下一代遥感——透视遥感？

下一代遥感是什么样的？每个遥感圈人都有自己的畅想，能看清的当前卫星遥感的趋势有：星座组网观测、在轨智能处理、通导遥一体等等，解决卫星遥感存在的信息服务时效性等问题。中国地质大学的李军老师团队在《The Innovation》期刊2023年的第四卷第六期发文展望了下一代遥感，文章题目为《透视遥感：为了透明地球的下一代遥感》(Penetrating remote sensing: Next-generation remote sensing for transparent earth)。

《透视遥感》论文开篇提出“在统一的理论框架(基于电磁原理并考虑与地球地下物质的相互作用)的基础上，我们考虑高光谱、电磁和多种物理技术的协同融合，以引入透视遥感的新概念。通过无缝融合多个物理场之间的相互作用，透视遥感使我们能够从地球表面到内部了解地球，有效地揭示地球内部成分的信息。”。

以下节选透视遥感论文的部分内容介绍其概念、方法技术和应用，最后总结和点评。

‍一、透视遥感概念

全谱段电磁场是指整个电磁辐射的波谱范围，包括紫外、可见光、红外、微波和其它低频电磁波。透视遥感技术涉及作为经典势场的静态磁场和重力场。一个统一的数值框架来描述电磁场和多物理介质之间的相互作用机制是透视遥感的关键和目标，这使我们能够利用和操纵这些波，以实现地球内部空间的感知能力(图1和图2)。

图1 透视遥感的概念图(英文原图来自参考文献1)▼

图2 透视遥感的概念图(手机横看，英文原图附加中文翻译)▼

如图2所示，透视遥感依赖于不同频率电磁波和势场的高精度数值模拟技术，它包括研究电磁场和势场之间的耦合机制，开发各种数据的耦合反演技术，以及对地球内部不同深度的各种介质进行高精度三维成像。透视遥感探索地球表面/次表层物理特性与变频电磁波之间的相互作用，是一个多学科研究领域，包括高光谱成像、电磁和势场方法。这些方法的探测深度、分辨率和物理特性是相辅相成的。

电磁波频率和穿透深度之间的关系是成反比的，遥感中采用了各种探测技术来穿透不同的深度范围。高光谱传感器主要对地表反射率敏感，电磁、磁场和重力场探测可以感知地球表面以下内部结构的物理特性。当前，多物理场的定量解释仍是一项具有挑战性的任务，这主要是由于它与多个学科相关。

二、透视遥感方法技术和应用

先进遥感平台的出现将透视遥感的概念带入了多层次、三维、多角度、全方位和全天候对地观测的新时代。这些平台根据距离地球表面的垂直高度，可分为卫星、机载和地面平台3种，实现透视遥感概念的系统由以下部分组成：

（1）多物理场耦合模拟：有可能将多源地球物理场模拟的过程统一到一个理论和数值框架中。

（2）多物理场特征库：包含跨整个电磁波段观测到的特征或现象的全面集合，用于检测地表和地下目标。

（3）多物理场数据补偿：对多物理场数据进行组合和集成，以创建统一的数据集。

（4）多物理场耦合反演：基于多物理场耦合仿真，形成多物理场耦合框架。

透视遥感应用包括：

（1）透明地质：基于卫星的磁力测量和重力测量是为数极少的可以穿透地表往下数千公里来表征其内部结构的地球物理方法。通过整合不同的数据集和多物理特性，可以提高地下深层结构的识别，以及对构造结构的描绘，预测地幔和地核系统的运动。

（2）透明的城市地下空间：城市地下探测最有前途的解决方案之一是通过开发多物理耦合反演技术，整合重力、探地雷达和电磁方法等多种数据源，以调和不一致性。

（3）透明海洋：探测海洋叶绿素分布最有前途的方法之一是基于激光雷达技术，即利用蓝色或绿色激光获取海洋表层下剖面的信息。

三、总结

《透视遥感：为了透明地球的下一代遥感》文章最后总结”透视遥感是一种在卫星、机载和地面平台上集成了高光谱、电磁、重力和磁力数据的新一代探测技术。随着先进遥感平台的发展，透视遥感概念带来了多层次、三维、多角度、全方位和全天候对地观测的新时代。”。

”透视遥感”这篇论文很有意思，提出了透视遥感这一新颖的概念，试图建立一个宏大的统一的理论框架来融合和协同不同的遥感探测手段，同时解决当前遥感的某些局限和问题：（1）多源遥感感知的融合与统一问题；（2）探测地球的表面信息，较难以深入地球内部的局限；（3）遥感数据提取信息的有效性和可靠性问题等。但是透视遥感的概念要具体实施，还有巨大的障碍，由于该文篇幅不长，暂时还未深入，期待还有后续的研究。此外文章中提到的探测地球内部的手段和传感器，国内外已有相应的遥感卫星，比如中国的张衡一号卫星携带有探测地球电磁场的传感器、美国的Grace重力卫星量测地球的重力场等。

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参考文献和链接

[1] Wang L., Zuo B., Le Y., et al., (2023). Penetrating remote sensing: Next-generation remote sensing for transparent earth. The Innovation 4(6), 100519.

[2] 成果速递|透视遥感：透明地球感知. https://mp.weixin.qq.com/s/zUseUXFYduyceg86lF56Ig .

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本文转载自“石头人看遥感”，原标题《下一代遥感——透视遥感？》。

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