“星圖智慧不僅加快推動青島市嶗山區衛星應用和空天信息產業的發展，同時也對教育工作和科研事業起著重要的支撐作用。”近日，在空天信息與數字經濟創新發展論壇上，山東科技大學測繪與空間信息學院教授孫林表示。
衛星測繪是基于各類測繪衛星獲取地理信息和提供地理信息服務的重要手段，衛星測繪能力和應用水平是國家對地觀測能力的直接反映。加強衛星測繪能力建設，提升衛星測繪應用水平，對于搶占對地觀測制高點、滿足經濟社會發展對地理信息技術和應用的迫切需求、推進測繪地理信息事業改革創新發展具有重要意義。
此次大會，業內專家與領導齊聚一堂，以“天眼感知世界，智慧引領未來”為主題，探討空天信息產業發展及經濟社會的高效轉型，共話未來共謀發展。
多項高科學技術共同發力
孫林指出，空氣污染、水污染、生物多樣性減少等問題日益突出，生態環境不容樂觀。針對這些生態環境問題，目前普遍采用的站點監測方法以單點采集為主，范圍小、成本高、效率低，而且主觀性過強，不夠客觀，很難針對所提供的環境數據制定相關的環境政策。而遙感技術作為生態環境監測中一個非常重要的手段，有著常規技術戰略監測所沒有的優勢。
國務院印發的《 “十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》明確指出，要做大做強衛星及應用產業，進一步促進高端裝備與新材料產業突破發展，引領中國制造新跨越。建立天地一體化的生態遙感監測系統，可以充分利用大數據衛星遙感技術，對生態環境進行全面客觀科學及時的評價。遙感的覆蓋范圍廣、成本低、速度快，而且能夠動態監測，結果比較客觀 。
航天遙感是世界各國競相發展的戰略性新興產業，根據美國UCS發布數據，截至2021年1月1日，全球在軌遙感衛星有909顆。我國共有在軌活躍遙感衛星181顆，在軌衛星數量世界第二。從分辨率、光譜上看，都有了很大提高。同時，空間遙感平臺和遙感器日益豐富，觀測方式及數據類型也更加多樣化。
光譜分析是人類借助光認知世界的重要方式。地球上不同的元素及其化合物都有自己獨特的光譜特征，光譜因此被視為辨別物質的“指紋”。如果說肉眼光學成像能看到物質的形狀、尺寸等信息，光譜分析則能獲取物質的成分信息。
高光譜遙感的特點是能在可見光到短波紅外的光譜區間連續成像，傳統的彩色相機只能記錄紅綠藍三個通道的影像，且每個通道的帶寬很寬，而高光譜成像所記錄的通道數量可以達到數百個，且光譜通道很窄，分辨率很高，其光譜探測范圍遠遠超過了人類肉眼的感知范圍，能夠探測人眼無法看到的大量信息，提高人們對自然和物質的認識。
因為能在非常窄的光譜波段內獲取豐富的信息，利用高光譜技術獲取的信息分辨率很高，甚至能分辨出觀測物質的分子和原子結構，這是普通的光學遙感所達不到的。
高光譜技術高速發展，聯合激光雷達技術等，都提供了有效的數據保障，多尺度的數據為生態環境監測提供了巨大的支持。
當前，國際上衛星測繪快速發展，衛星性能不斷提升，空間、時間和光譜分辨率、敏捷機動能力、定位精度等均實現質的飛躍，應用水平和商業模式不斷升級創新，與大數據、云計算等技術的深度融合趨勢明顯。近年來，我國衛星測繪工作取得了長足進展，衛星性能顯著提升，應用成效顯著。
孫林表示，“我國云檢測等數據處理能力的水平也在逐步提高，保證了衛星數據的高質量、高效率的使用。在數據處理方面，我國已經達到了很高的水平，為應用提供了良好保障。”
新技術應用到生態監測多個方面
基于各方面的良好支持，孫林團隊利用遙感和人工智能等技術，提取了山東省40多種各類地表參數。這些數據生產以后，可以為山東省的生態環境監測實時提供數據支撐，包括歷史數據和事實數據的支撐，為生態環境監測提供更好的支持。
比如，針對鍋爐廢氣、汽車尾氣等產生的大量二氧化氮造成的嚴重的臭氧污染問題，為了更高效地進行臭氧治理，孫林團隊制作了中國高分辨率高質量大氣污染數據集。團隊采用遙感數據，實現了高頻次、全覆蓋的監測，近年分辨率也從2000米左右提升到了5000米，被許多環保氣象部門所采用。孫林團隊此項研究的監測數據免費向社會公開，為疾病防控等社會問題的研究治理提供了可靠的分析數據來源。
黑臭水體是近年來各項城市十分重視的生態環境問題。為了解決深圳市的黑臭水體問題，孫林團隊同深圳毛竹斯合作，針對突發性的黑臭水體問題，開發了黑臭水體監測系統。
“把不同尺度的衛星數據放入這個系統里以后，它就能實時得到不同區域的污染程度數據，同時我們利用高光譜技術做了葉綠素等參數的提取，可以有效看出哪個河段有污染、污染程度怎么樣。”孫林解釋道。
山東省秸稈火點監測技術同樣是孫林團隊一項利用遙感的新技術研究。團隊采用多種衛星數據，把無人機監測以及衛星監測聯合起來，利用新型算法盡可能提高數據精確度，以實現火點衛星監測。一旦衛星發現火點，App就能把人準確帶到火點的位置。在2021年為山東省監控匯報的187起火情中，監測的準確率達到接近100% 的高精確值。如果把時間、空間拓展開，結合監測的多項參數，可以及時準確地分析出火情的誘因，并找到源頭。
孫林指出，“無論是正在燃燒，還是已燒完的火點，系統都可以監測到。這樣精確的監控系統，也大大降低了縱火率，不僅可以節省大量人力，也對環境污染起到了很好的保護作用”。
目前，遙感技術應用的另一大趨勢是進行生態環境評估。我國目前大力推動生態總值的評價，各省也針對不同的生態環境參數進行評估。山東省在2021年中一共評估了六項生態參數。其中，利用遙感技術分析黃河流域的生態質量，以及黃河流域的森林退化程度，都對發揮黃河流域在生態環境中的不可替代性起到了重要作用。
「衛星遙感推動海洋事業發展」
我國對海洋衛星應用范圍的重點規劃包括全球變化探測、海洋軍事應用、海洋防災減災、海洋環境保護、海洋執法與權益維護、海域使用動態調查等多個方面。
其中，海洋一號衛星制作了40多種遙感產品，國內用戶達到一百多個，用戶范圍覆蓋了國內的海洋管理和生產作業、科研院所、大專院校、軍事應用等部門。海洋二號衛星制作了20多種遙感產品，國內用戶達到20 多個。
利用海洋衛星，可以判斷出海洋上的風速和風向，基于光學衛星的云圖，可以找到臺風的中心并了解周邊的風浪情況。為了預防自然災害，減少破壞，國家海洋衛星被普遍應用于臺風監測中，至今沒有抓丟過一個西太平洋和南海的臺風。
盡管雷達衛星也存在缺陷，但微波輻射劑可以改善這一缺陷。用微波輻射劑獲取的臺風最高風速可以高達70米每秒，相比雷達的30米每秒，可以顯著提高對能量估算的精度，對海洋上動力輸送的研究也會起到巨大作用。同時，利用中法海洋衛星（CFOSAT），結合海洋一號C衛星、海洋二號B衛星和風云四號等開展的災害性海浪和海面風場聯合監測，在世界上第一次實現了對臺風情況下浪場的監測。
在資源部、交通運輸部也廣泛應用了衛星對海洋溢油監測，以及綠潮、赤潮的監測。通過衛星進行的全球海洋動力環境監測對海洋活動、濱海城市安全、水下保障、能量與物質輸送都有著重要意義，在臺風過境前后，可以很快地對海上水產養殖網箱、淹沒區等地區實現快速精確的監控。
同時，通過衛星遙感可以進行海上風能評估與風電場環境監測，可以對許多發電廠、核電站的選址提供參考，比如廣東省海洋發電廠的選址就是基于此進行的。同時，也可以對核電站的運行和排水情況進行實時監測。對于海洋內生態修復的情況，海洋衛星也可以監測到諸如紅樹林、珊瑚礁、海草床等生態系統的恢復情況。
目前，我國的衛星遙感發展既有著難得的機遇，也面臨著巨大的挑戰——如何持續突破定量化觀測、業務化生產、精細化應用的技術瓶頸，如何提升星地一體業務化運行能力和海洋遙感數據的共享與服務能力，加強省市節點建設，都是我國衛星遙感發展的重點方向。
抓住機遇、面對挑戰，才能推動我國衛星遙感從近海監測走向全球海洋監測，積極參與全球海洋治理，為構建海洋命運共同體提供服務保障。
不可否認的是，衛星遙感必將在新時代建設中繼續發揮更重要的作用。在最后的總結中，孫林指出：“如今，衛星遙感數量不斷增多、質量也不斷提高，要想更好地發揮衛星遙感對環境監測的保障作用，就要做好多種數據的有效融合。”
