点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:天上的“眼睛” 这样看清地面物体的“指纹”
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

天上的“眼睛” 这样看清地面物体的“指纹”

来源:科技日报2021-09-23 10:25

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  遥感仪器除了探测可见光到短波红外,还可以探测紫外、中红外和热红外等波段。如果把高光谱设备比作一台相机,它的功能就是可以在每个光谱波段拍一张照片,比如有的传感器在400—2500纳米范围内有330个光谱通道,就意味着,它一次能拍摄同一个区域的330张照片。

  9月7日11时01分,我国在太原卫星发射中心用长征四号丙遥四十运载火箭成功发射高光谱观测卫星。该卫星的使命是对我国大气、水体、陆地环境进行高光谱观测。

  作为遥感技术的前沿领域,高光谱遥感对于很多人来说仍然是个比较“遥远”的专业名词。其实,高光谱的含义并不神秘。在接受科技日报记者专访时,高光谱观测卫星副总设计师李云端和江苏省农业科学院信息中心遥感大数据方向负责人毛星做出了相关的科普。

  原来,高光谱遥感就像一只“眼睛”,只是它探测的光谱范围比人眼宽得多,也精细得多。而地面上的每种物体都有自己独特的光谱特征,就像“指纹”一样,专家通过高光谱遥感卫星获得的光谱信息就能识别出地物成分。

  可以识别“指纹”的“天眼”

  在高光谱观测卫星上,一共装载着七台遥感仪器,包含两台陆表成像仪与五台大气成分探测仪,探测谱段覆盖了从紫外到长波红外谱段,采用高光谱及高精度偏振等多种手段,获取大气和地表的空间几何、辐射、光谱和偏振等多种信息。

  之所以说高光谱观测卫星就像“眼睛”,是因为卫星和人眼一样,都是通过获取光谱来采集信息的。但是,人眼的观测范围十分有限,仅限于对可见光频率范围内的观测,而高光谱观测卫星的“可见”范围要广得多。毛星介绍说,遥感仪器除了探测可见光到短波红外,还可以探测紫外、中红外和热红外等波段。如果把高光谱设备比作一台相机,它的功能就是可以在每个光谱波段拍一张照片,比如有的传感器在400—2500纳米范围内有330个光谱通道,就意味着,它一次能拍摄同一个区域的330张照片。

  李云端以卫星上搭载的七台遥感仪器为例进行了深入解读:“卫星上搭载的可见短波红外高光谱相机可以在可见光到短波红外范围内连续光谱成像,它探测的光谱范围比人眼宽得多,也精细得多。它可精细识别各种地物,可以应用于生态环境监测、水体环境监测、地质找矿等领域。卫星上的另外六台载荷也很有特点,如全谱段光谱成像仪能获取中长波红外谱段的地物辐射信息,精确探测地物温度和干旱等情况。大气痕量气体差分吸收光谱仪可以获取紫外到可见光的高光谱信息,探测大气中二氧化氮等污染气体,这种大气中二氧化氮的浓度大概为10ppb量级(ppb为十亿分之一),探测精度必须要求很高。多角度偏振成像仪和高精度偏振成像仪两台仪器对大气联合探测,可以监测全球大气细颗粒物污染(PM2.5/PM10)情况。温室气体监测仪可以同时探测大气中的二氧化碳和甲烷。吸收性气溶胶探测仪可以在有薄云的情况下高分辨率探测雾霾分布。”

  卫星收集到大气和地表的光谱信息,包含了各种目标地物的光谱特征,这些地物都有自己独特的光谱特征,就像人的指纹一样,而科学家就可以利用这些光谱信息识别出地物成分。

  先进技术解决遮挡、混叠问题

  我们可以将地物的光谱特征比作指纹,但现实当中的指纹识别是存在模糊、混淆等问题的,高光谱观测卫星会不会遇到这个问题呢?毛星表示,在高光谱观测的实际应用中很容易存在异物同谱和同物异谱的现象,例如树和草地的光谱曲线有时看起来就是差不多的,同一棵树从两个位置观测得出的光谱曲线也可能存在差异。实际应用当中,为避免以上这两种情况,科学家不仅会利用物体的光谱信息,还要结合物体的空间位置信息来进行区分。

  除了异物同谱和同物异谱等问题,李云端介绍说,当高光谱仪器的一个像元中观测到多种物质时,会出现光谱混叠的现象。科学家依靠成熟的算法解开混叠,该算法可以根据不同成分对光谱的影响程度,计算出不同成分的含量。此外,科学家们还在研发新一代高光谱成像仪,以进一步提高成像仪的空间分辨率,使获取的光谱“更纯”,一定程度上减少光谱混叠。

  光谱识别的困难可以依靠算法解决,听起来同样难办的“物理遮挡”也有先进仪器和算法来专门对付。对于云层造成的阻碍,李云端解读说,云层确实会阻挡可见光和红外观测地表,但高光谱观测卫星上的吸收性气溶胶探测仪可以通过紫外线透过薄云观测雾霾和吸收性气溶胶的分布情况。毛星补充说,高光谱观测除了传统的去云技术,也有研究在用一些深度学习技术去还原云层遮挡部分。

  而对植被,作为农业科学院的研究人员,毛星表示,植被一般是研究目标或者背景地物,不是干扰项。李云端提醒,生态环境、农业和林草等用户都需要直接观测植物,因此它本身就是重要的观测目标。在需要观测地表时,植被确实会造成阻碍,但植物会吸收土壤中的成分,不同成分的土壤会改变植物叶子的光谱曲线。比如,已有文献表明植物叶子的光谱曲线与地下的油气资源有较强的相关性。

  用好数据是最后一关

  今年7月,国家国防科技工业局重大专项工程中心的工作人员曾向科技日报记者解读高分专项和具体应用之间的关系:“打个比方来说,我们提供的高分数据就像是食材,各个机构开发出的具体应用就像是菜肴。我们的期望就是政府部门和社会力量能把数据用好,把这道菜做好。”在得到“生食材”观测数据之后,科学家和技术人员还需将其进行处理、分析,才能形成有价值的“佳肴”研究成果。

  李云端解读说,获取数据后还有很多工作,不同类型遥感仪器的处理也不一样。总的来说,分析流程可以分为数据处理和生成产品两大部分,地面系统负责进行数据处理,各用户完成产品生成工作。而地面处理主要包括辐射定标、光谱定标、几何定位等工作,有的干涉型载荷还需要进行谱复原等处理。在这个基础上,用户可以利用卫星数据生成七十多种产品。

  作为高分数据的用户之一,毛星表示,高光谱遥感在农业应用中十分广泛,可以用于农作物估产、长势监测、病虫害识别、农作物精细分类、杂草识别等工作。李云端介绍说,除农业领域以外,卫星也将为国内各行业用户提供亟须的高精度、高光谱遥感数据,包括我国环境的综合监测和监管,以及自然资源勘查、防灾减灾、林业资源清查、气候变化研究等领域。

  此外,高光谱观测卫星有个值得一提的功能——它是我国目前唯一可用于大气污染气体探测的有效载荷,可单日覆盖全球污染气体监测,服务于我国“大气污染防治”及“臭氧和PM2.5协同探测”等国家战略。大气主要温室气体监测仪(GMI)可实现1—4ppm的二氧化碳探测和30ppb的甲烷探测,让碳排放无所遁形,为我国“碳达峰与碳中和”战略提供重要支撑。

  孙明源

[ 责编:涂子怡 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 2026中国国际消费电子博览会开幕

  • 国航北京至萨格勒布航线首航成功

独家策划

推荐阅读
草案不仅从法律上承认自动驾驶的合法身份,解决了“它是什么”的问题,还为其设立行为规范,发放“法律身份证”。
2026-09-04 09:17
开学后,一些孩子坐进教室才发现,黑板上的字看不清了,验光后发现近视。有些家长听说OK镜可以“晚上戴、白天摘”,还有助于延缓近视进展,准备给孩子配一副。孩子能不能佩戴OK镜?需要注意什么?
2026-09-04 09:32
据《自然》近日报道,根据9月1日联合国环境规划署(UNEP)发布的一份报告,按照当前的排放趋势,本世纪全球气温将较工业化前水平上升约1.8℃,这已是预期的最好结果。
2026-09-04 09:26
人类对寻找地外生命的执着,不仅是要证明人类并非宇宙“孤儿”,更重要的是,这可能带来能源、医学等领域的颠覆性突破。
2026-09-04 09:16
大地测量是国家安全的“隐形防线”,是航空航天和深空探测的“眼睛”,是国家基础设施建设的“尺子”和“秤”。
2026-09-04 09:17
全面了解我国管辖海域基础地质与海底构造特征,服务自然资源管理和国土空间规划“一张图”建设
2026-09-03 11:41
为更好地推动我国流感疫苗的预防接种,中国疾病预防控制中心近日发布《中国流感疫苗预防接种技术指南(2026—2027)》。
2026-09-03 11:39
高温超导带材有了更便宜、更结实的“骨架”。记者2日从中国科学院理化技术研究所获悉,该所科研团队成功研制出高温超导带材新型“骨架”——铁基合金基带(DW01)。用该基带制备的超导带材关键性能指标显著优于传统哈氏合金基带产品,标志着我国在实现高温超导带材核心材料自主可控上迈出重要一步。
2026-09-03 10:38
每天,我们的大脑都要承受成千上万条信息的狂轰滥炸。如果把这些经历和信息全盘照收,大脑很快就会像塞满垃圾文件的电脑一样“死机”。那么,大脑是如何在信息的海洋中去粗取精,只把最重要的事情存进长期记忆的硬盘呢?
2026-09-03 10:38
9月,昴星团伴月、月掩金星、中秋月、海王星冲日等天象将轮番登场。其中备受大家关注的中秋月,既不是“十五圆”,也不是“十六圆”,而是较罕见的“十七圆”。
2026-09-03 10:38
记者13日从国家管网集团获悉,国内首次成品油长输管道顺序输送甲醇现场试验在陕西省咸阳市顺利完成。这标志着我国成品油管道顺序输送甲醇技术实现从理论探索到工程验证的关键跨越,为跨区域绿色甲醇安全、高效输送提供了完整技术方案与实践示范。
2026-09-03 10:38
张国捷介绍,壁虎是研究性染色体演化得天独厚的类群。为此,研究团队选取了22种壁虎开展基因组学分析,其中20个物种的性别决定机制明确,包含3种环境依赖型、6种XY基因型、11种ZW基因型,另有两个外群物种作为对照。研究还发现,上述17个由基因型性别决定的壁虎物种拥有20条性染色体,这些染色体分别起源于17条不同的祖先染色体。
2026-09-03 10:28
开学第一天,浙江省温州市广场路小学“我的暑期科学发现”发布会现场,孩子们正轮流上场展示自己的暑期探究成果。
2026-09-02 12:09
恒星形成率降到约四成,作为重要“气罐”的中性氢却仍保有七成以上。宇宙为何“有气难成星”?
2026-09-02 12:06
9月1日,以“科技改变生活 创新赢得未来”为主题的2026年全国科普月活动全面启动。
2026-09-02 12:21
今年夏天,全国用电负荷持续高位运行,屡创新高。这份“负荷迎峰值、居民却无感”的反差并非偶然,而是得益于我国电力系统的稳定供应,彰显了我国新型能源体系建设的显著成效。
2026-09-02 12:20
作为装置“心脏”的超导磁体性能,往往决定了这些装置能在冲击极限的路上走多远。通上电流的瞬间,超导线圈要承受巨大电磁力的拉扯。此时,一根看上去不起眼的“金属带子”成了决定“心脏”承受力的关键。
2026-09-02 12:12
随着全球气候变化的加剧,干旱已成为威胁森林生态系统稳定与制约林木生长的主要环境因子。
2026-09-02 10:45
中共中央、国务院日前转发了《中央宣传部、司法部关于开展法治宣传教育的第九个五年规划(2026—2030年)》,标志着全民普法正式开启“九五”的新周期。
2026-09-01 09:42
开学季来临,从近红外光醒脑仪、α脑波音频智慧仪,到加入红光模块的哺光台灯、模拟户外远眺的雾视屏……各类宣称能“醒脑”“护眼”的产品在电商平台热卖。他进一步指出,儿童颅骨厚度、密度与成人差异显著,目前尚无任何一项权威神经科学研究支持健康儿童使用此类设备。
2026-09-01 09:36
加载更多