論新型衛(wèi)星遙感技術(shù)創(chuàng)新地圖出版模式①

何慧

(中國地圖出版社 北京 100054)

1 我國衛(wèi)星遙感新發(fā)展

衛(wèi)星遙感具有信息豐富、真實準(zhǔn)確、全域覆蓋、時效性強等典型特征，是各級政府摸清資源家底、開展規(guī)劃決策的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù)支撐，其在應(yīng)用于解決自然資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、國土空間規(guī)劃、城市精細(xì)管理、政府宏觀決策中的空間數(shù)據(jù)支撐上具有得天獨厚的優(yōu)勢。近年來，我國高分辨率、高光譜、高重訪、立體測圖、夜光遙感、雷達(dá)遙感等新型衛(wèi)星技術(shù)極大推動了衛(wèi)星遙感發(fā)展進(jìn)程。

1.1 高空間分辨率遙感

空間分辨率是衛(wèi)星遙感成像的最核心指標(biāo)之一，空間分辨率的高低直接決定了衛(wèi)星影像所能觀測到的地表物體內(nèi)容及細(xì)節(jié)程度。近年來自主資源系列和高分系列衛(wèi)星陸續(xù)發(fā)射，我國在高空間分辨率遙感上取得了全面突破，實現(xiàn)了從2米級到亞米級影像的高重訪穩(wěn)定獲取能力，在資源調(diào)查、防災(zāi)減災(zāi)、農(nóng)林水利、生態(tài)環(huán)境、重大工程等領(lǐng)域得到全面應(yīng)用[1]。

1.2 高時間分辨率遙感

高時間分辨率遙感是近年來迅速崛起的衛(wèi)星遙感新方向，采用數(shù)量龐大的微小衛(wèi)星實現(xiàn)對地球表面的聯(lián)合高重訪觀測，監(jiān)測地球表面的地表變化或者重要地面目標(biāo)，具有便捷靈活、響應(yīng)快速的特點。目前該類衛(wèi)星以商業(yè)小衛(wèi)星為主，比如珠海一號遙感微納衛(wèi)星星座，采取一箭多星的發(fā)射方式，極大降低生產(chǎn)及發(fā)射成本，可在短時間內(nèi)形成規(guī)?；^測能力。

1.3 高光譜分辨率遙感

高光譜分辨率遙感采用很窄而連續(xù)的光譜通道對地物持續(xù)遙感成像，光譜通道達(dá)數(shù)十至數(shù)百個以上，地物的分辨識別能力大大提高，可區(qū)分地物不同類別、材質(zhì)、性質(zhì)等[2]。隨著高分五號高光譜衛(wèi)星的成功發(fā)射，我國真正具備了高光譜成像遙感能力，可實現(xiàn)對農(nóng)作物種類、生化參數(shù)、大氣質(zhì)量參數(shù)、水質(zhì)水華、陸地植被、城市熱島等多個環(huán)境要素進(jìn)行監(jiān)測。

1.4 立體成像遙感

為支撐地表形態(tài)立體觀測，我國于2012年成功發(fā)射了資源三號立體測繪衛(wèi)星，并于2016年發(fā)射資源三號02星，形成高覆蓋率的雙星組網(wǎng)觀測[3]。該衛(wèi)星通過立體像對從不同視角對同一地表區(qū)域分別成像，采用相同地物特征點進(jìn)行相對匹配，從而反算形成地表立體模型。目前利用該衛(wèi)星已完成全國多期數(shù)字高程模型產(chǎn)品制作，并支撐國家全球立體測圖等重大專項。

1.5 夜光遙感

夜光遙感是采用對地表夜晚燈光強度進(jìn)行成像，間接觀測地表人類居住及社會活動行為，實現(xiàn)對人文經(jīng)濟活動觀測。隨著國內(nèi)武漢大學(xué)團(tuán)隊主導(dǎo)研制的“珞珈一號”夜光遙感衛(wèi)星成功發(fā)射，該衛(wèi)星在空間分辨率上領(lǐng)先于國際同類衛(wèi)星，并在敘利亞內(nèi)戰(zhàn)期間采用夜光遙感數(shù)據(jù)分析了人口變遷情況，成果得到聯(lián)合國等權(quán)威部門公開報告[4]。

1.6 雷達(dá)遙感

雷達(dá)衛(wèi)星是采用高分辨率雷達(dá)波束進(jìn)行極化或干涉成像，具有穿透云霧以及部分地物的成像特點，是全天候、全天時、全方位觀測手段。我國已發(fā)射高分三號雷達(dá)衛(wèi)星，采用全新多極化設(shè)計，既實現(xiàn)大范圍普查，又能查特定區(qū)域，既得到地表目標(biāo)幾何信息，又支持用戶高定量化反演，已服務(wù)于海洋監(jiān)測、減災(zāi)防災(zāi)、應(yīng)急保障、水資源評估、氣候變化等廣大領(lǐng)域[5]。

2 新時代地圖出版新模式

在新型衛(wèi)星遙感支撐下，近年來我國已完成系列重大國情國力調(diào)查監(jiān)測，包括第一次全國水利普查、第二次全國濕地資源調(diào)查、第二次全國土地調(diào)查、第八次全國森林資源清查、第一次全國地理國情普查等，編制形成系列專業(yè)公報、成果圖件、專題圖集、科普讀物等地圖出版產(chǎn)品，并且開發(fā)了豐富新穎的大眾化及專業(yè)化出版成果。

2.1 普通影像地圖

普通影像地圖是遙感影像地圖的基礎(chǔ)產(chǎn)品，對于反映區(qū)域地理特征具有信息綜合、內(nèi)容直觀的優(yōu)勢。近年來，國內(nèi)主要地圖出版機構(gòu)均出版類該類產(chǎn)品，比如中國地圖出版社2010年出版的《中國自然地理圖集》、2016年出版《蘇州市影像地圖集》等城市地圖集、星球地圖出版社2015年出版《中華人民共和國海南省三沙市地圖》以及科學(xué)出版社2005年《中國巴西地球資源衛(wèi)星影像圖集》等。

2.2 專題影像地圖

專題影像地圖側(cè)重反映自然資源、生態(tài)環(huán)境等專題信息分布，具有信息客觀、專業(yè)性強的特點。近年來，以中國地圖出版社為首的地圖出版機構(gòu)加強該方向地圖出版研究與開發(fā)，已經(jīng)形成了系列重大專題圖集成果，包括2018年出版的《全國土地利用遙感監(jiān)測成果影像集》、2013年出版的《中國西部地區(qū)典型自然景觀地圖集》以及中國林業(yè)出版社2005年出版的《中國森林資源圖集》等。隨著生態(tài)文明建設(shè)深度推進(jìn)，專題調(diào)查監(jiān)測影像地圖將是專題信息表達(dá)的重要形式。

2.3 三維實景地圖

三維景觀地圖是對遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行2.5維立體投射形成的半立體實景三維地圖，具有影像地圖信息客觀和立體地圖直觀表達(dá)的特點[6]。國內(nèi)武漢市等城市率先建立城市高精三維景觀地圖，形成在線動態(tài)的立體地圖產(chǎn)品以及靜態(tài)的2.5維立體地圖產(chǎn)品，已廣泛應(yīng)用于城市空間規(guī)劃、重點文物保護(hù)、民生地圖等多個領(lǐng)域。

2.4 裸眼立體地圖

裸眼立體地圖是利用光柵印刷成像技術(shù)對立體圖形進(jìn)行多視角壓縮成像，隨著立體遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)的豐富，逐漸興起裸眼立體地圖產(chǎn)品，具有形式新穎、形象逼真的獨特優(yōu)勢。該類產(chǎn)品以中國地圖出版社2015年出版的《美麗地球新視角》為代表，該產(chǎn)品以資源三號立體影像進(jìn)行立體地圖編制，展現(xiàn)全球多個標(biāo)志性地貌景觀，先后獲得2015年國際制圖大會金獎、原國土資源部優(yōu)秀科普圖書獎、全國優(yōu)秀科普作品等獎勵。隨著立體觀測手段的增加，針對城市變遷、自然災(zāi)害等多維立體裸眼或VR地圖都將是未來紙質(zhì)或數(shù)字出版重點方向。

2.5 資源統(tǒng)計地圖

近年來自然資源、生態(tài)環(huán)境、社會管理等向精細(xì)化發(fā)展，利用衛(wèi)星遙感對地表要素觀測及監(jiān)測形成全覆蓋分布成果，采用空間分層、分類統(tǒng)計等多粒度的統(tǒng)計方法，形成影像定性分布與統(tǒng)計定量規(guī)律相結(jié)合的影像統(tǒng)計地圖，是自然資源精細(xì)管理、生態(tài)環(huán)境要素分布、城市發(fā)展布局等的必然要求。目前該類型地圖已經(jīng)形成大量積累，比如《第一次全國水利普查成果圖集》《第一次全國地理國情普查圖集》《中國森林資源圖集》等，但如何結(jié)合新型遙感技術(shù)及專題統(tǒng)計方法進(jìn)行創(chuàng)新制圖，依然是將來專題制圖出版的重點與難點[7]。

2.6 分析評價地圖

隨著我國生態(tài)文明建設(shè)全新布局，自然資源及生態(tài)環(huán)境管理將向精細(xì)化方法發(fā)展，衛(wèi)星遙感將從定性觀測向定量評價升級，綜合利用高光譜分辨率、高空間分辨率的衛(wèi)星遙感進(jìn)行專業(yè)建模與定量評價，是近期新型衛(wèi)星遙感技術(shù)的全新增長點，雖然早期中科院對這方面有過一定研究成果，比如《全國生態(tài)環(huán)境十年變化遙感調(diào)查與評估圖集》，但如何利用新型遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行定量評價輔助決策是未來地圖出版面臨的重大需求。

2.7 應(yīng)急救災(zāi)地圖

高時間分辨率小衛(wèi)星、雷達(dá)衛(wèi)星等觀測手段發(fā)展的發(fā)展，使得遙感技術(shù)在應(yīng)急救災(zāi)中發(fā)揮著越來越重要的作用。在歷次重大自然災(zāi)害中，衛(wèi)星遙感提供的及時災(zāi)前災(zāi)后專題影像地圖，已多次成為國家領(lǐng)導(dǎo)人及各級政府部門及時掌握災(zāi)區(qū)實情、指揮救災(zāi)、災(zāi)情評估的重要手段。隨著無人機航攝技術(shù)普及，未來利用多源衛(wèi)星災(zāi)前影像及小衛(wèi)星、無人機將成為影像地圖制作及災(zāi)情應(yīng)用的基礎(chǔ)方法。

3 結(jié)語

隨著對地觀測大數(shù)據(jù)時代到來，我國形成了資源系列、高分系列等公益自主遙感星座組網(wǎng)運行態(tài)勢，加快形成高空間分辨率、高時間分辨率、高光譜分辨率、多元業(yè)務(wù)觀測等遙感能力。新時代的地圖出版工作者應(yīng)緊跟時代脈搏，圍繞國家發(fā)展與重大戰(zhàn)略，主動轉(zhuǎn)變工作思維、創(chuàng)新理論方法、開拓研究視野，不斷創(chuàng)新地圖出版方法模式，立足對地觀測大數(shù)據(jù)體系，把握地球系統(tǒng)論思維，為開拓大數(shù)據(jù)時代的“大遙感、大數(shù)據(jù)、大地圖”全新事業(yè)格局貢獻(xiàn)力量。