正文 5 無形操作——遙感遙控遙測技術(2 / 3)

航空航天遙感對地定位趨向於不依賴地麵控製,即確定影像目標的實地位置(三維坐標),解決影像目標在什麼地方是攝像與遙感的主要任務之一。在原先已成功用於生產的全自動化GPS空中三角測量的基礎上,再利用DGPS和INS慣性導航係統的組合,可形成航空航天影像傳感器的位置與姿態自動測量和穩定裝置,從而可實現定點攝像成像和無地麵控製的高精度對地直接定位。在航空攝影條件下,精度可達到分米級;在衛星遙感條件下,精度可達到5~10米。該技術的推廣應用,將改變目前攝影測量和遙感的作業流程,從而實現實時測圖和實時數據庫更新,若與高精度激光掃描儀集成,可實現實時三維測量。

另外,我國在衛星遙感技術方麵也取得了巨大進展。到目前為止,我國已經成功發射了二十多顆返回式衛星。這為資源、環境研究和國民經濟建設提供了寶貴的空間圖像數據,在我國國防建設中也起到了不可替代的作用。我國自行研製和發射了包括太陽和地球同步軌道在內的六顆氣象衛星。氣象衛星數據已在氣象研究、天氣形勢分析和天氣預報中廣為使用,實現了業務化運行。1999年10月我國第一顆以陸地資源和環境為主要觀測目標的中巴地球資源衛星發射成功,結束了我國沒有較高空間分辨率傳輸型資源衛星的曆史,已在資源調查和環境監測方麵實際應用,逐步發揮效益。我國還發射了第一顆海洋衛星,為我國海洋環境和海洋資源的研究提供了及時可靠的數據。

除了上述發射的遙感衛星外,我國還先後建立了國家遙感中心、國家衛星氣象中心、中國資源衛星應用中心、衛星海洋應用中心和中國遙感衛星地麵接收站等國家級遙感應用機構。同時,國務院各部委及省市地方建立了一百多個省市級遙感應用機構。這些遙感應用機構廣泛地開展氣象預報、國土普查、作物估產、森林調查、地質找礦、海洋預報、環境保護、災害監測、城市規劃和地圖測繪等遙感業務,並且與全球遙感衛星、通信衛星和定位導航衛星相配合,為國家經濟建設和社會主義現代化提供多方麵的信息服務。這也為迎接21世紀空間時代和信息社會的挑戰打下了堅實的基礎。

隨著傳感器技術、航空航天技術和數據通信技術的不斷發展,現代遙感技術已經進入一個能動態、快速、多平台、多時相、高分辨率地提供對地觀測數據的新階段。

5.3.2無處不在的遙感技術

國際上衛星遙感技術的迅猛發展,將在未來15年把人類帶入一個多層、立體、多角度、全方位和全天候對地觀測的新時代。由各種高、中、低軌道相結合,大、中、小衛星相協同,高、中、低分辨率相彌補而組成的全球對地觀測係統,能夠準確有效、快速及時地提供多種空間分辨率、時間分辨率和光譜分辨率的對地觀測數據。

隨著對地觀測技術的進步以及人們對地球資源和環境的認識不斷深化,用戶對高分辨率遙感數據的質量和數量的要求也不斷提高,從而促進了高光譜分辨率遙感的發展。

遙感技術包括傳感器技術,信息傳輸技術,信息處理、提取和應用技術,目標信息特征的測量與分析等多種技術,以便用於不同的應用領域。比較常見的應用有:天氣與氣候遙感、陸地水資源調查、土地資源調查、植被資源環境調查、地質調查、城市和人居住環境遙感、海洋資源調查、測繪、考古調查、環境監測和規劃管理等。

遙感技術應用於大麵積的地質災難調查,可達到及時、具體、準確且經濟的目的。在2008年“5.12”四川汶川大地震的後續救援工作中,遙感技術就發揮了突出作用。它第一時間提供了地質地貌變化情況。經過分析,科研人員判斷出當地哪些地方仍存在泥石流隱患,哪些地段發生大型泥石流的可能性較小,讓前方人員可以更有針對性地安排救災工作。

在林業方麵,利用遙感技術可以清查森林資源,監測森林火災和病蟲害。火災是林業的大敵,利用航空紅外遙感技術,不僅能發現已燃燒起來的烈火,而且可以探測到麵積小於0.3平方米的小火情,還能及時預報由於自燃尚未起火的隱伏火情。利用衛星遙感,一次就可探測到上千平方千米範圍內發生的林火現象。衛星遙感防火監測服務在吉林省森林和草原防火工作中發揮了重要作用,對於人煙稀少的原始林區,能及時監測到瞭望崗哨難以發現的火點,為林火的撲救贏得時間。

在伊拉克戰爭中,遙感技術發揮了重要的作用,如打擊目標的確定、水源的發現、地下坑道的發現、隱藏所的目標鎖定等。它為戰爭的戰略指揮和後勤工作做了充分的準備,最大限度地發揮攻擊效益,極大地增強了軍隊戰鬥力。自動化偵察係統、搜集預處理情報係統、自動化通信係統、氣象偵察等,充分保障了空中、地麵作戰的進行。遙感技術獲得的信息探測範圍大,資料新穎,而且為動態變化,還可迅速成圖;搜集資料方便,不受雨霧、地形等條件的限製。

科索沃戰爭就是一場現代化的信息戰,科索沃上空有20多顆衛星進行追蹤定位偵察,監視部隊動態變化並及時傳遞信息,製導轟炸。

阿富汗戰爭中有太多的始料未及的“B-52”遠程轟炸,直接從美國本土起飛,飛行超過5000千米,且目標準確,由於傳感的精確製導,美國從印度洋上的航空母艦直接進行導彈發射。雖然阿富汗有多山的優勢,但其在遙感監聽下亦喪失殆盡,崇山峻嶺中山洞的防禦亦不能逃脫精確製導的打擊,微波的功能讓塔利班地下工事無所遁形。

農業遙感是指利用遙感技術進行農業資源調查、土地利用現狀分析、農業病蟲害監測、農作物估產等農業應用的綜合技術。農業是當前遙感應用的最大領域之一。在2007年的中央一號文件中寫道:“鼓勵有條件的地方在農業生產中積極采用全球衛星定位係統、地理信息係統、遙感和管理信息係統等技術。”可見遙感技術在農業生產中有重要的地位。

農業遙感主要用於:①農作物估產與監測。2004年以來,利用遙感估產運行係統得到的冬小麥、玉米的長勢、墒情、麵積和產量監測結果,一直被納入農業部“農情信息發布日曆”,成為農業部糧食會商的三大信息渠道之一,並通過農業部官方網站對外發布。像遙感站所進行的冬小麥監測、玉米監測,就是遙感估產運行係統中的地麵調查係統。②病蟲害防治中的應用。在小麥生產中,小麥條鏽病是損失大、危及範圍最廣的一種病害。長期以來,我國對小麥條鏽病的監測工作僅限於田間取樣調查。但是,針對大麵積病害的監測,采用人工調查不僅耗費大量人力物力,而且監測效率很低,等病情上報到有關部門時,往往病害已大範圍暴發。在國家自然科學基金的支持下,中國農業大學農學與生物技術學院副院長馬占鴻教授帶領的研究團隊,已能夠利用衛星遙感技術對我國主要小麥品種實施條鏽病病情監測。和人工進行農作物病蟲害監測相比,采用衛星遙感監測效率更高,精度更高。③農情監測。農情參數的獲取可以用於指導農田的生產管理,實行變量投入,達到優化生產、提高生產率、減少汙染的目的,是現代化農業發展的趨勢。遙感技術具有覆蓋範圍大、探測周期短、現時性強、費用成本低的特點,為農情參數快速、準確、動態地獲取提供了重要的技術手段。

遙感技術還可以應用於環境監測,既可宏觀觀測空氣、土壤、植被和水質狀況,為環境保護提供決策依據,也可以實時快速跟蹤和監測突發環境汙染事件的發生、發展,及時製訂處理措施,減少汙染造成的損失。

利用紅外掃描儀還可以監測石油汙染,全球每年排入海洋的石油及其製品高達1000萬噸,利用多光譜航片可對海麵石油汙染進行半定量分析,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,可以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毫米厚度的海麵油膜區分出層次來,這有利於用航空遙感對海麵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。通過對汙染發生後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麵積。

遙感技術對於暴雨、水土流失、地震和山體滑坡等地質災害的調查與監測也很有效。地震與地球活動構造塊體的分布及其活動方式密切相關,利用衛星預測地震技術主要集中在電磁波輻射和電離層異常監測、地表形變監測、紅外輻射監測以及衛星重力監測等方麵。

在遙感技術方麵,目前形成的比較出色的四大遙感技術分別為激光遙感、成象雷達、紅外圖像、微光放大。遙感在軍事應用中廣泛應用於核武器布局、導彈發射、戰場監視等方麵,在民用事業上廣泛應用於環境保護、農業應用、地質觀測、森林防火、物流和人流監控、天體觀測和氣象預報等諸多領域。

總之,衛星遙感技術的迅速發展,把人類帶入了立體化、多層次、多角度、全方位和全天候地對地觀測的新時代。

5.4遙測技術

在信息技術飛速發展的今天,尤其是伴隨著射頻技術、集成電路技術的快速發展,無線通信功能的實現越來越容易,數據傳輸的速度也越來越快。技術的發展使人們遠距離對被觀察對象的測量成為可能,遙測技術就是這樣一種可以遠距離測量的技術。

在宇宙探索中,遙測技術幫助人們了解太陽係遙遠天體上的氣溫、大氣構成和表麵情況。在軍事上,投放在敵方的遙測儀器能傳回許多情報,取得導彈和飛機的飛行數據,收集核試驗情況。在工業上,遙測技術使許多龐大的係統高效安全運行,如電力、輸油、輸氣係統、城市自來水供應係統、煤氣和供暖係統等。

遙測技術也用在醫學上。醫生可以對重病員的脈搏、呼吸、心電圖、體溫、血壓等身體參數進行遙測,以便及時發現病情變化,采取急救措施。此時將傳感器緊貼在病人的皮膚上,將微型編碼器、調製器和發射機安放在病人的衣服口袋裏。傳感器探測出病人的生理參量並將其變換成電信號,經過編碼、調製之後通過天線發送到醫務值班室或者醫療中心。接收機接收到信號之後經過解調、譯碼後送到顯示屏上,這樣就可以清晰地顯示出病人的生理變化情況,供醫務人員實時了解病人的情況,對病人進行實時監護、診斷和會診,同時可以通過記錄器進行記錄,供醫務人員研究分析。

又比如,航天員在宇宙飛船發射加速升高的過程和宇宙飛船再入大氣層向下降落的過程中,以及宇宙飛船進入太空軌道之後,宇航員的身體都要承受巨大的加速度。如果宇航員長期停留在太空中,還會在心理上產生孤獨寂寞等感覺。為了保證宇航員在執行任務時心理和生理的健康,可以利用無線電遙測技術研究宇航員在超重和失重等情況下的生理反應,做好宇航員的保健管理工作。

在研究動物的生活習性時,遙測技術也是最有力的手段之一。給動物帶上有傳感器的發報機後,人們在實驗室就可以研究野外動物的動態。20世紀70年代末,研究人員發明了一種觀察動物的新方法。在此之前,人類隻能粗略地說明物種的分布和洄遊行為。動物如何生活、獵食、交配,本身有何需求,都隻能依靠猜測。當然,人們也對數千種動物進行過長期觀察,但限於觀察條件,幾乎無法對動物的自然行為做出真實的推論;即使是在動物原來的生存空間裏對其進行研究,收獲也很有限——動物要不暫時逃走,要不幹脆不露麵。事實上,研究人員往往在開始觀察動物之前,就被他的研究對象發現。黑猩猩或海豚之類膽子較大的動物,常針對觀察者的不同,做出或攻擊或好奇的反應,或賣弄風情,或擺出姿勢,使得研究人員完全無法下客觀的結論。一旦動物們表演夠了,就鑽進叢林、飛上天空或潛下水底,恢複真實的行為模式,而人類卻無法跟到那兒去觀察研究。

自達爾文以來,生物學家始終渴望了解海豹或魚類在寒冷黑暗的南極水域究竟如何生存。怎樣才能了解冰層覆蓋下的生態群落?如果不是搭飛機而是坐在大雁的背上從地中海飛往非洲,看到的世界會是什麼樣子?一隻蜜蜂24小時之內的經曆如何?怎樣才能得到翅膀揮動的頻率、心跳節奏、血壓、攝食行為、生理潛水能力、氧氣儲存的數據,以及船隻噪聲或水下爆破等人類發展對海洋哺乳動物的影響結果?

早在20世紀50年代末,美國科學家即提出在動物身上安裝探測器的計劃。不久,美國海軍便拿受過訓練的海豚做實驗,結果卻因機器太大、太重而宣告失敗。背上的發射機原本是要提供與海豚自然行為相關的信息,如果儀器本身就影響了這一行為,那又有什麼意義呢?

有段時間,大家隻是在兜圈子,直到微電子學出現才進步神速。巧克力大小的發射機和超輕型攝像機,直接從野外傳回一切數據——動物背著不足15克的高科技產品在熱帶森林裏散步,或潛遊在南極冰層底下,完全沒有發現自己身上有異。

研究發展到極致,則是給昆蟲安裝僅1毫克重的微型發射機。發射機的能量來源為雷達波,能以雙倍的頻率傳回信號,在700米開外就能清楚地接收到數據。