萊森光電：高光譜遙感就是“火眼金睛”

在2016年度中國遙感領域10大事件評選中，“遙感技術首次輔助城市黑臭水體整治工作取得實效”名列榜首。而這與高光譜遙感技術有很密切的聯(lián)系。

那么，高光譜遙感技術到底是怎么回事兒？

1.光譜：物體獨一的身份證

遙感可以概括為借助光、熱、無線電波等電磁能量來探測地物特性的科學。在20世紀60年代之前，人類對地球和宇宙的觀測還主要以可見光為主。

人們日常生活中所見的光，是由多種顏色構成的復色光，通過棱鏡等分光后顯現的是單色光。這些單色光按不同波長(或頻率)大小依次排列形成的圖案，就是光譜。地球上不同的元素及其化合物，由于物質組成、結構等不同，都有不同的光譜特征。這些獨特的光譜特性，類似于人類指紋的功能，是遙感科學中用以識別和分析不同物體特征的一種重要的“身份證”。高光譜遙感實際上是一種簡稱，它的全稱叫“高光譜分辨率遙感”。它不像多光譜遙感中根據顏色的差異來分辨目標，而是根據譜段光譜曲線的形態(tài)來分析目標是什么。光譜分析是人類借助光認知世界的重要方式。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。

2.“火眼金睛”怎樣煉成

高光譜遙感技術還可以發(fā)現隱蔽的哨所、坦克，偽裝起來的軍事設施。

當前，農業(yè)生產管理存在作物營養(yǎng)和病蟲害等農情信息大面積監(jiān)測不及時、監(jiān)測水平以定性為主、監(jiān)測精度無法實現定量的精準變量肥水藥管理等難題。高光譜遙感技術可以對任何一種農作物的品種、類型、種植面積等情況進行調查，甚至可以對農作物的葉綠素、氮磷鉀含量進行分析，為相關決策提供科學依據。

高光譜遙感技術還可以為地質學家提供幫助。以前，地質學家野外考察時，背著包、拿著羅盤，需要花很大氣力把采集到的礦物標本一一背回來進行研究。而自從有了高光譜儀器，他們只要到一個地方用高光譜儀器掃描一下，就可以獲得巖石的一條光譜曲線，從野外回來后根據光譜曲線進行分析，可以知道這個地方礦物分布種類以及區(qū)域。

3.水質監(jiān)測領域大有可為

當前，全國城市黑臭水體的篩查、治理過程監(jiān)督和整治效果評價，都迫切需要遙感大范圍動態(tài)監(jiān)測提供科技支撐，但黑臭水體遙感監(jiān)測的有關研究幾乎為空白。高光譜遙感技術可以對不同污染程度和不同污染來源的黑臭水體進行區(qū)分。

中國科學院遙感與數字地球研究所水環(huán)境遙感研究團隊在北京等城市開展了十余次黑臭水體野外實驗，積累了141個黑臭采樣點的實測遙感反射率等數據?；诤诔羲w和一般水體的反射率細微的光譜差異，發(fā)展了決策分類樹，可以區(qū)分一般水體、三種類型的輕度黑臭水體和七種類型的重度黑臭水體。并發(fā)展了基于純度算法的多光譜遙感識別算法，可以識別一種類型的重度黑臭水體，識別精度約90%?；谶@一方法，作為參研單位之一，進行了13個城市黑臭水體遙感篩查與實地驗證。

利用高光譜數據對內陸水質開展水華和水生高等植物的識別，從而對水質分布情況進行監(jiān)測，也是高光譜遙感的重要應用。由于水草和水華光譜與植被光譜具有一定的相似性，常用的多光譜遙感數據很難精確識別水華和水草，只有高光譜遙感數據才能夠捕捉復雜多變的水華、水草和水體細致的光譜差異，從而對水華和水草進行精確識別。水環(huán)境遙感研究團隊利用高光譜遙感技術等構建了水體葉綠素a濃度、總懸浮物濃度、水色FU值等9種水質參數、19個反演模型。其中，針對渾濁水體的懸浮物濃度精度提高了19.7%；研發(fā)了國內首個在國家級和省級環(huán)保部門業(yè)務化運行的內陸水環(huán)境遙感系統(tǒng)，為環(huán)保部衛(wèi)星環(huán)境應用中心等部門開展水環(huán)境遙感應用提供了有力支撐。

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