费马大定理:地震考验中国遥感能力(本人时间有限，只得摘抄）

前记：
   地震以后，日本、加拿大和意大利等国均表示愿意给中国提供受灾地区的卫星图像，其中日本航天局已向我国提供了由其ALOS遥感卫星拍摄到的灾区雷达卫星遥感图片，分辨率为100米。我国台湾省提供了福卫二号拍摄的黑白卫星图片，分辨率为2米。在地震灾区交通、通信中断，救援工作十分艰难的情况下，卫星图像的分辨率每精确1米，就意味着可救出更多的人。为了获得更高分辨率的图像，5月12日地震当天，中国民政部立即启动了《应对突发性自然灾害响应工作规程》，并在随后数天内，根据《空间及重大灾害国际宪章》，向美国提出申请，要求获得汶川震中附近的卫星图像及相关资料信息。直到5月19日，我国务院抗震救灾总指挥部得到一组高分辨率的卫星图像，内容是这次中国四川地震后的状况，包括城镇、乡村建筑物被损毁的范围，水库大坝等设施受损的程度，山体滑坡堵塞河流的情况，铁路、公路、桥梁和隧道塌陷的具体位置。这些图像上景物位置精准，画面清晰，专业的说法是影像分辨率达到0.1米，据说桥梁上生锈的螺丝钉都清晰可见。这组卫星图像来源于美国国家地理空间情报局(NGA)。

    台湾成功大学五月十三日公开多张由福卫二号卫星拍摄到的照片，显示四川汶川大地震，对汶川附近的地貎造成相当大的破坏。其中两张图片，分别是绵竹市绵远河上游堰塞湖附近一座山坡在震前震后的地貎，可以看到这座山坡发生极为严重的山体滑坡，山下的河道都被填平
5月13日下午4点10分，国家减灾中心获得了日本航天局提供的ALOS卫星照片。由于时间仓促，该卫星只获取了分辨率为100米的雷达影像，无法从中准确识别居民地、道路、桥梁等目标，此后日本航天局承诺提供更加准确的10米分辨率照片，这是该卫星观测能力的极限。14日上午9点半，国家减灾中心获得北京同天视地公司代理提供的意大利COSMO-SkyMed卫星雷达照片(分辨率为3米，13日拍摄)，下午更获得该卫星分辨率为1米的雷达照片(13日拍摄)。

   中国的遥感专家们刚刚经过了另外一场“奥运会”,这个名为“第21届国际摄影测量与遥感大会”的会议在本月上旬结束。该会每四年一次,这是它第一次在中国举行。

会上,中国晋升为国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)的最高级别会员,另外的四个国家是美国、加拿大、德国和俄罗斯,进入这个行列需要会员国摄影测量与遥感领域具有800名以上高级专家。

前不久发生的汶川大地震,也使得摄影测量与遥感领域近距离地为公众所了解。人们真切地感受到,它们在应对自然灾害上的作用。问题是,经过此次地震的洗礼,中国的遥感技术到底如何?缺乏综合协调机制“这让我们搞遥感的,恨不得打地洞钻进去。”5月12日汶川地震后,温家宝总理即飞赴灾区,飞机上工作的照片显示,手里拿的还是地图,不是遥感出的现势图。中科院院士、现任中科院遥感应用研究所所长李小文,于5月13日在他的博客上发文感叹。

不过毫无疑问,此次汶川地震中,中国的遥感工作者,反应是迅速的。一般来说,震后遥感地理信息的提供大致分为三个阶段:前期提供灾前历史地理信息；中期提供用于灾后紧急救援的地理现状图；以及后期提供次生灾害监测、灾后评估和重建的地理信息。

南方周末记者此前报道过,地震发生后,国家测绘部门迅速提供给救灾部门各种地图,并根据遥感存档资料编制三维影像图。而当晚,科技部所属的国家遥感中心亦为国家减灾委提供了“北京一号”小卫星的存档影像。

　　这时提供的都是震前地理信息。至于最新的灾后地理信息,只能求助于遥感卫星和遥感飞机等。

国家测绘局、科技部、国土资源部所属的航遥中心、中科院遥感所等部门都相应安排了本部门的航拍计划,国家测绘局和科技部亦组成了航空遥感专家组奔赴灾区。

本报记者了解到,汶川地震当天,世界上的很多卫星都没能发挥作用,晚上意大利卫星才运行到上空。次日,日本的陆地观测卫星ALOS,尽管装载着全色立体测绘可见光遥感器和相控阵雷达,但由于当时距离汶川的垂直上空很远,导致图片的分辨率低到几乎不可辨认。5月13日下午6点,国家测绘局得到灾后雷达卫星影像,并制成国内首张灾区震后高分辨率雷达卫星遥感影像图,从图中可以看到滑坡体、水系、道路等震后情况。

然而震后两天阴雨连绵,四川南充机场、成都太平寺机场,国家测绘局调集的航拍飞机待命飞行。14日从重庆机场起飞的中科院2号微波遥感飞机在雨中执行雷达航拍,于次日上午制出分辨率为0.5米的图像,急送国务院。

　　同日,国土资源部航遥中心在空军的支持下进行航拍。次日下午,航空遥感影像图送至都江堰国务院抗震救灾前线指挥部。

航拍除了要考虑到天气情况,还要申请到空域后才能起飞,李小文在其博客上称上次淮河大水时,中科院遥感所申请空域用了10天。

记者了解到,中国现有二百四十多个分布在不同部门的遥感机构,在国家层面上并无统一的协调机构,航拍基本上还是处于各自为战阶段。

第21届ISPRS大会主席、ISPRS学会秘书长、国家基础地理信息中心主任陈军对南方周末说,汶川救灾给我们的启示是,在遥感方面没有国家一级的应急体系,没有专门的协调和统一组织部门,缺乏综合的遥感调控机制。

不过国家测绘局等单位依然发挥了重要作用,包括为规划灾后重建服务和堰塞湖的航拍影像,以及国家测绘局制作的灾区三维立体图和“一县一图”的重建规划用图等等。卫星能力之限

中国科学院、中国工程院院士李德仁对南方周末说,美国目前有在轨卫星四百多颗,占全球卫星的一半以上,中国只有二十多颗,数量偏少。中国目前有气象卫星、海洋卫星、资源卫星、军用卫星等,即将发射的“环境一号”A/B星,将是中国第一个专门用于环境与灾害监测预报的卫星。

地震发生初期,由于中国卫星少而空间覆盖不够,而光学卫星怕云且分辨率低,雷达卫星更少,以致在最初两天没有满意的影像可获取。只能靠日本、法国、德国的卫星支援,以及借助“空间与重大灾害国际宪章”成员国的身份向美国政府求助,直到5月16日尚未得到明确的答复。

国家基础地理信息中心副主任李伟建对南方周末说,这场救灾的遥感行动调用了目前全部国产遥感卫星资源,其中“北京一号”小卫星发挥了重要作用,它装有4米全色和32米多光谱双传感器,敏捷度较高。测绘人员对“北京一号”小卫星提供的最新影像,快速编制并提供了震区的宏观近100万平方公里区域的背景影像图,为抗震救灾的行动部署、监测、分析提供了基础依据和重要背景信息。

然而“北京一号”的分辨率不够,在为救灾提供清晰明确的图像上有差距,而迟至5月18日才经过灾区上方,则错过了灾后最早信息提供时期。“遥感卫星一号”和“遥感卫星二号”是军民共用,分别是光学的分辨率2米,雷达的分辨率5米,去年刚发射的“遥感卫星三号”是中国目前在轨的最好卫星。世界规模最大的商业卫星遥感公司———美国地球之眼公司的“地球之眼1号”(GeoEye-1)是迄今技术最先进、分辨率最高的商业对地成像卫星,最高分辨率为0.41米。

而全球分辨率最高的是美国军用卫星“锁眼12号”,分辨率为0.1到0.15米,但是轨道高度仅250千米,轨道比较低,所以生命也较短。这次救灾中,美国提供的紫坪铺水坝的0.1米拷屏影像,就是“锁眼12号”卫星所摄,比起中国卫星2—3米的分辨率,“锁眼12号”这次送的影像能看清大坝上小的裂缝,这种能确定单个人状况的清晰度无疑是救援的最好眼睛。“地震当天下午是个晴天,如果当时能把灾区飞一遍,那就可以得到0.3或0.2米的图像,就能把灾区现状搞清楚,即刻部署救灾力量。而当时中国卫星不在灾区上方,而且分辨率2米也不够清晰,我们提出到2020年卫星分辨率要达到0.3米。美国卫星当时也不在我们轨道上,但是它调整的敏捷度较高,可以变轨操作,这需要很高的技术,我们也能变和调,但是比起来较差。”李德仁对南方周末说。

美国的卫星重达16吨,有7吨是燃料,变轨能力很强,可以根据情况及时做轨道调整,进而找准轨道和位姿以监测最有价值的信息,而中国的卫星重量小,目前只能作位姿微调。地震发生时,中国的卫星轨道不在灾区上空,限于现有技术也无法做出迅疾的轨道调整,所以当天并没有拿到震后星载遥感图像。“目前,虽然我国对地观测卫星已经初步形成系列,但是高分辨率的数据仍然依赖国外的航天遥感,我们还没有建立独立自主的完善的高分辨率对地观测系统。”全国政协委员、原国家测绘局局长陈邦柱在接受《人民政协报》专访时说。另一个大障碍

除去卫星之外,最重要的就是传感器了。“中国传感器技术发展的最大障碍,就像我国的电脑芯片都来自进口一样,别人占领了计算机芯片的全部市场。”李德仁对南方周末说。

　　遥感的核心系统是传感器,就是一个信号的发射和接受器,它相当于遥感的眼睛。

按照传感器所处平台不同,遥感分为航天遥感、航空遥感和地面遥感。航天遥感平台有卫星、航天飞机、宇宙飞船等空间飞行器；航空遥感的平台是飞机、飞球、飞艇等空中飞行器；地面遥感主要是装在汽车上。目前主要使用卫星遥感和飞机遥感。

中国卫星所载的传感器几乎都是中国自己研发的,传感器技术其实就是材料问题,属于基础科学领域,并非短期所能突破。而中国从事遥感研究的学者多偏重于遥感应用,不可能去做芯片等材料研究。以国内遥感技术领先的武汉大学为例,亦是用两千多万购买了瑞士徕卡公司的ADS40数字航空摄影测量系统,以及机载激光雷达系统。

太原航空摄影有限公司救灾航摄时所用的就是ADS40,现在是国际上最先进的航空摄影仪,当飞行高度达到3000米时,对地面可覆盖宽3公里的航线摄影,所摄资料在24小时内经处理就可提供正摄影像资料。

中国目前较为先进的是中国工程院院士刘先林研制的国产数码航空摄影仪SWDC—4,初步改变了中国航空摄影测量一直采用传统胶片摄影仪的局面,国家测绘局调集的航拍飞机搭载这一设备进行了多次航拍。走得再“遥”一点

此次第21届国际摄影测量与遥感大会上通过了《北京宣言》,这是自1910年ISPRS成立以来第一次发表大会宣言,旨在倡导全社会和平利用地理空间技术造福全人类。

ISPRS的认可表明中国在摄影测量与遥感技术上的成绩。这次大会的展览上,在空间数据处理技术方面,中国以展板形式展出了自主开发的“JX-4”数字摄影测量工作站系统、“Virtuozo”数字摄影测量工作站系统、新一代“数字摄影测量网格DPGrid”系统。“十一五”期间,“863计划”专门设立了地球观测和导航定位领域,在重大专项和基础研究项目中进行部署,原来遥感只是放在信息技术里作为一个方向,现在变为重大的领域。

    值得一提的是，我国在激光测距系统方面的应用还处于起步阶段，据笔者了解目前在国内应用LiDAR最为成功的公司当属山西亚太数字遥感公司，这个公司2005年2月到货的LiteMapper系统已经成功地应用到了电力、公路、林业、城市规划等项目中，并将这套系统的功能发挥到了极致，这一点是难能可贵的。

而国家科技总规划里面,16个项目中有3项和应急响应有关,一是研发第二代导航卫星系统“北斗2号”；二是发射若干个高分辨率的卫星,把分辨率2—3米提高到0.3米；三是对航空遥感的关键器件实施科技攻关。

李德仁认为世界遥感界努力的方向是:尽可能用计算机代替人实现自动化；提高所有传感器的性能,缩短从获取数据到处理和应用的时间周期,实现实时化；做到在卫星和飞机上把数据处理好；进而把地球作为目标,研究全球变暖和二氧化碳排放的关系,弄清全球气候状况和趋势。

此前,在两院院士大会上,胡锦涛提出“要加快遥感、地理信息系统、全球定位系统、网络通信技术的应用以及防灾减灾高技术成果转化和综合集成,建立国家综合减灾和风险管理信息共享平台”,这也是摄影测量和遥感发展的方向。