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傅肃性--遥感地理探测多元分析与智能制图早期应用略记

来源:    时间:2023-05-18

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中国科学院地理资源研究所  傅肃性


傅肃性,男,1936年生于义乌市西关田,汉,1961年南京大学毕业,分配于中国科学院地理资源研究所,任研究员,博士生导师。曾任所党委委员,工会、职代会主席,兼国际数据委多种卫星专题制图观察员。曾任《地球信息科学学报》编辑部主任、副主编、顾问,被授予国务院政府特殊津贴的优秀专家。其获部、院和国家科技进步一、二、三等奖14次项,其中本人负责为主的7次项。专著、合著计10多册;主编、副主编地图集和文集计10余部,发表论文100余篇。先后任地图学与“GIS”专业委员会及遥感协会专家委员会副主任,荣获中国遥感应用协会创业奖及其中国环境遥感应用突出贡献奖等多项。


中国科学院地理资源研究所是从事自然地理与人文地理和地图、遥感与地理信息系统等研究的综合性科研单位。她的前身是1940年8月创建于四川重庆北碚的中国地理研究所。1986-1997年间,地理研究所归属中国科学院和国家计划委员会双重领导。


1999年9月中国科学院地理研究所和中国科学院自然资源综合考察委员会整合为中国科学院地理科学与资源研究所(简称中国科学院地理资源所)。研究所一直提倡地理的综合性、多学科交叉融合,秉持前沿方向,将综合与创新形成其研究工作的特点,引领我们拓展地理学研究人-地系统之新天地:诸如,遥感与“GIS”新技术的地理系统应用研究与发展。


前言:1961年夏,正值自己从南京大学地理学系毕业,由国家分配到北京(中关村)中国科学院地理研究所工作。从此参与了地理所(室)的业务学习与工作,开展地理考察分析与制图,遥感专题信息机理分析和地理信息系统应用研究。例如,“中华人民共和国普通地图集编制”、“中国科学院南水北调川西若尔盖草地水文沼泽综合考察与制图”、“酒泉农业区划调研与区划统一底图编制”、“1:250万苏联地图编制”、“中国人造卫星651工程与671工程应用系列制图及其中心卫星运行图工程设计与施工(中西部)”、“京津地区生态环境地图集和区域开发环境电子地图集研制”和“区域开发信息系统标准与规范研究”等项科研工作。


其中,1963年的“海南岛热带航空像片综合分析与制图”、“1978年的腾冲航空遥感试验”和“1986年的京津唐国土普查卫星资料综合应用研究”等,是本人早期跟随我国现代地图学先驱、遥感应用研究奠基开创者陈述彭院士,从事航空遥感与航天遥感应用研究的主要课题任务(见图1)。鉴此,本人在学习遥感新技术及其应用与实践的基础上,总结著写了《遥感专题分析与地学图谱》一书(陈述彭先生作序),该专著于2002年由中国科学院科学出版基金资助公开出版。


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图1 遥感图像综合分析与制图早期应用有关著作


20世纪60年代初,标志着信息科学萌发崛起的遥感新兴技术,具有周期短、实时性,覆盖广、宏观性,融合強、综合性等特点。可见,遥感是一门建立在物理手段、数学方法和生物地学规律基础上的综合性应用技术。它为地球资源与环境综合分析等对地观测,例如,农、林、水、土、地质、能源、环保、城市交通、测绘等领域的应用。因此,遥感不仅是系统自动采集海量地球信息的崭新手段,而且是运用多元综合智能分析,能从源源不绝的“遥感地学信息宝库”中,提取各自所需的区域资源与环境相关数据、图件等有效信息,为自然资源与环境等应用研究,提供科学依据。


回眸我国遥感应用与发展,中国科学院地理研究所率先探索遥感与地理信息系统新技术应用的实验研究,是国内最早开展遥感地学分析与综合制图应用实验的科研单位之一。1962年正值全国农业科学技术规划会议期间,在当时农业部曾兼任华南热带作物研究所所长的何康部长关心下,根据国家科委副主任武衡同志的指示,中国科学院地理研究所及时积极地提出了“海南岛热带航空像片分析与农业制图的探索”。同时在黄秉维所长热心支持下,组织以陈述彭为首的海南岛热带地区航空像片专题调查应用科考队(成员:陈正宜、傅肃性、黄绚、罗修岳、赵璜、左国之等),开展了我国航空遥感热带资源开发和农业基本自然条件与土地资源制图的实验研究。


一、海南岛热带航空像片综合应用分析与农业制图


1963年,海南岛热带地区航空遥感像片综合应用分析与农业专题制图调查,由陈述彭先生组建率队开赴海南岛,开展了航空像片应用实验。海南岛是常绿的热带雨林、季雨林区,覆盖有深厚的红色风化物。对此,陈先生设置以儋县(那大)西北1200平方公里面积为样区,我们采用1959-1960年间拍摄的1:14000-1:16000间的航空像片,对该区进行了热带区域自然现象的成因及其发生发展与分异规律的摸查分析,通过典型像片剖面考查调绘,建立起制图判读标志,根据地方政府部门的生产管理与科学规划的需求,按上述试点地区1:2.5万、1:5万和1:20万3种比例尺,设计了适于当地政府及国营农场等农业生产所需的基本自然条件与土地资源图。


(一)海南岛热带地理景观航空像片综合利用与农业专题系列制图实验。

海南岛航空像片综合利用与农业系列制图实验,采用以地理综合方法作为基本技术途径:对研究区自然综合体各种自然要素间的相关性与制约性进行调查分析,摸清热带雨林地理景观的结构、成因、分布特点与规律,以其作为航空像片判读分析制图的基本原则;在调查分析的基础上选取研究区的水平地带或垂直地带的控制剖面路线,获取实地剖面(含观测点)测绘数据,以了解研究区地表、地质、地貌、植被、土壤和土地利用分布的相互关系,进行点、线、面调查分析制图。故此,我们制订了统一制图规范,综合制图的分类原则、图式图例,在统一的地图基础底图上编制一系列的(含特定)专题图,以保障农业规划与生产的需求 。因此,我们根据海南热带资源开发和农业生产规划需要,试编了1:25000比例尺的6种农业条件与生产专题图:即微地貌结构图、坡度组合图、土壤土质图、植被类型图、土地利用图和农用地形图一套系列地图,这是陈述彭先生首次在我国提出“系列成图”的概念。


1.微地貌结构图

先将海南岛拟分为海滨、河谷、台地、丘陵和山地5个大类,然后,依据内外营力作用再分亚类,将海滨、河谷,按沉积建造再分成5-8类型;台地、丘陵,按岩相构造又划分5-8个类型,合计40个基本类型(适于儋县北部试验区计22个类型:如冲积扇、滨海堆积台地、花岗岩剥蚀台地、紫色砂岩剥蚀台地等),另外,附设置了四组补充符号,以组合描绘微地貌类型图。


2.坡度组合图

这对农业生产与规划具有特殊作用。儋县北部海拔一般为200米以下的平原、台地区,坡度分为正、负地形两大类,负地形按堆积作用分为1度左右的平原、洼地,2度左右的阶地与冲积扇。正地形依侵蚀作用程度分为5个不同的坡度组合,即3-5-8-15-25-30度的不同坡度类型,按不同的地貌单元由坡顶、坡腰、坡麓所占面积比例而构成。同时为了反映坡度与坡向、坡长、切割密度及深度的关系还设置了三组补充符号。所以,这种基于地貌成因类型基础上的坡度组合图,具有直接的生产科学意义。


3.土壤土质图

其拟分为砖红壤性土和红壤2个基本土类,以及紫色土、水稻土、沙土、盐土和石质土5个隐域性土类,共计划分为7个大类,然后依据不同成土母质和天然植被或耕作条件的因素细分出43个土种和变种,另又设置有三组补充符号。据此分类,利用航空像片判读标志,参照地貌图、植被图等地理相关引证分析,是航空像片分析土壤成图的经济有效方法及途径。


4.植被类型图

儋县北部试验区植被主要分为森林、草地、滨海植被和栽培植被4个大类,另依据热带雨林、季雨林区植被之结构、成因、分布特点与规律等差异,将其又分为干性常绿季雨林、干性混交季雨林等热带森林群系,以及稀树草地、灌丛草地等热带干草原群系与沙生棘丛、红树林等热带滨海植被等18个群系,同时增加了三组补充符号,这不仅充实了植被图之内容,而且丰富了量测计算数据。


5.土地利用图

该图为反映儋县北部试验区的土地利用的现状分布,共划分为粮食作物用地、热带经济作物用地、林地、草地和抛荒地5个大类,然后各自又以不同的指标,例如,粮食作物用地,根据水分、土壤条件的差异与地形部位等因素细分为8个类型,热带经济作物用地中着重表示关系产胶量等4种不同树龄的橡胶林等,合计土地利用分为19个基本类型(例如,热带作物橡胶林、椰树林、油棕林等),与此同时还设置了四组补充符号。该图为农业生产规划、土地资源评价等提供了基本资料与数据。


6.农用地形图

该图以1:10000-1:25000国家基本地形图为蓝图,以农业生产服务作为主要任务之一,例如,农田用地、热带经济作物、防护林网和绿篱等农业要素的表示,在不影响其他要素的前提下,充实农用地形图之容量,在保持地形图的基本性质要求下,顾及农用多方面的用途。它除作一般的农用地形图外,还应考虑用作自然条件的基础底图,它既要与通用地形图有联系,又要有农用特点之区别。对此,可设底色或符号与底色结合等表示农业要素编制农用地形图。


上述6种基本自然条件与土地资源系列图是儋县北部试验区所提出的设计,对于海南岛其他相关地区,需视其地理景观背景与具体要求而因地制宜。由前述试验区6种农业制图的应用设计可见,利用航空像片野外调查、剖面检测、建立判读标志,综合分析生成的专题图,都是遵照系列成图的统一协调原则进行的,这对于海南岛热带资源的开发与农业生产、农场规划及其农田基本建设等均有重要的科学现实意义:例如,本人负责的土地利用图分类及图例设计,需与其他专题图,如微地貌结构图中的冲积扇与滨海堆积台地和花岗岩剥蚀台地类型的拟定,进行统一协调相关分析,因为其与土地利用图中的热带作物的椰树林、橡胶林的生境息息相关。如椰树林一般适宜生长于冲积扇之前缘和滨海堆积台地的外缘部位;而橡胶林宜生长于有厚层红土覆盖的花岗岩剥蚀台地处,却不宜种植在紫色砂岩的剥蚀台地上。足见,通过航空像片判读分析与综合制图也有助于解决农业经济内矛盾的相关问题,并为当地政府的农业开发、生产规划、土地管理、地权整理和制订计划等提供基本数据。


(二)设计野外路线剖面调查,建立专题系列制图识别判读标志。

利用航空像片编制农业基本自然条件与土地资源图,运用地理相关法、多元综合分析是一有效的基本方法。众所周知,任一研究区域都属自然综合体。因此,利用航空像片编制专题图,应从自然综合体的发生发展历史过程着手,始终是建立在制图区域野外剖面路线综合考查研究的基础上,通过典型像片剖析作为室内外有机结合的成图分析方法。比如,上述儋县北部样区试验范围内,我们约计进行了200公里的综合剖面和15个定点的勘察与典型像片分析,旨在基本摸清该区自然现象之成因及其发生发展,以及地表结构与分布规律,以保障其综合制图的类型划分、地类分布界线的准确性,专题系列制图的科学质量和利用价值或再分析评价,派生出新图件:如1:20万的国家基本地形图的改进和1:20万的地貌、土壤、植被和土地利用等系列图的编制。


对此,我们在海南岛热带雨林、季雨林,林相结构复杂多样性的生物群落环境里,以及生物作用活跃,化学物理风化强烈等地理景观区,设计了环海南岛路线、贯穿南北剖面路线,以及五指山的垂直剖面的勘测。例如,在由海口至三亚南北剖面(包括典型区)路线的考察中,因条件所限,视具体情况,主要是通过租用单车(当地自行车),公共汽车进行的。比如,乘公共汽车作路线剖面调查,一般上车后为了减震须将执好笔与工作记录本的双手臂紧紧夾腰,离椅背毕直就坐,双眼目视窗外,全神注视沿途(按里程碑或固定性标记)用亊先准备好的观察记录符号、方法、程序及资料,各自依据专业要求进行有目的地筛选速记(含素描)。对此,陈先生对调查小组有严格明确的要求:出发前务必将考察路线的航片、地图等有关资料备好记于脑中;考察当晚座谈小结,进行由表及里、拾遗补缺、去伪存真、相互引证的讨论,以利围绕各自专业的调查重点,彼此了解地区特点,分析区域差异,发现地域规律。这是我们用以野外调查获取第一手资料的基本技艺工作方法。


诚然,为了较系统地了解海南岛热带雨林地理景观,除了海南岛的水平地带性的景观结构、特征与规律考察外,还需攀登全岛海拔最高的五指山,由山麓至海拔1867米山顶的热带雨林垂直剖面,这样经过亲身探测,我们才能真正认识海南岛热带雨林景观全貌,能较完整地揭示航空像片的直接或间接的判读标志,以资其综合制图。故此,我们曾按五指山区的残余热带雨林结构分布的垂直剖面路线前行,艰难地攀登在崎岖山道、蜿蜒崖坡、残树云梯,登向乱石嶙峋、滚石陡坡上,开展了地质、土壤、植被等垂直剖面(含观测点)勘测,逐段逐点登高,每测绘一次垂直结构剖面、勘查一个典型剖面数据,都曾付出了大量工作的艰辛汗水。对此,我也随队从五指山脚始发步步登攀,依据自己负责的课题目标,按垂直结构剖面及观测点逐项勘察记录,取得了较完整的五指山垂直剖面基本资料。最后在队长陈先生带领下(见图3.),全体队员登上了海南岛最高的五指山峰顶,如期取得了登顶的丰硕成果。此间,队员们如释重负、心旷神怡!顿时,纷纷表示向“五指山”报到!为了难忘的纪念,各自签上了自己姓名,别出心裁地将其藏入胶卷铝盒内,保存于“五指山峰顶”,自豪地屹立在这座海南岛第一高峰!


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图2 1963年陈述彭队长率领队员登上“五指山峰顶”考察热带雨林景观时掠影


(三)开创国内航空像片综合利用地学多元分析与专题系列成图之先河。

通过上述五指山垂直结构剖面测绘可知,热带雨林,尤其是季雨林,林相结构十分复杂:其上层树冠30-40米,多数是错综复杂、参差不齐的常绿植物的生物群落,自然,这单纯利用航空像片予以识别分类是十分困难的;而热带干旱草原型的灌丛草地、稀树草原等分布较广;热带雨林主要分布于600-1200米之间的中山沟谷地段,亚热带常绿阔叶林主要分布在800-1600米之间的山脊上(其中1400米以上的孤峰陡崖生长为山顶矮林);前述不难看出,据其剖面记录,采用航空像片运用海拔高度带,参照地形部位,即用“色、形、位”判读标志予以森林类型的识别是可行的。显然随着科技的进步,若利用彩色、彩红外及多光谱航挕像片等技术,那势必会获得更好的热带地理景观探索结果。


海南岛热带地理景观分析制图,运用地理的综合方法,能较充分地发挥航空像片分析成图的特长,解决综合制图的基本问题。开创了我国航空像片综合利用与专题系列制图之先河,跻身于航空遥感地学分析制图之国际前列。


二、腾冲航空遥感试验和区域地理信息分析与制图


随着国内外遥感应用迅速的不断发展,1978-1980年间,我国在云南腾冲地区进行了一次大型多学科综合性的航空遥感试验。其目的:一则是检验我国自制航空遥感仪器,进一步推广遥感新技术的深化应用,不断创新遥感先进设备;二则在这有“地质博物馆”之称的腾冲试验区,进行一次多学科专业的综合性航空遥感应用研究。


(一)“一次试验,多方受益”的腾冲航空遥感应用研究。

该项目由中国科学院牵头,全国16个部委所属约计70个单位、700多名科学技术人员参加,有33个专题参与试验、地面调查和应用研究。该试验由我所陈述彭先生负责总体设计和指挥技术实施。对试验区共进行了20000多平方公里面积的航挕飞行,获取了全色片、彩红外片、彩色负片、彩色反转片及其他航挕软片约8000多张和航空波谱测试数据计100组左右,同时第一次为我国测量了100多种的森林、农作物、土壤、水体等地物,取得1000多组数据和地物波谱曲线。与此同时,地理、地质、农、林、水等多学科,利用新航挕像片从各自学科专业,共同开展了不同专题的自然资源与环境的地面调查和解译制图。历经2年多全体通力协作,综合试验应用取得了大批研究成果:诸如,《腾冲县航空遥感地图集》、农林植被、水资源、地质应用、测绘制图,以及《区域地理信息分析方法与应用》专著与《腾冲县农业统计地图集》等图件、研究数据、报告等,达到了“一次试验,多方受益”的目的,极大地推动了我国遥感技术的应用与发展。该项试验与天津-渤海湾环境遥感试验和云南-二滩水能开发遥感试验,称谓我国遥感应用的“三大战役”。该项目成果丰硕,先后分别获得中国科学院、国家科学技术进步一、二等奖。


1977年春,我正在法国地理研究院进修学习,遵循陈先生派出时要求:期望学成回国参加“腾冲航空遥感试验”。故而自己除积极参与法国地理研究院的野外航片调查制图实验外,同时又抓紧时机学习法国遥感应用与制图先进技术:包括,专题计算机制图系统(如组合符号制图系统)和遥感图像处理系统应用理论及方法,比如,当时国际上较为先进的交互型“101图像处理系统等自动制图技术。正当时,为了推动遥感技术的新发展,我国地质矿产部孙大光部长、地球物理学家及遥感专家赵文津、马蔼乃教授等组成的遥感代表团赴法国地理研究院等考察先进的遥感设备和专题制图等应用技术,以利拟计划引进国际先进的遥感图像处理等设备。这也极大地鼓励自己千方百计地学好遥感应用理论与技术方法。1978年9月,我正从法国地理研究院完成学业回国,机不可失!在陈述彭先生的引领下即速投入了这次难得的航空遥感综合试验应用“练兵场”。对此,针对腾冲航空遥感应用专题的设置,同时结合自己在法国地理研究院所学的计算机专题分析和遥感图像处理系统识别制图的新技术,选取了由陈述彭先生主持负责的“区域地理信息分析方法与应用”课题。这对于深化遥感应用基础研究的理论与方法,具有重要的科学现实意义。


(二)区域地理信息分析与制图应用研究。

腾冲航空遥感试验项目中的“区域地理信息分析与制图研究”的前提:一是因航空遥感的周期之局限性,在其应用的同时利用卫星图像数据周期短更新快;二是考虑遥感数据虽具有丰富的自然条件及自然资源方面的信息,但仍需要社会经济统计资料的相互引证,并经计算机处理分析以解决实际的生产管理中的具体问题;三是遥感图像目视解译后需计算机数理统计识别分类制图,并作定量化处理,故此,对“区域地理信息分析方法与应用”拟订了如下四部分:

第一部分   陆地卫星图像的数字增强与分类处理(龚家龙)。

第二部分   数字地形模型的建立(张晋、周海云)。

第三部分   遥感专题统计数据分析自动制图(傅肃性、何建邦、赵锐、曹桂发、狄小春)。

第四部分   景观单元信息的分析(周心铁)。

该课题研究的意义正如陈先生所指出:以航空遥感数据为基础,并用卫星数据以更新,同时与社会统计、定位观测数据匹配融合,建立区域的环境信息系统数据库,将以不断为国家经济建设与资源开发利用,提供新的地图、数据,以及专题分析服务。


区域地理信息分析方法与应用研究的具体内容:

(1)区域资源调查的遥感影像数字处理方法——以腾冲试验区为例;

(2)区域数字地形模型的研究与应用;

(3)区域统计信息的数字分析与计算机机助制图系统及应用;

(4)遥感专题制图中空间信息单元特征的探讨——以景观制图为例。

该研究成果《区域地理信息分析方法与应用》著作,由陈述彭主编,傅肃性、周心铁、何建邦整理编辑,于1990年由科学出版社出版发行。

(三)基于遥感试验区的腾冲农业专题系列智能制图设计。

“腾冲县农业统计地图集”专题,是我们在腾冲航空遥感综合试验的基础上,利用新航片进行地面实况调查解译制图之数据,以及匹配社会经济统计数据,建立区域信息数据库,研发计算机统计制图软件系统,开展遥感专题统计数据分析,实现了腾冲县农业统计地图集的编制。这种系列成图是腾冲航空遥感综合试验的一个重要组成部分。它是从地学综合性的观点使用航空像片成图,进行各专业间的相互引证、彼此补充,并融合其他数据,尝试解决制图对象的标准化、规格化、模式化和智能化,以实现系列专题图计算机辅助制图自动化。对此,我们对遥感专题农业统计分析进行了系列制图实验:

(1)遥感资料在专题计助制图中分析应用。为农业统计地图编制,提取遥感信息数据,关系到专题成图内容、质量等问题;

(2)统计数据与遥感资料有机结合应用。分析各种数据指标的应用特点与分级方法,如某同一类指标,若其运用不当或分级不合理,都将直接或间接地影响成图效果;

(3)网格结构与多边形结构的分类与制图分析。在专题成图中,两种结构数据的转换研究是关键,这也关系到设备条件输出所需的图形;

(4)专题系列图或农业统计图集自动编制试验。这是专题制图统一协调的系统工程。故此在资料数据选取、分级归类、图形设计、程序研制等方面都应考虑成图的相关性、系统性,以及专题图数据库与制图系统软件研制问题。


该系统程序设计有如下几个功能的程序组:

(1)数据分析预处理程序

其包括专题统计数据如记录格式、数据转换或换行符号漏失等查错订正,面积、长度量算,以及数据整理排队和分析结果打印输出等,这是一组为输入原始数据分析而设计的程序。

(2)统计数据分级计算程序

统计数据分级的准确性是社会经济现象在地图上表现科学性、规律性的关键。而其各种统计分级方法,均有其不同的特点。例如,显著性检验分级法对数量概念往往难以反映,故而可同时采用等比分级法,以利对同一现象既可反映出统计指标差异的显著程度,且又能表示现象的数量差异。

(3)图形显示输出程序

该组程序设计中,根据内容、结构、图形和输出设备条件等,我们设计了几种不同功能的图形显示程序:比如,行式符号程序、线划面状符号程序、个体符号及其结构符号程序和行式图表程序等,即归纳为多边形系统、线划面状符号系统和网格系统程序,适于各种统计指标的分析成图。

(4)数据结构转换与面状图形符号程序

上述多边形系统和网格系统是地学分析专题成图的基本方法。它们两者之间不同的数据结构,可通过程序处理将其数据文件加以变换。众所周知,面状图形符号是自然地图与社会经济地图编绘中广泛应用的一种表示方法。所以,数据结构转换和面状图形符号程序对专题系列制图或图集研制,具有重要现实意义。


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图3a.“腾冲县农业统计地图集” 内容结构系统  

 图3b.《图集》计助制图工艺流程


“腾冲县农业统计地图集”系根据腾冲县人民公社为行政单元,3年统计的社会经济有关数据和遥感专题解译量测数据等,依据当地政府之需求,通过上述信息数据库和制图软件系统,设计1:60万比例尺的60幅图件或图表所集成。《腾冲县农业统计地图集》1985年由科学出版社出版(见图3a,3b,图4)。这是我国首次以遥感专题数据机助研制出版的一部新型农业地图集。也是以腾冲县试验区为例,拓展“区域地理信息分析方法与应用”之图集范例。


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图4 腾冲农业统计地图集”计算机编制的专题系列样图


自己作为“腾冲县农业统计地图集”计算机编制专题负责人获得了奖状证书的鼓励,分享了腾冲航空遥感综合试验的中国科学院和国家科技进步一、二等奖之荣誉(见图5)。


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图5 “腾冲县农业统计地图集”应用研究专题获奖证书照片


三、京津唐国土普查卫片资源与环境综合调查分析与制图应用研究


1985年初,在国家重点实验室筹建组陈述彭先生的领导下,我们积极投入了实验室的筹建工作。此间不久,实验室承担了“国土普查卫星在京津唐地区资源与环境综合调查分析应用研究”的任务。


(一)“京津唐地区国土普查卫星资料应用研究”项目之设定。

国土普查卫星是我国研制的第一批民用返回式遥感卫星。1985年10月21日,我国成功地发射了第一颗国土普查卫星。同年由国家计委牵头成立了国土普查卫星照相成果推广应用协调小组(简称国土普查卫星应用协调小组)。1986年国务院批准研制“资源一号”卫星后,1987年简称为国土资源卫星应用协调小组,并在航天部五院组建了以王渊为主任,由中国科学院及各部委派出35位专家等组成的协调小组办公室。从此,我们又在协调小组办公室的领导下,开展了资源卫星应用系统建设和筹建“中国资源卫应用中心”等工作。同时,积极地投入以我所陈述彭教授为总设计师的“资源一号”卫星应用系统建设方案工作。1985、1986年,我国相继成功发射了两颗国土普查卫星,它标志着中国航天遥感技术达到了新水平。具备了为国土开发整治和国民经济建设服务的能力。鉴此,协调小组办公室因势利导组织了多期国土普查卫星应用培训研讨班,以积极地推广应用。“京津唐地区国土普查卫星应用研究”是1985年国土普查卫星照相成果推广应用协调小组确定的我国第一个国土普查卫星应用研究项目。


记得1985年12月初,我正出差在天津市,当时陈述彭先生通知我即速返京,参加国家计委国土局(司)举行的一次会议。在那次会上确定了国土普查卫片京津唐地区试验任务的有关亊宜。对此,1986年1月制订了1986-1989年12月的“京津唐地区国土普查卫星资料应用研究计划”。同时确定成立了“京津唐地区国土普查卫星资料应用研究组”。最后,经有关方面研究决定:项目研究组由国家计委国土司胡如忠处长任组长,中国科学院、国家计委地理研究所傅肃性(常务)、地矿部地质遥感中心遥感所王志民所长、国家测绘局测绘研究所李伯衡所长任副组长。


(二)京津唐地区国土卫片资源与环境综合调查与专题系列解译制图。

京津唐的区域面积约计55000平方公里,是一跨省市、跨部门、跨学科开展我国卫星遥感应用的试验区。该项研究主要是为编制京津唐地区国土规划,评价国产遥感卫星像片及其推广应用途径而开展的研究课题。该项研究有中国科学院、国家计委地理研究所等30多个单位,170多位科技人员参加工作。研究组将此项任务分为3个二级课题:(1)国土卫星影像处理及1:25万正射影像地图研制;(2)1:25万国土卫星像片解译专题系列地图编制;(3)1:25万及1:5万国土卫星像片城市规划等方面的应用研究。对此,将上述二级课题又分为20多个三级课题。它们分别由各部委所属部门、研究单位承担负责完成。其中,二级课题“1:25万国土卫星像片专题解译系列地图编制”,拟分由中国科学院、国家计委地理研究所主持(负责人傅肃性)。同时经有关部门与所科室领导研究,确定我所如下5个三级课题:

(1)京津唐地区国土卫星像片环境要素调查与变化分析(负责人邢嘉明)

(2)京津唐地区国土卫星像片森林资源调查与制图研究(负责人王荷生)

(3)京津唐地区国土卫星像片劣质土退化与防治研究(负责人黄荣金、谢向荣)

(4)京津唐地区国土卫星像片旅游资源调查与专题制图(负责人吕人伟、张崇厚)

(5)1:50万国土卫星像片资源与环境解译系列地图(8幅)设计制印(主编:傅肃性)


该项目研究旨在监测分析评价首颗国土卫星像片的质量及其推广使用,积极发挥其社会经济效益;同时为我国后继星之星载传感器的改进与创新,提供科学资料及改进参数依据;为京津唐地区国土卫片综合调查分析编制区域规划,提供国土资源和自然环境数据与图件等。上述研究是以1985年返回式卫星获取的国土卫片为主,辅以其他遥感信息及前人研究的资料数据,通过各自专题样区野外选点勘测,开展多元分析应用研究。课题组全体同志经过两年多努力,圆满完成了设计拟订任务,提交了一大批应用研究成果,主要如:

(1)京津唐地区国土卫片资源与环境综合调查研究总报告(附1:50万国土卫星像片专题解译系列地图8幅),分专题研究报告20多份(附图件),《国土普查卫星资料应用研究》(第一集)专著;

(2)京津唐地区1:25万国土卫星正射影像地图(包括说明书)和京津唐地区1:25万国土卫星像片专题解译系列地图(约计20种,包括说明书);

(3)京津唐地区(含47个县市)土地利用现况数据建库报告及应用软件(1套);

(4)京津唐地区典型卫星像片专题解译样图和野外考察照片集等资料,以及数十篇研究论文等。同时中央台录制了“京津唐地区国土普查卫星应用纪录片”。


(三)开拓创新国土普查卫星资料的应用研究与发展。

“京津唐地区国土卫片资源与环境调查综合应用研究”,对国产遥感卫星的区域规划应用及其创新发展,具有重要的科学意义。诸如,以我研究所为主,负责制图综合总体设计与系列地图制印工艺制订所主编的《1:50万国土卫星像片专题解译系列地图(8幅)》,是首次应用我国第一颗返回式卫星获挕照片分析解译编制印刷出版的开创性成果;《国土普查卫星资料应用研究(第一集)》是反映京津唐地区国土资源与自然环境綜合调查应用研究的主要成果。该著作是在各分课题研究报告的基础上,由研究组胡如忠、傅肃性、王宜礼、王志民、谷上礼、吴舒敏、王西华、胡如玉、张岚、张凤坡等同志编写,最后,由傅肃性同志统一定稿,于1988年由科学出版社出版发行。国务委员张爱萍为专著题了书名,国务委员宋平为专著作了序,其中指出:“1985,1986年我国成功地发射的两颗国土普查卫星,标志着我国的航天遥感技术又达到了一个新的水平,将大大推进我国国土资源的调查工作。在我国还是一个新开拓的科技领域和新开发的事业。这本报告,对国土规划、行业规划及有关生产、科研、教学等都具有一定的实用价值。我谨向为获得上述成果付出辛勤劳动的同志们表示祝贺和感谢。”


1989年1月6日,“京津唐地区国土卫片资源与环境调查应用研究”,由航天部主持,在中国科学院、国家计委地理所资源与环境信息系统国家重点实验室陈先生的组织安排下,举行了部级科技成果鉴定会(图6,图7)。会上我代表研究组向评审鉴定委员会汇报了研究成果,最后,经讨论通过了评审鉴定。评审成果引起与会的各大报刊高度关注:《人民日报》刊载:“京津唐国土卫星照片研究实用性強,我国大区域航天遥感调查达到国际先进水平”。


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图6 研究组代表傅肃性向评审委员会作京津唐区国土卫片资源与环境综合调查研究成果汇报


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   图7 研究组代表傅肃性向与会领导和评委等介绍研究成果(前排右1国家专家局马俊如局长、右2航天部孙家栋副部长、右3国防科工委艾长春局长)


《科技日报》报道:“我国国土卫星应用研究获重大突破”;《航天报》评论:“我国首次进行国土普查卫星照片綜合性应用研究,以跨省市、大区域、多学科的综合性研究在我国还是第一次”;同时《光明日报》、《中国地质报》、《中国电子报》、《中国城市开发报》、《香港文汇报》、《澳门日报》和《中国新闻》等各自都作了报道,给予很高的评价:“该项研究成果达到国际先进水平”。其中《1:50万国土卫星像片专题解译系列地图(8幅)》和《国土普查卫星资料应用研究(第一集)》,以及其国家科技获奖证书等,2020年被中国科学院地理资源所地理科学馆征藏展览。


“京津唐地区国土卫片资源与环境调查综合应用研究”成果,于1991、1992年分别获得了中华人民共和国地质矿产部科技进步一等奖和国家科学技术进步二等奖。该项研究也是我所1986年起归属中国科学院、国家计委双重领导后,首项承担和完成由国家计委国土司下达的国土普查卫片区域士综合调查研究任务,也是我所(排名第一)获得国家科技进步二等奖的重要科研成果。


结语:自20世纪60年代初遥感新技术之崛起,通过“海南岛热带地理景观区”、“腾冲地质博物馆”和“跨区域的京津唐试验区”等早期遥感应用之实践,深刻体验到:信息技术就是知识经济及数字经济的主要生产力。只有数字化的地球,才是知识创新的信息资源和可增值的社会财富(如自然资源、知识技术产品等)。遥感技术是自动采集“地学信息宝库”的重要手段,而它又是人工智能快速提取各自所需有效信息生成的增值产品(财富)。因此,在“信息资源”与“产品财富”两者之间的创新“核心”,关键是探索者需寻求其“阈”(值)的基础理论与方法。比如,我国遥感应用研究的奠基人陈述彭先生曾提出的“地理综合方法”;“地学信息图谱”;“遥感地学分析解译必须认识遥感信息机理,而这务必投入地学、生物学的知识,这是开启遥感应用的关键”等理念。故此,他又提出“将遥感技术层面提升到科学层面上去”的观点。鉴此,他认为:“没有基础理论指导的技术是落后的,没有技术支撑的基础理论是空洞(或盲目)的” 。 诸如此类的理论与方法关系到遥感应用成果的科学质量和精度。例如,利用国土普查卫片分析识别古河道、牛轭湖类型,我们可以从其自然综合体结构、成因及发生发展的地学知识和农作物的物候期之生物学知识分析揭示遥感信息机理,以建立起“颜色、形状与位置”的直接解译标志:自然,古河道、牛轭湖一般分布于三角洲平原区古河床上,故其地下水丰富、土壤肥沃,作物生长茂盛,这在假彩色片上呈现深红曲折弧状形迹影像;另外,以不同地区作物如北京冬小麦的物候期,4月上旬,该区冬小麦正

进入拔节期与抽穗期间,所以,我们选取此物候期作为其识别的最佳时相图像,是事半功倍的多元分析成图之基本原理方法。


在当今以知识经济与数字经济为特征的信息时代,我们已具备条件可充分运用诸如地学、生物学与遥感之类大数据,在地理信息系统的支持下,有的放矢地探究遥感应用逻辑层次有序的“专家智能库与识别新模式”,最终形成可确定赋予“阈值”的遥感信息智能化识别系统。对此,早“一代遥感人”殷切期望充满家国情怀、奋发有为的新一代遥感创业人,在将“信息资源转化成社会财富”的遥感创新应用研究与拓展之征途上,马不停蹄、一马平川!

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