新型對地觀測技術(shù)與地球健康體檢

李志忠，衛(wèi)征，陳霄燕,*，王建華，劉拓，孫萍萍，韓海輝，李文明，趙君，賈俊

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局西安地質(zhì)調(diào)查中心，陜西 西安 710054；2.中國遙感應(yīng)用協(xié)會，北京 100094；3.中國地質(zhì)調(diào)查局西部綠色發(fā)展研究院，陜西 西安 710054；4.中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100101)

作為國家信息基礎(chǔ)設(shè)施在空間的延伸，對地觀測(遙感衛(wèi)星)系統(tǒng)是其重要組成部分，在提高自主對地觀測信息獲取能力，有力掌控空間信息資源主導(dǎo)權(quán)，及時(shí)把握全球經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境、社會發(fā)展態(tài)勢等方面發(fā)揮重要作用。該技術(shù)是解決全球氣候變化、糧食安全、資源能源安全、環(huán)境保護(hù)、大氣污染防治、防災(zāi)減災(zāi)等重大經(jīng)濟(jì)社會問題的必要手段，同時(shí)在引領(lǐng)和驅(qū)動產(chǎn)業(yè)升級換代，催生新興產(chǎn)業(yè)增長方面具有不可替代的作用(趙文波等，2021)。

眾所周知，空間遙感的發(fā)展為人類提供了從多維和宏觀角度去認(rèn)識宇宙世界的新方法與新手段；把地球作為一個完整的系統(tǒng)，來研究地球各圈層的空間結(jié)構(gòu)及相互作用耦合關(guān)系；并通過遙感數(shù)據(jù)的定性定量分析，為解決地球的資源與環(huán)境等問題提供服務(wù)(趙英時(shí)，2003)。

1 對地觀測(遙感)技術(shù)與地球健康體檢含義及主要內(nèi)容

全球人類活動的不斷加劇已逐步影響到地球的健康狀況。著眼于對地觀測技術(shù)發(fā)展，急需開展有效的地球健康診斷、評估與識別；充分利用并提升對地觀測體系的整體效能，獲悉地球健康狀態(tài)，對地球進(jìn)行全面的體檢(王焰新，2020；李志忠等，2021)。

對地觀測體系為構(gòu)建內(nèi)涵完整的空間基礎(chǔ)設(shè)施確立關(guān)鍵基礎(chǔ)。首先，貫徹“五位一體”總體發(fā)展思路，在真值數(shù)據(jù)庫、政策與標(biāo)準(zhǔn)制定等方面加大建設(shè)力度，補(bǔ)足空間基礎(chǔ)設(shè)施體系設(shè)計(jì)方面的短板，形成空間基礎(chǔ)設(shè)施的遙感能力基本框架。其次，對地觀測體系沿用“高分專項(xiàng)”的“十要素”架構(gòu)來開展頂層設(shè)計(jì)和工程建設(shè)；把握十類要素，做好頂層部署，實(shí)施戰(zhàn)略布局；借鑒“高分專項(xiàng)”三年論證、十年實(shí)施的寶貴經(jīng)驗(yàn)，合理反映體系效能型對地觀測體系的特色、特征；全面發(fā)力“建強(qiáng)空間信息產(chǎn)業(yè)鏈”，盡快消除從科技到產(chǎn)業(yè)的鴻溝。第三，對地觀測體系按照數(shù)據(jù)型譜來構(gòu)建天地一體化的遙感衛(wèi)星骨干網(wǎng)。數(shù)據(jù)是連接應(yīng)用系統(tǒng)、衛(wèi)星系統(tǒng)、地面系統(tǒng)的紐帶，未來發(fā)展“圍繞數(shù)據(jù)說話”，合理體現(xiàn)數(shù)據(jù)在研究、論證、規(guī)劃、設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的權(quán)重。革新當(dāng)前以衛(wèi)星設(shè)計(jì)及研制為核心的規(guī)劃方式，瞄準(zhǔn)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品、服務(wù)等關(guān)鍵問題，以系統(tǒng)理念、體系思維通盤考慮，形成并運(yùn)用好包括遙感需求分析統(tǒng)籌、體系效能優(yōu)化、載荷/衛(wèi)星可靠設(shè)計(jì)在內(nèi)的完整論證框架(趙文波等，2021)。

1.1 譜遙感地球健康體檢含義

譜遙感技術(shù)是對地觀測技術(shù)的重要核心技術(shù)，綜合了地物波譜、地學(xué)圖譜、地表時(shí)空演化譜信息；因具有動態(tài)、快速、大范圍應(yīng)用等特點(diǎn)，是監(jiān)測和分析資源、環(huán)境乃至生態(tài)狀況的最佳手段之一，可作為地球健康狀況檢測的核心技術(shù)(李志忠等，2021)。

“譜遙感地球健康體檢”即綜合運(yùn)用衛(wèi)星遙感、航空遙感和地面站點(diǎn)、手持終端、巖心光譜掃描等多種監(jiān)測手段，基于數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)協(xié)同和數(shù)據(jù)同化等關(guān)鍵技術(shù)，形成一整套“天空地”一體化的光譜探測裝備和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，構(gòu)建中國和全球重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測體系；用于研究危害人體健康的地表表層環(huán)境的形成條件、作用機(jī)理、分布特點(diǎn)、時(shí)空變化規(guī)律，進(jìn)而可用于分析環(huán)境條件與元素余缺、人體狀態(tài)的關(guān)系，以及環(huán)境演化特點(diǎn)、方向和可變性；為人類科學(xué)開發(fā)資源、打造宜居、宜業(yè)環(huán)境和防控疾病、應(yīng)對重大災(zāi)害等提供依據(jù)。

1.2 譜遙感地球健康體檢的主要內(nèi)容

1.2.1 明確譜遙感地球體檢的項(xiàng)目

依據(jù)地球關(guān)鍵帶理論，地球關(guān)鍵帶是陸地生態(tài)系統(tǒng)中土壤圈及其與大氣圈、生物圈、水圈和巖石圈物質(zhì)遷移和能量交換的交匯區(qū)域，也是維系地球生態(tài)系統(tǒng)功能和人類生存的關(guān)鍵區(qū)域，因此土壤、大氣、生物、水體以及巖石將是地球體檢的重點(diǎn)。

利用譜遙感獲取數(shù)據(jù)覆蓋廣、速度快、光譜連續(xù)且蘊(yùn)藏信息豐富的優(yōu)勢，可以開展土地覆蓋調(diào)查、土地利用精細(xì)識別、農(nóng)田作物品種分類與病蟲害監(jiān)測、林地與草地健康診斷；河道水體富營養(yǎng)化監(jiān)測、湖泊水質(zhì)污染研究；礦山生態(tài)恢復(fù)、森林采伐監(jiān)測、草地退化監(jiān)測；大城市溫室氣體排放監(jiān)測、植被“碳匯”精準(zhǔn)評估、中等城市土地利用變化監(jiān)測、集鎮(zhèn)聚落信息提取等各項(xiàng)“體檢”項(xiàng)目(李志忠等，2021)。

1.2.2 確定譜遙感地球體檢各項(xiàng)目的參考值——健康地球的光譜譜系

為了能更好地重建健康地物光譜，提高健康地物光譜重建精度并對其真實(shí)性進(jìn)行評價(jià)，需要建設(shè)一個具有國際先進(jìn)水平、長期穩(wěn)定可靠、開放的國家級光譜遙感幾何和輻射定標(biāo)及綜合試驗(yàn)場。要通過真實(shí)性檢驗(yàn)場網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施，采集全球典型地區(qū)及典型地物的特征光譜作為“真值”，并建立相應(yīng)的特征光譜庫和樣本庫，從而形成健康地球的光譜圖庫。

1.2.3 建立地球健康體檢的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

土壤、大氣、水體等和生態(tài)環(huán)境對全球環(huán)境具有重大影響。利用構(gòu)建的地球健康指標(biāo)光譜分析系統(tǒng)，結(jié)合地球健康檢查指標(biāo)體系，可對全球典型地區(qū)的土壤養(yǎng)分、物化特性、生產(chǎn)力質(zhì)量和水環(huán)境、大氣環(huán)境、礦山環(huán)境等進(jìn)行分析與評價(jià)。按照綜合標(biāo)準(zhǔn)化研究的方法,構(gòu)建一套應(yīng)用于大氣圈、土壤圈及水圈等生態(tài)環(huán)境的天-空-地地球健康體檢綜合標(biāo)準(zhǔn)體系的框架(圖1)。

圖1 健康遙感診斷指標(biāo)體系構(gòu)建技術(shù)路線圖(以土壤土地部分為例)

1.3 譜遙感地球健康體檢與健康地學(xué)

1.3.1 健康地學(xué)內(nèi)涵

健康地學(xué)屬環(huán)境地球科學(xué)領(lǐng)域，是地學(xué)、環(huán)境學(xué)、生態(tài)學(xué)、醫(yī)學(xué)等多門類交叉學(xué)科，主要研究自然環(huán)境與人類健康領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題。人是地球生物圈的一分子，與巖石圈、水圈、大氣圈和其他生物種群共同構(gòu)成了地球生態(tài)系統(tǒng)。人類健康也往往有著地域特征，與氣候、地質(zhì)條件等地理學(xué)背景密切相關(guān)。因此，通過研究環(huán)境中各種元素的來源、聚集、運(yùn)移，從地質(zhì)角度尋找解決的技術(shù)方法，從而達(dá)到土壤或特定地質(zhì)資源的健康利益產(chǎn)出最大化和有毒有害物質(zhì)污染及人類暴露最小化；并以此為人體健康、土地規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)布局、經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐(曹春香，2013；王焰新，2020)。

1.3.2 譜遙感地球健康體檢與健康地學(xué)關(guān)系

譜遙感地球健康體檢技術(shù)是健康地學(xué)的重要內(nèi)容，主要使用先進(jìn)技術(shù)手段開展區(qū)域乃至全球的重大自然變化監(jiān)測，具有很高的動態(tài)性和時(shí)效性，可以為健康地學(xué)提供重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，是健康地學(xué)研究的重要手段和工具。

1.3.3 地球健康體檢在健康地學(xué)的應(yīng)用

(1)土地健康監(jiān)測。土壤中各類生物所需元素含量差異很大，其對作物和牧草中元素的含量有直接的影響。由于生物圈的流動性，長期攝入作物及水中異常元素會造成地方病高發(fā)區(qū)元素缺乏與過剩的現(xiàn)狀，影響人體健康。

根據(jù)地球健康體檢的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，基于無人機(jī)高光譜遙感技術(shù)與土壤地球化學(xué)調(diào)查技術(shù)協(xié)同進(jìn)行土壤水分、有機(jī)碳、土壤鹽漬化、荒漠化監(jiān)測、重金屬及農(nóng)藥污染等監(jiān)測評估(汪大明等，2018；套培峰等，2020；李志忠等，2021；王建華等，2021)，查明土壤地球化學(xué)元素異常分布區(qū)域，構(gòu)建關(guān)聯(lián)模型，實(shí)現(xiàn)廣域范圍的宜居土壤等級評價(jià)，為人體健康、土地規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)布局、經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

(2)流域性水體健康監(jiān)測。流域性水體污染會導(dǎo)致水體的物理特征、化學(xué)特征發(fā)生不良變化，破壞水中固有的生態(tài)環(huán)境，造成水質(zhì)惡化的現(xiàn)象，從而危害人體健康。傳統(tǒng)地面水體污染監(jiān)測技術(shù)受數(shù)據(jù)采集方式的限制，難以在數(shù)據(jù)時(shí)效性和覆蓋范圍上滿足廣泛范圍水質(zhì)監(jiān)測要求?；谧V遙感的地球健康體檢技術(shù)，通過分析水體光譜特性并建立水質(zhì)參數(shù)(泥沙含量、葉綠素濃度等)反演算法，從而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)動態(tài)監(jiān)測(祝令亞，2006；劉彥君等，2019)。

(3)大氣污染環(huán)境健康監(jiān)測。城市區(qū)域大氣污染(顆粒物PM2.5、溫室氣體等)形勢嚴(yán)峻,影響民眾的日常生活和身心健康?；谛禽d高光譜等遙感技術(shù)全球覆蓋的特點(diǎn)，在獲取SO2和NO2等主要污染氣體和CO2、CH4等溫室氣體分子的吸收帶和吸收系數(shù)精確測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,可利用相應(yīng)波段的高光譜數(shù)據(jù)對其進(jìn)行定量反演，實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放點(diǎn)源及排放量檢測、大氣污染物的空間分布監(jiān)測及發(fā)展態(tài)勢(沈煥鋒等，2019；趙冉等，2021)。以甲烷為例，其在100年尺度下全球增溫潛勢為CO2的28倍，基于譜遙感技術(shù)的溫室氣體的高精準(zhǔn)監(jiān)測，在實(shí)現(xiàn)區(qū)域大氣污染環(huán)境動態(tài)健康監(jiān)測和預(yù)報(bào)的同時(shí)，也為實(shí)現(xiàn)“碳中和”提供精細(xì)化數(shù)據(jù)支撐(Irakulis-Loitxate I et al.，2021)。

(4)地質(zhì)體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)災(zāi)害探測。受極端天氣、地震和人類活動等多重因素疊加的影響，滑坡、泥石流、崩塌、地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，威脅人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。通過地質(zhì)體結(jié)構(gòu)和地質(zhì)災(zāi)害的探測及監(jiān)測，可以掌握災(zāi)害體變形動態(tài)，分析其穩(wěn)定性，超前做出預(yù)測、預(yù)報(bào)，防止災(zāi)難發(fā)生。可采用多頻段、多參數(shù)的天-空-地一體化觀測技術(shù)，充分運(yùn)用高分辨率光學(xué)影像、航空影像、衛(wèi)星 InSAR、高光譜影像及LiDAR等高精度大范圍對地觀測手段，與地球物理探測、地面常規(guī)探測和觀測手段有機(jī)結(jié)合，有效判讀地質(zhì)災(zāi)害孕災(zāi)背景、災(zāi)害特征、變形速率及發(fā)展趨勢等信息，為地質(zhì)災(zāi)害識別、監(jiān)測、防治、評價(jià)及突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置等提供決策依據(jù)(許強(qiáng)，2019；許強(qiáng)，2020；李志忠等，2021)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

2 新型對地觀測(衛(wèi)星遙感)技術(shù)進(jìn)展

2.1 遙感數(shù)據(jù)源不斷改善

目前，對地觀測(遙感衛(wèi)星)數(shù)據(jù)應(yīng)用種類繁多，遙感科技已顯現(xiàn)出高空間分辨率、高光譜分辨率、高時(shí)間分辨率的“三高”新特征，不但可以被動接收地物反射的自然光，還可以接收地物發(fā)射的長波紅外輻射，并能夠利用合成孔徑雷達(dá)和激光雷達(dá)主動發(fā)射電磁波，實(shí)現(xiàn)全天候?qū)Φ赜^測(張兵，2017)。

(1)高空間分辨率對地觀測。“空間分辨率指遙感圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或大??；空間分辨率越高，遙感圖像包含的地物形態(tài)信息就越豐富。高空間分辨率對地觀測技術(shù)可滿足細(xì)節(jié)管理要求，用于自然資源、農(nóng)業(yè)、生態(tài)、軍事等領(lǐng)域的精細(xì)信息獲取。國際上除常用Landsat/TM-30 m、SPOT-2.5～20 m和Landsat/ETM(全色波段)-15 m等多光譜數(shù)據(jù)外，應(yīng)用較廣的高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)以美國的 WorldView(2007—2016)系列遙感衛(wèi)星-0.3～0.5 m、GeoEye(2008)-0.5 m數(shù)據(jù)為代表，能夠提供亞米級分辨率的高清晰地面圖像(李勁東等，2018)。隨著中國空間技術(shù)的快速發(fā)展，2014年發(fā)射的高分2號衛(wèi)星(GF-2)全色譜段星下點(diǎn)空間分辨率達(dá)到0.8 m，邁入了亞米級時(shí)代(方臣等，2019)(表1)。

表1 主要高空間分辨率遙感數(shù)據(jù)及其參數(shù)表

(2)高光譜分辨率對地觀測。高光譜遙感器成像光譜儀可獲取連續(xù)幾十個甚至幾百個光譜通道的地物輻射信息，取得地物空間圖像，同時(shí)獲取每個像元包含地物診斷性光譜特征的連續(xù)光譜曲線(Goetz A F H et al.2009；張兵，2016，2017)，因此具有“圖譜合一”的特性，使地物目標(biāo)的屬性信息探測能力有所增強(qiáng)。目前，常用的高光譜分辨率遙感數(shù)據(jù)光譜范圍為 350～2 500 nm，覆蓋可見光、近紅外、短波紅外光譜；高光譜傳感器主要分為星載和機(jī)載(方臣 等，2019)(表2)。2018年發(fā)射的高分五號作為國際上首臺寬譜、寬幅星載高光譜成像載荷，突破了寬譜、寬幅、低畸變、高靈敏度高光譜成像關(guān)鍵技術(shù)，將像質(zhì)和畸變提升到了國際最好水平(Liu Y N，2019；劉銀年，2021)。2021年中國先后成功發(fā)射高分五號02星及5 m光學(xué)02星(資源一號02E)，其中5 m光學(xué)02星將與前序衛(wèi)星組網(wǎng)，構(gòu)建高分、資源2個序列對地觀測星座，全面提升中國大氣、水體、陸地的高光譜觀測及自然資源定量化調(diào)查監(jiān)測能力；支撐及時(shí)掌控自然資源數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)狀況及變化趨勢；滿足在環(huán)境綜合監(jiān)測等方面的迫切需求，助力美麗中國建設(shè)。

表2 主要高光譜分辨率遙感數(shù)據(jù)及其參數(shù)表

(3)高時(shí)間分辨率對地觀測。依據(jù)觀測對象自然歷史演變和社會生產(chǎn)過程，在實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)研究對象采用不同時(shí)間分辨率遙感數(shù)據(jù)(陳玲，2019)。高時(shí)間分辨率遙感衛(wèi)星多數(shù)為氣象衛(wèi)星，第三代TIROS-N/NOAA系列(1978年至今)為最具代表性的美國三代氣象觀測衛(wèi)星之一。中國氣象衛(wèi)星自1988年已成功發(fā)射風(fēng)云一號、二號、三號、四號共15顆。目前，中國發(fā)射的高分四號衛(wèi)星時(shí)間分辨率可達(dá)min級,空間分辨率為50 m，使獲取目標(biāo)區(qū)域的動態(tài)變化過程數(shù)據(jù)成為可能(張兵，2017)。

(4)合成孔徑雷達(dá)對地觀測。合成孔徑雷達(dá)(SAR)遙感屬于微波遙感范疇，波段范圍(1～1 000 mm)，具有全天候晝夜工作能力，不易受氣象條件和日照水平的影響；在地質(zhì)災(zāi)害、地面沉降、海洋預(yù)報(bào)、礦產(chǎn)勘查、軍事應(yīng)用等領(lǐng)域具有很高的實(shí)用價(jià)值。目前，常用的SAR衛(wèi)星見表3(方臣等，2019)。中國首顆C頻段全極化合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星高分三號01、02、03星分別與于2016年8月、2021年11月、2022年4月成功發(fā)射，三星將組網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)1 m分辨率、1天重訪，大幅提升我國雷達(dá)衛(wèi)星海陸觀測能力。

表3 常用SAR數(shù)據(jù)及其參數(shù)表

2.2 不斷深化對地觀測(衛(wèi)星遙感)技術(shù)應(yīng)用

自20世紀(jì)70年代中后期，對地觀測技術(shù)應(yīng)用已涉及許多領(lǐng)域。目前，已發(fā)展進(jìn)入了“精致為用”能力的新階段，新型探測手段不斷涌現(xiàn)，人工智能(AI)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿技術(shù)與遙感技術(shù)深度融合，已在國土資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、防災(zāi)減災(zāi)、城鄉(xiāng)規(guī)劃、農(nóng)作物估產(chǎn)、軍事偵察與打擊等方面得到廣泛應(yīng)用(趙文波等，2021)。近年來全球環(huán)境變化研究已成為國際社會關(guān)注的焦點(diǎn)(沈強(qiáng)，2010；Ipcc，2018；Uufccc，2020)?？萍疾?021年12月在京發(fā)布《全球生態(tài)環(huán)境遙感監(jiān)測2021年度報(bào)告》，聚焦于“全球陸域生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢”、“全球典型湖泊生態(tài)環(huán)境狀況”、“歐亞大陸草原生態(tài)狀況”和“全球大宗糧油作物生產(chǎn)與糧食安全形勢”4個專題。陸地生態(tài)監(jiān)測方面，中國利用遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)己在全國范圍內(nèi)開展多次土地資源監(jiān)測調(diào)查工作(朱明等，2019)。早在2000～2002年，國家環(huán)境保護(hù)總局先后組織開展中國西部和中東部地區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀遙感調(diào)查(高吉喜 等，2020)；專家學(xué)者利用遙感、GIS技術(shù)方法分析土地利用和景觀格局時(shí)空變化特征及生態(tài)效益評估等(劉軍會 等，2008；Wursthorn S et al.，2011；徐涵秋，2013；Gómez-Calvet AR et al.，2015；Mercedes B et al.，2017；強(qiáng)建華，2021)。土地質(zhì)量監(jiān)測方面，專家學(xué)者基于土壤光譜特征，進(jìn)行土壤物質(zhì)成分識別和定量反演、土地質(zhì)量綜合評價(jià)、土壤類型劃分和制圖等方面研究分析(王建華等，2021)。2018年，中國地質(zhì)調(diào)查局在黑龍江省海倫地區(qū)開展航空高光譜遙感土壤調(diào)查，反演影響土地質(zhì)量的養(yǎng)分、有益元素及有害元素含量，對黑土地質(zhì)量進(jìn)行了綜合評價(jià)(戴慧敏等，2020；劉國棟等，2020；王建華等2020)。典型湖泊生態(tài)監(jiān)測方面，學(xué)者利用 MODIS、CHRIS、HJ-1衛(wèi)星等數(shù)據(jù)對內(nèi)陸湖泊開展了水華、水質(zhì)、富營養(yǎng)化等遙感監(jiān)測(吳傳慶，2008；馬榮華 等，2009；朱利等，2013)。大氣環(huán)境監(jiān)測方面，利用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析區(qū)域NO2、CH4等溫室氣體時(shí)空變化特征，構(gòu)建AOT等反演模型等方法，實(shí)現(xiàn)區(qū)域大氣環(huán)境污染動態(tài)監(jiān)測(劉文清等，2018；韓威宏，2020)。在農(nóng)業(yè)方面，國內(nèi)外學(xué)者通過無監(jiān)督模式(聚類分析、自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等)、有監(jiān)督模式(Fisher判別、SVM、ANN等)及半監(jiān)督模式等進(jìn)行作物識別(Zheng Q et al.，2018)，并開展作物長勢監(jiān)測、作物災(zāi)害監(jiān)測及作物產(chǎn)量估測等工作(朱少龍等，2019)。

隨著對地觀測技術(shù)的不斷更新發(fā)展，在高光譜成像技術(shù)上將進(jìn)一步提升，探測波段進(jìn)一步拓寬，新型分光方式也不斷提出。以星載熒光超高光譜探測技術(shù)為例，若實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的突破，將會提高葉綠素?zé)晒獗O(jiān)測、溫室氣體污染的有效動態(tài)監(jiān)測和預(yù)報(bào)精度及效率，更利于地球健康環(huán)境監(jiān)測，為全球植被“碳匯”精準(zhǔn)評估，碳中和目標(biāo)的早日實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持。未來將于2035年建成新一代體系效能型對地觀測體系為目標(biāo)。以體系效能型公共服務(wù)新理念為導(dǎo)向，以滿足應(yīng)急需求為底線思維，支撐建設(shè)內(nèi)涵完整的國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施；形成由創(chuàng)新鏈、產(chǎn)品鏈、供給鏈、服務(wù)鏈、價(jià)值鏈、政策鏈和人才鏈構(gòu)成的空間信息產(chǎn)業(yè)鏈全鏈條發(fā)展格局；實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星工程向衛(wèi)星應(yīng)用工程轉(zhuǎn)型升級、衛(wèi)星應(yīng)用服務(wù)體系與服務(wù)能力現(xiàn)代化、衛(wèi)星應(yīng)用由業(yè)務(wù)服務(wù)型向體系效能型的重大跨越(趙文波等，2021)。可選擇有較強(qiáng)應(yīng)用推廣前景的典型地區(qū),與地方區(qū)域開展應(yīng)用集成研究，建立地方性遙感綜合監(jiān)測系統(tǒng)，提高對重大問題的預(yù)見和處理能力，也是對地觀測技術(shù)應(yīng)用不斷深化的重點(diǎn)方向(衛(wèi)征，2020)。

3 基于對地觀測的地球健康體檢關(guān)鍵技術(shù)

3.1 高精度小型化光譜傳感器的研發(fā)

對地觀測(遙感)技術(shù)通過運(yùn)用傳感器/遙感器對物體實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和非接觸目標(biāo)地物電磁波的輻射、反射特性信息的獲取?；趥鹘y(tǒng)的大型航天、航空多/高光譜傳感器，雖然可以實(shí)現(xiàn)大面積同步觀測且時(shí)效性強(qiáng)，獲取信息受條件限制少，但是也具有體積質(zhì)量大、數(shù)據(jù)獲取成本較高、數(shù)據(jù)精細(xì)程度不足等缺點(diǎn)。因此，需加強(qiáng)便攜式高精度小型光譜傳感器的研發(fā)，更好的滿足便攜和實(shí)時(shí)性高精度檢測要求。高精度小型化光譜傳感器便于手持、或易于輕小型無人機(jī)等航空器的搭載，結(jié)合其對起飛環(huán)境要求低，實(shí)時(shí)性好，低空成像等優(yōu)點(diǎn)，以便實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)獲取地物光譜特性,是航天、有人機(jī)、地面高光譜遙感的有效補(bǔ)充。

3.2 地球健康光譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

為有力支持地球體檢工作，綜合運(yùn)用衛(wèi)星遙感監(jiān)測、航空遙感監(jiān)測和地面站點(diǎn)監(jiān)測等手段；基于數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)協(xié)同和數(shù)據(jù)同化等關(guān)鍵技術(shù)，形成一整套“天-空-地”一體化探測裝備和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并通過云服務(wù)和計(jì)算資源保障等實(shí)現(xiàn)對地球健康實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3.2.1 地基地球健康光譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

地基遙感監(jiān)測平臺一般搭建于地表或地面以下，可以通過化學(xué)分析或光譜測量監(jiān)測多種土壤、大氣等參數(shù)(陶培峰等，2020)。結(jié)合全球相關(guān)站點(diǎn)和中國真實(shí)性檢驗(yàn)場網(wǎng)及生態(tài)考察站網(wǎng)，如農(nóng)/牧/林/草業(yè)科技站網(wǎng)、國家或行業(yè)野外監(jiān)測站網(wǎng)、水文/驗(yàn)潮站等，構(gòu)建便攜式地面遙感設(shè)備建設(shè)等遙感平臺網(wǎng)與地面監(jiān)測眼。同時(shí)，可依據(jù)區(qū)域特點(diǎn)，按不同密度布設(shè)不同范圍的地面監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)，包括地表及地下各類傳感器的布設(shè)(聯(lián)網(wǎng)葉面積指數(shù)—LAINet傳感器、多功能植被指數(shù)—VINet傳感器、土壤溫濕度—SoilNet傳感器、聯(lián)網(wǎng)物候相機(jī)—PhotoNet傳感器、聯(lián)網(wǎng)光譜儀—SpectralNet傳感器等)及地表氣象站點(diǎn)、全自動太陽光度計(jì)等儀器的搭建，可實(shí)現(xiàn)地物高光譜信息的聯(lián)網(wǎng)自動觀測及土壤溫濕度、地表植被、太陽和天空輻射亮度、氣候降水、蒸散發(fā)等參數(shù)的實(shí)時(shí)動態(tài)監(jiān)測，以生成地表與大氣環(huán)境的地基地球健康光譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

3.2.2 空基地球健康光譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

采用空-天同步，利用航空、航天器搭載傳感器，可在全球及區(qū)域尺度上反映觀測對象的宏觀分布狀態(tài)。通過譜遙感衛(wèi)星星座組網(wǎng)建設(shè)，航空、輕小型無人機(jī)遙感建設(shè)，聯(lián)合國內(nèi)外相關(guān)優(yōu)勢技術(shù)力量，構(gòu)建空基地球健康光譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

以航天遙感為主，結(jié)合航空和地面遙感手段，形成長期穩(wěn)定運(yùn)行的“天-空-地”監(jiān)測體系。通過搭建物聯(lián)網(wǎng)平臺，采用北斗、移動通訊、ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)傳輸，形成協(xié)同觀測、技術(shù)交流、資料交換、數(shù)據(jù)共享、設(shè)施聯(lián)網(wǎng)及開發(fā)利用等合作機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對地球健康長期穩(wěn)定、全面可靠、精準(zhǔn)實(shí)時(shí)的有效監(jiān)測(李志忠等，2021)。

3.3 地球健康遙感監(jiān)測與評價(jià)技術(shù)

3.3.1 面向地球健康狀況的特征光譜重建與評價(jià)

利用高光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行地物特征光譜重建與評價(jià)，將傳感器記錄的DN值轉(zhuǎn)化為地物的本征光譜。除了常規(guī)的波段匹配與校正、壞線修復(fù)、幾何與輻射校正、噪聲去除、遙感器定標(biāo)等處理外，更重要的是進(jìn)行圖像光譜真實(shí)性評價(jià)，即利用健康地球的光譜圖庫對處理后形成的圖像光譜進(jìn)行比對，評價(jià)其失真度，并進(jìn)行修正(李志忠等，2021)。

3.3.2 地球生態(tài)健康信息提取與分析

基于遙感技術(shù)的各地球生態(tài)健康指標(biāo)監(jiān)測及信息特征提取，可通過遙感影像分類和特征參數(shù)定量反演等來實(shí)現(xiàn)。遙感影像分類方法主要有傳統(tǒng)算法，其包括指數(shù)法、監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類，對野外實(shí)測數(shù)據(jù)和先驗(yàn)知識具有較強(qiáng)的依賴性；新型算法：主要包括面向?qū)ο蟆⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、專家系統(tǒng)分類、隨機(jī)森林、支持向量機(jī)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類等，對樣本質(zhì)量和人工智能技術(shù)有較強(qiáng)的依賴性，可結(jié)合各站點(diǎn)實(shí)地采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行信息提取，生成數(shù)據(jù)集，進(jìn)行后續(xù)分析(李志忠等，2022)。

3.3.3 地球健康診斷及評價(jià)體系構(gòu)建

基于獲取的地球體檢遙感參數(shù)數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建地球健康評價(jià)體系，并進(jìn)行綜合診斷評估分析。針對全球環(huán)境具有重大影響的土壤和生態(tài)環(huán)境，利用構(gòu)建的地球健康指標(biāo)光譜分析系統(tǒng)，對全球典型地區(qū)的土壤養(yǎng)分、物化特性、生產(chǎn)力質(zhì)量和水環(huán)境、大氣環(huán)境、礦山環(huán)境、林草/濕地、荒漠化/沙化、污染狀況等，結(jié)合地球健康檢查指標(biāo)體系進(jìn)行分析與綜合診斷評價(jià)。

3.4 地球健康體檢數(shù)據(jù)共享

3.4.1 地球健康遙感診斷數(shù)據(jù)集成存儲

構(gòu)建地球健康遙感數(shù)據(jù)框架，建立地球健康遙感數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，可依據(jù)元數(shù)據(jù)集、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)集、社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)集、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)集、遙感數(shù)據(jù)集及知識庫數(shù)據(jù)集(曹春香，2013)等分類進(jìn)行集成存儲，形成地球健康遙感診斷數(shù)據(jù)庫。

3.4.2 地球健康遙感診斷數(shù)據(jù)共享云服務(wù)

構(gòu)建地球健康遙感診斷數(shù)據(jù)共享云平臺。基于云架構(gòu)、大數(shù)據(jù)、分布式存儲、分布式計(jì)算和人工智能等技術(shù)研發(fā)，支持遙感數(shù)據(jù)云管理、云處理、云服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)云可視化、共享化。

4 地球健康體檢科學(xué)計(jì)劃與區(qū)域示范

4.1 “譜遙感”地球健康體檢——科學(xué)計(jì)劃

土地乃萬物之母，土壤健康狀況可以通過食物直接影響到人類健康。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，高投入產(chǎn)出模式帶來了耕地質(zhì)量退化、污染物累積等諸多問題(曾希柏，2021)。2021年11月，歐盟委員會發(fā)布《2030年土壤戰(zhàn)略》，提出了包括荒漠化防治、退化土地土壤和富碳土壤生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)等2030年中期目標(biāo)，以及到2050年完全適應(yīng)氣候變化影響的長期目標(biāo)。中國第三次土壤普查已獲得農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等相關(guān)部門批準(zhǔn)，計(jì)劃于2022年—2024年實(shí)施。

在此背景下，開展土地健康體檢，查明土壤健康水平，及時(shí)改良和修復(fù)顯得尤為重要；需開展多圈層、多尺度、多角度、多探測介質(zhì)的地球健康全面體檢，不斷拓展自然資源調(diào)查監(jiān)測新體系的探索與創(chuàng)建，實(shí)時(shí)掌握地球健康水平狀況，從而更好地支撐地質(zhì)文化村、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)富硒產(chǎn)業(yè)園、國家公園等建設(shè)，有效服務(wù)于健康中國和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。

為實(shí)現(xiàn)宜居地球目標(biāo)，開展如下“譜遙感”地球健康體檢計(jì)劃：①地球健康評價(jià)體系構(gòu)建及初步試驗(yàn)。從土壤、水、大氣和生態(tài)環(huán)境健康監(jiān)測出發(fā)，構(gòu)建地球健康評價(jià)要素與評價(jià)指標(biāo)體系；建立典型區(qū)地球健康特征光譜庫和樣本庫，并開展“星-空-地”一體化遙感調(diào)查與評價(jià)。②明確體檢項(xiàng)目，確定健康地球的光譜譜系，完善地球健康高光譜評價(jià)技術(shù)體系，推動申報(bào)“健康地球重大國際計(jì)劃”。③研發(fā)譜遙感儀器，并建設(shè)地球健康光譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用示范基地。

4.2 地球健康體檢示范——黃河上中游區(qū)域

黃河流域是中國重要的生態(tài)屏障和重要的經(jīng)濟(jì)地帶，黃河源頭三江源是中國重要的生態(tài)安全屏障。由于黃河中游地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失等問題突出，亟待系統(tǒng)開展黃河中上游地球健康監(jiān)測工作。重點(diǎn)圍繞土壤、山體關(guān)鍵帶的綜合監(jiān)測需求，充分利用航天、航空、地面高光譜遙感及地球化學(xué)調(diào)查等技術(shù)，以“土壤質(zhì)量+生態(tài)環(huán)境”為核心，開展面向地球健康狀況的高光譜數(shù)據(jù)光譜重建與評價(jià)，完成土地健康監(jiān)測及地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測。

4.2.1 土地健康監(jiān)測服務(wù)鄉(xiāng)村振興

據(jù)黃河中上游地區(qū)土地調(diào)查與健康監(jiān)測，區(qū)內(nèi)98.23%的土地?zé)o重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，適宜綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展。因礦山開采、人為活動和地質(zhì)背景等原因，在白銀、銅川、蘭州、西安、拉脊山等地存在不同程度的點(diǎn)狀污染。區(qū)內(nèi)一等優(yōu)質(zhì)土壤1 221.15萬畝，占比 18.91%，土壤養(yǎng)分以N元素缺乏為主；圈定綠色富硒土地 1 304.89 萬畝(Se含量≥ 0.3 mg/kg)，為黃河中上游糧食安全、特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)(李志忠等，2021)。

選取甘肅白銀市為典型區(qū)，區(qū)內(nèi)因礦山開采造成土地污染嚴(yán)重，為實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)土壤生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的長期動態(tài)監(jiān)測，應(yīng)用衛(wèi)星高光譜技術(shù)開展了區(qū)內(nèi)土壤重金屬反演；構(gòu)建了Pb、As、Cd的多光譜預(yù)測模型。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB15618-2018)，開展了四龍鎮(zhèn)土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)；結(jié)果表明，Pb、As、Cd元素含量都在一定程度上超標(biāo)，其中Cd元素超標(biāo)比較嚴(yán)重；高重金屬含量在區(qū)域范圍內(nèi)沒有呈現(xiàn)聚集特征，而是分散分布于區(qū)內(nèi)的不同位置(李志忠等，2021)。

4.2.2 地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測服務(wù)村鎮(zhèn)建設(shè)

在黃河中上游地區(qū)采用各類數(shù)據(jù)源的遙感影像開展了不同精度的地質(zhì)災(zāi)害解譯與識別。遙感解譯過程中，綜合考慮形狀、大小、顏色、紋理、位置及與周邊地物的位置關(guān)系，基于斯波特五號衛(wèi)星(SPOT-5)或資源三號衛(wèi)星(ZY-3)數(shù)據(jù)開展地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境地質(zhì)條件解譯，確定地質(zhì)災(zāi)害種類(圖 2)，劃分重點(diǎn)調(diào)查區(qū)和一般調(diào)查區(qū)；基于快鳥(QuickBird)或艾科諾斯(IKONOS)衛(wèi)星數(shù)據(jù)開展精細(xì)化解譯，服務(wù)重點(diǎn)區(qū)域 1∶1萬高精度地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查。綜合遙感解譯、現(xiàn)場核查與調(diào)查結(jié)果，表明黃河中上游共發(fā)育有滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害20 504處。其中，滑坡10 517處，崩塌5 768處，泥石流4 579處(圖3)。在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)字高程模型(DEM)進(jìn)行坡度、坡高、坡向等信息提取，識別危險(xiǎn)坡段；結(jié)合地形地貌、地層巖性、斷裂、地震、降雨和人類工程活動等信息，開展地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性區(qū)劃或風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)(李志忠等，2021)。

圖3 黃河中上游地質(zhì)災(zāi)害分布圖

4.3 地球健康體檢示范——全球黑土關(guān)鍵帶天空地一體化遙感調(diào)查與監(jiān)測

全球黑土地主要發(fā)育在中緯度地區(qū)，由于其富含有機(jī)質(zhì)，土壤肥沃，是世界糧食安全的重要保障地區(qū)，也是全球和全人類共同的資源。經(jīng)過多年高強(qiáng)度開墾，使得黑土地面臨著很嚴(yán)重的退化問題。例如，土壤侵蝕、鹽堿化等，也有部分黑土地由于工業(yè)活動受到污染。因此，全球黑土地資源亟需搶救性的調(diào)查和監(jiān)測，明確保護(hù)方法，做好可持續(xù)的土地利用規(guī)劃。在全球黑土關(guān)鍵帶(建三江、拜泉、海倫等多地)進(jìn)行了衛(wèi)星、航空、地面高光譜、地球化學(xué)分析準(zhǔn)同步數(shù)據(jù)采集，構(gòu)建了土壤質(zhì)量航空高光譜綜合評價(jià)模型，開展了地物特征光譜重建與評價(jià)工作，實(shí)現(xiàn)全球黑土關(guān)鍵帶遙感調(diào)查與健康監(jiān)測(王建華等，2021)。

4.3.1 黑土地富硒監(jiān)測

土壤光譜的吸收特征對有機(jī)質(zhì)、黏土礦物、鐵鋁氧化物均具有較好的反映。因此，可通過間接法尋找Se光譜特征波段。應(yīng)用高光譜短波紅外航空光譜成像儀(SASI)資料，根據(jù)K、Se、黏土礦物之間的相關(guān)性及其光譜特征，通過逐步回歸模型對黑龍江省建三江創(chuàng)業(yè)農(nóng)場中黑土的 K、Se及黏土礦物含量進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果表明，利用黏土礦物光譜反演，結(jié)合實(shí)際地球化學(xué)分析結(jié)果可準(zhǔn)確預(yù)測土壤中Se含量(圖4)。與傳統(tǒng)地球化學(xué)圖像預(yù)測相比，該方法具有更高的預(yù)測精度(李志忠等，2021)。

圖4 黑龍江省建三江創(chuàng)業(yè)農(nóng)場土壤硒含量分布圖

4.3.2 黑土地微量金屬元素探測

以海倫市農(nóng)田黑土土壤為研究對象，利用111個土壤樣本的地球化學(xué)測試數(shù)據(jù)和地面高光譜數(shù)據(jù)，探索土壤重金屬與氧化鐵的吸附賦存關(guān)系；構(gòu)建基于氧化鐵反演的土壤重金屬間接反演模型，對重金屬含量模型反演輸出值與重金屬實(shí)測值進(jìn)行擬合比對(圖5)，探討微量重金屬間接定量反演模型的可行性和準(zhǔn)確性(王建華等，2021)。

圖5 重金屬 As、Zn、Cd含量擬合曲線模型及預(yù)測結(jié)果精度評價(jià)圖

5 地球健康體檢展望

5.1 構(gòu)建內(nèi)涵完整的對地觀測遙感衛(wèi)星骨干網(wǎng)

構(gòu)建內(nèi)涵完整的日常觀測和應(yīng)急觀測骨干網(wǎng)，沿用“高分專項(xiàng)”模式構(gòu)建日常觀測網(wǎng)，以應(yīng)急思維為底線構(gòu)建應(yīng)急觀測網(wǎng)；在高、中、低軌道上部署適度數(shù)量的數(shù)據(jù)型譜；與海洋、大氣觀測等衛(wèi)星系統(tǒng)結(jié)合，同步部署天地匹配的測控?cái)?shù)傳工具網(wǎng)、應(yīng)用系統(tǒng)、軟環(huán)境系統(tǒng)，形成“五位一體”的遙感衛(wèi)星應(yīng)用工程(趙文波等，2021)。

5.2 譜遙感探測新技術(shù)探索

隨著對地觀測技術(shù)的發(fā)展，譜遙感技術(shù)為地球健康監(jiān)測、可持續(xù)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)社會及國防安全做出巨大貢獻(xiàn)。但是，目前的高光譜遙感技術(shù)還存在數(shù)據(jù)冗余大、不能在軌同時(shí)調(diào)整、信息處理和服務(wù)時(shí)效性等有待提升之處(孟凡春，2020)，仍需不斷進(jìn)行譜遙感新技術(shù)的探索應(yīng)用。加強(qiáng)微弱光及靜止軌道高光譜成像技術(shù)探索，可在“分鐘”級內(nèi)進(jìn)行重復(fù)觀測，大幅縮短重訪周期，捕獲快速變化的地物目標(biāo)及其演變過程,實(shí)現(xiàn)全天候復(fù)雜背景下地物目標(biāo)的大范圍連續(xù)動態(tài)識別、監(jiān)測和分類；加強(qiáng)星載超高光譜超高精度熒光光譜獲取載荷、高精度熒光反演的熒光超光譜探測研究；通過熒光即時(shí)精準(zhǔn)掌握植被光合作用，實(shí)現(xiàn)葉綠素?zé)晒飧哽`敏度、大范圍動態(tài)探測，為全球碳匯精準(zhǔn)評估和“碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支撐；加強(qiáng)星載譜遙感載荷的輕量化、集成化、系統(tǒng)化建設(shè)及遙感數(shù)據(jù)的智能化自動化處理技術(shù)研究(劉銀年，2021)，進(jìn)一步滿足環(huán)境、減災(zāi)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、資源和氣象等領(lǐng)域高光譜遙感的快速精細(xì)化需求，發(fā)揮其更大的價(jià)值。

5.3 加強(qiáng)譜遙感技術(shù)與多學(xué)科融合進(jìn)行地球體檢

長期以來,以高光譜為代表的定量遙感應(yīng)用一直面臨將地質(zhì)學(xué)、遙感學(xué)、生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、氣象學(xué)等學(xué)科與技術(shù)研究有效融合的困境。傳統(tǒng)意義上的跨學(xué)科研究并不能從根本上實(shí)現(xiàn)這種融合。實(shí)際工作中研究經(jīng)費(fèi)的各自獲取,學(xué)術(shù)視野、專業(yè)知識、研究范式等差異,使得不同學(xué)科之間缺乏有效的學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)與統(tǒng)一話語體系。未來譜遙感技術(shù)地球體檢不僅要充分利用“天-空-地”一體化技術(shù),分層次部署開展長時(shí)間序列、大面積動態(tài)監(jiān)測,以及重點(diǎn)區(qū)生物、巖石、森林、土壤和水資源等專項(xiàng)模型構(gòu)建與監(jiān)測；還需把不同學(xué)科背景的學(xué)者組織起來形成團(tuán)隊(duì),圍繞同一科學(xué)目標(biāo),在工作層面實(shí)現(xiàn)真正的協(xié)同和融合。多學(xué)科融合的顯著成效已在很多領(lǐng)域有所體現(xiàn)，例如,日本、智利、美國等國因地震而死亡人數(shù)大幅度減少,與地質(zhì)學(xué)家、建筑師、社會科學(xué)家和政府官員的密切合作分不開,這種合作不但改進(jìn)了地震，風(fēng)險(xiǎn)評估圖的質(zhì)量,還改進(jìn)了預(yù)估強(qiáng)震提高了建筑抗震性能和與此有關(guān)的建筑標(biāo)準(zhǔn)。

5.4 提升遙感技術(shù)的 “云+端”智能服務(wù)

基于“天-空-地”一體化的遙感綜合觀測技術(shù)，可在全球范圍內(nèi)開展多圈層、多尺度、多角度、多探測介質(zhì)的一體化監(jiān)測與評估。由于豐富多樣的遙感數(shù)據(jù)資源，如多光譜、高光譜、合成孔徑雷達(dá)、LiDAR等多源海量數(shù)據(jù)不便統(tǒng)一管理、處理、分析、發(fā)布與實(shí)時(shí)共享服務(wù)，因此需提升遙感技術(shù)的“云+端”智能服務(wù)，構(gòu)建遙感智能服務(wù)云平臺；基于云架構(gòu)、大數(shù)據(jù)、分布式存儲、分布式計(jì)算、人工智能等技術(shù)研發(fā)，支持遙感數(shù)據(jù)云管理、云處理、云服務(wù)；在形成協(xié)同觀測、技術(shù)交流、數(shù)據(jù)共享、設(shè)施聯(lián)網(wǎng)等智能云平臺的同時(shí)，還需積極推動便攜式高光譜遙感終端發(fā)展，形成消費(fèi)電子級、輕小型、高性價(jià)比的手持高光譜儀，尤其是智能手機(jī)的高光譜儀器化，并通過云服務(wù)和計(jì)算資源保障等實(shí)現(xiàn)對地球健康實(shí)時(shí)監(jiān)測。利用“云+端”模式打破信息“壁壘”(趙文波等，2021)，顯著提升信息獲取、處理、傳輸、分發(fā)效率將是未來空間綜合信息智能服務(wù)的基礎(chǔ)。

5.5 搭建國際網(wǎng)絡(luò)與大科學(xué)云平臺

未來可通過構(gòu)建對地觀測數(shù)據(jù)國家開放云平臺架構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)建成公有云及私有云的大科學(xué)云平臺，即存儲計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)，以此來實(shí)現(xiàn)對地觀測遙感數(shù)據(jù)的國際和國內(nèi)開放。要建設(shè)一個現(xiàn)代化國家、科技、科學(xué)為主的對地觀測數(shù)據(jù)國際開放云平臺，給全世界和國內(nèi)的高等院校、科研院所提供用戶服務(wù)且有益于科研合作共贏。建設(shè)國際網(wǎng)絡(luò)及大科學(xué)云平臺需具備良好基礎(chǔ)設(shè)施、計(jì)算能力、傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中臺等良好條件，以足夠應(yīng)對對地觀測海量數(shù)據(jù)的接收、存儲、分析、傳輸、上傳等使用。同時(shí)建設(shè)國際網(wǎng)絡(luò)與大科學(xué)云平臺既要有政策支持，也需符合現(xiàn)實(shí)需求。開展對地觀測數(shù)據(jù)存儲，處理研究，構(gòu)建集觀測、研究、存算于一體的對地觀測數(shù)據(jù)服務(wù)生態(tài)和服務(wù)體系。