是谁擦亮高光谱遥感这双慧眼
- 2013/10/12 14:29:21 16411
- 来源：仪表网
摘要：高光谱遥感能在可见光到短波红外范围内连续光谱成像，不仅光谱探测范围超过了肉眼的感知，并能连续记录数百个光谱波段。因此，肉眼甚至普通的光学遥感不能识别的地物，这项技术都能够更好地分辨出其内在的物理、化学特性，甚至是物质的分子和原子结构。
导读：高光谱遥感能在可见光到短波红外范围内连续光谱成像，不仅光谱探测范围超过了肉眼的感知，并能连续记录数百个光谱波段。因此，肉眼甚至普通的光学遥感不能识别的地物，这项技术都能够更好地分辨出其内在的物理、化学特性，甚至是物质的分子和原子结构。
也许你还记得电影《地雷战》中的一个场景：战士把地雷埋好后，拿树枝在地面上清扫几下，让埋雷的地方看起来和周围一样。或把鞋脱了，轻轻压一个鞋印，迷惑敌人。
而这样的做法放到今天已不再神奇，高光谱遥感技术会把这些伪装统统撕掉。
它的独特魅力令中国科学院遥感与数字地球研究所（以下简称“遥感地球所”）副所长张兵始终为之着迷。在他看来，这项技术在国防军事、农业、水环境监测、地矿勘察等诸多领域有着巨大的应用潜力，他愿意毕其一生去擦亮高光谱遥感这双慧眼。
神奇的遥感
据张兵介绍，高光谱遥感能在可见光到短波红外范围内连续光谱成像，不仅光谱探测范围超过了肉眼的感知，并能连续记录数百个光谱波段。因此，肉眼甚至普通的光学遥感不能识别的地物，这项技术都能够更好地分辨出其内在的物理、化学特性，甚至是物质的分子和原子结构。
如果说彩色合成遥感图像主要是根据地物颜色和形态的差异来分辨地物，那么高光谱遥感则是根据像元光谱曲线的形态来识别地物。
张兵举例说：“在数百公里高度运行的高光谱卫星不仅能观测到地面覆盖的是不是植被，还能探知这些植被的具体种类和长势如何。”
事实上，我国的高光谱遥感技术曾令一些科技强国刮目相看。
2000年和2001年两次应日本邀请，中科院遥感应用研究所（如今的遥感地球所是在遥感应用研究所、对地观测与数字地球科学中心基础上整合组建而成）与上海技术物理研究所合作，在中科院院士童庆禧和薛永祺带领下，携带自主研发的航空成像光谱仪赴日本开展农田作物高光谱遥感精细分类实验。
以往使用多光谱图像只能把农田或者作物的大类进行区分，而张兵基于在长野获取的80个谱段的航空高光谱遥感数据，对卷心菜、大白菜、萝卜等多种蔬菜进行了精细分类，制作完成了实验区多种植被和蔬菜类型的精细分类图。
他进一步解释说，日本蔬菜价格较高，各种蔬菜种植面积的提前预知，对于预测未来几个月各种蔬菜的市场价格意义重大。“这项工作也开创了利用高光谱遥感技术进行蔬菜品种精细分类的应用先例，获得日方高度评价。”
难忘的实验
在张兵的职业生涯里，组织实施的国内外航空高光谱遥感综合实验多达20余次，其中不乏让他至今难忘的经历。
2008年，张兵带队参加了辽宁地区航空航天遥感综合试验，国内许多家单位都带着仪器设备前来“切磋比试”。
“在特定区域内，使用高光谱、红外、全色、多光谱、雷达等多种遥感技术手段对特定地物进行识别研究，这实际上也是一场真刀真枪的技术竞赛。”张兵说。
除了他负责的高光谱遥感团队外，其他遥感技术手段均是以人工目视判读为主。在一个大厅里，其他团队成员要么聚精会神地盯着电脑寻找目标，要么趴在遥感影像图上仔细判读目标。唯有张兵团队采用的是其自主开发的目标光谱自动探测技术——把高光谱图像输入软件系统后，便可自动进行特定目标搜索。
由于大区域的航空高光谱图像是飞机以一个个条带的形式飞行获取的，因此，他们也需要依次输入不同条带进行系统计算。
“个条带没有目标结果输出，第二个条带仍没有，第三个条带还是没有。”张兵坦言，“当时我们心里有点发慌了，是真的没有目标还是我们的模型算法有问题？第四个条带计算结果出来了，终于发现了我们想寻找的东西。”
整个大厅随之沸腾起来，在场所有人都见识了高光谱遥感在地物自动探测上的威力，它的高精度和率给大家留下了极其深刻的印象，并在这场技术大比拼中为中科院赢得了荣誉。
然而，长年繁重的科研工作，留给张兵的除了喜悦的回忆，还有艰辛，甚至危险。
2001年，应马来西亚国家遥感中心邀请，张兵带队开展热带雨林航空高光谱遥感试验，连续进行多天的地面野外调查。
当时正赶上斋月，当地人白天不吃东西。与马方人员一起出野外的张兵等中方人员只能找机会避着他们随便吃点干粮，体力消耗很大。
一天晚上，张兵开始发高烧。当地气温30多度，但高烧不退的张兵浑身发冷，即使盖着厚被子，也抖得像过筛子一样，吃药也不管用。
这把其他同事都吓坏了，深夜里他们只找到一个看上去很不专业的小诊所，犹豫再三，没敢把张兵送过去。后来，他艰难地挺过了一晚上，又休息了两天，才渐渐恢复。
成长的秘诀
在高光谱遥感实验中历经磨炼的张兵，其实多年前便已是这一领域的“新星”，他也是我国高光谱遥感科学与技术从诞生走向成熟、从科研走向实际应用的主要贡献者之一。
他目前担任着美国电气和电子工程师协会（IEEE）高光谱图像与信号处理会议（WHISPERS）技术委员会委员、IEEEJSTARS期刊负责高光谱遥感方面的副主编等学术职务。
作为数字地球学会中委会成像光谱专委会主任，他还组织发起了“全国成像光谱对地观测学术研讨会”年度系列会议，推进我国高光谱遥感的普及和发展。
张兵师从童庆禧院士，20多岁就开始担当研究室的执行负责人，带领课题组成员赴国外开展合作、在国内具体组织实施科研任务，38岁时便成为了中科院对地观测与数字地球科学中心副主任。他是如何实现这种快速“成长”的呢？
在张兵看来，无他，唯“认真”二字。他觉得，一件工作如果自己不能做到尽可能，“心里就会很别扭”。
从研究生时期开始，张兵交出的“活儿”就很少需要师父多操心，久而久之，也让大家敢于在他的肩上压重担。他对工作的专心、执着和牺牲精神，也曾让素有敬业美誉的日本同行为之动容。
“每天早上送孩子上学是我非常乐意揽下来的任务，这样就能早早地来到单位。”张兵说。
此外，勤奋认真的张兵也是一位各项测评“全优”的老师。在学生眼里，他“讲课条理清晰，知识系统完善”，“十分有趣，治学严谨”，“是一个非常好的老师”。
目前，张兵还担任中科院数字地球重点实验室主任，他给自己设定的新挑战是建立“环境资源空间信息系统”，这也是遥感地球所“一三五”规划中的一个重大突破。
他希望充分发挥对地观测与数字地球科技优势，打造一个“科学版”的GoogleEarth（谷歌地球），为国家提供综合的和区域环境资源科学数据，为变化研究作出重要的科学贡献。
对于忙碌的张兵而言，大的享受是完成一件工作之后的短暂休整。“体会着那种成就感，特别满足。”张兵说。
也许你还记得电影《地雷战》中的一个场景：战士把地雷埋好后，拿树枝在地面上清扫几下，让埋雷的地方看起来和周围一样。或把鞋脱了，轻轻压一个鞋印，迷惑敌人。
而这样的做法放到今天已不再神奇，高光谱遥感技术会把这些伪装统统撕掉。
它的独特魅力令中国科学院遥感与数字地球研究所（以下简称“遥感地球所”）副所长张兵始终为之着迷。在他看来，这项技术在国防军事、农业、水环境监测、地矿勘察等诸多领域有着巨大的应用潜力，他愿意毕其一生去擦亮高光谱遥感这双慧眼。
神奇的遥感
据张兵介绍，高光谱遥感能在可见光到短波红外范围内连续光谱成像，不仅光谱探测范围超过了肉眼的感知，并能连续记录数百个光谱波段。因此，肉眼甚至普通的光学遥感不能识别的地物，这项技术都能够更好地分辨出其内在的物理、化学特性，甚至是物质的分子和原子结构。
如果说彩色合成遥感图像主要是根据地物颜色和形态的差异来分辨地物，那么高光谱遥感则是根据像元光谱曲线的形态来识别地物。
张兵举例说：“在数百公里高度运行的高光谱卫星不仅能观测到地面覆盖的是不是植被，还能探知这些植被的具体种类和长势如何。”
事实上，我国的高光谱遥感技术曾令一些科技强国刮目相看。
2000年和2001年两次应日本邀请，中科院遥感应用研究所（如今的遥感地球所是在遥感应用研究所、对地观测与数字地球科学中心基础上整合组建而成）与上海技术物理研究所合作，在中科院院士童庆禧和薛永祺带领下，携带自主研发的航空成像光谱仪赴日本开展农田作物高光谱遥感精细分类实验。
以往使用多光谱图像只能把农田或者作物的大类进行区分，而张兵基于在长野获取的80个谱段的航空高光谱遥感数据，对卷心菜、大白菜、萝卜等多种蔬菜进行了精细分类，制作完成了实验区多种植被和蔬菜类型的精细分类图。
他进一步解释说，日本蔬菜价格较高，各种蔬菜种植面积的提前预知，对于预测未来几个月各种蔬菜的市场价格意义重大。“这项工作也开创了利用高光谱遥感技术进行蔬菜品种精细分类的应用先例，获得日方高度评价。”
难忘的实验
在张兵的职业生涯里，组织实施的国内外航空高光谱遥感综合实验多达20余次，其中不乏让他至今难忘的经历。
2008年，张兵带队参加了辽宁地区航空航天遥感综合试验，国内许多家单位都带着仪器设备前来“切磋比试”。
“在特定区域内，使用高光谱、红外、全色、多光谱、雷达等多种遥感技术手段对特定地物进行识别研究，这实际上也是一场真刀真枪的技术竞赛。”张兵说。
除了他负责的高光谱遥感团队外，其他遥感技术手段均是以人工目视判读为主。在一个大厅里，其他团队成员要么聚精会神地盯着电脑寻找目标，要么趴在遥感影像图上仔细判读目标。唯有张兵团队采用的是其自主开发的目标光谱自动探测技术——把高光谱图像输入软件系统后，便可自动进行特定目标搜索。
由于大区域的航空高光谱图像是飞机以一个个条带的形式飞行获取的，因此，他们也需要依次输入不同条带进行系统计算。
“个条带没有目标结果输出，第二个条带仍没有，第三个条带还是没有。”张兵坦言，“当时我们心里有点发慌了，是真的没有目标还是我们的模型算法有问题？第四个条带计算结果出来了，终于发现了我们想寻找的东西。”
整个大厅随之沸腾起来，在场所有人都见识了高光谱遥感在地物自动探测上的威力，它的高精度和率给大家留下了极其深刻的印象，并在这场技术大比拼中为中科院赢得了荣誉。
然而，长年繁重的科研工作，留给张兵的除了喜悦的回忆，还有艰辛，甚至危险。
2001年，应马来西亚国家遥感中心邀请，张兵带队开展热带雨林航空高光谱遥感试验，连续进行多天的地面野外调查。
当时正赶上斋月，当地人白天不吃东西。与马方人员一起出野外的张兵等中方人员只能找机会避着他们随便吃点干粮，体力消耗很大。
一天晚上，张兵开始发高烧。当地气温30多度，但高烧不退的张兵浑身发冷，即使盖着厚被子，也抖得像过筛子一样，吃药也不管用。
这把其他同事都吓坏了，深夜里他们只找到一个看上去很不专业的小诊所，犹豫再三，没敢把张兵送过去。后来，他艰难地挺过了一晚上，又休息了两天，才渐渐恢复。
成长的秘诀
在高光谱遥感实验中历经磨炼的张兵，其实多年前便已是这一领域的“新星”，他也是我国高光谱遥感科学与技术从诞生走向成熟、从科研走向实际应用的主要贡献者之一。
他目前担任着美国电气和电子工程师协会（IEEE）高光谱图像与信号处理会议（WHISPERS）技术委员会委员、IEEEJSTARS期刊负责高光谱遥感方面的副主编等学术职务。
作为数字地球学会中委会成像光谱专委会主任，他还组织发起了“全国成像光谱对地观测学术研讨会”年度系列会议，推进我国高光谱遥感的普及和发展。
张兵师从童庆禧院士，20多岁就开始担当研究室的执行负责人，带领课题组成员赴国外开展合作、在国内具体组织实施科研任务，38岁时便成为了中科院对地观测与数字地球科学中心副主任。他是如何实现这种快速“成长”的呢？
在张兵看来，无他，唯“认真”二字。他觉得，一件工作如果自己不能做到尽可能，“心里就会很别扭”。
从研究生时期开始，张兵交出的“活儿”就很少需要师父多操心，久而久之，也让大家敢于在他的肩上压重担。他对工作的专心、执着和牺牲精神，也曾让素有敬业美誉的日本同行为之动容。
“每天早上送孩子上学是我非常乐意揽下来的任务，这样就能早早地来到单位。”张兵说。
此外，勤奋认真的张兵也是一位各项测评“全优”的老师。在学生眼里，他“讲课条理清晰，知识系统完善”，“十分有趣，治学严谨”，“是一个非常好的老师”。
目前，张兵还担任中科院数字地球重点实验室主任，他给自己设定的新挑战是建立“环境资源空间信息系统”，这也是遥感地球所“一三五”规划中的一个重大突破。
他希望充分发挥对地观测与数字地球科技优势，打造一个“科学版”的GoogleEarth（谷歌地球），为国家提供综合的和区域环境资源科学数据，为变化研究作出重要的科学贡献。
对于忙碌的张兵而言，大的享受是完成一件工作之后的短暂休整。“体会着那种成就感，特别满足。”张兵说。
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