互动科普

遥感应用大展身手

抢险救灾

高分辨率遥感观测在抢险救灾中起着非常重要的作用。当分辨率达到1米以下，就能清楚地辨识道路、车辆和帐篷等，判断建筑物和道路的受损情况，以及发现潜在的山体垮塌和堰塞湖等次生灾害。通过与地震前的数据相比较，研究人员能判断出道路上堆积的滑坡物大小、滑坡的土方量，确定救援所需要的施工人员和机械设备的数量。研究人员还能通过遥感影像分析房屋的受损程度，大致判断出人员伤亡和财产损失情况。重大自然灾害发生时，常会造成一些地区交通和通信中断，成为孤岛，遥感就成为尽快获取灾区信息、指导救灾工作的有力手段。

判断房屋倒塌情况对灾后营救至关重要。通过遥感信息判断房屋倒塌情况，主要有两个方法。首先是利用灾害发生前后的高分辨率图片进行对比，判断哪些建筑物的形状发生了变化，从而找出倒塌的建筑。

但很多地方以往并没有高分辨率图片资料，或者是在灾害发生后初期无法及时得到以往的数据，只有灾后拍摄的遥感图片。在这种情况下，除了人工判读外，还可以通过模式识别的办法来进行判断。例如正常的房屋，其形状通常都比较规则，倒塌后就变成破碎的、不规则的形状。因此，图片上房屋倒塌的区域，其纹理特征与正常的屋顶、树木、街道等是不同的。研究人员建立了相应的模式识别算法，可以通过分析遥感图片的纹理，判断建筑物的形态，快速自动识别出图片中房屋倒塌的区域。

估算农作物的产量

遥感还有一个很重要的应用，就是估算农作物的产量。

我国的主要粮食作物有小麦、水稻和玉米等几种。估算作物的产量，首先要判断作物的品种。判断作物品种的一个办法是根据时间，例如我国北方地区春季（三四月份）是春小麦播种的季节。另一个办法是根据特征光谱来判断。不同的作物，其反射的特征光谱有一些差别，通过仔细对比，可以区分作物的品种。另外，在作物生长的不同时期，其特征光谱也是不同的。

在人眼看来，植物大多是绿色的，也就是说在可见光波段，植物反射出来的绿光是最强的。但是如果从更宽的波段来看，植物的光谱在近红外区域更强。所以，对农作物进行遥感观测时，经常是使用可见光-近红外波段。

通常，我们看到的彩色照片是用红、绿、蓝三种颜色合成的。而在对农作物的研究中，由于要用近红外波段进行观测，所以最后得到的照片中的红、绿、蓝实际上对应的分别是近红外、红、绿。用这样的处理方法合成出来的照片称为假彩色照片。“在彩色照片中，植被越茂密或作物长势越好的部分，显得越绿；而在假彩色照片中，这样的部分就显得越红。”牛铮研究员说。

在收集分析各种农作物不同生长期不同光谱特征的基础上，就可以通过遥感记录的地表信息，辨别作物类型、判断种植面积、监测作物的长势，并在收获前预测作物的产量。

中科院遥感地球所建立了“中国农情遥感速报系统”，并将监测范围拓展到全球31个国家，发展成为“全球农情遥感速报系统”(CropWatch)。监测目标从冬小麦单一作物发展到小麦、水稻、玉米等多种作物，从小区域发展到大区域到全球尺度，监测功能包括了作物长势监测、作物旱情监测、主要作物产量预测、粮食产量预测、作物种植结构和复种指数监测以及粮食供需平衡预警等，成为国际上三大农情遥感监测系统之一。

2011年6～10月的作物生长状况遥感图（假彩色合成)。通过分析不同生长期作物冠层及其背景的反射光谱特征，利用特征波段进行组合，得到能够突出表示作物信息的植被指数。再基于不同方法（如回归分析、神经网络、遗传算法、生长模型等）分析建立植被指数与作物叶面积指数、作物产量的关系模型。利用这些关系模型，就可以进行大范围的作物估产。

考古

在文化遗址的发现上，遥感技术具有独特的优势，因其可以在较大的范围内进行全面、立体、快速、全天候、全波段、高分辨率的探测，从而发现被植被、沙土、水体等掩盖的遗址、古迹。这方面的研究现在已经发展成为一门新的交叉学科—遥感考古学。

美国考古学家利用遥感技术发现了沉没在地中海水下数千年的古埃及名城亚历山大。希腊考古学家用红外像片在科林斯湾发现了公元前373年毁于地震的古城“Hekike”。欧美等国考古学家联手通过卫星遥感资料发现了隐藏于南美密林深处的10世纪玛雅人宫殿。科学家还利用遥感技术发现了柬埔寨新的吴哥古迹，重建了吴哥古城的分布范围。

我国历代修筑的长城覆盖了现在的十几个省、市、自治区。现在我们游览的长城只是其中很小的一部分，还有很多古长城遗迹隐没在土丘山林中未被发现。

20世纪90年代，遥感地球所的郭华东等利用雷达遥感发现了宁夏盐池到陕西定边、安边的长城遗址。盐池境内发现了3座古长城：一座为隋代长城，损毁严重，在地面上残留下一些断断续续的土丘，在雷达上看起来是一条不连贯的亮线；另外两座为明代长城，大部分已倾塌，地面上残留的是比较连续的低矮土丘，被防护林遮盖，在雷达上看起来是一条微弱的亮线。

虽然这些长城遗迹已很不明显，且被植被、沙土遮盖，但合成孔径雷达波能穿透几米厚的干沙，所以可以识别出被掩盖的长城遗迹。另外，利用中、高分辨率光学遥感图像，科学家还可以对断断续续的长城进行合理的连接。

数字地球：数据的综合利用

人们通过卫星、飞机、气球等遥感观测手段获得地球的大量数据，然后利用计算机把它们和其他有关数据、应用模型等结合起来，在计算机网络里重现出来。这样一个数字化的关于地球的巨系统，我们称之为“数字地球”。它提供的数据和信息让我们能够更深入地了解这个世界，更有效地利用地球上的各种资源。

未来的数字地球是什么样的，并没有一个定论。但科学家认为新一代的数字地球应具备这样的特征：数字地球是一个功能强大的可视化“球体”，一种科学的地球信息组织形式。可以通过三维以至多维的方式，洞悉建筑物内部、地下或水下的信息。它基于历史数据和综合模型，以时间为维度呈现地球的过去、现在和未来。它是对来自传感器和人类的信息流进行动态、交互开发与利用的过程。它不仅包含空间要素，而且包含覆盖地理空间和虚拟空间的地点、文化和身份等属性要素。它将使不同功能的应用更简便、更有效。

总之，通过数字地球，人们可以大大加深对自然与社会运转机制的理解，更科学合理地管理我们所生活的这个世界。

（本文发表于《科学世界》2013年第8期）