地震考驗中國遙感能力(本人時間有限，只得摘抄）

前記：地震以後，日本、加拿大和義大利等國均表示願意給中國提供受災地區的衛星圖像，其中日本航天局已向我國提供了由其ALOS遙感衛星拍攝到的災區雷達衛星遙感圖片，解析度為100米。我國台灣省提供了福衛二號拍攝的黑白衛星圖片，解析度為2米。在地震災區交通、通信中斷，救援工作十分艱難的情況下，衛星圖像的解析度每精確1米，就意味著可救出更多的人。為了獲得更高解析度的圖像，5月12日地震當天，中國民政部立即啟動了《應對突發性自然災害響應工作規程》，並在隨後數天內，根據《空間及重大災害國際憲章》，向美國提出申請，要求獲得汶川震中附近的衛星圖像及相關資料信息。直到5月19日，我國務院抗震救災總指揮部得到一組高解析度的衛星圖像，內容是這次中國四川地震後的狀況，包括城鎮、鄉村建築物被損毀的範圍，水庫大壩等設施受損的程度，山體滑坡堵塞河流的情況，鐵路、公路、橋樑和隧道塌陷的具體位置。這些圖像上景物位置精準，畫面清晰，專業的說法是影像解析度達到0.1米，據說橋樑上生鏽的螺絲釘都清晰可見。這組衛星圖像來源於美國國家地理空間情報局(NGA)。

台灣成功大學五月十三日公開多張由福衛二號衛星拍攝到的照片，顯示四川汶川大地震，對汶川附近的地貎造成相當大的破壞。其中兩張圖片，分別是綿竹市綿遠河上游堰塞湖附近一座山坡在震前震後的地貎，可以看到這座山坡發生極為嚴重的山體滑坡，山下的河道都被填平5月13日下午4點10分，國家減災中心獲得了日本航天局提供的ALOS衛星照片。由於時間倉促，該衛星只獲取了解析度為100米的雷達影像，無法從中準確識別居民地、道路、橋樑等目標，此後日本航天局承諾提供更加準確的10米解析度照片，這是該衛星觀測能力的極限。14日上午9點半，國家減災中心獲得北京同天視地公司代理提供的義大利COSMO-SkyMed衛星雷達照片(解析度為3米，13日拍攝)，下午更獲得該衛星解析度為1米的雷達照片(13日拍攝)。

中國的遙感專家們剛剛經過了另外一場「奧運會」,這個名為「第21屆國際攝影測量與遙感大會」的會議在本月上旬結束。該會每四年一次,這是它第一次在中國舉行。

會上,中國晉陞為國際攝影測量與遙感學會(ISPRS)的最高級別會員,另外的四個國家是美國、加拿大、德國和俄羅斯,進入這個行列需要會員國攝影測量與遙感領域具有800名以上高級專家。

前不久發生的汶川大地震,也使得攝影測量與遙感領域近距離地為公眾所了解。人們真切地感受到,它們在應對自然災害上的作用。問題是,經過此次地震的洗禮,中國的遙感技術到底如何?缺乏綜合協調機制「這讓我們搞遙感的,恨不得打地洞鑽進去。」5月12日汶川地震後,溫家寶總理即飛赴災區,飛機上工作的照片顯示,手裡拿的還是地圖,不是遙感出的現勢圖。中科院院士、現任中科院遙感應用研究所所長李小文,於5月13日在他的博客上發文感嘆。

不過毫無疑問,此次汶川地震中,中國的遙感工作者,反應是迅速的。一般來說,震後遙感地理信息的提供大致分為三個階段:前期提供災前歷史地理信息；中期提供用於災後緊急救援的地理現狀圖；以及後期提供次生災害監測、災後評估和重建的地理信息。

南方周末記者此前報道過,地震發生後,國家測繪部門迅速提供給救災部門各種地圖,並根據遙感存檔資料編製三維影像圖。而當晚,科技部所屬的國家遙感中心亦為國家減災委提供了「北京一號」小衛星的存檔影像。

　　這時提供的都是震前地理信息。至於最新的災後地理信息,只能求助於遙感衛星和遙感飛機等。

國家測繪局、科技部、國土資源部所屬的航遙中心、中科院遙感所等部門都相應安排了本部門的航拍計劃,國家測繪局和科技部亦組成了航空遙感專家組奔赴災區。

本報記者了解到,汶川地震當天,世界上的很多衛星都沒能發揮作用,晚上義大利衛星才運行到上空。次日,日本的陸地觀測衛星ALOS,儘管裝載著全色立體測繪可見光遙感器和相控陣雷達,但由於當時距離汶川的垂直上空很遠,導致圖片的解析度低到幾乎不可辨認。5月13日下午6點,國家測繪局得到災後雷達衛星影像,並製成國內首張災區震後高解析度雷達衛星遙感影像圖,從圖中可以看到滑坡體、水系、道路等震後情況。

然而震後兩天陰雨連綿,四川南充機場、成都太平寺機場,國家測繪局調集的航拍飛機待命飛行。14日從重慶機場起飛的中科院2號微波遙感飛機在雨中執行雷達航拍,於次日上午制出解析度為0.5米的圖像,急送國務院。

　　同日,國土資源部航遙中心在空軍的支持下進行航拍。次日下午,航空遙感影像圖送至都江堰國務院抗震救災前線指揮部。

航拍除了要考慮到天氣情況,還要申請到空域後才能起飛,李小文在其博客上稱上次淮河大水時,中科院遙感所申請空域用了10天。

記者了解到,中國現有二百四十多個分布在不同部門的遙感機構,在國家層面上並無統一的協調機構,航拍基本上還是處於各自為戰階段。

第21屆ISPRS大會主席、ISPRS學會秘書長、國家基礎地理信息中心主任陳軍對南方周末說,汶川救災給我們的啟示是,在遙感方面沒有國家一級的應急體系,沒有專門的協調和統一組織部門,缺乏綜合的遙感調控機制。

不過國家測繪局等單位依然發揮了重要作用,包括為規劃災後重建服務和堰塞湖的航拍影像,以及國家測繪局製作的災區三維立體圖和「一縣一圖」的重建規劃用圖等等。衛星能力之限

中國科學院、中國工程院院士李德仁對南方周末說,美國目前有在軌衛星四百多顆,佔全球衛星的一半以上,中國只有二十多顆,數量偏少。中國目前有氣象衛星、海洋衛星、資源衛星、軍用衛星等,即將發射的「環境一號」A/B星,將是中國第一個專門用於環境與災害監測預報的衛星。

地震發生初期,由於中國衛星少而空間覆蓋不夠,而光學衛星怕雲且解析度低,雷達衛星更少,以致在最初兩天沒有滿意的影像可獲取。只能靠日本、法國、德國的衛星支援,以及藉助「空間與重大災害國際憲章」成員國的身份向美國政府求助,直到5月16日尚未得到明確的答覆。

國家基礎地理信息中心副主任李偉建對南方周末說,這場救災的遙感行動調用了目前全部國產遙感衛星資源,其中「北京一號」小衛星發揮了重要作用,它裝有4米全色和32米多光譜雙感測器,敏捷度較高。測繪人員對「北京一號」小衛星提供的最新影像,快速編製並提供了震區的宏觀近100萬平方公里區域的背景影像圖,為抗震救災的行動部署、監測、分析提供了基礎依據和重要背景信息。

然而「北京一號」的解析度不夠,在為救災提供清晰明確的圖像上有差距,而遲至5月18日才經過災區上方,則錯過了災後最早信息提供時期。「遙感衛星一號」和「遙感衛星二號」是軍民共用,分別是光學的解析度2米,雷達的解析度5米,去年剛發射的「遙感衛星三號」是中國目前在軌的最好衛星。世界規模最大的商業衛星遙感公司———美國地球之眼公司的「地球之眼1號」(GeoEye-1)是迄今技術最先進、解析度最高的商業對地成像衛星,最高解析度為0.41米。

而全球解析度最高的是美國軍用衛星「鎖眼12號」,解析度為0.1到0.15米,但是軌道高度僅250千米,軌道比較低,所以生命也較短。這次救災中,美國提供的紫坪鋪水壩的0.1米拷屏影像,就是「鎖眼12號」衛星所攝,比起中國衛星2—3米的解析度,「鎖眼12號」這次送的影像能看清大壩上小的裂縫,這種能確定單個人狀況的清晰度無疑是救援的最好眼睛。「地震當天下午是個晴天,如果當時能把災區飛一遍,那就可以得到0.3或0.2米的圖像,就能把災區現狀搞清楚,即刻部署救災力量。而當時中國衛星不在災區上方,而且解析度2米也不夠清晰,我們提出到2020年衛星解析度要達到0.3米。美國衛星當時也不在我們軌道上,但是它調整的敏捷度較高,可以變軌操作,這需要很高的技術,我們也能變和調,但是比起來較差。」李德仁對南方周末說。

美國的衛星重達16噸,有7噸是燃料,變軌能力很強,可以根據情況及時做軌道調整,進而找准軌道和位姿以監測最有價值的信息,而中國的衛星重量小,目前只能作位姿微調。地震發生時,中國的衛星軌道不在災區上空,限於現有技術也無法做出迅疾的軌道調整,所以當天並沒有拿到震後星載遙感圖像。「目前,雖然我國對地觀測衛星已經初步形成系列,但是高解析度的數據仍然依賴國外的航天遙感,我們還沒有建立獨立自主的完善的高解析度對地觀測系統。」全國政協委員、原國家測繪局局長陳邦柱在接受《人民政協報》專訪時說。另一個大障礙

除去衛星之外,最重要的就是感測器了。「中國感測器技術發展的最大障礙,就像我國的電腦晶元都來自進口一樣,別人佔領了計算機晶元的全部市場。」李德仁對南方周末說。

　　遙感的核心系統是感測器,就是一個信號的發射和接受器,它相當於遙感的眼睛。

按照感測器所處平台不同,遙感分為航天遙感、航空遙感和地面遙感。航天遙感平台有衛星、太空梭、宇宙飛船等空間飛行器；航空遙感的平台是飛機、飛球、飛艇等空中飛行器；地面遙感主要是裝在汽車上。目前主要使用衛星遙感和飛機遙感。

中國衛星所載的感測器幾乎都是中國自己研發的,感測器技術其實就是材料問題,屬於基礎科學領域,並非短期所能突破。而中國從事遙感研究的學者多偏重於遙感應用,不可能去做晶元等材料研究。以國內遙感技術領先的武漢大學為例,亦是用兩千多萬購買了瑞士徠卡公司的ADS40數字航空攝影測量系統,以及機載激光雷達系統。

太原航空攝影有限公司救災航攝時所用的就是ADS40,現在是國際上最先進的航空攝影儀,當飛行高度達到3000米時,對地面可覆蓋寬3公里的航線攝影,所攝資料在24小時內經處理就可提供正攝影像資料。

中國目前較為先進的是中國工程院院士劉先林研製的國產數碼航空攝影儀SWDC—4,初步改變了中國航空攝影測量一直採用傳統膠片攝影儀的局面,國家測繪局調集的航拍飛機搭載這一設備進行了多次航拍。走得再「遙」一點

此次第21屆國際攝影測量與遙感大會上通過了《北京宣言》,這是自1910年ISPRS成立以來第一次發表大會宣言,旨在倡導全社會和平利用地理空間技術造福全人類。

ISPRS的認可表明中國在攝影測量與遙感技術上的成績。這次大會的展覽上,在空間數據處理技術方面,中國以展板形式展出了自主開發的「JX-4」數字攝影測量工作站系統、「Virtuozo」數字攝影測量工作站系統、新一代「數字攝影測量網格DPGrid」系統。「十一五」期間,「863計劃」專門設立了地球觀測和導航定位領域,在重大專項和基礎研究項目中進行部署,原來遙感只是放在信息技術里作為一個方向,現在變為重大的領域。

值得一提的是，我國在激光測距系統方面的應用還處於起步階段，據筆者了解目前在國內應用LiDAR最為成功的公司當屬山西亞太數字遙感公司，這個公司2005年2月到貨的LiteMapper系統已經成功地應用到了電力、公路、林業、城市規劃等項目中，並將這套系統的功能發揮到了極致，這一點是難能可貴的。

而國家科技總規劃裡面,16個項目中有3項和應急響應有關,一是研發第二代導航衛星系統「北斗2號」；二是發射若干個高解析度的衛星,把解析度2—3米提高到0.3米；三是對航空遙感的關鍵器件實施科技攻關。

李德仁認為世界遙感界努力的方向是:儘可能用計算機代替人實現自動化；提高所有感測器的性能,縮短從獲取數據到處理和應用的時間周期,實現實時化；做到在衛星和飛機上把數據處理好；進而把地球作為目標,研究全球變暖和二氧化碳排放的關係,弄清全球氣候狀況和趨勢。

此前,在兩院院士大會上,胡錦濤提出「要加快遙感、地理信息系統、全球定位系統、網路通信技術的應用以及防災減災高技術成果轉化和綜合集成,建立國家綜合減災和風險管理信息共享平台」,這也是攝影測量和遙感發展的方向。