100 种有趣的遥感应用(上)


来源: 航天世景    时间:2016/08/26

    每谈到遥感应用,和你一样,我脑子里出现的也是一列列清单:农业应用、林业应用、气象应用、生物多样化… … 枯燥得让人犯困。现在不一样了,我们搜罗到 100 种遥感应用,几乎涵盖了你我能想到的所有应用。

1.  用遥感卫星检测土壤湿度

    了解土壤湿度可让我们更好地掌握地球科学,比如水循环、气象预测、旱情及洪灾等。但你可听说过从同太空遥测土壤湿度?NASA去年发射的SMAP卫星可测量全球的土壤湿度,其数据已经处理成高分辨率土壤湿度世界地图。这张图可用于研究土壤冰冻及融化程度,深入了解水循环,也能为地表水资源管理提供客观支持。此外,这些数据还可用于精准农业、气象预报、旱情和洪灾监测。

    WorldView-3 高分辨率卫星也能检测土壤湿度。利用其近红外2、短波红外 3 和短波红外5 三个波段的组合,测量土壤含水量,由此判断在指定地形的交通通行能力,利用这些数据建立地面移动模型,绘制成道路移动地图,用于军事、救援及和维和项目工程中。

 
2. 用高精度LiDAR影像绘制地图

    LiDAR即激光探测与测距(Light Detection and Ranging),简单地说,就是利用激光测量地面距离。机载/星载LIDAR数据经过相关软件数据处理后,可以生成高精度数字地面模型DTM及等高线图,它具有传统摄影测量和地面常规测量技术无法抗衡的优越性。针对不同的应用领域,LiDAR技术可以广泛应用于基础测绘、道路工程、电力电网、水利、石油管线、海岸线及海岛礁、数字城市等领域,为这些领域提供高精度、大比例尺的空间数据成果。

3. 准确定位新建房,揪出逃税者

    你将自家房子加高一层,或建个空中别墅,或挖个游泳池。别以为你不说就神不知不觉,然后你就可以逃税避税。或许在许多地方尚行得通,但雅典就不行。在 2010 年,当地税务部利用卫星影像查找炫富标志,通过这种方式他们居然发现15,000 个游泳池没有报税。这些物主运气不好,谁让他们的国家在这个时候赶上金融危机了呢!政府要“挖空心思”提高税收,于是遥感卫星影像就派上用场了。



黑点为泳池

4. 基于遥感卫星影像的门户网站

    今天,几乎所有地球人都在用基于卫星影像的地图门户网站:谷歌、百度、高德、必应、街景地图等。我们如果想了解哪个著名景点,手指随便一划,一目了然。如果在十年前,你舒舒服服地窝在家里的沙发上,一边吃土耳其烤肉,一边天马行空地感受伊斯坦布尔的每一条街道,这样的事儿你想都不敢想吧。但现在,你轻而易举地做到了。

5. 监测超商的停车场,了解其市场占有率

    周末,你开车路过邻居家,看到他家外面停好几辆车,你会想:“哇啊,这么多客人,是不是在聚会?”相反,如果每个周末这家邻居门外都没停过车,你一定会想:“唉,真可怜,他太孤独了。”

    “我们来数车”。曼哈顿一家公司叫 RM metrics 卫星情报分析公司这几年靠这个行当发家致富了。但人家可不是开着车去超市门口,或去你邻居门口去数车,人家靠的是“天眼”,也就是用卫星技术判断这家公司的生意做得好不好,还能预测未来做得怎么样。



6. 二战时用信鸽拍军事要地的照片

    千万别相信鸽子能帮你拍照。不管在什么样场合,婚礼也好,生日也好,战争也好。鸽子永远也不会按照他飞来时候的轨迹再飞回去,将相机还给主人。德军曾雇佣巴伐利亚信鸽公司进行肮脏交易,侦测敌情,但并未得逞,还被后人耻笑到现在。

7. 在易发生洪涝灾害的地区使用雷达,可为保险公司增收

    国外,有人发现自家房屋保险直线上涨,而邻居家却没有,要恨你就恨“摄影师”罢。有保险公司利用遥感,也就是用雷达和水文模拟,绘出易招水灾地区的房屋地图,进而发现哪些地方最容易被水淹,一旦被淹将破坏到什么程度。容易遭水淹没的地区保险额度就比较高。

2015 年 9 月 日本洪灾


8. 为诈作物险破案

    如今,气候越来越难预测,破坏力越来越强。干旱、洪水等自然灾害来了,农民不得不“迎接”这种新局面。这时候保险公司出面,在农民颗粒无收的时候能够提供一些保费。然而也存在个别不法农户制造一些骗保行为。此时,农业保险公司可采用红波段、红外波段和 NDVI 技术将伪作物区分出来,进而揭穿骗局。

9. 用于人道救援

    在印尼一个名叫本吉纳的小岛上,几百名外籍劳工被关在船上昼夜劳作,这些劳工来自东南亚各国,主要来自缅甸,他们被囚禁起来被迫从事艰苦工作,有的甚至被关在笼子里,其中不少是要站在椅子上才够高的童工,他们在这里没有姓名,只有编号,不论伤病每天被迫工作,过着与奴隶无异的生活。美联社新闻组组花了整整一年时间,揭开了泰国海洋水产品捕捞行业里广泛存在了几十年的罪恶行径,解救了2,000多名被囚禁、被虐待了几年乃至几十年的渔奴。这场营救中,卫星影像起到至关重要的作用。


DigitalGlobe 卫星采集于 2015 年 7 月 14 日。这艘大船两边的两艘船属于银海海洋渔业公司 (Silver Sea Fishery Co.) 的冷藏货船,是接大船上的海产品的,之后将这些海鲜拉刀巴布亚新几内亚的国际海鲜交易市场,过若干交易环节环节后,最终进入超市、高级餐厅、连锁酒店… …,比如沃尔玛就包括在内。

10. 侦测海洋表面漂浮的油污及沼泽地油污

    原油泄漏在海里会对海水和周边环境造成长期污染。一旦泄油需要马上采取应对措施。卫星能最大程度地观测油污扩散。它不但能确定污染程度,还能确定扩散方向及扩散频率。计算机利用洋流、海洋天气预报创建污染模拟图形。


WorldView-3 短波红外数据绘制的被污染沼泽区

11. 数北极熊,保护生态环境

    由于全球气候逐渐变暖,北极熊如同我国大熊猫一样已被列入首批濒临灭绝的生物名单上了,这很令人伤感。生态学家需要了解现存北极熊的确切数量,借助高分光学卫星清点北极熊。那么问题来了,在影像上如何区分北极熊和白色的大石头呢?他们是这样做的,利用两期影像进行对比,如果在第二期影像中白色物体还在,就说明它是石头,因为北极熊早已离开原来的地方了。



12. 在熊猫自然保护区,分析其生存环境的适宜程度

    大熊猫的 99% 食物是竹叶,这些“竹叶达熊”对生存环境的依赖性非常强。为大熊猫建设(生态型)道路和房屋为政府和相关组织带来巨大挑战。利用卫星影像则能绘制大熊猫出没的道路和居住环境,这对保护这种濒临灭绝的稀有动物非常有必要。

13. 识别森林树种,计算此类林木所占面积

    近年来,林业部门利用资源卫星遥感在森林资源监测、荒漠化监测、湿地监测、野生动植物监测、森林火灾监测、森林病虫害监测等方面都广泛应用了遥感技术,在林业经营管理活动中也逐步推广普及了遥感卫星的应用。

江西省贵溪市树种分布遥感调查图

14. 为航运导航,设计最佳航行路线

    设想一下,假如 100 多年前有卫星定位导航,泰坦尼克号就可以避开冰川不会被撞沉了,当然也不会有杰克和萝丝的浪漫爱情了。时至今日,冰川仍是航海的巨大威胁。然而轮船导航准确性也在不断提升。除了定位导航,其他遥感应用比如分析线,采集海风和海浪信息,及提取相邻船只的信息等也在不断地应用于航海中。

15. 应用于风力发电:测量发电厂的风速、风向,预测天气

    高尔夫球员、农民、飞行员及风电规划都需要准确的风力信息。气象气球和 GPS 能够解决这些问题,但不是唯一办法。NASA 的 QuickSCAT 卫星散射仪和测风雷达都能执行大规模风力观测。

16. 侦测敌情

    在众多种类的对地观测卫星中,有一类叫间谍卫星,它们侦察面积大、范围广,速度快、效果好,可以定期或连续监视,不受国界和地理条件限制。在应用上,可以追溯到上个世纪五十年代,美国军方制订《美国科罗娜计划》,用间谍卫星监测战后的苏联这中国。

    新加坡《联合早报》称,美国一支三角洲重型火箭于当地时间6月11日在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角发射场成功升空,火箭载有一枚秘密间谍卫星,可以侦听中东、中国、俄罗斯等国的关键情报。

17. 环境保护

    随着全球环境问题的日益突出,卫星遥感技术在环境保护中的应用受到国际社会的广泛重视。目前,在轨运行和正在计划发展的卫星传感器所能提供的数据空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率越来越高,空间分辨率发展到亚米级,回访频率发展到几个小时,光谱波段跨越了可见光、红外到微波,光谱分辨率发展到超光谱,遥感数据的获取技术正在走向实时化和精细化。


某年全国及长三角地区秸秆焚烧火点分布图

18. 干涉合成孔径雷达测量地球表面地形

    设想一下,如果你是测绘员,领导要你在 11 天内将整个地球的地形测一遍。你该怎么办?向上天祈祷?还是愤然离职?其实,这就是NASA 的“航天飞机雷达地形测绘计划(SRTM)”:用了 11 天,将全球地形测量一遍。这其中的秘密在于他们采用了干涉合成孔径雷达。

19. 用高光谱遥感识别矿物含量

    我们地球上已经探明的矿物有 4,000 多种,每一种化学成分都不一样。也就是说,每种矿物的光谱反射率都不相同。光谱波段越多,能够识别的矿物种类就越多。高光谱和超光谱传感器在识别矿物中应用越来越广泛。由于确定一种矿物后,几乎可以确定其相伴的矿物是何种物质,因此利用遥感手段还能预测其他地质构造和矿物类型。WorldView-3 的短波红外波段就能识别出很多种矿物。


利用 WorldView-3 红色波段、近红外 1 和短波红外 1 组合波段,识别含铁的地矿

20. 监测水藻

    眼瞅大片的水藻你可能觉得很好看,跟油画似的。环保单位常常利用水藻测量水的氮和磷的含量,以此判断水质的健康状况。如果这种含量影响到当地的旅游业和渔业,就需要做出处理。NASA 用高光谱传感器研究藻花的生物化学特性,甚至能判断其地理位置。


青岛浒苔监测

21. 通过气象观测,预警自然灾害

    在 1975 年,GOES-1 卫星发射成功,收集风、气温和其他大气数据。但是这颗卫星只能拍摄地球的一小部分,后来气象卫星越来越多,时间、光谱、空间及辐射分辨率也越来越高。

22. 欧空局通过哥白尼计划监测地球环境

    随着遥感在环境领域的应用更加广泛,欧空局表现得“最野心勃勃”,他们的目标是建立全自动监测系统,其目的很单纯,就是了解地球健康。目前欧空局的哨兵系列共有六颗,进行陆地监测、海洋监测、应急响应、大气监测、安全保障和气候变化监测。

23. 绘制土壤类型图,用于农业规划


    很久很久以前,岩石裂变成小块,逐渐化为土壤。有了土壤、水和阳光,开始生长植物和其他有机物。然而,不是所有土壤都是一个类型。随着人口不断增长,食品安全问题的不断涌现,就需要对土壤进行精确分类。这也是为什么国际土壤资源和信息中心为什么将土壤分类作为首要任务的原因之一。

24. 防止森林疾病的爆发/森林虫害防治

    森林是否健康直接影响到我们全人类的安全和健康。森林疾病的迅速蔓延能直接破坏生态平衡,给当地经济造成严重恶果。然而,遭遇虫害的树叶的颜色和健康树叶的颜色不同。因此应用遥感,可以森林疾病如松甲虫病能够得以控制。


落基山脉蠹虫虫害对比监测

25. 火灾扑救

    无论是森林火灾、丛林火还是山火,一旦失去控制都会给当地居民和自然资源造成毁灭性的打击。快速有效的火灾探测对于保护基础设施及确保居民安全至关重要。火灾看似容易发现,但常常会有视觉障碍。譬如烟雾会阻碍消防员在地面或空中的视线。


上图很容易看出烟雾来源,却很难判断沿着围栏线的地面火情。右图中,利用短波红外透过烟雾,突出热区,就能让消防员知晓需要注意的区域。

    通过短波红外能够“看出”澳大利亚阿德莱德郊区火灾仍在蔓延。左图可见光图像清晰显示烟雾范围,但右图短波红外图像透过烟雾,让消防员能够迅速识别出明火。


26. 监测低层大气的空气质量

    中国 80% 的城市污染非常严重,相当于每人每天抽一包烟。导致污染元凶之一是二氧化碳。这种气体无色无味,无法用人体器官识别出来,但是能够被 MOPITT卫星识别出。MOPITT 利用光谱仪能测量出不断涌现的地层空气中的二氧化碳。

27. 干涉测量法评测地形稳定性

    主动传感器可测量地形变形。油气行业利用遥感监测地形稳定性,他们持续不断地利用卫星数据确保安全和产量的稳定性。

28. 识别文明遗址

    识别文明遗址这个应用似乎最应该放在本榜单上。红外影像和立体影像常常用于考古活动中。红外光谱比较长,能够穿透一米左右的地表。立体影像有助于发现地面高度细微变化。让考古工作者惊讶的是,常常在植被区有一些方形图案,这些方形图案很可能就是古建筑遗址。玛雅和埃及很多文明遗址都是通过遥感手段发现的。



几个月前,来自加拿大魁北克的15 岁男孩威廉表示,他通过卫星影像发现了一座失落的玛雅古城,这座城市发现于墨西哥雨林,被认为玛雅第四大城市。

29.  精准定位

    2000 年 5 月,GPS 定位系统问世了。定位范围精确度突然刹那间从机场那么大一片缩小到极小的一个范围。GPS 最有创造性的副产品是汽车导航系统和无人机。毫无疑问,GPS 是堪称汽车发明之后的全球 50 大发明之一。

30. 提升太阳能板发电量

    如果你打算在全球的任何地方简单安装一个太阳能板,你需要使用一种地图叫全球阳光水平辐射地图(GHI)。这种地图在全球每平方公里都标有阳光辐射值。利用积累了十多年的卫星数据制作的这种地图,误差仅有 5%。这种地图也是采用遥感卫星数据绘制的。


全球太阳能地图

31. 查找贫困根源

    研究表明,利用农业、自然资源和其他环境数据能够发现导致贫困的根源,而这些数据均可以利用遥感手段获取。如果能够提供给政府一张精准的贫困区地图,才有可能实现精准救助。

32. 洋流监测

    地球 70% 的表面被水覆盖。海洋表面的洋流主要是由风引起的,而深处的洋流主要有含盐量和水温导致的。利用遥感卫星可以精准获取大量相关信息。“海洋表面洋流分析—实时数据”是近乎实时的全球海洋水循环数据,由 NOAA 和 NASA 的海平面高度测量获取。

33. 研究冰川融化程度和引发的后果

    GRACE 卫星数据显示,阿拉斯加冰川正在以每年 26 兆吨的速度融化。两极冰川占全球淡水 99%,冰川融化直接导致海平面上升,潜在危险不得而知。

锦州港附近海冰分布

34. 发现隐藏在海洋中的绿洲

    WorldView-3 海岸波段)可以用于查找隐藏在海洋中的绿洲。因为它能够穿透海岸区域测量水深。

35. 应急救灾

    自然灾害在逐年增多。这就意味着需要为降低灾难影响和灾后救助做好充分准备。在灾害管理中,地球观测数据和地理信息数据占主导作用。主要应用为灾难评估和救援。比如地震、飓风、洪水、龙卷风、森林火灾等这些自然灾害的救援中,卫星影像已经扮演了举足轻重的作用。


2015 年 1 月 澳洲 阿德莱德森林大火

36. 监测城市化进程

    我们都经历过人口剧增的城市化发展。在某种意义上,城市化就意味着工业化。根据联合国统计的数据,目前 50% 人口居住在城镇,这种模式还在持续发展。有意思的是,城市化可以通过卫星观测,比如利用多期影像,对比城市建筑变迁及基础设施的完善过程、大气污染监测、夜晚灯光监测等手段,判断城市化进程。

37. 量化作物生长条件

    在农业管理中,常使用近红外光波侦测作物健康。健康的作物能够反射绿光,吸收红光和蓝光。在光合作用中,植物产生叶绿素,使作物呈现肉眼能够看见的绿色光波。和其他光波相比,绿色和近红外能够反射更多的光。这是在农业和自然环境管理中,遥感手段和 NDVI 技术不断得以应用的原因。

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