柳钦火:遥感监测在城市环境中的应用空间广泛

2015-06-12 18:40:27

摘要:   6月10-11日,北京国家会议中心,以构筑地理信息新生态为主题的2015年全球地理信息开发者大会 (WGDC2015)在此拉开帷幕。  6月11日,WGDC2015-智慧城市峰会在北京国家会议中心4层报告厅举办。WGDC自2012年起

  6月10-11日,北京国家会议中心,以“构筑地理信息新生态”为主题的2015年全球地理信息开发者大会 (WGDC2015)在此拉开帷幕。

  6月11日,WGDC2015-智慧城市峰会在北京国家会议中心4层报告厅举办。WGDC自2012年起开始举办,四年时间里,伴随着中国地理信息产业的快速发展,WGDC已经成为位置与空间领域最具影响力的技术创新盛会。

  其中智慧城市峰会一直都是WGDC分论坛中的主力,今年的智慧城市峰会更加精彩:来自政府部门、地理信息行业、规划领域、互联网、英国的嘉宾为我们分享了自己的观点、案例和产品。现场气氛热烈、精彩观点迸发、掌声不断。

  在智慧城市峰会中,来自中国科学院遥感与数字地球研究所 遥感科学国家重点实验室副主任、研究员 柳钦火带来了名为“城市环境遥感监测技术前沿与应用展望”的演讲,以下为演讲实录(未经本人核实):

柳钦火:遥感监测在城市环境中的应用空间广泛

  柳钦火:大家好,我跟大家交流一下我们最近工作的一些想法。我的报告分几部分,一个是遥感是获取信息的重要手段,我们具体的工作就是多种技术怎么协同,生产遥感产品。第二部分,介绍一下用遥感数据,针对东盟生态环境监测报告的情况。第三、展望一下高分辨率遥感在智慧城市中有什么应用前景。

  遥感数据的获取,一个大的趋势就是怎么样把综合观测的数据用于支持各个方面的应用。这样综合遥感观测具有充分利用卫星、航空和地基遥感平台的优势,包括中国的、美国的,其他这些国家发展都非常快,尤其中国,近年来在卫星遥感这块技术发展非常快,尤其中国,近年来卫星遥感数据方面,有海洋卫星、环境检测等。另外一个方面,快速发展无线传输网络,尤其智慧城市的建设中间,温度、湿度的观测,都可以通过地面传输网络,或者无线的网络,提供更强的监测能力。星、机、地一体化的对地观测技术,将有助力智慧地球发展。这是大家的共识。

  第二、怎么样把遥感数据用于支持我们的生态环境的应用,我们所牵头,与武汉大学、江西师范大学、北京师范大学、中科院地理所等联合开发了这么一个生产系统,操作平台。我们知道遥感技术发展非常快,我们系统里头考虑遥感数据的方方面面,包括极轨卫星、静止卫星等。这些数据怎么样来使用,对于一个用户来说,这么多数据可能无所适从。

  我们经常举个例子,在城市里面生活都要买小麦,加工面包,对于我们用户来说,直接买这个面包,直接就可以吃。遥感数据也是一样,有那么多卫星,有那么多数据,怎么样加工成这个产品,直接用产品,可能这是更好的一个趋势。我们有这么多卫星数据对地球系统进行组网观测,怎么样利用这些数据进行生产更好的产品,这里头涉及到几个技术,一个怎么把不同的卫星数据进行标准化的处理,不同的农民生产小麦要加工成面包,要有标准的加工厂家。另外,我们最后把数据怎么样变成产品,我们相应要开发这么一个系统,这就是目前开发的这个系统的简单的情况。这是数据规划处理的一些技术,这是几个例子。如果对每个卫星数据都单独做几何矫正,这个工作量非常大,我们通过不同尺度的数据选取性能较高的数据作为基础对其他数据进行归一化。对低分辨率的数据,MOIDS比较多,怎么样把全国的中低分辨率卫星都规划好。这是交叉辐射的数据,我们用起来没有办法根据变化检测等等各种应用,所以我们对它进行交叉辐射的定标,这是我们做的一些例子。这是我们产品生产的流程,首先是规划处理以后,质量检验,用于进行产品的生产,可以生成各种生态的、环境的,这是各种应用。

  例如,我们针对中国东盟区域,利用我们遥感的产品系统对其进行监测,发布的《中国-东盟区域生态环境状况》报告。之所以选择中国东盟区域,是因为“一带一路”建设中间,东盟区域是海上丝绸之路的一个重要的区域,中国东盟也是世界经济发展的一个重要引擎。在这个区域里头,中国东盟整个区域有很好的环境特点,比如多样性很丰富,全球的碳汇贡献也比较高。中国东盟区域也面临很多的生态环境问题,比如城市扩张、社会经济发展导致生态系统退化,资源短缺,资源灾害频发,还有环境污染,对城市来说,比如大气污染,水污染、垃圾污染,对我们城市的生活影响也非常大。在智慧城市中间,我想也是需要特别考虑的一个问题。

  当然我们这个报告只做一个生态环境现状的监测,我们选择几个典型的生态环境指标,一个是光和水的条件,以及植被生长状况,我们也选择森林和农田两个生态系统进行分析,我们也选择两个典型区域,大湄公河次区域和澜沧江湄公河流域进行生态环境的监测和病故。最后我们也结合经济指标做一些综合的分析和评估,这就是我们监测的技术和方案的一个初步流程,在选区域上我们选择哪些要素,光、温、水等,这些生态环境要素也是我们城镇生态环境很重要的一个方面。

  我们可以通过PPT看出,报告所用的遥感数据中的比例,这里头有可能国外的数据,也有很多国产的数据,我们也对重点区域进行监测。这个数据用我们的系统进行规划处理好以后,就可以生产不同的共性的产品,多是不同尺度的生态的环境的监测指标,无论从区域上,还是从全球尺度上,甚至到微观尺度上,这个指标对生态环境的监测和评价都具有非常重要的作用。我们生态环境监测,除了遥感监测,也结合其他的气象数据,包括其他的一些参考数据综合生态环境的监测和评估。

  我们这个报告有这么几个方面,包括光温条件、水温条件,植物覆盖状况,森林系统状况,农田系统状况,大湄公河区域这个生态环境的分析,还有澜沧江湄公河次区域的分析,最后对生态指标做一个综合评估,这是我们这个报告的一个情况。这是我报告的一些基本内容,比如通过遥感监测,可以得到在整个中国-东盟区域,这个光合有效辐射,我们可以看到它的特征,从中部的东北比较低,中国西南,东盟区域是比较高的,我们可以得到光合有效辐射的一些情况。我们也可以得到它一年四季的变化,这个里面不同的季节有差异。

  这是中国东盟区域整个水分的格局,整个中国东盟区域江水的分布差异,中国整个西北地区确实非常明显。华北平原,西北地区水分比较多,植被状况,我们可以看到,整个从西北地区,东北地区,华南地区,西南地区,一直到中国东盟区域,有明显的空间格局的特征。接下来还表现在植被的初级生产力,从西北往东南是呈现逐步增加的趋势,沙漠地区是比较低的。这个是中国东盟区域森林生物量的分布,有400亿吨,中国、印尼森林生物量占区域总量的3/4以上。西南高原温度比较低,中国东西部比东盟地区要差一些。

  我们选大湄公河区域,东盟四国是柬埔寨、越南、老挝、缅甸和泰国,中国两省是云南和广西。整个这个区域是作为一个大湄公河区域,经济共同体的建设,我们对它的生态环境状况可以做更进一步的检测和分析。这是植被的变化,我们通过遥感的高频的监测,可以把台风的影响进行监测和评估。对整个流域的水资源,澜沧江湄公河是这个流域重要的一条国际河流,这个水资源的状况,中国究竟有多少水?在降雨季节,洪水拦截起到什么作用?防洪、发电对下面有什么影响,这个我们做了一些模拟,对下面典型的一些湖泊,通过遥感高频次的监测,监测这个水库,还有湖的变化。我们看到主要是径流量的变化,这时候典型湖泊属于动态变化,受发电的调蓄,受防洪的影响,有哪些作用,都可以看到这种变化特征。

  最后结合人口指标,结合GDP的指标,进行全要素的分析。比如人均的GDP和人均的生产力整个区域的分布有不同的。这一端显示的比较少,在发布的《中国-东盟区域生态环境状况》的监测报告中,我们可以得到一些重要的结论。整个在我们这个阶段中间,国产卫星遥感数据使用率超过50%,我们用的这个产品,精度和空间分辨率跟国外相比,应该说更好的反映这个区域光、温、水条件与植被生态系统特征。整个区域经济发展的不平衡,它的资源气候条件也是比较显著的,生态类型的多样,生态资源分布也是不均衡的,整个生态环境的保护需要特别重视。

  基于我们这些报告,我们在国家科技部支持下向全球发布了《全球生态环境遥感监测》年度报告,除了我们中国-东盟区域生态环境报告,还有其他几个报告。

  接下来更微观的尺度,遥感数据更精细的监测,肯定有非常重要的作用。比如我们国家正在实施的高分辨率对地观测系统,高分卫星具备覆盖可见光、红外、多光谱、高光谱、微波、激光等多种载荷,实现高光谱分辨率等,实现高精度观测的能力,它可以更好的服务各种应用和各种课题研究,到那时候我想也是在未来智慧城市的发展中间,会发挥非常重要的作用。

  这是展示GF1号,2号,3号,一直到GF3号卫星的情况,目前为止,我们已经发射了GF1和GF2号卫星,GF1号卫星是空间分辨率2米和8米,而且在这个10米分辨率上来说,它具有800公里的幅宽,所以它对生态环境的监测具有非常独特的优势。对城市的生态环境的监测,对2米和8米的数据,我想这个也是具有非常好的应用潜力。这是GF1号的载荷指标。这是GF2号的指标,它的的空间分辨率是1米和4米,对城市的监测和规划,完全可以满足它的应用的需求。GF1号数据已经大规模的开始应用了,GF2号数据也即将会大面积的投入使用。

  目前这是几个例子,这是第一轨的GF1号卫星的全视的图像,非常细微的信息是到树、到房子,所有建筑的信息都可以看得非常清楚。这是第一幅数据,这是包括日本的一个图像。有了高分辨率,又有高宽覆盖的图像,在未来的智慧城市中间会有很多重要的作用。比如在城市规划,这个功能区块,比如在城市建设怎么样根据高精度的测图。我们高分辨率卫星,在城市管理,尤其在城市环境监测方面,比如大气环境、水环境、生态环境,固体废弃物,GF1号,GF2号一直到后面的一系列都有很好的应用潜力,在城市突发的灾害,比如洪水灾害,怎么样利用这些数据进行监测、预警、预报,这是在救灾和防灾之间,都会起到非常重要的作用。

  总之,从未来的趋势说来说,我们怎么样把各种不同的载荷进行高精度的规划、处理,形成高精度无缝化定量遥感技术的能力,否则没有办法进行业务运行,所以必须把多分辨率,多种来源的遥感数据进行归一化的处理好,进而可以更好的满足各方面的应用。在未来的遥感数据处理和应用,这也是一个趋势,一家用户,一个单位很难保证所有的数据产品全部都能生产完成,所以也是进入网络式的,云平台的大家联合生产这么一个态势。最终变成只是给用户提供这个产品,到变成向用户只是提供需求,就可以完成这个产品的生产,从产品给用户提供服务的一个方向来发展。谢谢大家!

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