖像、事件等，各實體之間的關系圖如圖1所示。
圖1 實體關系圖
三、 遙感服務決策支持數據庫系統的設計與實現
本次研究中遙感服務產品決策支持數據庫系統的設計是在.NET環境下開發，開發過程中應用的語言主要是C語言，底層數據庫主要采用的是SQL Server 2005數據庫，系統的架構主要是C/S三層結構，數據訪問過程中應用的主要技術是技術。
系統的界面設計過程中，主要采用的是兩層頁面切換方式，為了方便相關數據信息的應用，在系統界面設計的過程中，將系統信息的錄入與其信息的檢索放置于同一框架中，使用起來非常的方便。在實際的應用過程中，相關信息的錄入，需要依據上文中提到的關聯關系及屬性設計中的相關內容，先確定錄入事件的類型，再結合其監測報告及監測圖像來開展錄入及查詢操作。
提供多種信息的檢索方式是遙感服務產品決策支持數據庫系統的一個非常重要的功能，在實際的應用過程中，可以根據相關事件的屬性來進行其監測圖像及監測報告的查詢，圖像的種類、數據源、時間等信息都可以用來進行監測圖像的查詢，查詢完成后，相關的查詢結果會在圖像文件名列表中進行顯示，并可以進行其存儲路徑的預覽，相關的檢測報告可以依據報告編號及事件種類來進行查詢，相關的查詢結果會在報告文件名列表中顯示，可以查看其存儲路徑，并能夠實現圖像的預覽。
結束語
本文主要結合衛星氣象中心的遙感服務產品的工作特點，對以事件為中心的遙感服務產品決策支持數據庫系統的設計與實現進行了簡單分析，這對于遙感服務產品大量數據信息的高效的管理具有積極的作用，能夠有效的提升遙感服務產品的服務水平。
參考文獻
面向海上臺風監測、海上溢油監測和森林火災監測等典型應用主題對多源遙感衛星協同觀測的復雜任務要求，研究面向應用主題的多源遙感衛星需求建模方法，開展典型應用主題的多樣化需求建模、多源衛星觀測能力建模和多源衛星協同觀測策略建模研究，并基于上述模型開展多源衛星協同觀測策略建模研究，為多星協同任務規劃提供優化目標和約束條件，并完成相關模型方法的軟件實現。
【關鍵詞】遙感衛星 應用主題 需求建模 協同觀測
1 問題概述
1.1 研究現狀
遙感衛星需求建模是對衛星觀測任務的要求進行定義、量化和綜合的過程，也是對不同類型的應用需求進行統籌、提高應用需求滿足度的過程，是衛星任務規劃的優化目標，是確保任務規劃結果的正確性、合理性的基礎，也是衛星觀測應用效能充分發揮的基礎。早期遙感衛星需求建模以簡單的軌道覆蓋需求為主，主要用于單一遙感衛星、單一觀測任務的訪問時間窗任務規劃；隨著遙感衛星功能性能的提升、應用領域的擴展和衛星數量的增多，遙感衛星需求建模開始關注空間分辨率、載荷譜段、側擺范圍等多要素的整體需求建模，為多源衛星的多任務規劃提供支撐。
1.2 主要問題
目前遙感衛星需求建模存在的主要問題是：在需求模型要素體系構建方面，雖然在觀測需求模型中已開始考慮分辨率、載荷譜段等觀測能力指標要求，但這些單純的指標要求并不能全面完整反映衛星遙感應用，例如國土、海洋、林業、減災等業務應用領域的應用需求，缺乏將最終應用需求轉化為衛星觀測能力指標和工作約束條件的模型；在多星協同觀測需求建模方面，雖然在需求模型中已開始引入多星、多任務及任務協作的觀測要求，但這種需求模型通常與具體的應用場景聯系不密切，沒有從應用目的對多源衛星協同觀測的要求出發開展協同觀測需求建模。
上述傳統的遙感衛星需求建模方法，在當今衛星遙感應用在響應時效性、手段綜合性、任務精準性等要求日益突出，遙感衛星多星組網協同觀測能力持續提升的背景下，愈來愈難以適應滿足復雜多樣應用需求、提升任務規劃有效性、發揮多源衛星系統綜合效能的要求。因此亟需面向若干典型應用主題，開展多源遙感衛星需求建模方法研究，為充分發揮多源遙感衛星針對復雜應用任務的綜合效能奠定技術基礎。
2 基本模式
面向應用主題的多源遙感衛星需求建模與任務規劃的基本模式是：
（1）首先進行典型應用主題的多樣化需求建模，采用統一的需求定義模板，將不同應用主題的差異化需求轉化為結構統一、參量各異的定量化需求模型；
（2）其次進行多源衛星觀測能力建模，同樣采用統一的約束定義模板，將不同衛星的軌道、姿態、成像等觀測能力約束條件轉化為統一的觀測能力模型；
（3）然后進行多源衛星協同觀測策略建模，根據不同應用主題的觀測要求，按照觀測任務間的邏輯與時序關系，構建多源衛星的協同觀測策略組合；
（4）進而開展應用需求與衛星觀測能力模型關聯分析，通過應用需求模型各參量與觀測能力模型各參量間的映射關系，將各自應用主題的應用需求轉化為衛星觀測能力約束條件，篩選出觀測能力約束條件滿足應用需求的衛星及其載荷資源；
（5）最后進行多源衛星協同任務規劃，基于模型關聯分析得到的可用衛星及其載荷資源，按照上文構建的觀測策略組合，針對觀測目標進行訪問時間窗計算，在消解訪問沖突后得到任務規劃結果；如果結果不滿足應用需求，則可通過調整應用需求或衛星觀測能力的模型設置，通過迭代修正進行優化
面向應用主題的多源遙感衛星需求建模與任務規劃的基本模式如圖 1所示。
3 建模與分析方法
3.1 典型應用主題的多樣化需求建模方法
傳統的遙感衛星任務調度方法對觀測需求通常只考慮任務目標區域可覆蓋、任務時間不超出給定范圍等指標，很少從特定應用對觀測資源和能力的要求出發，包含分辨率、觀測譜段、協同觀測時序等應用能力指標的觀測需求模型。典型應用主題的多樣化需求建模方法流程如圖 2所示。
（1）確定所需觀測的應用主題，例如海上臺風監測、海上溢油監測、森林火災監測等應用主題，記為A；
（2）基于給定的應用主題A，提取和篩選應關注的重點觀測目標，目標形態可以是點目標、線目標或區域目標，目標數量可以是單個也可以是多個，目標狀態可以是靜止目標、固定時敏目標或位置移動目標，這些觀測目標記為T1，T2……Tm，m為觀測目標數量；
（3）針對觀測目標Ti（i=1，2……m），從發現、識別、確認、量測、屬性分析等應用要求與觀測信息提取程度出發，構建相應目標的觀測特征要素體系，例如位置、尺寸、形態、色調、紋理、光譜、空間結構等，這些特征記為S1，S2……Sn，n為觀測目標Ti數量；
（4）針對特征要素Sj（j=1，2……n），使用通用的觀測指標體系，例如覆蓋范圍、空間分辨率、光譜譜段、觀測頻次、響應時長等，對每一個觀測目標特征要素的觀測需求進行定量化的描述，這些指標記為X1，X2……Xr，r為觀測目標Ti的特征Sj數量；
（5）根據應用主題A對上述特征要素S1，S2……Sn觀測需求的優先度差異，以及獲取不同類型特征要素間內在的邏輯關系，構建不同特征要素在時序與優先級上的邏輯關系，用函數表示為F（X1，X2……Xr）。
完成上述流程后，面向給定典型應用主題的多樣化需求模型即構建完成，該需求模型是面向應用主題的多源遙感衛星需求建模的初始條件，也是多源衛星協同任務規劃的規劃目標。
3.2 多源衛星觀測能力建模方法
對遙感衛星及其載荷的觀測能力建模，定量描述衛星及其載荷能力約束條件，是多源遙感衛星需求建模和任務規劃的基本要求。傳統的遙感衛星任務調度方法的衛星及載荷能力約束條件一般只考慮軌道、姿態、載荷視場等特性，某些場合增加一些衛星能源、數據存儲方面的約束，但很少考慮成像質量、響應時效性、信息獲取能力等衛星應用能力約束條件。多源衛星存在應用對象復雜、衛星性能多樣、應用能力不一等特點，若采用傳統方法存在衛星及載荷能力約束與應用需求相脫節的問題。多源衛星及載荷多樣化能力建模方法基于不同衛星各自的平臺、載荷等性能指標及其成像能力，構建跨衛星、跨載荷的多源衛星觀測能力指標體系，將個別的、具體的衛星觀測能力指標轉為一般的、通用的衛星觀測能力模型，以適應多源衛星協同觀測的需要。多源衛星觀測能力建模方法如圖 3所示。
（1）根據給定的應用主題A，以及給定可用的多源遙感衛星W1，W2……Wr（r為衛星數量），識別出衛星及其載荷觀測能力的共性要素，例如軌道、姿態、成像質量、信息獲取能力等，記為P1，P2……Pm，m為共性要素數量；
（2）針對要素Pi（i=1，2……m），按照不同觀測能力要素的特點，分別用不同方法構建要素Pi的描述模型，例如：對于軌道要素可用二體運動模型、J2模型、兩行根數模型等進行公式化的描述，對于姿態要素可用姿態參數序列等進行序列化的描述，對于成像質量要素可用包含空間分辨率、光譜譜段、視場角、信噪比等參量進行指數化的描述，對于信息獲取能力可用是否具備立體觀測能力、是否具備全天候觀測能力等進行模板化的描述；
（3）針對要素Pi（i=1，2……m）的描述模型，確定其模型參數，記為Q1，Q2……Qn，n為模型參數數量，從而使得要素Pi的模型可用函數G（Q1，Q2……Qn）表示，例如：對于軌道模型中的二體模型可用軌道六根數作為模型參數，對于姿態模型可用滾動、俯仰、偏航三軸姿態角的時序參數作為模型參數；
（4）從全部給定可用衛星中，選定衛星Wj（j=1，2……r），其中若一顆衛星有多個載荷，因不同載荷的觀測能力存在差異，可將同一衛星的不同載荷也等同于多個衛星；
（5）對選定的衛星Wj（j=1，2……r）的模型參數Q1，Q2……Qn進行量化，具體參數量化值可來自于衛星設計參數、地面測試參數或在軌運行監測參數。
上述步驟即是多源衛星觀測能力建模方法的基本流程，完成這一過程即為多源衛星需求建模和協同任務規劃提供了基本約束條件。
3.3 多源衛星協同觀測策略建模方法
上述衛星觀測能力建模完成后，各個衛星自身的觀測能力即可得到定量化描述，但是多源遙感衛星協同觀測與單星觀測的區別除了衛星數量的增多、重訪周期的縮短等外部特點以外，其本質特點在于通過多個遙感衛星及其載荷間的引導、互補、覆蓋、接力、融合、多視角等關聯性，實現單個衛星、單一觀測手段難以實現的觀測能力，使得多源衛星協同觀測的整體觀測能力大于各個單一衛星獨立觀測能力的總和。多源衛星協同觀測主要有以下幾種策略：
（1）引導協同策略：指的是以某一顆或某一類遙感衛星的觀測結果，作為其它遙感衛星進行觀測的引導信息，從而實現不同遙感衛星間的信息引導觀測。例如：在森林火災監測這一典型應用主題中，首先使用大幅寬但是空間、光譜分辨率較低衛星進行大范圍的區域普查，發現疑似火點信息，然后再引導高光譜、高空間分辨率的衛星進行精細識別，從而實現森林火災等目標的快速感知與精細識別的統一，提高衛星用于應急響應的應用能力；
（2）互補協同策略：指的是具備不同觀測能力的多顆、多類遙感衛星，根據不同的觀測條件，選擇滿足觀測條件最優的衛星進行觀測，從而實現不同遙感衛星信息獲取手段上的互補，提高觀測可靠性與有效性。例如：在海上船只識別這一典型應用主題中，當觀測時段為白天、天氣條件良好的情況下優先選用光學遙感衛星進行觀測，而當觀測時段為黑夜或天氣條件惡劣的情況下則優先選用SAR遙感衛星進行觀測，從而實現光學和SAR兩種類型遙感衛星間的互補協同，最終實現對海上船只的全天候觀測能力；
（3）覆蓋協同策略：指的是多顆遙感衛星針對大范圍區域目標，為各顆衛星分別指定不同觀測區域，從而實現多顆遙感衛星對大范圍區域的快速觀測，減少或避免無效的重復觀測，縮短整體觀測周期，提升信息獲取時效性；
（4）接力協同策略：指的是對同一目標，通過多個衛星在短時間內依次過境進行多次觀測，延長對同一目標的整體觀測時長，實現對同一目標特別是固定時敏目標或位置移動目標的連續觀測能力。例如：在海上船只監測這一典型應用主題中，可以通過多顆衛星在短時間內連續通過目標區，實現十余分鐘至數十分鐘的連續監視，從而實現對海上船只運動過程、運動狀態的觀測；
（5）融合協同策略：指的是對同一目標，通過多種不同類型衛星或載荷分別進行觀測，獲取不同類型觀測信息，對這些觀測信息進行像素、特征或決策等不同尺度的信息融合處理，實現多種信息源的融合應用。例如：全色衛星載荷與多光譜衛星載荷融合便是典型的融合協同觀測，可以實現對同一目標的高空間分辨率與高光譜分辨率信息融合應用。
（6）多視角協同策略：指的是對同一目標，通過多顆遙感衛星從多個角度同時或在較短時間內進行多次觀測，從而不僅可以獲取目標各個方向、各個角度的信息，更可以通過攝影測量處理獲取目標的三維立體信息。
多源衛星協同觀測策略建模的基本方法如圖 4所示。
（1）確定協同觀測策略類型：基于給定的典型應用主題A，從上述協同觀測策略或更多的協同觀測策略中，選取一種或多種多源遙感衛星協同觀測策略類型，記為C；
（2）篩選協同觀測衛星及其載荷資源：在給定的協同觀測策略類型C條件下，從給定可用的多源遙感衛星W1，W2……Wr（r為衛星數量）中，選取若干遙感衛星及其載荷作為參與協同觀測的衛星資源，記為K1，K2……Kl（l為參與協同觀測的衛星數量）；
（3）定義多源衛星及其載荷觀測時序：根據協同觀測策略類型C，以及應用主題A和參與協同觀測的衛星資源K1，K2……Kl等條件，同時考慮不同衛星及其載荷間的數據特征依賴關系，定義多顆遙感衛星協同觀測的時序，包括一般意義上的時間順序，也包括邏輯上的前后承接關系，例如：假設Ki為大幅寬、中低分辨率衛星資源，Kj為小幅寬、高分辨率衛星資源，在觀測時Ki衛星首先進行大范圍普查觀測，Kj衛星然后進行小區域精細觀測，則上述兩顆衛星觀測的時序可記為KiKj；
（4）定義多源衛星及其載荷多次觀測的間隔時間要求：在確定多源衛星及其載荷觀測時序后，進一步定義相鄰時序的前序衛星資源觀測事件與后續衛星資源觀測事件的間隔時間要求，包括最小間隔時間和最大間隔時間，例如：對于衛星觀測時序KiKj，其最小間隔時間記為ΔTmin，最大間隔時間記為ΔTmax；
（5）量化描述單次觀測的特定觀測條件：對于任意一次觀測事件Ki，對其特定的觀測條件，例如：衛星觀測指向角、單次連續觀測時長、是否要求立體成像等用量化指標進行描述，可以是指數型參數，也可以是狀態型參數，記為Y1，Y2……Yh（h為單次觀測的特點觀測條件參數數量）。
通過上述步驟，即完成了多源衛星協同觀測策略建模，為多源衛星需求建模和協同任務規劃提供了協同觀測約束條件。
3.4 應用需求與衛星觀測能力模型關聯分析方法
在典型應用主題的多樣化需求建模、多源衛星觀測能力建模和多源衛星協同觀測策略建模完成后，以同類模型參數為紐帶，構建典型應用主題的多樣化需求模型的需求指標參數與多源衛星觀測能力模型的衛星及載荷能力指標參數間的映射關系，實現“應用任務需求參數――衛星及載荷能力參數”的關聯與轉化；同時以衛星軌道運動模型為基礎，將多源衛星協同觀測策略模型的相關策略參數轉化為時間序列事件，并引入衛星軌道運動時間序列中，從而實現將多源衛星協同觀測策略模型參數轉化為多源衛星觀測能力模型附有時間條件的約束參數；最終基于衛星軌道運動模型及目標訪問計算進行任務規劃，得到滿足給定應用需求與衛星觀測能力的可用任務集。
應用需求與衛星觀測能力模型關聯分析基本流程如圖 5所示。
（1）獲取典型應用主題的多樣化需求模型的模型參數集：這里的模型參數主要指需求模型特征參數X；
（2）獲取多源衛星觀測能力模型的模型參數集：這里的模型參數主要指衛星及載荷觀測能力指標參數Q；
（3）需求與觀測能力模型參數關聯與轉化：構建典型應用主題的多樣化需求模型的模型參數集X與多源衛星觀測能力模型的模型參數集Q兩者間的同類型模型參數間的映射關系，例如：應用需求模型的空間分辨率參數為Xi，衛星觀測能力模型的某衛星資源空間分辨率指標參數為Qj，則建立Xi到Qj的映射；
（4）衛星及載荷資源篩選：根據需求與觀測能力模型參數的關聯關系，通過模型參數比對分析，計算衛星觀測能力參數是否滿足應用需求參數的要求，篩選出滿足要求的衛星及載荷資源；
（5）獲取多源衛星協同觀測策略模型參數集：這里的模型參數主要指策略條件參數Y；
（6）策略分解為時序事件：將設置的多源衛星協同觀測策略Y按照策略中定義的事件的時間序列分解，構建時序事件Y（t），將協同觀測策略用一系列衛星動作事件的時間序列來表示；
（7）策略時序事件關聯與轉化：將多源衛星協同觀測策略時序事件Y（t）與經過衛星與載荷資源篩選的多源衛星觀測能力模型的模型參數集Q進行關聯，根據策略時序事件Y（t），分別為每一步時序事件設置對應的衛星觀測能力模型參數；
（8）目標訪問任務規劃：在上述模型參數關聯分析的基礎上，基于衛星軌道模型進行目標訪問計算，得到滿足應用需求與衛星觀測能力要求的觀測任務序列。
上述步驟完成后，即完成了整個的面向應用主題的多源遙感衛星需求建模，從而將用戶的觀測應用需求，轉化為符合衛星及載荷觀測能力約束條件，并通過任務規劃得到滿足應用需求的觀測任務，從而為衛星觀測任務計劃制定提供依據。
4 軟件實現
基于上文所述的建模方法，面向海上臺風監測、海上溢油監測和森林火災監測等典型應用主題，以目前在軌的高分、資源、環境等國產遙感衛星為衛星資源，研制多源遙感衛星協同數據獲取需求建模軟件，實現面向應用主題的多源遙感衛星需求建模方法軟件實現。
整個軟件采用“平臺+插件”的體系架構，構建統一的基礎支撐平臺，實現對處理數據、計算資源和模塊插件的統一管理；上文所述的各個模型開發為相對獨立的算法模塊插件，可被軟件基礎支撐平臺靈活調用，并通過不同插件之間的組合，形成不同的處理流程和完整的面向應用主題多源遙感衛星需求建模功能。
軟件主要包括三大組成部分：觀測需求分析軟件、觀測任務管理軟件、分析結果可視化軟件。觀測需求分析軟件實現對典型應用主題多樣化需求的建模和多源衛星觀測能力的建模，觀測任務管理軟件實現對多源衛星協同觀測策略的定制以及任務規劃分析，分析結果可視化軟件實現對基于需求建模的任務規劃分析結果三維可視化展示。
觀測需求分析軟件的整體界面及典型應用主題多樣化觀測需求配置界面分別如圖 6和圖 7所示。
觀測任務管理軟件的整體界面及多源衛星協同觀測策略配置界面分別如圖 8和圖 9所示。
分析結果可視化軟件的需求建模與任務規劃分析結果界面如圖 10所示。
5 結論
本文面向多源遙感衛星的協同觀測應用需求，針對典型應用主題開展了了多樣化需求建模研究；針對多星、多載荷的差異化觀測能力與協同觀測要求，開展了多源遙感衛星觀測能力建模與多源衛星協同觀測策略建模研究；并基于上述建模結果，開展了應用需求與衛星觀測能力模型關聯分析研究，實現應用需求向衛星觀測能力的轉化；最后對相關模型開發相應軟件，完成面向應用主題的多源遙感衛星需求建模軟件實現。
本文所述的面向應用主題的多源遙感衛星需求建模方法可以為復雜衛星對地觀測任務的任務規劃提供技術支撐，也可以為衛星遙感應用效能優化提供驗證手段。同時，本文所研究的建模方法還只以若干典型應用主題為個別應用場景開展研究，模型所用的衛星資源也只是常規遙感衛星資源，后續一方面應對所研究的應用主題進行拓展，使本文所述建模方法成為具有應用主題普適應的需求模型構建方法，另一方面應將敏捷衛星、靜止軌道凝視衛星、視頻衛星等新型衛星資源開展納入建模體系并開展研究，應對衛星技術發展的需要。
參考文獻
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作者簡介
張曉（1985-），男，四川省合江縣人。碩士學位。現為航天恒星科技有限公司系統設計師、工程師。主要研究方向為天地一體化對地觀測系統仿真、效能評估與數據處理。
關鍵詞：冬小麥；環境；氣象衛星；遙感監測
中圖分類號：X16 文獻標識碼：A 文章編號：1674-0432（2010）-09-0166-1
近年來，氣象衛星在氣象預報分析方面更加準確和迅速，并且逐漸應用到環境科學領域。上世紀80年代初，第3代美國極軌氣象衛星環境資源監測被越來越多的國家所運用，其不僅可以用來監測各地干旱情況，還可以用來全球植被資源的監測等。因此我們也用其來研究我國宏觀植被季相動態變化。近年來，由于估產業務的需要，我國進一步利用1Km分辨率NOAA-AVHRR的圖像資料系列，對北方冬小麥的生長過程進行動態監測，并將分析的結果及時提供給相關的管理部門，而且通過對冬小麥生長的宏觀動態監測，為估算冬小麥種植面積和估產提供依據。
1 資料及辦法
用氣象衛星所獲得的資料和地面觀測資料來對北方冬小麥來進行氣象衛星遙感監測與估產，并且其數據要具有時效性和準確性。
1.1 如何獲取及處理氣象衛星資料
中國氣象局--衛星氣象中心是氣象衛星資料的來源地。每年秋季在冬小麥出苗時，目視刪選符合條件的冬小麥種植區及衛星資料，運用已開發的應用軟件對相關的數據在特定工作站完成處理以及加工，隨后形成等位網格點資料。通過遙感植被指數來提取冬小麥為主要對象的綠色植被信息。用AVHRR第1通道和第2通道的光譜信息經簡單線性組合構成歸一化差值植被指數和比值植被指數。其與冬小麥的葉面積系數、生物量等有密切關系。植被指數的變化由于受作物的長勢和覆蓋度的影響，因此用植被指數作為生長狀況的定量標準，由于植被指數受土壤背景的影響很小，當植被覆蓋度大于15%小于80%時，其與作物生長覆蓋度的增大幾乎沒有關系。同時，在作物主要生長周期內，雙向輻射和大氣影響對其影響也非常小．因此本文主要分析用了植被指數，間接地用到比值植被指數加工過后的的氣象衛星資料處理方法包括以下三種：
第一，是由熱紅外通道形成的彩色圖像。通道分別用紅藍綠來表示，圖像上藍黑色代表水體，綠色代表植被，紅色表示溫度較高的地表，形成的圖像接近真彩色，因此主要用于宏現地理識別。
第二，是植被指數偽彩色圖像。冬小麥生長期間，麥區的植被指數值變化在0.05-0.8之間，云區及有水域的地方出現的是負值。為了便于解譯，制圖時將植被指數值擴大一萬倍。結合地面實際情況來分析，土壤信息值在0-250之間，土壤和綠色植被的混合信息值介于250-500之間，500以上就是綠色植被信息值。在偽彩色圖像里，黑色表示負值區，棕黃色值為0-250，白色值在250-500之間，500以上則是綠色及其它顏色，此辦法主要用在植被信息的提取。
最后一種是加工成定量數據。主要用于定量分析和組建模型。其方法是將植被指數以縣為單位計算出植被指數縣平均值、合計值以及所占比例等。
1.2 地面觀測資料
對作物遙感監測和估產，地面觀測資料意思重大，由于其真實性和準確性，對建立遙感解譯標志、估產模型的創建以及預報的準確與否方面都起關鍵的作用。在保證一定準確精度和代表性的前提下對地面觀測點進行合理準確的選擇，因此抽選的樣點要盡可能的多，得出的范圍以及面積才越接近實際情況，從而具有普遍性，這樣的樣點才更具有代表性。由于北方冬小麥的種植范圍大，自然環境和經濟發展狀況存在差異，因此就需要對冬小麥種植區進行層次劃分。北方冬麥區劃分為14層，并抽取了137個樣縣組成包括農學觀測資料和農業數據在內的地面觀測網，將地面觀測到的實況資料通過統計加工，及時地通過氣象專用通道，上報給監測和估產部門。
2 冬小麥生長的宏觀動態監測
作物長勢分析是一個對冬小麥各長勢階段進行全面觀測的過程，通過專用氣象衛星來對冬小麥的生長發育變化過程進行宏觀動態監測，北方種植冬小麥，播種是從9月中陸陸續續開始，主要生長期是在11月前后．返青在來年2月，收割是在6月初。在冬小麥主要生長期11月，除了偏南地區的越冬油菜外與冬小麥同期生長，其余基本都是在4月下旬至5月上旬才開始播種和出苗。因此，從11月-4月，北方的主要植被就是冬小麥，因此獲得的衛星資料也主要是指冬小麥信息。
2.1 監測冬小麥的發育期
對作物進行長勢分析的重要途徑之一就是及時、全面地監測作物發育期的變化情況，因為通過對發育期的監測可以及時、全面地了解作物的發育速度和進程。目前為止，冬小麥發育期的資料獲得基本是從有代表性的固定地點定時觀測得來的，因此存在不全面、不及時也不準確的特點。但是利用衛星圖像可以使我們可以獲取定量化植被指數，這樣我們不但可以對小麥發育期變化提供直觀信息，也可以為發育期地理界限的劃分提供宏觀依據，從而彌補以往傳統的觀測方法帶來的局限和不足之處。
2.2 冬小麥長勢監測
冬小麥的產量與冬小麥各發育階段的長勢情況有著非常密切的關系。壯苗越冬和來年成穗由冬小麥冬前分蘗期的長勢來決定，群體穗鼓和穗粒數取決于返青-撥節期的長勢情況，冬小麥生長的關鍵期是抽穗階段，因此，冬小麥成長的每一個階段都會影響籽粒的產量。通過對衛星系列圖像的分析解譯，可及時了解冬小麥苗長勢的變化。
3 結束語
極軌氣象衛星的發展，使人民對冬小麥的生長全過程有了全面的了解；為農業各部門制定各種管理措施和方法提供了科學依據。遙感監測技術的應用，用量化植被指數值對冬小麥長勢隨時進行宏觀監測，從而獲得反映作物生長和環境背景的圖像，彌補以往靠地面定點觀測資料來評價作物生長狀況的缺陷，從而大大提高了對作物生長狀況監測的范圍。
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陸地觀測衛星數據的分況
截至201 3年6月底，共向全國用戶分發陸地觀測衛星數據產品430余萬景，其中，資源一號01、D2、02B衛星數據產品112萬景，環境一號1A、1B衛星近300萬景，資源一號02C和資源三號高分辨率衛星數據26萬景。注冊用戶單位涵蓋全國34個省市自治區（含港澳臺地區）共計3000余家。
自資源三號、資源一號02C正式交付用戶使用以來，高分辨率遙感數據應用于國家重大項目的數量迅速增長，農業、林業、水利、國土資源、測繪、海洋、城市規劃、災害監測、政府部門和科研等行業用戶共有76個用戶使用近9000景（約2134萬平方千米）數據，高分辨率數據產業化應用初見成效。
陸地觀測衛星數據的典型應用
衛星數據分發量增長迅速的背后是衛星數據應用領域的不斷擴大。國產陸地觀測衛星數據在農業、林業、水利、國土資源、城市規劃、環境保護、災害監測等領域的廣泛應用，創造了巨大的社會效益和經濟效益。
2013年1月，為了促進國產陸地衛星高分辨率衛星數據在國民經濟各行業的業務化應用，環境保護、交通、水利、林業、地理與資源、地震、測繪、海洋環境等八個行業的用戶代表單位就業務化應用與中心聯合簽署了《國產陸地觀測衛星數據行業應用戰略合作協議》。這八家單位分別是：環境保護部衛星環境應用中心、中國交通通信信息中心、水利部水利信息中心、國家林業局調查規劃設計院、中國科學院地理科學與資源研究所、中國地震局地震預測研究所、國家基礎地理信息中心、國家海洋環境監測中心，開創了我國陸地觀測衛星數據行業應用的新局面。
在國土資源調查與執法中的應用：中心與遼寧省國土資源廳和山西省國土資源廳開展合作，分別將資源三號和資源一號02C衛星影像用于遼寧省和山西省的新增建設用地和礦區遙感動態監測，在2012年遼寧省和山西省國土資源執法檢查與土地批后監管等工作中發揮了重要作用，為國土資源管理決策提供了翔實準確的依據，得到了遼寧省和山西省國土資源廳的好評。
在環境保護中的應用：環境部衛星環境應用中心基于2011-2012年的國產陸地觀測衛星高分辨率數據開展了飲用水源地保護區風險源遙感監測工作，通過野外實地檢驗，證明飲用水源地風險源遙感影像解譯結果基本正確。國產陸地觀測衛星高分辨率數據，可以協助全面把握水源地風險源，減少了野外工作量，便于制定有效的核查路徑，為水源地風險源督察工作提供了良好的支撐。
在林業領域的應用：2009年，中心與國家林業局濕地資源監測中心開展合作，利用資源一號02B星以及部分資源一號02星和環境一號1A、B星的數據開展6個省市的濕地調查，采用遙感影像解譯與實地野外調查相結合的方法，將面積大于8公頃的濕地進行調查摸底，為全國林業發展與改善生態環境、加強生態建設、維護生態安全提供支持。
在水利領域的應用：2011年初以來，長江中下游地區降水持續偏少，江南大部降水量偏少2～5成，其中部分省區的平均降水量較多年平均同期偏少一半以上，為近61年來同期最少。水利部水利信息中心利用2009-2011年的環境衛星30米CCD影像，提取了漢江中下游水體信息，與2009年5月20日提取結果對比，可以清晰地看到2011年漢江中下游水體總面積明顯減少。
在災害監測中的應用：在國內重大自然災害監測方面，中心利用國產遙感衛星開展了全國范圍內發生的重大自然災害的動態監測和災害評估工作，制定了重大自然災害應急監測工作機制和應急預案。每次災害發生時，中心第一時間啟動災害監測工作機制和監測預案，積極安排衛星資源，開展災情遙感監測，在汶川地震、南方雪災、澳大利亞火災、太湖水華、淮河洪澇等災害應急監測中均發揮了重要作用。
陸地觀測衛星的國際化
中心近來不斷堅持“走出去”發展戰略，服務國家外交和安全，支持國家遙感衛星的海外拓展，不斷提升中心的國際競爭力，目前已經成為我國民用對地觀測領域國際交流與合作的重要窗口之一。
參加國際組織履行國際義務和社會責任
2007年5月我國以國家航天局的名義加入空間與重大災害國際組織，為全球災害監測提供服務。6年來，我國正式執行30個時間段的緊急事務官國際值班，響應與處理國際重大自然災害請求28次，及時調度和安排國際衛星資源對災區成像，為世界范圍重大自然災害提供了援助。
中心積極參加國際衛星對地觀測委員會（CEOS）的多項活動，參與協調該組織中所有國際民用衛星對地觀測任務。積極利用CEOS組織與全球衛星數據用戶對話的論壇，擴大中國航天在國際上的影響。
中心積極參與全球對地觀測組織的各項活動，在全球觀測、資源調查、環境監測等多方面發揮作用。承擔項目了機構發展和個人能力、基礎設施建設項目、全球森林觀測計劃等項目，為中國政府開展國際對地觀測合作提供了有力支撐。
推廣遙感數據海外落地
開展國際技術交流合作
①遙感數據落地南非
由中心承擔的資源一號02B星南非地面系統建設項目，實現了資源一號02B星的遙感數據成功落地南非，這也是中國遙感衛星成功邁向海外的第一步。該項目的成功實施也擴大了我國和南非在遙感領域的國際合作，為中非科技合作作出了重大貢獻。
2007年11月，在全球對地觀測組織第四次全會和第四屆部長峰會會議期間，中巴兩國代表團召開新聞會，科技部部長萬鋼宣布了資源一號02B星數據在非洲共享的決定。授權中國資源衛星應用中心在南非建立資源一號02B星數據接收站，并進行數據處理、存儲和分發，待運行機制取得成效后在非洲其他國家進一步推廣。
資源一號02B星南非站已于2008年投入運行，這是我國首次在海外建立的遙感衛星數據接收站。之后將繼續開展資源一號03星在南非的數據落地。
②泰國建站
2011年4月1日，中心為泰國承建的環境一號1A衛星遙感地面站正式交付泰方，這是我國首個成套從接收到處理、存儲、分發的地面系統出口，實現了零的突破。2011年7月9日，該地面站被命名為“朱拉蓬公主遙感衛星地面站”。
衛星覆蓋泰國及周邊的越南、老撾、柬埔寨、緬甸、孟加拉國、尼泊爾、不丹、印度、馬來西亞、印度尼西亞、菲律賓等眾多國家及海域，總面積達到2041萬平方千米。
③與亞太空間合作組織建立數據共享服務平臺
2011年5月6日，中心與亞太空間合作組織在北京正式簽署數據共享服務平臺合同。該項目是中心首次參與國際競標并成功中標的成功范例，進一步擴大了我國遙感衛星數據在亞太地區的影響，擴展了國際市場。
④資源一號03衛星數據（東盟）共享服務平臺項目
2012年9月21日，科技部部長萬鋼宣布中國-東盟科技伙伴計劃正式啟動，資源一號03衛星數據（東盟）共享服務平臺作為該計劃第一個項目獲得批準。
中心負責該項目的研制、實施、培訓交流和技術支持。其目標是依托我國的資源一號03衛星數據資源，建立資源一號03衛星數據（東盟）共享服務平臺，使東盟各國可以使用我國的中低分辨率遙感衛星數據，實現資源一號03衛星數據在東盟地區的共享。共享服務平臺包含北京數據中心、新加坡接收站、數據共享服務用戶終端等三個部分的內容。
隨著我國遙感衛星技術的快速發展和遙感衛星數量的逐漸增多，我國長期、穩定、連續的陸地觀測空間信息基礎設施正在形成。