电影《地雷战》中，民兵埋地雷会用树枝进行掩盖，让埋藏地雷的地方看起来和周围一样；还有的干脆把鞋脱了，轻轻地在上面压一个鞋印，以迷惑敌人。但是在今天，因为有了高光谱遥感技术，这种伪装一点儿用也没有了。

光谱：物体独一的身份证

2021年9月7日11时01分，我国在太原卫星发射中心用长征四号丙遥四十运载火箭成功发射高光谱观测卫星。该卫星的使命是对我国大气、水体、陆地环境进行高光谱观测。

提起高光谱遥感，很多人十分陌生，其实高光谱并不神秘。它的全称叫“高光谱分辨率遥感”，它就像一只“眼睛”，只是它探测到的光谱范围比人眼要宽得多，也精细得多。“在地球上，每种物质都有自己独特的光谱特性，就像我们每个人都有独一无二的指纹，这种光谱特性是用以辨别和分析不同物质的关键。”生态环境部卫星环境应用中心卫星工程领域首席专家刘思含介绍道。

如果把高光谱设备比作一台相机，它的功能就是可以在每个光谱波段拍一张照片，比如有的传感器在400~2500纳米范围内有330个光谱通道，这意味着，它一次能拍摄同一个区域的330张照片，叠加到一起形成一个数据立方体。借助这一功能，可实现对观测物质的精细化分类。比如，某处种植了一片小麦，根据以往的生态环境卫星拍摄的图片，专业人员可以反演出该处是农作物种植地块，却无法辨别种植的是小麦还是水稻。而借助高光谱观测卫星探测到的光谱信息，专业人士可以很快确定种植的农作物种类。

“火眼金睛”如何练成

虽然名字听起来很高端，但是高光谱遥感技术在生活中的应用非常广泛。

前面提到的利用高光谱遥感技术发现埋藏的地雷，是因为土壤被挖开后再回填回去，其结构、水分都改变了，高光谱遥感技术就是根据这种细微的土质变化，发现地雷的藏身处。在阿富汗战争期间，美军利用高光谱遥感仪器，可以探测出塔利班武装人员晚上经常走的道路。

高光谱遥感技术还可以为地质学家提供帮助。以前地质学家野外考察时，背着包、拿着罗盘，需要花很大气力把采集到的矿物标本背回来进行研究。自从有了高光谱仪器，他们到达一个地方后，只要用高光谱仪器扫描一下，就可以获得岩石的一条光谱曲线，从野外回来后根据光谱曲线进行分析，就能知道该地的矿物分布种类了。

近年来，成像光谱技术也逐渐渗透进了各行各业，在医学、生物、刑侦、考古、文物保护等领域均开展了广泛的探索性应用。2006年，中科院成功研制了国内首套摆扫式地面成像光谱仪，与故宫博物院等单位合作在古画、唐卡、壁画、墨书等文物的识别和鉴别方面取得了开创性成果。

不仅如此，借助嵌入到智能手机里的光谱仪，人们甚至能够随时随地用手机快速检测果蔬中的农药残留，为健康保驾护航。

先进技术解决遮挡、混叠问题

前面说到，我们可以将地物的光谱特征比作指纹，但现实当中的指纹识别是存在模糊、混淆等问题的，高光谱观测卫星会不会遇到这个问题呢？答案是会的。

在高光谱观测的实际应用中，很容易存在异物同谱和同物异谱的现象。例如树和草地的光谱曲线有时看起来就是差不多的，同一棵树从两个位置观测得出的光谱曲线也可能存在差异。

实际应用当中，为避免以上这两种情况，科学家不仅会利用物体的光谱信息，还要结合物体的空间位置信息来进行区分。

除了上述问题，当高光谱仪器的一个像元中观测到多种物质时，会出现光谱混叠的现象。科学家依靠成熟的算法解开混叠，该算法可以根据不同成分对光谱的影响程度，计算出不同成分的含量。此外，科学家们还在研发新一代高光谱成像仪，以进一步提高成像仪的空间分辨率，使获取的光谱“更纯”，一定程度上减少光谱混叠问题。

高光谱观测卫星还有个值得一提的功能——它是我国目前唯一可用于大气污染气体探测的有效载荷，可单日覆盖全球污染气体监测，服务于我国“大气污染防治”及“臭氧和PM2.5协同探测”等国家战略，为我国“碳达峰与碳中和”战略提供重要支撑。

目前，高光谱遥感技术和应用在中国科学院逐渐形成了一个成熟的研究方向和学科领域，具有一支从技术发展到应用研究的专业科研队伍。其中，以遥感与数字地球研究所张兵、张立福研究员和童庆禧院士为突出贡献者的“高光谱遥感研究集体”，获得了2016年度中国科学院杰出科技成就奖。

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