中国卫星遥感与定位技术应用的现状和发展

中国卫星遥感与定位技术应用的现状和发展2002-3-19经过三十多年来的发展，卫星遥感技术应用的范畴已经从当初的单一遥感技术发展到今天包括遥感（RS)、地理信息系统(GIS)，全球定位系统(GPS)等技术在内的空间信息技术，逐渐深入到国民经济、社会生活与国家安全的各个方面，使社会可持续发展和经济增长方式发生了深刻的变化，其发展与应用水平业已成为综合国力评价的重要标志之一。1998年美国副总统戈尔从战略高度提出了空间信息技术综合应用的重大目标之——“数字地球”的构想，将空间信息技术向全民化、产业化发展的目标推进了一步。随着国家和地区空间信息基础设施的建立和完善，分布式数据库的发展与成熟，以及高性能计算、联网处理能力的提高，美国和西方七国集团已把空间信息技术列为从工业化向信息化过渡，实现全球信息社会(GlobalInformationSociety，GIS)的一个重要高新技术应用产业。我国经过“八五”，“九五”的攻关研究，RS、GIS和GPS的综合配套发展能力开始形成，为3S走向实用奠定了基础。在应用方面，3S技术已在国家的经济建设中，尤其在重大自然灾害监测与评估和资源调查等方面，为国家领导人和各级政府部门提供了大量科学的宏观辅助决策信息，产生了巨大的社会效益。在技术应用逐步由国家行为向产业行业的转化过程中，有力地推动了国土、农业、林业等部门对这些新技术的认同和采用，越来越多的部门，已经正在将这些技术摆上部门业务化应用的日程，成为主管部门执法或制定产业政策、规范及行业技术改造的重要依据之一。中国卫星遥感应用的发展遥感技术集中了空间、电子、光学、计算机通信和地学等学科的最新成就，是当代高新技术的一个重要组成部分。国际上遥感技术的发展，将在未来15年将人类带入一个多层。立体。多角度，全方位和全天候对地观测的新时代。各种高、中、低轨道相结合，大、中、小卫星相互协同，高、中、低分辩率互补的全球对地观测系统，将能快速、及时地提供多种空间分辩率、时间分辩率和光谱分辩率的对地观测海量数据。自70年代以来，我国高度重视遥感技术发展与应用，跟踪国际技术前沿并努力创新，在“六五”、“七五”、“八五”、“九五”连续四个五年计划中，给予重点支持，在遥感技术系统，遥感应用系统、GIS等方面均取得突出进展。建立了国家级资源环境宏观信息服务体系该服务体系包括以中国1：25万土地利用数据为核心的国家资源环境空间数据库，二个部级服务系统，三个省级示范系统及五个县级服务系统，珠江三角洲地区“4D”(数字高程模型DEM，数字正射影像库DOQ，数字专题地图库DRG和数字专题信息DTI)技术系统以及全国资源环境信息技术系统。以1：10万土地利用数据为核心的国家资源环境数据库包括30多种主要资源环境要素，且具有统计的数据标准、参数、数据格式与数据精度。该库将每五年实现全面更新，东部主要地区每年更新。两个部级服务系统是面向农业部和国家林业局开发的。其中农业部以上述本底数据库为基础，针对华北地区有关缺少耕地的农情进行分析，直接支持了农业部的决策工作。国家林业局的系统在本底数据库基础上，直接支持了国家生态环境的建设工作。三个省级示范系统，则是专为江苏、福建和安徽开发的，它们都包括资源与环境数据库、基础地理数据库、资源环境专题数据、社会经济统计数据库及1：10万(江苏、福建)和1：5万(安徽)土地利用数据库。现三个省级示范系统已经开始为三省的国民经济建设提供服务。在珠江三角洲示范区建立的1：10万资源与环境“4D”遥感动态信息服务体系，具有一年一度更新能力。对珠江三角洲城市扩展、耕地减少和海岸带变化等资源热点问题提供年际动态数据及专题分析报告。该技术已成功的应用到国家土地利用变化监测。该服务体系自建立起来就得到了广泛的应用。据不完全统计，国家资源环境数据库用户数现已达到200余个，用户涉及包括国家计委、农业部，水利部。国家环保总局、国家林业局、国家统计局、国家航天局以及总参等多个政府部门。推广应用的省份包括江西、安徽、福建、湖北。湖南、江西、贵州，山东，内蒙、新疆等。特别是水利部在数据库的基础上，在九个月的时间内，完成了全国1：10万比例尺的土壤侵蚀遥感调查工作，成果得到了水利部领导的一致好评。国家环保总局拟在数据库的基础上，建设国家生态环境监测系统。此外，数据库直接支持了对1998年特大洪涝灾害的监测工作。国家有关部门已要求全面移植本底数据库的主要数据类型，作为国家领导人的决策参考数据。建立了灾害遥感监测评估业务运行系统该系统由三部分组成：灾害宏观动态监测系统、机载SAR数据实时传输系统、洪涝灾害测评估系统。洪涝、干旱。林火和雪灾的宏观动态监测与评估系统，已具备针对中国范围内发生的洪涝、干旱、林火和雪灾等多种自然灾害的宏观动态监测和成灾区的区域覆盖评估的能力；系统通过网络通信同其它子系统实现产品传送和数据共享，并以VSAT和INTERNET网络通信方式向应用部门提供防灾减灾信息服务。机载SAR数据实时传输系统，实现了3米SAR图像的实时网络远程传输、地面接收和处理；它可以针对3米SAR图像进行7种功能的实时处理。迄今为止，该业务运行系统已经在对中国发生的洪涝、干旱、林火和雪灾等各种重大自然灾害的监测评估中发挥了重要作用，及时并准确地向国务院办公厅及国家防汛抗旱总指挥部提供了有关灾害发生情况的大量数据。对突发性水灾，实现2天之内提供受淹范围及各类受淹土地面积等信息，一周之内提供包括受灾人口，受淹房屋等信息的详细评估报告。全国旱情监测实现每10天上报一次旱情数据。在1998年长江特大洪水期间，中国主要遥感单位利用6颗卫星和3套航空遥感系统，对灾区进行5-7次覆盖，取得100多幅灾情图像，为灾情监测评估和灾后重建提供了科学数据。该系统已经被纳入国家防汛指挥系统。国产GIS软件产品的开发与应用从引进，消化、吸收起步，根据“引入竞争机制，坚持流动发展，加强科技攻关，落实产业发展”的方针，我国通过科研攻关项目支持和软件测评，鼓励开发了一批具有自主版权的GIS软件，某些软件在技术水平上接近国际先进水平，带动了一批新兴高新技术企业，实现了科技成果产业化，促进了我国GIS在各行各业的应用，并获得了一定的经济效益和形成初步的产业规模。经过“九五”期间的发展，目前国产GIS软件占据国内市场已达到近30％。在行业应用领域不断发展的同时，国产软件也在许多国家重要的政治。科技活动中凸现自己，并产生了重要的社会效益。例如，利用国产软件制作的香港、澳门两座城市的电子地图、在解放军进驻两地的过程中发挥了重要作用，受到军方的一致好评；《神舟》号发射过程中，国产软件成为航天飞行的一个固定控制软件被成功地用于飞行器态势的控制；国产软件在昆明世博会上应用成功，并打入了2000年悉尼奥运会。“九五”期间，在科技部的大力推动下，国外软件垄断的局面已经不复存在，中国的地理信息系统软件产业已经初步形成；“十五”期间，中国的地理信息系统软件产业必将迎来又一个高速发展的阶段。国家空间数据基础设施建设开展地理信息系统应用的必要条件是建设国家空间数据基础设施。中国有关部门已建立了10个基础地理信息数字化生产基地，开展了信息共享与标准化研究，实现了地理信息产品的规模化生产。目前已建成中国1：400万、1：100万、1：25万基础地理数据集。七大江河流域重点防范区1：1万和1：5万基础地理数据集。在科技部的支持下，以推动空间信息技术及其产业发展为目标的国家级空间信息共享和服务平台”中国空间信息网”于1999年开始建设，现已具雏形。发展遥感前沿技术及应用系统针对目前高光谱遥感、雷达遥感，大数据量遥感图像并行处理，多种数据融合和快速更新等遥感的前沿技术，紧密结合遥感的具体应用，发展了高光谱农作物精细分类模型，形成了水稻信息提取和分类的雷达遥感成套技术，研制了微机大数据量遥感图像并行处理技术及系统，发展了遥感与地理系统融合处理技术以及地理空间数据的快速生成和更新技术。形成了一套独具特色的技术系统，并在国际合作中得到了应用和检验。建立了海洋环境立体监测体系作为一个海洋大国，我国天然海域达485万平方公里，海岸线长达18000公里。海洋及海岸带拥有丰富的资源，有12个省(市、自治区)处于沿海地带，全国50％的大城市，40％的中小城市也在这个地带，国民经济总值的60％来自沿海地区。因此，建立海洋环境立体监测体系是我国一项战略目标。在“九五”国家高技术发展计划(863计划)支持下建立的海洋环境立体监测体系主要包括：近海环境自动监测技术、高频地波雷达海洋环境监测技术。海洋环境遥感监测应用技术、系统集成技术以及示范试验等。中国卫星定位技术应用的发展卫星定位技术的发展，因其可提供全天候实时，高精度三维位置，速度以及精密的时间信息，90年代以来，已被广泛应用于陆地、海洋，空间和航天领域内务类军用和民用目标的定位、导航与精密测量，并已初步形成一个新兴的高科技产业。世界上一些国家和地区，从自身的技术、经济和国家安全利益出发，纷纷建立或规划建设全球或区域性的卫星定位系统，如俄罗斯的GLONASS，美国的GPS。欧洲的GALILEO计划等。我国已于2000年10月31日和12月21日先后发射了第一颗和第二颗“北斗导航试验卫星”，构成了我国第一代卫星导航定位系统即“北斗导航系统”。随着美国SA政策的终止和其他国家新的空间定位系统的投入运行，卫星定位系统的静态和动态定位精度、运行的可靠性已经大幅度提高。国际上GPS接收机，GPS导航系统，GPS航空。航海、公路、铁路导航控制系统，GPS接收机与其它电器结合的通用设备如GPS照相机。GPS收音机，GPS手表等已形成相当规模的产业群体，成为空间信息技术中首先进入大规模产业化发展的领域之一。据联合国1999年的资料，尽管前几年世界经济并不景气，但全球航天产业的平均年增长率超过9%，其中卫星导航定位领域的增长平均每年超过30：6，而这两年的实际增长则远超过上述数字。未来的发展趋势是导航定位产品将与移动电话等大众消费品融为一体，市场前景极为可观。我国从七十年代中期开始引进子午卫星导航定位技术，这是美国第一代卫星定位系统，采用多普勒定位技术，主要用于大地测量。海岛联测及石油勘探。八十年代中期开始引进GPS卫星定位仪。随着GPS卫星定位系统日益完善和卫星定位技术的不断提高，卫星导航定位技术已进入到国民经济多个领域中并发挥了重要作用。地球板块运动监测和地球动力学研究GPS在地球动力学研究方面应用，主要用于对全球性板块运动、地壳运动监测。地震预报监测和对极移的测定。测定板块间运动参数（相对移动速度和方向)、大陆和海洋板块内部变形，板块边界是与地震有关的区域形变和应变积累。研究地下断层活动模式、应力场变化，从而进行地震危险值估计和预报。目前利用GPS水平方向形变监测精度已经达到1-2mm／年，垂直方向为2-4mm／年，基线相对精度过1×10-9。我国积极参与国际大地测量协会组织的国际地球动力学服务网(InternationalGPSServiceforGeodynamics，简称IGS网)的建设，已有长春、乌鲁木齐、拉萨、昆明、西安，武汉，上海、北京等八个站参加了该网。目前世界上已有200多个永久跟踪站。其目的是为从事高精度的地球动力学研究的单位和个人提供精确的GPS卫星轨道、地球自转参数和测绘坐标。通过国家“九五”重大科学工程项目的支持，“中国地壳运动监测网络工程”已于2000年建成，在我国建立了25个连续运行GPS跟踪站，54个基本站，1000个地震监测点。“十五”期间将陆续建成约100个左右连续跟踪站。这一科学工程的建设将为地球板块运动监测，区域地壳形变监测地震预报监测，起着重要作用。1995年中德合作在西藏测定由8个GPS点组成的网，从格尔木到珠穆郎玛峰南麓戎布寺，横跨四个断裂带。中美在龙门山建立了13个GPS监测站的监测网，横跨四川、云南两省，基线重复精度达到1×10-8，坐标优于5cm。为监测首都圈地震，1994年利用的GPS建立了57个GPS地震监测点，点距50-100km，控制面积15万km2。每年复测一次。利