本文(wén)介紹了載人航天工(gōng)程的概況，闡述了以載人航天器為(wèi)平台的對地觀測遙感技(jì )術的發展，重點分(fēn)析了載人航天平台遙感的技(jì )術優勢，從高分(fēn)辨率、高光譜和熱紅外、合成孔徑雷達和激光雷達等 5 個方面簡介林業應用(yòng)情況;以高光譜數據為(wèi)例，介紹了基于我國(guó)天宮一号載人航天平台遙感數據的林業應用(yòng)情況;并對國(guó)内外空間站計劃的林業應用(yòng)潛力進行了展望。

林業遙感的發展是由森林資源分(fēn)布的特點、林業科(kē)技(jì )和遙感技(jì )術的發展所決定的。森林分(fēn)布的廣泛性、複雜性和動态性，決定了林業資源調查工(gōng)作(zuò)的艱巨性和複雜性。遙感技(jì )術的大範圍、多(duō)尺度和動态性特點使其十分(fēn)适合于在林業上應用(yòng)，林業遙感是資源環境遙感領域中(zhōng)最活躍的方向之一。經過近半個世紀的發展，遙感技(jì )術已經應用(yòng)到森林資源調查、濕地監測、荒漠化監測、生态工(gōng)程監測、森林災害監測等業務(wù)中(zhōng)，并開發出許多(duō)遙感專題應用(yòng)系統。近年來，随着傳感器技(jì )術、航空航天技(jì )術和數據通訊技(jì )術的不斷發展，衛星遙感技(jì )術進入一個動态、快速、多(duō)平台、多(duō)時相、高分(fēn)辨率地提供對地觀測數據的新(xīn)階段，其應用(yòng)領域及應用(yòng)深度不斷擴大和延伸，空間技(jì )術在森林資源監測、災害監測、預警和評估應用(yòng)領域日益突出， 應用(yòng)空間技(jì )術進行森林資源監測和災害管理(lǐ)已經成為(wèi)國(guó)際關注的焦點。另一方面星載遙感提供的數據源越來越豐富，在波譜覆蓋範圍、空間分(fēn)辨率、時間分(fēn)辨率等方面都有(yǒu)了很(hěn)大提高，已經越來越多(duō)地服務(wù)于林業生産(chǎn)，以林業為(wèi)主要用(yòng)戶的專業衛星也在不斷發展中(zhōng)。

星載遙感技(jì )術很(hěn)多(duō)都經過了載人航天平台試驗與探索階段。典型的載人航天平台包括空間站(俄羅斯、美國(guó)等國(guó)家和國(guó)際組織)、美國(guó)航天飛機、中(zhōng)國(guó)神舟系列飛船和天宮一号等。載人航天平台的遙感載荷具(jù)有(yǒu)多(duō)姿态、變參數、多(duō)角度和靈活機動等特點，開展對載人航天平台遙感載荷的林業應用(yòng)，對于促進遙感發展，更好地服務(wù)于林業生産(chǎn)具(jù)有(yǒu)重要意義。載人航天平台(尤其是空間站)具(jù)有(yǒu)可(kě)裝(zhuāng)載大型觀測設備、有(yǒu)人值守、可(kě)靈活設置觀測條件等優點， 能(néng)在近地軌道長(cháng)期運行，可(kě)以作(zuò)為(wèi)對地觀測的“觀測 台”。由于科(kē)技(jì )發展水平和國(guó)際局勢的限制，我國(guó)未能(néng)參與到國(guó)際空間站的工(gōng)作(zuò)中(zhōng)，我國(guó)自主的空間站建 設剛剛起步。下面介紹和分(fēn)析國(guó)内外載人航天工(gōng)程的林業遙感應用(yòng)情況以及“天宮一号”試驗平台的高光譜數據林業應用(yòng)潛力，并對國(guó)内外空間站計劃的林業應用(yòng)潛力進行展望。

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載人航天平台遙感技(jì )術發展曆程

載人航天應用(yòng)伴随着載人航天器的發展而發展。 從無人照料的應用(yòng)衛星到各種載人航天平台，航天技(jì )術曆經了一個又(yòu)一個重要裏程碑，對地球觀測科(kē)學(xué)産(chǎn)生了巨大的影響。非載人航天器盡管可(kě)以利用(yòng)機器人和人工(gōng)智能(néng)科(kē)學(xué)技(jì )術來完成一些空間操作(zuò)，但某些特定的任務(wù)還必須靠人來完成。人可(kě)以在空間站上完成那些比較複雜的、非重複性的工(gōng)作(zuò)，這些工(gōng)作(zuò)需要人的經驗、應變能(néng)力和直覺的判斷能(néng)力。空間站不僅作(zuò)為(wèi)觀測窗口，而且由于人的參與還作(zuò)為(wèi)一個天基平台直接開展數據的搜集、分(fēn)析和整理(lǐ)。 1971年原蘇聯發射了世界上第 1 個載人空間站 “禮炮 1 号”，其後還相繼發射了禮炮 2 号至禮炮 7 号以及和平号空間站。1973 年美國(guó)發射了其唯一的 “天空實驗室”(Skylab) 空間站。1998年由美國(guó)和俄 羅斯牽頭，歐洲航天局、日本、加拿(ná)大和巴西參加的六 方 16 國(guó)合作(zuò)研制的“國(guó)際空間站”( ISS) 正式開工(gōng) 建造，于 2011 年底全部建成。“國(guó)際空間站”是目前 唯一在軌建造的空間站，其工(gōng)作(zuò)壽命預計可(kě)達10 ～ 15年。

自2000年11月國(guó)際空間站正式運行以來，作(zuò)為(wèi) “乘員對地觀測(CEO)”實驗項目的一部分(fēn)，空間站 上航天員利用(yòng)手持膠片或手持數碼相機拍攝了超過60萬張圖像，包括地球表面、海洋、大氣層圖像以及月球圖像。盡管影像數量如此之大，但從遙感專業角度看國(guó)際空間站此前并非真正意義上的對地觀測平台。直到最近幾年，國(guó)際空間站外部和内部都設計了很(hěn)多(duō)适合于安(ān)裝(zhuāng)遙感傳感器的位置，這些對地觀測窗口提供了很(hěn)強的綜合對地觀測能(néng)力，一些新(xīn)的設施和精(jīng)密傳感器系統被陸續部署，國(guó)際空間站才成為(wèi)真正的對地觀測平台。

目前，國(guó)際空間站上已經安(ān)裝(zhuāng)了許多(duō)可(kě)見光、微波、熱紅外及高光譜傳感器，如農業觀測相機( ISSAC 或 AgCam)、海岸帶高光譜成像儀(HICO)、環境研究 可(kě)視化系統(SEＲVIＲ)等，其中(zhōng)适合林業應用(yòng)的光學(xué) 遙感載荷的指标如表 1 所示。目前，國(guó)際空間站在災 害監測方面已經取得了很(hěn)大的成果，為(wèi)災害管理(lǐ)提供了高精(jīng)度、快速的災害信息。

表1國(guó)際空間站上已裝(zhuāng)備或即将裝(zhuāng)備的适合林業應用(yòng)的光學(xué)遙感載荷

國(guó)際空間站利用(yòng)可(kě)裝(zhuāng)載大型觀測設備、有(yǒu)人值守 及可(kě)選擇觀測條件等優點，開展新(xīn)型觀測儀器和觀測方法的驗證。它可(kě)以根據觀測需要在不同艙段安(ān)裝(zhuāng)有(yǒu)效載荷，載荷數量遠(yuǎn)高于衛星平台;可(kě)以在空間站平台上同時搭載光學(xué)傳感器、微波傳感器等多(duō)種有(yǒu)效載荷。這從根本上保證了多(duō)載荷對地觀測結果嚴格意義上的時間一緻性，對于綜合分(fēn)析由多(duō)源遙感數據 得到的地表植被、地形、水文(wén)等方面的信息，有(yǒu)效建立分(fēn)析模型、驗證分(fēn)析結果、反演不同時相多(duō)源遙感數據分(fēn)析模型具(jù)有(yǒu)十分(fēn)重要的意義。在空間站運行過程中(zhōng)，可(kě)由載人運輸飛船和貨運飛船向空間站運送部分(fēn)實驗設備，并可(kě)以進行必要的航天員維護、維修、更換和擴展，以确保長(cháng)時間序列觀測過程中(zhōng)數據質(zhì)量的一緻性。

1992年9月21日，中(zhōng)國(guó)政府決定實施載人航天工(gōng)程，并确定了三步走的發展戰略。第 1 步，發射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工(gōng)程，開展空間應用(yòng)實驗。第 2 步，在第 1 艘載人飛船發射成功後，突破載人飛船和空間飛行器的交會對接技(jì )術，并利用(yòng)載人飛船技(jì )術改裝(zhuāng)、發射一個空間實驗室，解決有(yǒu)一定規模的、短期有(yǒu)人照料的空間應用(yòng)問題。第 3 步，建造載人空間站，解決較大規模的長(cháng)期有(yǒu)人照料的空間應用(yòng)問題。開展較大規模和較高水平的空間科(kē)學(xué)應用(yòng)是我國(guó)載人空間站工(gōng)程目标之一，我國(guó)将在 2020年前後建成自己的載人空間站，并開展一定規模的空間應用(yòng)。目前，該實驗室的技(jì )術方案已經完善，研制工(gōng)作(zuò)正在順利進行，将解決一定規模、短期有(yǒu)人照料的空間應用(yòng)問題。将來随着空間實驗室體(tǐ)積 的增大、可(kě)靠性的提高，它将逐步發展成為(wèi)空間站的 核心艙或實驗艙，增加太空實驗的項目和種類，為(wèi)建成空間站奠定基礎。

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載人航天平台遙感在林業上的應用(yòng)

1、高分(fēn)辨率遙感

國(guó)際空間站的宇航員們利用(yòng)手持相機拍攝了地球的許多(duō)圖像，這些影像對及時發現敏感地區(qū)信息、 監測資源環境變化、尤其是在應對災害及突發事件中(zhōng)發揮了重要作(zuò)用(yòng)。2009 年 9 月 24 日國(guó)際空間站上 的宇航員拍攝到位于美國(guó)著名(míng)的黃石國(guó)家公(gōng)園的火災。宇航員第 1 次拍攝到這場大火的時間是在第 2 天，當時火場面積達 101 hm2 ;到了10月1日，火場面積已迅速增長(cháng)到了 3 764 hm2。由于拍攝到的照片傾角比較大，非常具(jù)有(yǒu)立體(tǐ)感。當時國(guó)際空間站位于黃石公(gōng)園的火場東北方約1200 km，正飛越加拿(ná)大溫尼伯湖(hú)。3天後美國(guó) Aqua 衛星上搭載的中(zhōng)分(fēn)辨率光譜儀(MODIS)才拍攝到了這場大火的衛星影像，與國(guó) 際空間站拍攝到的大傾角圖片一起互為(wèi)補充，使人們更好地了解到這場野火的位置、規模和發展趨勢等。

2010年4月美國(guó)宇航局在國(guó)際空間站“命運”号 實驗艙的下部安(ān)裝(zhuāng)了一套舷窗觀測研究設施 (WOＲF)。WOＲF的直徑為(wèi) 5.08 m(對地的光學(xué)觀 測窗口直徑51cm)，提供了79. 1°的可(kě)調視場，為(wèi)遙感傳感器提供了更好的對地觀測平台，使國(guó)際空間站的宇航員們可(kě)以移除保護罩以獲取地球更加清晰的 影像數據。現在 WOＲF 上安(ān)裝(zhuāng)了農業觀測相機 (ISSAC 或 AgCam) 和環境研究可(kě)視化系統 ( SEＲ- VIＲ)等多(duō)種多(duō)光譜相機載荷。

AgCam 可(kě)在可(kě)見光和近紅外波段以中(zhōng)高空間分(fēn) 辨率成像，拍攝圖像可(kě)以在 2 天内提供給所需人員， 為(wèi)改善土地利用(yòng)和環境管理(lǐ)提供幫助。AgCam 主 要目的是收集多(duō)譜段數據支持農業活動及相關研究。該相機分(fēn)辨率為(wèi)20 m，利用(yòng) 2 台帶有(yǒu)濾鏡的數碼相 機分(fēn)别收集可(kě)見光中(zhōng)的綠光、紅光及近紅外波長(cháng)(3 個波段)範圍的光譜信息，然後可(kě)以将這些圖像合成 為(wèi)多(duō)譜段圖像。它能(néng)夠區(qū)别不同種類的農作(zuò)物(wù)并檢 測農作(zuò)物(wù)區(qū)域覆蓋變化以及農作(zuò)物(wù)的健康狀況，這對 于農業研究和農業生産(chǎn)監測具(jù)有(yǒu)非常重要的意義，對 于森林植被的觀測也有(yǒu)很(hěn)大的潛力。

2013年1月16日正式啓用(yòng)了ISEＲV( ISS 環境 研究可(kě)視化系統)。該系統由一套望遠(yuǎn)鏡和一台數 碼攝像系統共同構成，空間分(fēn)辨率優于 3 m，具(jù)備靈活的目标捕獲能(néng)力。ISEＲV系統将用(yòng)于監測和評估 環境災害、氣候變化、熱帶雨林的破壞以及世界各地不同地點的空氣質(zhì)量。

2、高光譜遙感和熱紅外遙感

神舟3号飛船搭載的中(zhōng)分(fēn)辨率成像光譜儀( SZ－3 /CMODIS)是我國(guó)新(xīn)一代環境遙感衛星的試驗儀器，2002年3月25日神舟3号飛船進入太空，中(zhōng)分(fēn)辨率成像光譜儀在3月底開始對地觀測，9月底完成全部在軌試驗觀測任務(wù)。CMODIS 運行在(343 ± 5) km 高空，星下點地面分(fēn)辨率為(wèi)500 m，重複覆蓋周期為(wèi)2天，軌道測量覆蓋寬度為(wèi) 650～700 km，有(yǒu)34個波段，波長(cháng)範圍為(wèi) 0. 4 ～ 12. 5 μm，包括20個可(kě)見光 通道 (0. 403 ～ 0. 803 μm)、10個近紅外通道 (0. 823 ～ 1. 023 μm)、1 個短波紅外通道 ( 2. 15 ～ 2. 25 μm)和3個熱紅外通道(8. 4 ～ 8. 9 μm，10. 3 ～ 11. 4 μm，11. 5 ～ 12. 5 μm)。CMODIS以新(xīn)一代氣象衛星傳感器發展為(wèi)背景，瞄準大氣、海洋，同時考慮陸地植被觀測。中(zhōng)國(guó)科(kē)學(xué)院遙感應用(yòng)研究所以神舟飛船中(zhōng)分(fēn)辨率成像光譜儀和多(duō)模态微波遙感器應用(yòng)研究為(wèi)目标，圍繞生态環境變化快速調查與監測、土 壤水分(fēn)和融雪(xuě)徑流監測、大型地質(zhì)環境與成礦背景遙感探測、數據處理(lǐ)和系統集成等 4 個方面開展研究， 形成了由數據獲取與處理(lǐ)技(jì )術、陸地地表應用(yòng)、土地利用(yòng)及農作(zuò)物(wù)監測、地質(zhì)應用(yòng)與岩性填圖、水文(wén)應用(yòng)、 數據庫與電(diàn)子圖集等 6 個子系統組成的神舟飛船陸地遙感應用(yòng)系統。

2009年9月在國(guó)際空間站“希望”号實驗艙外安(ān) 裝(zhuāng)了海岸帶高光譜成像儀(HICO)。該計劃由美國(guó)海軍研究實驗室(NＲL) 發起，是第一個針對海岸帶和 珊瑚礁區(qū)域進行觀測的星載傳感器。HICO 傳感器能(néng)夠獲取可(kě)見光及近紅外波長(cháng)的高質(zhì)量信息，主要任務(wù)是收集沿海海域的水質(zhì)、海底類型、水深以及近海岸植被類型等情況。該儀器的波段範圍為(wèi) 380 ～ 960 nm，光譜分(fēn)辨率為(wèi) 5. 7 nm，空間分(fēn)辨率為(wèi) 90 m。HI- CO 具(jù)有(yǒu)很(hěn)高的信噪比，對信号較弱的海岸帶附近場景可(kě)以很(hěn)好地量化成像。作(zuò)為(wèi)創新(xīn)性儀器，HICO 将 為(wèi)未來空間高光譜探測器的應用(yòng)而進行多(duō)種探索研究。

3、合成孔徑雷達遙感

以美國(guó)航天飛機為(wèi)代表的載人航天平台對合成 孔徑雷達(SAＲ)遙感技(jì )術的發展做出了很(hěn)多(duō)引領性的貢獻。多(duō)頻率、多(duō)極化、幹涉處理(lǐ)、極化幹涉處理(lǐ)等一系列 SAＲ 關鍵技(jì )術都是基于航天飛機搭載的SAＲ傳感器的數據實現的，也促進了 SAＲ數據林業應用(yòng) 的發展。

1981年11月12日NASA發射了第一個航天飛 機成像雷達系統SIＲ-A，利用(yòng)哥(gē)倫比亞号航天飛機送上太空，該任務(wù)為(wèi)期 3 天，共獲取地球表面 100 萬 km2 的雷達圖像。SIＲ-A 是一部 HH 極化 L 波段 SAＲ，回波信号由機上的光學(xué)記錄器記錄，經過光學(xué)相關儀器處理(lǐ)後得到雷達圖像膠片。1985 年 Wu 利用(yòng) SIＲ-A 的 SAＲ 數據發現，雷達數據和陸地衛星圖像對森林研究各有(yǒu)特點。1989 年 Werle 利用(yòng) SIＲ-A 雷達數 據分(fēn)析了中(zhōng)國(guó)東北的防風林。

1984 年10 月5 日美國(guó) NASA 利用(yòng)挑戰者号航天 飛機将 SIＲ-B 送上太空，任務(wù)為(wèi)期 1 周。SIＲ-B 也是一部 HH 極化 L 波段 SAＲ，首次采用(yòng)數字處理(lǐ)系統， 比 SIＲ-A 的數據提供了更大的動态範圍，數據傳輸和 分(fēn)析更加方便、精(jīng)确。雙帶寬傾斜天線(xiàn)使視角可(kě)在 15° ～ 60°區(qū)間變化，能(néng)夠自動按照 1°步長(cháng)傾斜，可(kě)提供觀測期間連續幾天對特殊目标的多(duō)入射角圖像，完成了後向散射與入射角之間關系的定量化研究。

SIＲ-B 的多(duō)入射角數字化數據使地物(wù)特性的定 量研究成為(wèi)可(kě)能(néng)，并為(wèi)理(lǐ)論模型提供驗證的數 據。因為(wèi)數據傳輸天線(xiàn)出了問題，SIＲ-B 沒能(néng)按 預定計劃獲取數據。NASA 原計劃在 1987 年前後再 進行一次飛行，後因航天飛機挑戰者号于 1986 年 1 月 28 号 失 事 而 取 消，直 到 1994 年 才 進 行 SIＲ-C 項目。

SIＲ-C /X-SAＲ 成像雷達系統是在SIＲ-A 和 SIＲ- B 之後第 3 個裝(zhuāng)載在航天飛機上的雷達系統，于1994 年 4 月(9—20 日) 和 10 月(9 月 30—10 月 11 日)開展了 2 個為(wèi)期 10 天的成像飛行，每次獲取 50 h 約 5 000 萬 km2 的雷達圖像數據。SIＲ-C /X-SAＲ 雷 達觀測系統包括了美國(guó)研制的 L 和 C 波段 SAＲ 及德(dé) 國(guó)和意大利研制的 X 波段 SAＲ 3 個雷達傳感器。L 和 C 波段 SAＲ 為(wèi)全極化雷達，而 X 波段 SAＲ 僅有(yǒu) VV 極化。該系統是運行在地球軌道高度上的第 1 部多(duō)波段同時成像雷達，第 1 部高分(fēn)辨率全極化 (HH，HV，VH 和 VV) 同時成像的雷達，第 1 部在 2 個季節成像的多(duō)參數航天雷達，并可(kě)以實現雷達入射角從 17°至 63°的多(duō)角度觀測。

SIＲ-C 數據在林業和其他(tā)方面的應用(yòng)研究有(yǒu)很(hěn) 多(duō)。許多(duō)研究發現，長(cháng)波長(cháng)(L 波段)交叉極化 (HV) 信号與森林生物(wù)量有(yǒu)最好的相關性。在 SIＲ-C / X-SAＲ 飛行的最後 3 天，獲取了重複軌道的相幹雷 達數據。這是僅有(yǒu)的一次獲得多(duō)波段(L，C 和 X)、多(duō)軌道(僅隔 1 天)的相幹雷達數據的空間飛行，提供了研究地表的新(xīn)手段。1998 年 Pierce 等利用(yòng)多(duō)季相的SIＲ-C /X-SAＲ 圖像進行了美國(guó)北部森林和土 地覆蓋的分(fēn)類。1997 年 Saatchi 等利用(yòng) SIＲ-C 圖像完成了對亞馬孫熱帶雨林的森林砍伐和當地的土地覆蓋制圖。1997 年 Corina 等研究了 SIＲ-C L 和 C 波段數據與熱帶雨林恢複的關系。1998 年 Ber- gen 等利用(yòng) SIＲ-C 數據估計了北方森林的地上、地下 生物(wù)量和年淨初級生産(chǎn)量。1997 年 Ｒanson 和 Sun 利用(yòng) SIＲ-C 圖像對美國(guó)緬因州山(shān)區(qū)的森林進行了分(fēn)類和生物(wù)量估算研究。

航天飛機雷達地形制圖計劃 SＲTM 是美國(guó)太空 總署(NASA)和國(guó)防部國(guó)家測繪局(NIMA)、德(dé)國(guó)空間局等單位的合作(zuò)項目。2000 年 2 月 11 日美國(guó) 發射的“奮進”号航天飛機上搭載 SＲTM 系統，共計進行了 222 小(xiǎo)時 23 分(fēn)鍾的數據采集工(gōng)作(zuò)，獲取了北緯 60°至南緯 60°之間總面積超過1. 19 億 km2 的相幹雷達影像數據，覆蓋地球 80% 以上的陸地表面。 SＲTM 是 SIＲ-C /X-SAＲ 的改進，基線(xiàn)由 60 m 長(cháng)的可(kě) 伸縮天線(xiàn)結構組成，此結構伸出軌道飛行器的貨艙， 伸出端帶有(yǒu) C 波段與 X 波段雷達的第 2 根接收天 線(xiàn)。由 SＲTM 得到的地形數據具(jù)有(yǒu)以下特點:1) 良好的一緻性。SＲTM 計劃首次提供了從一種數據源得到的格式一緻的 DEM 産(chǎn)品，克服了世界上之前存 在的從多(duō)種數據源鑲嵌的全球高程模型的缺點。2) 減少疊掩和陰影效應。由于采用(yòng)上升和下降軌道雷達 波對山(shān)體(tǐ)的照射，解決了雷達遙感中(zhōng)存在的山(shān)坡疊掩效應而損失信息的問題。3)高分(fēn)辨率。SＲTM 将當時 已有(yǒu)的全球 DEM 的水平分(fēn)辨率從 1 km 提高到 30 m， 垂直分(fēn)辨率從 100 m 提高到10 m(C 波段)及 6 m(X 波段)。SＲTM地形數據可(kě)以作(zuò)為(wèi)普通地形數據來應用(yòng)，但實際上在有(yǒu)植被覆蓋的地區(qū)它提供的高度不是真正的地表高度，而是雷達散射相位中(zhōng)心的高度。散射相位中(zhōng)心高度介于地表和植被頂端之間，包括植被空間結構的信息，可(kě)以用(yòng)來估計植被高度和生物(wù)量。

4、激光雷達遙感

美國(guó)航空航天局在星載激光雷達的研制和應用(yòng) 上一直處于引領地位，航天飛機平台提供了很(hěn)好的支撐。1996年1月和1997年8 月先後進行了航天飛機搭載激光雷達(SLA)試驗即 SLA － 01 和 SLA － 02，獲取了高精(jīng)度全球控制點信息。基于航天飛機飛行試驗激光雷達高度儀的成果和經驗，NASA于2003年發射了第 1 顆激光雷達衛星，即搭載在 ICESat(冰體(tǐ)、 雲量和陸地高度監測衛星)上的激光測高儀 GLAS。

SLA 激光雷達高度儀首次實現了星載平台的激光波形記錄，可(kě)以記錄 100 m 光斑内垂直間隔1. 5m的地物(wù)回波波形。基于激光回波波形，可(kě)以更精(jīng)确地分(fēn)析地形及地表物(wù)體(tǐ)特征。2000 年和 2003年Sun等利用(yòng) SLA 的波形分(fēn)析了地形及植被信息，并驗證了幹涉雷達處理(lǐ)的DEM。

日本正計劃在國(guó)際空間站上搭載植被環境觀測激光雷達(LOVE)，激光雷達傳感器包括測高工(gōng)作(zuò)模式和米散射工(gōng)作(zuò)模式 2 種。其中(zhōng)測高模式采用(yòng)2×2的探測單元配置，單個探測單元的地面分(fēn)辨率為(wèi)25～30 m，主要用(yòng)于植被高度和生物(wù)量的測量。米散射工(gōng) 作(zuò)模式主要用(yòng)于大氣觀測(包括雲和氣溶膠)，垂直分(fēn)辨率為(wèi) 100 m，水平分(fēn)辨率為(wèi)1 km。

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“天宮一号”高光譜遙感數據在林業上的應用(yòng)

2011年9月29日我國(guó)在酒泉衛星發射中(zhōng)心成功發射了天宮一号目标飛行器，搭載的高光譜成像儀是目前我國(guó)空間分(fēn)辨率和光譜綜合指标最高的空間成像光譜儀，可(kě)以實現高光譜分(fēn)辨率的地物(wù)特征成像探測，獲取了大量珍貴的森林實驗觀測數據。下面從森林資源監測、沙化土地分(fēn)類和林火探測等3個方面進行介紹。

1、森林資源監測

利用(yòng)獲取的天宮一号高光譜成像儀數據，研究了不同地區(qū)(溫帶、熱帶)森林覆蓋制圖與變化檢測的自動化識别方法，結果表明，天宮一号高光譜成像儀數據在成像時間、空間分(fēn)辨率和光譜分(fēn)辨率等方面具(jù)有(yǒu)獨特的優勢，在森林覆蓋制圖與變化檢測方面有(yǒu)廣闊的應用(yòng)前景。

利用(yòng)2012年3月5日15時獲取的雲南省麗江 市的數據進行了森林分(fēn)類的實驗，在數據幾何精(jīng)糾正後，對高光譜可(kě)見光近紅外和短波紅外圖像進行監督分(fēn)類。分(fēn)類結果表明，對土地類型1級分(fēn)類類型可(kě)以比較容易地區(qū)分(fēn);對森林可(kě)以區(qū)分(fēn)到 2 級類型(常綠林、落葉林和疏林)，這是多(duō)光譜遙感圖像很(hěn)難達到的，研究結果可(kě)以滿足森林資源監測的一般需要。

通過對2012年5月11日獲取的雲南省景洪市 西南部的天宮一号高光譜成像儀可(kě)見近紅外數據與 短波紅外數據的處理(lǐ)與分(fēn)析，計算了反映植被特征的10種植被指數，與地面實測林業樣地的生物(wù)量結合建立了生物(wù)量估測模型，模型的決定系數為(wèi)0. 83，均方根誤差為(wèi) 29. 9 t /hm2，說明天宮一号高光譜數據對森林生物(wù)量的估測能(néng)力很(hěn)強。

2、沙化土地分(fēn)類制圖

土地沙化是我國(guó)荒漠化的主要表現特征，合理(lǐ)分(fēn) 類沙化土地對掌握土地沙化發展規律以及采取合理(lǐ) 的治理(lǐ)措施具(jù)有(yǒu)重要的指導意義。不同類型沙化土地因其植被覆蓋、土壤質(zhì)地和養分(fēn)特征等的差異，地表反射特征也各異，在遙感影像的不同波段其亮度特征分(fēn)異也很(hěn)大，從而使沙化土地的遙感識别信息提取和分(fēn)類成為(wèi)可(kě)能(néng)。由于高光譜遙感影像可(kě)以提供近實測的地表光譜特征數據，其在沙化土地信息提取上具(jù)更強的能(néng)力。

利用(yòng)獲取的“天宮一号”影像數據，研究了不同類型區(qū)沙化土地高光譜分(fēn)類技(jì )術，獲得了一些初步結果。對民(mín)勤東北部天宮一号高光譜數據進行處理(lǐ)，得 到對應的沙化土地分(fēn)類專題圖。天宮一号高光譜數據對不同固定程度的沙地、戈壁等具(jù)有(yǒu)很(hěn)好的區(qū)分(fēn)能(néng)力。

3、林火監測

天宮一号上搭載的高光譜全色、可(kě)見近紅外和短波紅外等傳感器，可(kě)同時為(wèi)用(yòng)戶提供同一位置100多(duō)個通道的觀測數據，通過綜合這些波段特性，分(fēn)析火情信息在這些波段的反應，尋求森林火災監測及火燒迹地提取的最适宜波段範圍，對于未來設計更适合森林火災監測業務(wù)需求的傳感器、更好地滿足我國(guó)森林防火預警撲救需求、切實保護我國(guó)生态環境和森林資源等具(jù)有(yǒu)十分(fēn)重要的作(zuò)用(yòng)。

通過對同步試驗的火場在天宮一号所搭載傳感器上的不同反應分(fēn)析表明，明火、焖燒、煙和火燒迹地等4種與燃燒狀态密切相關的信息在天宮一号高光譜數據中(zhōng)的敏感譜段存在差異，正在燃燒中(zhōng)的小(xiǎo)火可(kě)在天宮一号所搭載的高光譜短波紅外傳感器的中(zhōng)波範圍内(約 2. 1μm)檢測出來，即天宮一号搭載的高光譜短波紅外數據具(jù)有(yǒu)探測面積小(xiǎo)于其空間分(fēn)辨率 的火的能(néng)力;而在高光譜短波近紅外和全色影像中(zhōng)并不明顯;高光譜可(kě)見近紅外傳感器可(kě)有(yǒu)效探測出煙和火燒迹地等信息。因此，專題信息提取并不是空間分(fēn)辨率越高越好，光譜信息也非常重要。另外，通過天宮一号數據不同波段間的信息組合，可(kě)有(yǒu)效提取專題信息。

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結論及發展趨勢

随着國(guó)際空間站的全面建成和我國(guó)空間站計劃 的實施，在未來的對地觀測發展中(zhōng)，以空間站為(wèi)對地 觀測平台将在新(xīn)技(jì )術研究與示範中(zhōng)發揮重要作(zuò)用(yòng)，應積極開展與林業應用(yòng)有(yǒu)關的概念研究和關鍵技(jì )術攻 關工(gōng)作(zuò)。要充分(fēn)利用(yòng)國(guó)内外載人航天工(gōng)程獲取的林區(qū)觀測數據，研究林業遙感的前沿技(jì )術。以我國(guó)大力發展載人航天工(gōng)程的契機，積極參與空間站遙感器的調研、需求分(fēn)析、參數選擇、項目預研、定标試驗、同步試驗等工(gōng)作(zuò)，及時獲得空間站遙感器對地觀測數據和相關參數數據，更好地促進林業遙感基礎研究和應用(yòng)研究的開展，為(wèi)進一步發展和應用(yòng)好适合于林業的業 務(wù)化衛星做技(jì )術準備。

*注：本文(wén)來源：http://www.msadc.cn/main/researchDetail?id=1372785831231623169