童庆禧：空间信息技术与社会可持续发展.doc

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今天谈的是关于空间信息技术和社会可持续发展的问题。首先我向大家作一个简单的说明，什么叫作空间信息技术？实际上，这个在国际上也没有一个完整的定义。 现在我们国家用得比较多的，在我们这里往往又称为地理空间信息技术，从技术层面上来看，它是遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、卫星全球定位系统 （GPS）与通讯技术、网络技术的综合集成，将空间对地观测信息的获取、处理、分析、应用结为一体的信息技术体系。从目标层面来看，整个空间信息技术的主 要目标是研究并支持社会可持续发展。我们指的社会经济文化的可持续发展，体现了资源环境人口的和谐与协调，特别是在当前人类面临着严重的资源亏缺、环境恶 化、人口剧增，灾害频繁等问题下，随着它的社会功能的不断完善和提高，支持社会可持续发展的能力也就越强。经济社会的可持续发展，当然首先需要有资源环境 和人的支持，但信息也同样是一个很重要和不可或缺的方面。我们今天要谈的主要涉及空间信息技术中的遥感问题。那么什么是遥感呢？遥感就是远离目标，不直接 接触物体来感知、测量和判定该物体的物理和几何特性的现代新兴技术。遥感本身是物理学、电子学、光学、计算机科学的发展并与地学、宏观生物学等相结合的一 个集中的体现。  遥感所利用的主要是电磁波资源。我们眼睛能感受到或看到的光线只是电磁波中非常有限的一部分，我们叫可见光。实际上 有大量的比可见光短的或长的电磁波，我们的眼睛根本感受不到。遥感采用特殊的仪器，可以利用到十分宽广的电磁波范围（图1）。比可见光短的，有紫外线；比 可见光长的叫红外线，它又可分为近红外、短波红外、中波红外，还有热红外和远红外，再长还有微波、无线电波等，它们的波长可以到几公里、数十公里、数百公 里，甚至数千公里。遥感利用电磁波，利用各种物理光学和微波仪器，从空间来观测地球。从空间观测和研究地球资源和环境，研究地球表面所发生的事件和现象已 经成为了现代地学技术的一种倾向。这张图（图2）表示了空间对地观测系统的状况。当然现在围着地球转的，绝不仅有这几颗卫星。这里面表示了三种不同的轨 道，如在数百公里上高度运行的低轨道，在几千公里上运行的中轨道，在最外层是地球同步轨道，地球同步轨道的卫星是在地球赤道平面上空约36000公里处。 在这个轨道上，卫星相对地球而言是基本静止的。例如我国的“风云二号”气象卫星、“北斗三号”导航卫星等就是地球同步轨道卫星。我们的地球实际上随时随地 都在被卫星所观测着。所以用国际上通用的一句话说，在任何时间、任何地点、对任何事件、任何人，它都可以提供对地球的观测数据和由此所分析或派生出来的信 息。  一、遥感的任务和功能1. 空间对地观测  所谓对地观测，就是从卫星或飞机上通过特定的技术手段对地球进行 观测。通过观测数据来判断各种地物的光谱、空间和时间的属性，定性、定量和定位地来分析地球表面的物体。同时，经过分析，把不同的物体分成不同类型，我们 经常讲物以类聚，也就是这个道理。我们经常讲的四大地物，如岩石、水体、植被、土壤等，这样一些地物实际上可以再进一步细分。就植被而言，有农作物、森 林、草场。而森林又可分为针叶林、阔叶林、混交林等。对地物进行分类是遥感非常重要的功能或任务。再进一步，遥感的一个重要功能就是要对目标进行识别。在 地球表面上，我们经常需要了解一个地物、一个现象、一个事件或一个过程是什么（What）、在什么地方（Where）和是什么时候发生的（When），也 就是所谓的“3个W”。这些都是遥感必须回答的，最终我们要判别它到底是什么东西，这无论对于民用或军用都是非常重要的。我们讲的遥感地理空间信息 （Remote Sensing Geospatial Information），也就是首先要确定空间对地观测的目标和对象。遥感主要反映的是地球表 层及其所存在自然和人工地物的状况、类型、空间分布和它的变化等。这里所说的空间是什么呢？它实际上有两层含义，第一层含义，它表示从空间获得的对地观测 信息；从第二个方面来讲，它反映了地球信息的空间属性。地球上的许多信息，都具有位置或坐标性质，也有它的尺度也就是在空间上的延伸。信息的空间属性实际 上是信息的一个非常重要的特性，如果信息没有了空间属性，信息的价值就要大大打折扣。比如我们要去找一个人，如果完全不知道这个人在什么地方，或你根本不 知道他的空间位置，要找这个人就等于是大海捞针。从军事上来说，比如说只知道对方有什么目标，但完全不知道这个目标的空间位置，那么要想对这个目标实施军 事打击是无法实现的。所以我们说任何地物的空间属性是非常重要的。空间对地观测信息主要是指以影像为表征的地表的信息。这种信息具有空间特性、几何特性、 辐射特性、光谱特性和时间特性。任何地物及其所表现出来的信息实际上无时无刻都处在一种动态变化的过程中。 任何一个我们要感知或探测 的地物都有三大属性，第一是空间属性，任何物体都有一定的空间大小，或尺寸。第二是辐射特性，我们看物体的影像，实际上是这个物体对外界辐射或光线的反射 所造成的。这种辐射对我们的眼睛产生一种刺激，物体的辐射强度越强，对我们的眼睛刺激就越强。把房间的灯都关掉，眼睛感知不到物体，我们就看不见东西了。 第三是光谱属性，也就是说物体所反射或发射的辐射并不是只有一个单一的波长，实际上是连续的光谱，这就是我们所能看到的颜色。任何地物都是在这三个方面展 开，比如说通过地物的光谱测量，可以得到地物的光谱曲线。我们把辐射和空间结合起来，可以得到辐射在空间里的非均匀分布所形成的一张图像。如果把辐射、光 谱和空间结合起来，就能得到一种既有图像又有光谱的信息。实际上现在人类充分利用了各种类型的对地观测卫星和飞机等遥感技术来观测地表的物体，它们的现象 和过程，了解我们的河流、山川、土地等等，将各种观测数据用以服务于国家的经济建设和国家安全。现在实际上在空间中有成百上千个卫星围绕着我们的地球转， 低的几百公里，高的有几万公里，正是它们随时不断地观测着我们的地球。  2. 空间对地观测系统的发展  自从 1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以来，人类进入了空间时代，而自从1960年美国发射了第一个气象卫星以来，特别是1972年美国发射了第一颗地 球资源卫星以后，更是开创了从空间通过卫星来观测地球的历史。到现在为止，人们已向空间发射了大量的卫星和各种飞行器。据不完全统计，其数量可达五六千颗 之多。各种各样的卫星，其中有相当一部分是对地面进行观测的，虽然大部分现在已经不起作用了，但仍然还有数十颗在运行，还在不断地进行着观测，不断地向我 们发送各种对地观测数据。预计最近若干年还会有大量的卫星发射升空。  遥感的发展是通过不断提高观测能力来实现的。现代的遥感技术往 往是通过从空中或空间获取图像信息作为体现的。这中间有个分辨率的问题，对遥感信息来说，有空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。空间分辨率表示遥感影像 对地面物体分辨的大小，通俗来说也就是地物的清晰程度。现在从几百公里的卫星获得的影像上可以看到比1米还要小的地物。光谱分辨率是表示一幅影像所占的光 谱区间，光谱区间越小，光谱分辨率也就越高。通常一张照片，如彩色照片，只有三个颜色，也就是只有三个波段。而现代遥感技术的发展已经可以从卫星或者飞机 上得到数十、数百以至上千个波段的信息。时间分辨率是表示重复观测一个地区的时间间隔。重复观测周期越短，时间分辨率也就越高。这三种分辨率实际上也是一 组矛盾，时间分辨率越高，空间分辨率就不可能很高，同样，光谱分辨率高了也会影响空间分辨率。  遥感卫星的发展从20世纪70年代到 现在，其空间分辨率可以说几乎每十年要提高一个数量级，70年代民用卫星的分辨率大体是80100米，但到本世纪初，卫星遥感的空间分辨率已经高于1米 了。光谱分辨率也几乎遵循同样的规律，不断地提高。现在可用的民用的卫星，其空间分辨率已经达到了0.6米。  3. 对地观测技术的发展趋势  对 地观测技术的发展趋势体现在以下四个方面：探测目标、解决问题和信息服务能力的拓展和深化。最重要的是体现在前面所说的三个“W”问题上；观测能力不 断提高。主要表现在全天候、全天时和全球观测能力上。现在遥感已具备不管刮风下雨，不管白天晚上，无论全球任何地方都能观测无误。遥感的发展对于我们的认 识论的提高是一个很大的飞跃，可以真正做到“秀才不出门，能知天下事”，“运筹帷幄，决胜千里”；向高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的方向发 展并同时提高，即所谓的三“高”发展趋势。现在的气象卫星，包括中国的气象卫星在内每天可以把全球观测两遍。现在我们随时可从电视台上可以看到天气预报， 就是得益于气象卫星对地球的观测；综合观测的发展趋势。具体体现在三个结合上，即大卫星和小卫星的结合，航空和航天遥感的结合，技术发展和应用相结合。   全球的观测能力是现代遥感的一个重要特征。我们现在讲全球变化，遥感是其中重要的贡献者。实际上人的眼睛所能看到的范围是非常小 的，而遥感正是人的眼睛的延长和拓展。卫星遥感给我们提供了非常宏观的观测能力，借助卫星人们可以实现对全球的观测。通过卫星观测，可以得到全球土壤湿度 状况、全球植被的分布状况、海洋浮游生物的空间分布及其富集状况等。通过卫星人们随时都可以监测全球的变化。  （1） 海洋表面的温度监测  这 是通过咱们国家发射的“风云一号”气象卫星所反演得到的全球海洋表面的温度状况图（图3），红色代表温度比较高，其中最高甚至达到32度，蓝色所代表的是 温度比较低的区域。大家记忆犹新的是1997年厄尔尼诺的大爆发，这是最近十几年以来最强的厄尔尼诺现象，它对全球，特别是东半球产生了重大的影响。厄尔 尼诺的影响从南美洲的西海岸，一直扩大到澳大利亚、新西兰、印度尼西亚、菲律宾等国家。上述许多地区雨量偏多，但也有不少地区实际降水量非常稀少，导致 1997年的冬季和1998年春季，印度尼西亚、马来西亚等国降水偏少，异常干旱。那一年，在东南亚这一带出现非常严重的森林火灾，严重的时候甚至连飞机 的起降都受到影响，有时机场也不得不关闭。大家同样记忆犹新的是我国1998年的特大洪水，实际上都是受到整个海洋厄尔尼诺和La Nina现象影响的结 果。通过卫星的观测人们还可以了解到对地球起到保护作用的臭氧层受到破坏所形成的空洞，而且臭氧空洞还在不断扩大，这对人类是非常不利的。  （2） 全天候观测  全 天候观测的问题，是遥感发展的一大趋势。我们在卫星和飞机上采用的雷达遥感器，它就可以透过云层观测地面。美国在2000年用航天飞机带上去的一个雷达地 形制图仪，它于2000年2月11号发射上去，2月22号返回地面，一共工作了11天的时间，飞行高度为233公里。它的一个天线伸展出去60米。在这 11天中，它把北纬60度到南纬56度之间，1.126亿平方公里的范围做了一次完整的测绘，获得了非常丰富的数据。  现在我们再看 看，遥感是怎么会回答是什么，有什么，什么时间的。实际上卫星的轨道是非常准确的，因此，卫星所获得的信息都可以精确定时和定位。这是美国纽约曼哈顿地区 的高分辨率卫星遥感图像。大家可以看到这两座世贸大楼，在2001 年911之前是完好的。但是就在9月12日，即911撞击之后的第二天，这两座大 楼已经坍塌，冒出的浓烟正笼罩在纽约的上空，这个完全是用卫星，在700多公里高空拍下来的，我们可以非常清楚地看到每一栋楼。华盛顿美国国防部的五角大 楼也遭到同样的命运。9月12日，五角大楼的一个角被削掉了。通过卫星观测的跟踪可以看到2002年6月3号的时候，基本上得到了重建。通过上述事例充分 说明，遥感卫星有这个能力来回答前面所提出的问题。由于光谱分辨率的提高，又从另外一个角度提供了回答“是什么”的问题。这里可以用北京沙河地区的高光谱 遥感来说明。我们可以看到对这个地区进行的详细分类，它告诉我们，哪些是植被，哪些是水体，哪些是高速公路，哪些又是一些不同材料的屋顶。我们可以把经过 分类的植被、高速公路、煤堆、水泥表面，甚至油毡屋顶提取出来，分别表示。  （3） 高空间分辨率遥感  遥感的一 个重要发展趋势就是高分辨率的发展趋势，即向高空间分辨率、高光谱分辨率，和高时间分辨率的方向发展。1999年美国发射了一颗名为IKONOS的高分辨 率卫星，也就是前面大家看到911以后监视纽约世贸大楼和华盛顿五角大楼的那颗卫星（图5），它的分辨率为1米。美国去年又发射了一颗叫作快鸟的卫星， 这个卫星的分辨率是0.61米，也就是61厘米的分辨率，是它最重要的参数。这颗卫星还有一个彩色的多光谱成像仪，它的分辨率是2.44米。这里我们可以 看到IKONOS卫星所得到的北京天安门广场的照片（图6）。在这幅照片中可以看到天安门广场上的许多细节，包括瞻仰毛主席纪念堂排队的人群，人们排的队 形成为一条很细的线条进了纪念堂，而离开纪念堂的人流就散开了去。这就是0.61米的卫星所得到的北京天安门广场的照片，应该说有一些地方看得更清楚了， 如天安门广场上单独的人、正在建设的国家大剧院等。  （4） 我国的卫星发展  我国从20世纪70 年代以来，已 向空中发射了将近50颗国产卫星，其中包括6颗气象卫星，3颗地球资源卫星，海洋卫星，还有4艘神舟号宇宙飞船。最近我们还将要进一步发射我国的卫星，特 别是通过卫星来开展我们的对地观测。这就是我们第一颗地球资源卫星，又称为中巴地球资源卫星，是和巴西联合研制的。它的分辨率是20米，也就是说我们可 以看到一个比较宏观的，但是也是比较细致的地球表面的影像。我国去年3月份发射的神舟3号宇宙飞船上载有一台中分辨率成像光谱仪，后来发射的神舟4号和将 要发射的神舟5号上都会一直不断地进行对地观测的科学实验。我们神舟3号的中分辨率成像光谱仪从整体上来讲是比较先进的，它共有34波段。在我们眼睛所能 见到的可见光范围之内，有20个波段，在我们眼睛不能见到的近红外光谱区共有10个波段，此外短波红外有一个波段，热红外有三个波段。通过这样的仪器，我 们可以不断地对地球进行观测。这个成像光谱仪最大的优点，是它可以把地面的地物和它的光谱特性结合起来。  5） 高光谱遥感  现 在无论是我们国还是国外，都在发展一种新的遥感仪器，叫作高光谱成像仪，这是高光谱成像仪的影像的集合体（图10），我们把它称为图像立方体，实际上这是 一个图像，这个图有80个波段，也就是说它相当于一个扑克牌一样，里面的每一个扑克牌都是一个影像，但是它的波段不一样，所以从这个里面可以得到它的光 谱，得到任何一点的光谱特性，这是高光谱成像仪的特点。通过我们的高光谱遥感仪器，从飞机或卫星上就可以获得地面的高光谱影像。  （6） 大卫星和小卫星  我 们现在所能用的空间遥感数据，有很多来自于较大的卫星，有一些来自于较小的卫星，也有一些来自于航空遥感。我们现在用得较普遍的一些数据来自于美国发射的 一个叫作地球观测系统（EOS）的卫星组，这是一种很大的卫星观测平台，这个卫星上装了有五六种大型的仪器，实现着综合的对地观测。去年欧洲发射的一个叫 作“环境卫星”的大型卫星，它的重量有8.2吨，研制的周期长达15年，整个耗资20亿欧元。这个卫星能力非常强，是一个很综合的卫星，它的主要任务是要 研究全球变暖、臭氧层破坏、厄尔尼诺现象、世界森林变化、海平面的上升、大气污染、自然灾害等等。我们也应该看到，除这种大型的卫星而外，同时在天上飞 的，还有一些小型和微小的卫星。与常规的大卫星相比，这种卫星要小得多，它的大小只有几十，甚至几公斤，比一个人还要小。我们的清华大学曾经发射了一颗微 小对地观测卫星，在空中也可以对地面进行照相。现在我国国家遥感中心也正在与国外合作研制和发射一颗高性能对地观测小卫星，这颗高性能对地观测小卫星有两 个遥感器，一个是32米的分辨率的多光谱成像仪，它的地面覆盖宽度可以达到600公里宽；第二种遥感器是一种全色固态成像仪，它的地面分辨率是4米，地面 覆盖宽度为24公里。这是一种多光谱和全摄的有效组合。它的轨道高度将近700公里，重量仅为160多公斤。   （7） 航空遥感  除 此而外，航空遥感也同样受到重视。现在国际上无论是美国等发达国家还是发展中国家，都还是不断地利用飞机装载各种遥感仪器对地面进行遥感探测。飞机有相当 大的灵活性，可以装很多仪器，有利于实施航空对地观测。例如美国的一种高空遥感飞机，是由原来的军用高空侦察飞机改装而成的，它可以装有十几种甚至更多的 仪器来对地进行综合观测。现在国外还正在发展一些能飞行在平流层的超高空的无人飞机或飞行器，它们的飞行高度可以达到20多公里以上，它也可以用来对地面 进行有效的观测。现在有一种以太阳能为动力的无人飞机，它的飞行高度甚至可达到30公里，它在平流层高空上可以留空的时间超过100小时。这就是说人类除 了利用卫星和常规的飞机以外，还可以并正在利用一些更先进的以太阳能作为动力的超高空无人机。  这是中国科学院装备的高空遥感飞机， 这两架高空遥感飞机从1986年引进和改装到现在一直还在运行。而科学院研制的一些遥感仪器，也曾经应邀到国外进行了飞行，开展合作研究。我国除中科院以 外，其他一些部门，如航天部门、一些高校都在遥感技术和应用的发展中发挥了很大的作用。近年来由国家863高技术计划支持，我们国家在遥感方面，特别是航 空遥感、卫星遥感，包括小卫星遥感，取得了很大的成绩。从可见光到微波，包括合成孔径雷达在内的各种类型的遥感仪器都在研制，有的已研制成功。  （8）卫星导航和定位技术的发展  卫 星导航定位技术现在已经深入人心了，国内外很多出租车上都安装了卫星导航定位系统，这对出租车的运行调度有很大的作用。我们经常讲的遥感，实际上往往是代 表空间信息的集成，或称为遥感地理空间信息，是所谓的3S，也就是遥感、地理信息系统和卫星定位系统的综合集成。现在我们谈到卫星定位系统，往往以美国的 GPS作为典型的范例，因为美国的GPS应用非常广泛。俄罗斯的Glonass卫星定位系也有一定的使用和覆盖范围，但是没有美国这一套系统覆盖得这么 宽，在全球的各个领域都在用。实际上GPS一共是24颗卫星围绕着地球转，随时的任何目标，都可同时看到若干颗卫星，通过接受卫星的信号，进行解码和计 算，人们就可以准确地知道接收机的准确位置。其中精度最高的是美国搞的单站战军用的P码，它可以做到3米，甚至1米。 我们平常一般可 以得到15米到30米的精度，而这个定位精度对解决资源探测环境研究，特别是自然灾害的监测和评估会发挥很大的作用。如果我们采用差分技术，它的精度还会 大大提高。这个差分技术，就是在地面建立一个基准站，与它的坐标位置一致的基准站，通过基准站和卫星能够形成一个联网，这样的话，通过对基准站数据的广 播，我们可以得到更精确的定位信息。现在我们国家在高精度的GPS方面，以美国的卫星作为应用的对象，实际上已经构成了非常密的GPS网，可以在我们国家 任何地方通过这个网，观测到你的位置。甚至现在可以把GPS装到飞机上，对飞机进行定位。比如说我们在进行航摄的时候，进行遥感的时候，实际上可以对 GPS定位，来导航，实际上它的应用范围非常宽，非常广。有人做了这样一个比方，如果遥感的市场是1的话，地理信息系统的市场可能是10，但是GPS对地 卫星定位技术的市场可能是100，也就是说从遥感的服务对象来看，在中国和一些发达国家，实际上它的对象主要是政府，国家的各个地方政府、中央政府。地理 信息系统（GIS），它的对象可以是很多公司，可以一直到非常小的单元，但是GPS，比如说卫星定位系统，它一直可以到每一个人，现在国内外都研制出这种 服务体系，一直到每一个人的服务体系，所以有的甚至把这种卫星定位的接收机装到小孩的身上，让他背在书包里面，这样他到什么地方，他的家长随时都可以知道 他的位置。所以，这样的应用已经逐渐在拓宽。  二、 遥感空间信息在资源、环境、人口、灾害及国家宏观管理和政府科学决策中的作用实 际上遥感应用在我国已经取得了很大的进步，已经成为国家经济建设、社会发展和政府科学决策的重要信息支撑，比如说对土地资源、土地利用和它的动态监测，已 经在我国作为运行系统运行，不断提供相关数据。对主要的农作物进行了遥感估产，对森林资源进行了调查，对植树造林、退耕还林进行了评估。对一些重要自然灾 害，遥感一直在进行着监测和评估。我们每天听的天气预报，实际上就是采用了气象卫星的遥感数据。  1. 土地覆盖、土地利用的遥感调查与监测  因 为有了遥感，我们可以科学、客观地分析我们全国的土地利用的状况，可以看到不同的土地利用状况，如幼林地、灌木林、草地、河流、湖泊、农业用地、城市用 地、工业用地等，这些都可以通过卫星遥感分析得到。我们也可以看看中国耕地分布的空间格局。我国的耕地，主要分布在东部，从华北到华东这一带，四川的耕地 也相当密集。林地在中国主要分布在东北、西南等地。草地基本上是偏到中国的西部。建筑用地的空间分布，反映了这些地区人类活动的状况。我国沿海，特别是珠 江三角洲、长江三角洲，人口密集，反映了人类活动的剧烈程度，这里土地利用程度非常之高。在土地利用程度的空间分布图上，红颜色表示了高的土地利用程度。 从1996年到2000年中国土地利用的变化状况中，我们可以看到水田、旱地、林地、城市用地的变化等等。这些都是用卫星可以不断监测的。 （1） 城市遥感  城 市和城市群的发展，城市的热岛效应，都是我们人居环境的重要组成部分。现在的建筑密度越来越大，建筑物互相辐射的影响，再加上夏天的空调，因此，实际上在 每一个城市，都形成了一个热源，它比周围温度，最高的时候可能高出45度。一个环境非常良好的城市，不应有明显的热岛效应。现在北京市委市政府采取了很 多措施，特别是在申奥成功以后，加大了环境建设的力度，不断地提高和改进我们的城市环境。现在我们强调一个区域的建设，都要有相当的绿地。所以北京市的绿 地会不断地扩大，也就是将来的热岛效应，会逐渐下降。但是城市毕竟比周围温度要高一些。我们看到在长江三角洲，苏、锡、常、上海、南京这一带城市群的发 展，可以看到我们国家基本建设的发展。遥感可以为国家的管理者、国家有关部委，包括党和国家领导人提供科学客观的信息，为国家建设的宏观决策发挥信息服务 的作用。  （2） 森林遥感  在有关森林的遥感影像上，用红颜色来表示森林，这是遥感的一种特别表达方法，也是国 际上大家都公认的一种有利于显示植被的方式，它被称为假彩色。红颜色越浓，表示森林或植被越茂密。我们用了一些圈子来显示森林的变化，在一些圈里两个时期 森林变化很大，有的原来很好的林子被毁掉了，有的是人为砍掉的，有的则可能是被烧掉的。当然，也有个别变好的。虽然这只是一个局部的例子，但它还是具有代 表性。从整体讲，森林也和环境一样，局部有所改善，但在整体上还需要进一步加大治理的力度。此外，我们也可以从遥感影像上看到防护林带的建设情况。从世界 范围内看，有两个地方的森林是最重要的，一个是东南亚，一个是巴西的亚马逊河流域。巴西的亚马逊河流域森林的面积有几百万平方公里，有的人把它称为地球的 肺，这是很有道理的。现在，亚马逊河流域的森林也遭受到很大的破坏。被砍掉的森林几乎都是沿着交通线，看来这是和当地经济发展有关。森林的砍伐，现在看来 还是有增无减，还在加剧，所以这个地方引起了全世界的广泛关注。我们曾获得用雷达得到的亚马逊河森林地区的一个图像，经处理成彩色以后，一些信息就能得到 更好的显示。图中还表示了地表的高程，或地形，也能表示森林的高度。因此这样的雷达遥感技术可以获得地表非常综合的信息。  （3） 海岸和红树林  红 树林是海岸带的宝贵财富，因此，国际上非常重视红树林的保护。在我国比较好的红树林并不很多，它们主要分布在海南岛、广东、福建等地。从海南岛的一个红树 林地区的影像来看海南岛东寨港红树林保护区从1987年、1996年、1998年、2000年到2002年红树林面积的变化。通过仔细分析和计算，我们可 以得到红树林的面积实际上是在不断地下降。从整个海南岛的情况看，实际上从20世纪50年代起，到2000年，红树林的面积一直在下降，现在已经非常少 了。所以我们要加大对这种珍稀树种的保护。红树林既保护了海岸线，又是一个海岸生态和海岸生物多样性的重要依存环境。很多珍贵的鱼类和其他生物资源都在这 里繁衍生息。为了眼前的一点小利，破坏红树林这样的宝贵资源，从历史上说是得不偿失的。 2. 自然灾害的遥感监测  自 然灾害的监测和评估，是遥感和空间信息非常重要的应用领域。我国是一个自然灾害非常频繁的国家，每年由于干旱、洪水、山崩滑坡、泥石流、雪灾等造成的经济 和人民生命财产的损失都要以千亿人民币来计算，这是一个非常严峻的事实。采用遥感技术不断监测灾害，特别是开展对自然灾害的预测、预报和预警，已成为遥感 地理空间信息技术的重要任务。现在我国已建立了遥感灾害的监测和评估系统。  （1） 干旱的遥感监测  在所有的灾 害中，对农业和对人民的生活影响最大、持续时间最长的就是干旱。干旱虽然不像洪水一样来势凶猛，但是它影响面积大，对农业造成的减产是非常严重的。 1999年8月，我国西部几乎都处于干旱的控制下。我们通过遥感对全国的干旱进行了连续不断的监测，可以看到2000年从3月到8月干旱的发生、发展和它 的分布范围，以及它们随时间的变化。  （2） 林火  我国是一个森林资源比较缺乏的国家，因此林火对我国 的危害就更大。最近，林火一直在我们的周边国家肆虐，也同时对我国造成威胁。东北是我国森林的主要分布地区，今年从三四月份以来，一直处于干旱和高度火险 的状态。就在这个地区，1987年5月到7月发生了历史上最为严重的大兴安岭林火。根据遥感的统计，这次特大的林火一共烧毁了一万多平方公里的森林。被烧 掉的森林面积几乎相当于2/3个北京市的面积，这确是一个非常严重的损失。这种损失不仅体现在经济上，更重要的是体现在生态效应上。三年以后，被烧掉的森 林还没有能够恢复起来。即使是恢复得比较好的地方也只是一些小树林子，许多地方，根本没能恢复起来。根据最近的观测，即使经过11年，当年被烧过的痕迹仍 然隐约可见。由于最图12美国加利福尼亚南部的影像近我国对林火的重视，采取了很多有效的措施，包括提高对森林保护的认识，加大了森林防火的力度和防御措 施，在装备上也有很大的改善，所以与邻国相比，我们在林火的防御方面，有了很好的成效。2002年3月，我国发射了神舟3号 宇宙飞船，这是当年7月由神 舟3号中分辨率成像光谱仪观测到的美国加利福尼亚南部的影像。这里是美国西海岸，图中包括了洛杉矶、旧金山、旧金山湾区。从图中我们可以看到正好在洛杉矶 的东部，有一处森林火灾。林火燃烧得非常猛烈。浓烟也同样随风飘出数百公里。以上例子充分说明了卫星遥感是监测林火，特别是它们的宏观效应的一个非常有效 的手段。  （3） 沙尘暴  近年来对环境问题的关注中，沙尘暴成为了焦点之一。通过卫星遥感可以很好地对沙尘暴的发生和发展的全过程进行监测。  （4） 洪水  1998 年的洪水，大家都是记忆犹新的。在这次特大洪水过程中，通过遥感、地理信息系统、卫星定位系统的结合，成功地对洪水进行了监测和灾害评估。这次洪水的监测 范围包括了长江中下游，东北的松花江和嫩江流域。利用我们国家自行研制的航空合成孔径雷达可以监测到鄱阳湖洪水淹没的情况和洞庭湖以及武汉和邻近地区的淹 没情况。通过对松花江和嫩江地区的监测，我们可以看到大庆油田被淹的情况。  我们还利用遥感监测了著名的“九江决堤”。当时汹涌的洪 水冲破了九江大堤，洪水破堤而入淹掉了大片土地，对城市造成了严重的威胁。军民英勇奋战，贯彻了中央严防死守的精神，堵住了决口，取得了决定性的胜利。九 江的决堤实际上给了我们一个深刻的教训和重要的启迪。通过遥感分析，我们可以看到大堤是建在一条古河道上面，它的基底是沙。后来我们把它叫作豆腐渣工程， 实际上是洪水从它的底下把它掏空了；尽管上面用了钢筋混凝土，一旦基底被掏空了，只能垮塌，别无其他结果。用遥感技术分析古河道的分布，就成为了对洪水灾 害，特别是对工程的监测；对于判断会不会出现管涌，或者是哪些地方容易出现堤坝的溃决，是非常重要的。 现在我们的遥感监测不仅局限在 国内，我们也有能力监测国外的洪水灾情。2000年6月4号，我国的资源一号卫星，即中巴地球资源卫星，监测到印度布拉马普特拉河的洪水情况。同时我们也 可以对越南、柬埔寨等国进行洪水监测。对这些地区，不仅可监测洪水，而且还可以估算出淹没范围、淹没面积。  1998年台湾南投发生地震以后，遥感科技人员对地震的影像特征做了分析。这里的地震烈度主要是以房屋倒塌的百分比来作为判据的，这也是遥感所能发挥的作用。 3. 夜间的灯光遥感  在 大多数情况下，我们所使用的遥感信息主要来自于白天，但是夜间的遥感也有它的特色。这是2000年11月27日由美国军用气象卫星观测到的地球上的灯光状 况。从图中可以看出，夜间从地球所获得由地面灯光所造成的辐射度与社会的发展程度密切相关，社会发展程度越高，灯光就越亮，由此所引起的辐射也就越强。美 国、欧洲、日本等地是地球上灯光最为明亮的地区，韩国、印度北部、我国的东半部灯光的感觉也是比较亮的。地球上还有一部分地区，如西伯利亚、澳大利亚的中 部、加拿大北部、非洲大部分地区、美洲的中部等，还有我国西部地区，相对来讲，灯光较弱，其中一部分属于欠发达地区，而另一部分，如澳洲中部、加拿大北部 等显然系由人口稀疏所致。从图中我们还可以看到，美国夜间的灯光还能反映国内的主要交通干线，此外，横跨亚欧的西伯利亚大铁路从夜间的灯光中也清晰可见。 日本科学家做了一个分析，他们认为从卫星上观测到由地面射向空间的光能，实际上和一个城市或地区的供电量成正比。供电量越大，就表示你有足够的供电强度来 满足城市和地区对电能的需求。社会的发达程度越高，你这个地方就越亮，而光能的损耗也就越大。英国UCL大学也在研究城市里的人口密度和灯光的强度的关 系。我们可以从遥感得到地球表面很多重要的信息，许多信息我们都可以用来研究它和社会发展的关系，特别是和社会可持续发展挂起钩来。英国UCL大学以欧洲 为例，他们建立了夜间以国家为单位地面的总光照面积和人口的关系，进而发现，它们和各国以GDP为代表的购买力呈现很好的线性关系。这些研究给我们提供了 一种新的思路。  环境，特别是水环境受到人们的广泛关注。1988年在滇池周围，有很多非常好的植被，但到了1995年，特别是 2000年的时候，植被已经非常少了。滇池周边湿地，甚至水域，很多都变成了城市。这就是城市化。城市化是社会发展的必然趋势，但如何与生态和自然和谐， 与社会可持续发展协调，就成为摆在我们面前的重要课题。实际上当前在这个方面，还存在许多问题。滇池周边不合理的土地利用以及排向滇池的污水，不仅影响周 边的土地利用和土地覆盖本身，更重要的是影响到滇池的水质。这是表示海洋的海流情况的遥感图。除海流而外，河流会经常带着从陆地上来的营养物质流入海洋， 这就使得海里的浮游生物获得繁殖的营养。我们的长江就是这样一个带着很多丰富营养物质的大河，这其中既有泥沙，也含有许多营养物质。近年来我国近海赤潮每 年发生的频率加快了，其中很重要的一个因素就是农田施肥。它们在降雨期间溶于水中，并随水流到河里，进而随河流流入大海。这种施肥方式和那些可溶性肥料向 海洋的输送造成了海水的富营养化。这实际上导致了赤潮和有害藻类的大量繁殖。  5. 农业遥感和农作物遥感估产  农 业是我国发展的基础，也是整个社会发展的基础，粮食更是基础的基础。利用遥感信息或空间信息技术来进行农作物的长势监测和产量预报是非常重要的。比如在我 国已经建立了主要农作物监测和估产的遥感运行系统，对主要农作物进行遥感估产。为此，首先要通过遥感信息和农业土地利用数据库来测算农作物的种植面积，要 利用遥感技术监测作物的长势，特别是评估灾害对粮食作物的影响，然后通过事先经过验证的预测模型来估算作物的单产，进而对一个地区或全国进行估产。目前在 我国，对主要农作物的估产精度已超过了95%。为什么要用遥感来进行农作物的估产，作物估产又能给我们提供什么呢？通过遥感估产我们就能预知我国粮食在某 一个年度里面的长势和产量，是减产，还是丰产。这个对国家粮食的调配，对国民经济的计划安排，对粮食的贸易，都会起到很大的作用。  由 于我们已经进入了WTO，所以我们的估产不仅仅局限在国内，光知道我们国家的产量还是不够的，必须要对全球的粮食产量有一个全面的认识。因此将遥感估产推 向国外，对世界主要产粮国进行估产是十分必要的。目前已对美国、加拿大、巴西、澳大利亚、泰国等国进行了遥感估产。这也是一个走向世界和了解世界的过程。   6. 空间信息与精准农业  精准农业是农业将来发展的一个趋势。精准农业的意思是一种节约型的农业、环保型的农 业，是一种根据农田农作物不同状况区别管理的农业。实际上任何一块农田，在空间上都并不是均匀的，土壤底质、水分条件、肥料状况等都不均匀。这是美国一个 圆耕地的情况，从遥感影像上我们可以看出它上面的农作物的长势并不是均匀的。这样，我们可以采用不同的仪器，特别是遥感的仪器来监测并把握在这种田块上农 作物的长势的不均匀性。这是我国的一个例子，我们可以看到在这一片农地上农作物的长势是不均匀的，红色表示的是长得好的，有的地方则长势很不好。我们通过 遥感可以了解到它的长势的情