太空探索－指定教材

第九章 太空资源的科学与商业应用

9.3  空间对地观测（2）

9.3.3 典型的空间对地观测系统

1. 资源卫星

以地球资源作为调查研究对象的遥感卫星称为资源卫星。典型代表是美国的陆地卫星(LandSat)、法国的SPOT卫星、加拿大的RADASAT卫星和中国的资源系列卫星，如图9-6所示。

中国第一颗传输型遥感卫星——中巴地球资源卫星于1999年10月14日发射成功。这颗卫星有3台遥感器： 20 m分辨率的5谱段CCD相机，80 m和160 m分辨率的4谱段红外扫描仪，256 m分辨率的2谱段宽视场成像仪。由该资源卫星所获得的图像数据，在环境调查与监测、城市规划和水利调查中得到广泛应用。以下几方面比较全面地反映了资源卫星的主要应用领域：

(1) 利用该卫星数据，国家和省(区、市)可编著全国或省级国土资源动态监测报告，以及土壤沙化、沼泽化、盐碱化、水土流失等动态变化数据(面积、数量、质量)报告。

(2) 可调查土地资源，结合地面重点调查，用两年左右的时间花几百万元就可完成 1∶25 万比例尺的土地利用调查。

(3) 可调查森林资源，配合航空和地面调查，用两年左右的时间，能全面调查森林资源数量、质量、分布及植树造林后效，从而满足国家、省、市编制中长期规划和宏观指导管理的需要。

(4) 可进行水资源调查、河口海岸带浅海地貌调查、含沙量和泥沙淤积研究、流域规划、水土流失调查、水土保持措施的效益监测、大型水利工程的监测、电站选址、调水线路选择、大型水库淹没损失调查、环境水利监测、洪水监测及旱情监测等。

(5) 可进行国土资源大调查，促进地质调查向广度和深度扩展；进行矿产预测，圈定成矿带，指出找矿方向；研究区域构造和评价地壳稳定性，为工程地质提供基础资料；进行地质、地貌、第四纪古河道研究，以调查地下水情况(包括储量)。

(6) 进行农业资源动态监测，对种植业、畜牧业、渔业进行动态监测，为国家、省、市规划农业资源的合理开发和管理提供数据；进行农作物长势监测与估产，重点是冬小麦、水稻、棉花、玉米、大豆等；监测病虫害。

(7) 调查自然灾害，提供宏观及快速的洪水、旱灾、火灾、冰坝险情、雪灾、地震、飓风、火山、滑坡和泥石流等灾害的预报。

(8) 为海洋及海岸带调查、滩涂面积估算、海洋环境预报、渔情调查、海岸工程规划、海洋生态环境保护和治理提供基础资料。

(9) 进行城市规划、城市扩展监测、城市数据库的添加与更新、城镇体系动态监测、城镇体系规划，为人口分布制图和可持续发展研究提供信息。

(10) 该卫星遥感数据较适合中国1∶25万、1∶10万比例尺地形图测绘的需要，可制作正射影像图，测绘国家边界地区的地形图、西部地区的高山和高原地区的地形图。

(11) 能调查旅游景观，对旅游景观进行资源分类；进行空间分布、面积测量，编制旅游资源图，为编制旅游线路、现代化管理提供信息。

(12) 进行国外资源调查。出于友好协作以及对外经济贸易的需要，可利用卫星上磁带机记录，对超出中国地面站作用范围的其他国家和地区的农、林、土地、矿产资源和灾害等情况进行调查。

(13) 满足国家安全的需要。虽然该星分辨率不高(20 m)，但仍能提供大量与国家安全有关的信息。

法国于2002年5月发射的SPOT-5卫星是目前世界上技术最先进的陆地遥感卫星。它的全色分辨率为5 m，经地面处理后可达2.5 m。另外，SPOT-5卫星携带的全色波段双镜头测绘相机，可获得分辨率为10 m的立体图像。

2. 气象卫星

气象卫星可分为极地轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星两类。极地轨道气象卫星通过极地附近，利用星下点地方平均太阳时保持不变这一特点，每12小时左右对全球进行一次观测，可以获取全球气象资料。但是，极地轨道气象卫星每天只能对某一地区进行两次观测，观测的时间间隔较长，对风速和变化快、存在时间短的小尺度灾害性天气现象则观测不到。

地球静止轨道气象卫星能对地球近五分之一的中、低纬度地区天气系统的形成和发展进行连续监测，实时地将资料送回地面，但对高纬度地区(纬度大于55°)的观测能力较差。由此可见，极地轨道气象卫星和地球静止轨道气象卫星各有所长，可以取长补短，互相补充。因此，世界气象组织于1978年提出了由5颗地球静止轨道气象卫星和4颗极地轨道气象卫星组成全球综合观测系统，实现对全球进行连续观测的目的，每半小时向地面发送一幅可见光或红外图像，每3小时发送一张全球云图。

气象卫星的功能可概括为以下几方面：

(1) 进行准确的天气预报；

(2) 监测并预报灾害性天气，如热带风暴、暴雨、雷电、暴洪、冰暴和干旱等；

(3)进行海洋观测，如海流、暖流、赤潮、海洋温度、海藻分布、海洋污染等；

(4) 监测和预报冰雪和水文；

(5) 农业方面，监测庄稼生长、病虫害、牧场分布等；

(6) 寻找渔业资源，引导捕鱼航线等；

(7) 监测森林火灾，监测土壤墒情，监测火山爆发和尘暴；

(8) 监测太阳爆发事件；

(9) 空难和海难搜索与救援等。

3. EOS

EOS是美国地球科学计划的核心部分，其宗旨是增进对全球变化的认识，预测地球系统的变迁。科学目的包括： 增进对地球作为一个整体系统的认识；利用卫星、飞机和相关的地面系统观测和描述整体地球的特点；了解在全球和区域尺度上由于自然和人为原因引起的气候变化；分析和预测这种变化对人类健康和福利所造成的后果；为创建文明的环境政策作贡献。EOS由一系列极轨卫星组成，这些卫星长期观测陆地表面、生物圈、固体地球、大气层和海洋。表9-3概述了EOS的主要探测计划。图9-8给出几种典型的EOS卫星的在轨位形。

4. 商业高分辨率遥感小卫星

(1) 概况

自1972年首颗民用遥感卫星发射以来，全世界有13个国家的21个政府机构和私营企业投资数十亿美元，用于发展和经营地球观测卫星。高分辨率遥感小卫星由于具有广泛的应用前景而引起了世界各国的重视。在民用方面，高分辨率遥感小卫星可用于制图、建筑、采矿、城市规划、土地利用、资源管理、农业调查、环境监测、新闻报道和地理信息服务等诸多领域；在军事上，它们可用于情报收集、国防监测、精确制图和目标指引，以及监测部队集结和武器部署等军事活动。因此，世界上许多国家都在积极研制高分辨率遥感小卫星。

1994年，美国政府颁布一项法令，允许私营企业经营图像分辨率不高于1 m的高分辨率遥感卫星系统，并有条件地允许向国外提供卫星系统和销售图像，从而在美国掀起了一个经营高分辨率商业遥感卫星的浪潮。1993年以来，美国商务部已经向12个公司发放了经营高分辨率遥感卫星的许可证。到目前为止，这些高分辨率卫星中有4颗发射失败，2颗正常运行，已经向全球提供高分辨率遥感数据。

随着1 m分辨率卫星的成功发射和运营，商业高分辨率卫星又将迈上一个新台阶。2000年12月，美国商务部批准了太空成像公司和数字全球公司经营0.5 m分辨率商业成像卫星的许可证申请，开始了第二代高分辨率卫星的研制。

新一代卫星能够提供0.5 m分辨率全色图像和2 m分辨率多光谱图像。这种图像更适合于城市公用设施网和电信网的精确绘制、道路设计、设施管理、国家安全，以及需要高度详细、精确的视觉和位置信息的其他应用。目前，美国太空成像公司的第二代卫星正进入设计阶段，预计在2004年发射；数字全球公司对其快鸟-2卫星进行改造，以获取0.5 m分辨率图像；成像卫星国际公司将其后续卫星EROS-BI的分辨率由0.8 m提高到0.5 m。

(2) 艾科诺斯-2卫星

现在运行的艾科诺斯-2(IKONOS-2)卫星为太空成像公司所拥有，是1999年9月发射成功的。其全色(黑白)图像空间分辨率优于1 m，多光谱图像分辨率可达3.28 m。

艾科诺斯-2卫星入轨后拍摄的图片，因为其清晰度高，已得到广泛的赞誉，就连原来对高分辨率商业遥感项目的可行性持怀疑态度的人也不得不叹服。艾科诺斯-2卫星每天绕地球飞行14圈，每3天就可以以0.8 m的分辨率对地面上的任何一个区域进行一次拍摄。若降低分辨率，它每天都可以对同一区域重访一次。

艾科诺斯-2卫星上的相机由柯达公司制造。相机望远镜的分辨率相当于10 m的摄远镜头。图9-9为艾科诺斯-2卫星。

(3) 快鸟-2卫星及其产品

快鸟-2卫星(见图9-10)属于数字全球公司，它于2001年10月18日发射成功并投入运营。

2000年12月，数字全球公司得到了美国商务部的许可，发射和运营0.5 m分辨率的遥感卫星系统。该公司立刻修改了快鸟卫星的原设计，降低了轨道高度，从而把卫星的全色图像分辨率从1 m提高到0.61 m，多光谱图像分辨率从4 m提高到2.5 m。

该卫星的设计可以使其在较低的轨道上运行，其携带的燃料足以保证设计寿命不减少，这使得快鸟-2卫星成为目前世界上分辨率最高的商用卫星。快鸟-2卫星可以同时拍摄全色和多光谱图像，也可以提供自然彩色和彩色红外合成图像。

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