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

  • 广西:皇柳高速建成通车

  • 菲律宾公务船冲闯黄岩岛附近海域

独家策划

推荐阅读
国家药监局近日批准全球首个选择性食欲素2型受体激动剂上市,用于治疗16岁及以上青少年和成人1型发作性睡病。该药为原创靶点、新机制罕见病治疗药物,在中国、美国、日本、欧盟同步申报,我国率先完成审批,实现全球“首报首发”的历史性突破。
2026-07-24 08:55
记者从市场监管总局了解到,国际电工委员会智能制造系统委员会近日发布IEC SRD 63459:2026《智能制造用例模板》国际标准。为此,国际电工委员会智能制造系统委员会于2019年成立首个工作组,组织各国专家制定国际统一的智能制造用例模板,以统一的方式描述、存储和使用用例。
2026-07-24 08:51
23日20时,我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭,成功将天链二号06星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。
2026-07-24 08:50
王虹、邓煜与其他两位数学家共同获得菲尔兹奖,这是令国人振奋的消息,也是中国数学家感到自豪的时刻。邓煜的另一项研究,是与合作者成功建立了三维波动方程吉布斯测度的不变性,将概率论方法系统性地引入波动方程研究。
2026-07-24 08:49
记者从北京大学获悉,2026年国际数学家大会23日在美国费城开幕。王虹,本科就读于北京大学数学科学学院,获理学学士学位;2014年相继取得巴黎综合理工学院工程师学位与巴黎-萨克雷大学硕士学位;后于麻省理工学院完成博士学位。
2026-07-24 08:48
7月22日,美国佛蒙特大学研究团队在《自然》杂志发表论文称,他们在北美鲶鱼体内发现一种可传染的黑色素瘤。换言之,肿瘤细胞本身就是“感染因子”,如同寄生虫一般,从一条鱼传到另一条鱼。这些带病的鲶鱼,正为科学界提供一个观察癌症演化的难得机会。
2026-07-23 09:57
《自然》杂志22日发表了一项天文学研究,可能揭示了人类对首个已知的系外卫星(exosatellite)的观测。在三层等级系统中,一颗恒星周围有一颗伴星,如行星或褐矮星,而第三个天体围绕伴星,这第三个天体可称为系外卫星。
2026-07-23 09:57
生物腐烂是生态系统养分循环的关键过程,但腐烂区域同时也是病原微生物高度活跃、可能对活体植物造成侵害的“危险区”。
2026-07-23 09:49
习近平总书记在国家科学技术奖励大会、两院院士大会、中国科协第十一次全国代表大会上的讲话中指出,“科学的未来在青年”,强调“要把青年科技人才队伍建设作为一项战略工程,全方位做好培养、引进、使用工作”。
2026-07-23 09:49
黄瓜是受到全球广泛喜爱的蔬菜,它源自喜马拉雅山脉南麓,由其野生祖先驯化而来,历经2000余年的传播扩散,遍布世界。中国科学院院士、崖州湾国家实验室副主任钱前评价,该研究为黄瓜分子设计育种提供了坚实支撑,兼具重要基础科学价值与育种应用前景。
2026-07-23 09:48
中国水稻研究所研究员王克剑团队近日在杂交水稻育种领域取得重要进展——成功研发出克隆效率稳定超过99%、结实完全正常的一系法杂交水稻,团队将其命名为“一系1号”。图为团队创制的无融合生殖株系在试验田大群体种植下表现出的克隆效率与结实率情况。
2026-07-22 09:35
今年新增农业机器人、盐碱地科学与工程、智慧渔业三大新农科专业,分别由江苏大学、山东农业大学、宁波大学首批开设,为涉农人才培养开辟了新跑道。
2026-07-22 09:31
这场举世瞩目的盛会,凝聚共识,密集发布国际合作倡议与行动计划,为促进全球人工智能朝着向上向善、造福人类的方向发展注入了更多新动能。
2026-07-22 09:29
虽然现阶段机器人能做的事还很有限,但这种“人机搭档”的新模式,让我们的生活服务向高品质、多样化和便利化发展。我想,这就是科技落地的意义吧。
2026-07-22 09:28
重离子加速器是探索基本相互作用、物质结构和宇宙演化的重要工具,研究中产生的新知识、技术和方法被广泛应用于航天、医疗、农业等多个领域。
2026-07-22 09:26
无法驶出的化肥运输船,迟迟不散的热浪,突然生效的出口禁令……近期,一系列事件叠加,或许正给全球粮食安全带来显著不确定性。
2026-07-21 03:40
拔尖创新人才作为国家战略科技力量的核心支撑,其培育成效直接关系到高水平科技自立自强的进程。科学教育是拔尖创新人才培养的基础工程,必须把握青少年成长的关键期,构建全链条、一体化的科学教育新生态,推动教育、科技、人才深度融合,为强国建设筑牢人才根基。
2026-07-21 03:40
以人工智能为代表的新一轮科技革命和产业变革,正深刻重塑产业形态与劳动方式,职业教育作为对接产业最紧密的教育类型,面临的根本性问题已不再是如何培养标准化、重复性的熟练操作者,而是要回答人机协同时代究竟需要什么样的高技能人才。
2026-07-21 03:40
暑假已至,以中小学生为主力的研学游市场持续升温。外出研学已成为不少中小学生家庭的假期常规安排。家长往往将研学活动视作教育由家庭、学校向社会课堂的延伸,是学校教育的重要补充。
2026-07-21 03:40
毕业论文AI率检测,已成为无数大学毕业生关心的热点话题。AI工具引发的学术不端如何界定?为规避高AI率而拆解论文、打乱表达的无奈如何化解?AI检测产品缺少国家标准、质量参差不齐的困局如何突破?这些追问,热度居高不下,答案却远未清晰。
2026-07-21 03:40
加载更多