“数字地球”的开路先锋

紫晓

地球的各种信息，都可以用数字来表现，这就是遥感卫星的馈赠。

去年11月29日至12月2日，由中国科学院主办，国内17个部门联合发起的“数字地球”国际会议在北京召开。来自27个不同国度、不同肤色的科学家们满怀欣喜之情，用不同的语言描绘着数字地球的前景。在新的世纪，以资源卫星为代表的遥感卫星将大出风头，“数字地球”将把人类生活带入更加美好的未来。

中国龙年春节的喜庆气氛未尽，由中国和巴西联合研制的中巴地球资源卫星正式交付使用了。它的成功运行，不仅给奔跑在数字化大道上的中国再添羽翼，而且还将给人类构筑的“数字地球”带来福音。

进入外层空间是20世纪最伟大的技术成果之一，而以资源卫星为代表的对地遥感卫星的出现，信息技术、计算机技术的发展和遥感影像空间分辨率的提高，进一步加深了对地球的了解。

“数字地球”这一概念是由美国副总统戈尔在1998年首次提出的。数字地球的目标是要建立一个完全信息化的地球。把地球上每一点的所有信息，按照地球坐标，整理构成一个不但具有时间维而且具有空间维的全球信息模型，这样就可以使每一个人都能够快速、准确、完整地了解和利用地球上的各种信息。这些信息包括：高分辨率的地球卫星图像、数字地图及经济、社会和人口统计等。数字地球所提供的数据和信息将有助于解决资源、环境和灾害问题，对社会的发展具有重要的意义。“数字地球”与空间对地观测密切相关，它的发展必须建立在空间对地观测的基础之上。空间对地观测的飞速发展，为发展数字地球创造了必要条件。

太空闪烁“千里眼”

千百年来，人们观察地球的手段是多种多样的，随着地球资源卫星的出现，航天观测便由此诞生，这种观测方法，克服了地面、地下和航空三种观测方法费时费力，且局限性较大、动态性较差的弱点。

地球资源卫星之所以神通广大，是因为它站得高、看得远，对地球大范围的情况能够一览无遗，可以对资源进行宏观、综合、动态、快速的调查，同时，它还具有适时地、不间断地传递信息的功能。它的出现，从根本上改变了人类观测地球的方法，它不仅使人类从宇宙空间观测地球上的大千世界及其变化，而且把人的视觉从可见光范围扩展到紫外、红外以及微波辐射区，使人类对地球的观测进入全新阶段。

地球资源卫星是在气象卫星的基础上发展起来的。它经历了60年代的奠基，70年代的发展，80年代的辉煌的阶段。今天，在我们居住的地球外层空间，有数以百计对地遥感卫星，每时每刻都在注视着地球，资源卫星以其丰硕的成果成为闪烁长空的璀璨明星。

作为地球资源卫星的鼻祖，1972年7月23日，美国发射了世界上第一颗资源卫星“陆地卫星”1号，而在此后的10年里，相继发射了“陆地卫星”2号和3号。这2颗卫星属于第一代资源卫星，装有返束光导摄像机和多光谱扫描仪，分别有3、4个谱段，分辨率80米，幅宽185公里。据有关部门估计，世界各国从这3颗卫星上共接收图像45万幅，投资收益比达1∶14。这3颗卫星的成功，还使资源卫星的实用价值得到了充分的展现。

1982年7月和1984年3月，美国又分别发射了第二代资源卫星“陆地卫星”4、5号。这两颗卫星属于实用型卫星，在技术上有了较大的改进，卫星平台采用了新设计的多任务模块结构，增加了主题绘图仪，可通过“数据中继卫星”传输数据。

“陆地卫星”6和1999年4月15日升空的“陆地卫星”7是美国第三代资源卫星，这颗造价8亿美元的卫星，设计寿命提高到5年，采用了增强的主题绘图仪，热红外波段探测器由过去4个提高到8个。它能在8个不同谱段对来自地球的可见光、红外线和反射的全色光进行遥感，分辨率达15米。该卫星存储能力强，数传速较快，可以把数据存在卫星上，然后利用X波段天线把数据发送给进入卫星视线的地面站。

在今天资源卫星家族中，能与“陆地卫星”并驾齐驱的是法国的“斯波特”卫星。该系列卫星自1986年升空以来，先后发射了4颗，前3颗分辨率达20米。1998年3月23日升空的“斯波特”4号是前三颗的改进型，它装有2台可侧视的高分辨率相机，还装有植被仪，分辨率达10～20米。

印度作为资源卫星后起之秀，其卫星图片质量与美国和法国的相当，价格却便宜了许多。俄罗斯“资源”－F系列卫星以“东方”号为基础的照相侦察卫星兼作资源探测，这种卫星是胶片回收型，能提供5～8米高分辨率图像。其“资源”－0系列卫星是传输型遥感卫星，类似于美国的“陆地卫星”，携带两套中、高分辨率多光谱扫描仪。1991年，俄罗斯发射了新型遥感卫星“钻石”－1，其主要特点是装有合成孔径雷达。

多年来，资源卫星的遥感技术日趋成熟，已从可见光发展到微波遥感，从被动遥感发展到主动遥感，并向高光谱分辨率、高空间分辨率和高辐射分辨率发展。

福星高照“地球村”

大量的实践证明，在现今时代，人类最先进的对地观测手段是地球资源卫星。20多年来，许多国家应用资源卫星图片成果，进行资源调查、国土普查、环境监测等，收到了可喜的成效。

据报道，早在七八十年代，一些西方国家就利用资源卫星进行小麦、大豆、水稻、玉米和马铃薯等农作物的估产，以增加或减少某种农作物的种植面积或确定粮食政策。

航天大国美国更是利用地球资源卫星的行家。据报道，美国不仅用资源卫星遥感图像估测本国小麦产区的产量，还主要观测俄罗斯、澳大利亚、阿根廷、印度、加拿大、中国等世界主要小麦产区的产量，每年耗资1500万美元。靠这些信息，美国制定本国粮食储藏调运、食品加工等各项计划，确定对外贸易策略和价格政策，并在国家贸易谈判中处于主导地位，仅此每年就获利高达数亿美元。

在高科技领域积极合作，一向是欧盟国家的传统，在资源卫星的利用上同样不例外。他们利用法国“斯波特”卫星等技术资源，积极推进遥感技术的利用和发展，在农作物的产量评估、长势监测、病虫害的预报等方面，取得了令人瞩目的成果，已经建立了包括地理信息的数据库，作为欧盟统计局数据库的重要补充，在农业和环境等方面发挥了重要作用。

印度把有限资金使用到发展地球资源卫星上来，以开发资源带动经济的发展，利用资源卫星数据解决实际问题，已经成为印度航天政策的一大特点，利用地球资源卫星图像已相当普遍。

遥感技术在中国

中国是一个人口众多而自然资源却十分有限的国家，怎样合理开发和利用现有资源，是摆在我们面前的重要课题。然而，直至70年代末，我国对自己的家底并不清楚。

全国土地面积有多少，耕地面积有多少，这直接影响到我国农业产量在21世纪能承受多少人口的问题，也影响到个每年农产品的进出口计划。此外，对城市化带来的与农业争地问题到底程度如何，可耕土地到底还有多少潜力，资源供需情况能否满足经济发展的要求，经济的发展带来的环境与生态平衡问题，我国西部地区的环境情况如何布局等问题，国家都急需搞清楚。资源卫星技术的发展和应用，为回答这些问题提供了有效的手段，为国家级宏观决策提供了依据。

20年来，我国有关部门利用资源卫星进行了全国和区域性的土地利用调查，北方冬小麦估产，草场资源监测，森林、水利、海岸带滩涂及旅游资源调查，以及进行了部分地区环境污染、河湖变迁、水土流失、城市环境调查等，都取得了可喜的成果。

1997年～1998年，农业部利用美国“陆地卫星”的图像，对黑龙江、内蒙古、甘肃和新疆等省的土地利用情况进行了监测和有关情况的评估。结果显示，1997年前的十年间，我国北方地区土地利用结构不尽合理，草地退化严重，土地荒漠化加剧，农业生态环境日益恶化，耕地开垦有一定的盲目性，新开垦的土地基础设施不足。这些研究成果为政府提供了重要的决策依据。

近年来，中国土地勘测规划院、中科院空间中心等单位，利用卫星图像进行了县级土地资源调查及相应的制图工作，取得了很好的成果。经过10年多年的调查，投入了10多亿元资金，50多万人参加，终于利用资源卫星图片，查清了我国土地资源的家底，其中耕地面积为20亿亩(阶段性数据)，占土地总面积141％，比1994年国家统计局公布的1424亿亩多出40％。值得一提的是，这一成果给我国制定农业规划及农业政策起到了重要作用。

不仅如此，资源卫星图像还在我国其它领域发挥作用。

1998年，我国长江、嫩江、松花江流域发生百年不遇的洪水，我国有关部门紧急调用国外包括资源卫星在内的6颗对地观测卫星，对洪涝灾害全方位监测。这些卫星对于迅速查清灾情，预测洪涝灾害发展趋势，为我国政府作出决策，夺取抗洪斗争的胜利，发挥了重要的作用。我国石油战线利用卫星遥感技术，找到了十多个石油勘探区，有的已见到工业油气流。

有数据显示，我国卫星遥感应用在资源环境监测方面的效益和常规方法相比，卫星遥感费用是常规方法的1／3～1／13，在某些资源环境调查方面，其比例甚至可达几百分之一。1980～1983年，利用“陆地卫星”资料进行国土地利用情况调查，采用了1000多幅卫星合成照片，资料费只用了50万元，如果采用航空摄影方法，约需3500万元，有卫星遥感方法的投入只是常规方法的六分之一。据有关部门估计，20年来我国在卫星遥感上投入约21亿元，若按上述1∶6的比例计算，我国利用卫星遥感手段进行资源环境等遥感调查，节约经费100多亿元。“资源”一号用处大

去年10月14日，在太原卫星发射中心，中国和巴西联合研制的地球资源卫星上天，从此，中国和巴西开始了利用自己的资源卫星的时代。

“资源”一号卫星肩负着十分重要的任务。这颗被命名为“中巴地球资源卫星”(CBERS)的卫星(我国称“资源”一号卫星)，是适时传输型对地观测卫星，其中有效载荷包括一台5谱段CCD相机，一套传输上述遥感器数据的X波段数传系统，以及高密度磁带机等。卫星总重1540公斤，可展开式单翼太阳电池的输出功率为1100瓦。卫星轨道为距地面778公里高的太阳同步轨道，卫星姿态为三轴稳定控制，设计寿命二年。

“资源”一号卫星是我国第一代传输型对地观察卫星，通过不同的遥感器可获得可见光、近红外、热红外等多谱段的遥感图像，这些图像被地球地面站接收后，经过处理可以直接使用，也可以相互比较分析，如可见光谱段图像可用于绘制地图，水系、交通和城市规划图，测量耕地、森林覆盖面积；近红外谱段图像可用于环境污染的监测，农作物长势情况调查和估产，还可用于地质调查和矿产资源的勘查和规划；热红外图像可用于植被和环境监测。

“资源”一号卫星光谱范围广，最高分辨率可达20米。虽然卫星观测一遍地球需要26天，但由于其携带的CCD像机有侧视功能，同一地区观测周期为3天，广角相机5天就可以覆盖我国国土一遍，因此，将为资源卫星图像的开发和利用创造条件。

在“资源”一号卫星发射成功的同时，我国政府已经建成包括中国资源卫星应用中心、北京、广州、乌鲁木齐3个地面站在内的资源卫星应用系统工程。资源卫星的产品分为数字产品和光学产品，即磁带、软盘、光盘、胶片和反转片等。胶片冲洗能力为每天50片，各种图像生产能力为每天100片，产品生产周期一般为3～7天，必要时可随时安排。

“资源”一号卫星可以绘制1∶100000比例尺的数字地图，取代我国目前正在使用的美国“陆地卫星”和法国“斯波特”卫星，进行国土资源调查。国土资源部计划将在今后5年到2010年组织开展新一轮国土资源大调查，其主要任务是更新1∶250000比例尺为主的地学基础系列图件，进而发现一批矿产地，建立全国地质灾害的预警系统并进行地质灾害的监测和防治以及重要地带的地下水勘查开发等。

未来星空更灿烂

据有关资料，一些国家正研制能够克服遥感周期长等不足的资源卫星，预计资源卫星将朝着即有高分辨率图像，又有宽观测带，高时间频率图像的多种遥感器；多光谱遥感器和全天候全天时的雷达卫星方向发展。届时，人类将彻底攻克在恶劣天气条件下获取遥感信息难的状况，对地区的监测将更准确、更及时，真正做到“风雨无阻”。

据专家预测，未来资源卫星将沿着大型综合系统、小卫星系统、多种卫星系统协作，由光学遥感向微波遥感、单一遥感向多功能遥感等方向发展。卫星的空间分辨率、光谱分辨率都将大大提高，CCD相机分辨率可达1米，特殊用途的甚至可达10厘米。

据报道，在发射大型地球资源卫星的同时，美国等国家将发射数颗小型卫星作为大型资源卫星的补充，以满足用户高精度、高时效、低成本和多信息源等多种需求。据悉，法国正在研制第二代资源卫星“斯波特”5号，它装备两台新型遥感器，分辨率为5米，能获得高分辨率的立体图像，2002年发射。俄罗斯新型“钻石”－1B遥感卫星也将于近年发射。日本、加拿大、印度等国也都在进一步研制地球资源卫星，尤其是印度更是采取咄咄逼人的态势。印度遥感卫星已经发展到第二代，其研制的遥感卫星幅宽为70公里，分辨率可达58米，而且价格便宜，受到不少国家的青睐。

中巴首颗地球资源卫星发射成功后，两国第二颗地球资源卫星计划已经启动，按计划该星将于2001年升空，以接替“资源”一号卫星。

在新的千年，资源卫星必将有一个飞速的发展，利用资源卫星观测我们所居住地球的热潮必将到来。■