Weitverbreitete Anwendung der hyperspektralen Fernerkundungstechnologie in meinem Land

 Unterstützung der nationalen Strategien zur „Begrenzung der CO₂-Emissionen“ und zur „Klimaneutralität“  

In den letzten Jahren sind die Begriffe „Kohlenstoffspitzenmaximum“ und „Klimaneutralität“ zu Schlagworten im Zusammenhang mit dem nationalen Wohlstand und dem Lebensunterhalt der Bevölkerung geworden. Mein Land strebt an, den Höhepunkt der Kohlendioxidemissionen vor 2030 zu erreichen und bis 2060 Klimaneutralität zu erzielen. „Emissionsreduzierung und Ausbau der Kohlenstoffsenken“ sind der Kern der Erreichung dieser Ziele und müssen parallel umgesetzt werden. Dazu wird die Bilanzierung der Kohlenstoffemissionen und -senken meines Landes auf Basis von Kohlenstoffüberwachungsdaten verstärkt. Daher hat sich die Nutzung hyperspektraler Satelliten zur globalen Kohlendioxidüberwachung zu einem wichtigen Mittel und einer anerkannten Methode entwickelt, mit der quantitative und hochpräzise Informationen über den Kohlenstofffluss auf interkontinentaler, regionaler und lokaler Ebene gewonnen werden können.

△Mein Land hat 2016 erfolgreich seinen Kohlenstoffsatelliten TanSat gestartet.

Es wird der dritte Treibhausgassatellit der Welt sein, der die globalen atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen überwacht.

Die Entwicklung einer Satellitenindustrie zur Kohlenstoffüberwachung kann hochauflösendere Daten zur Kohlenstoffüberwachung liefern und so eine kontinuierlichere lokale Überwachung sowie eine präzisere räumliche Positionierung regionaler Überwachungseinheiten ermöglichen. Dies ist vorteilhaft, um die Quellen- und Senkenmerkmale kritischer Gebiete zu klären. Gleichzeitig können in Kombination mit hochauflösenden Fernerkundungsbildern regionale Bewertungen des Kohlenstoffneutralitätspotenzials von Wäldern, städtischen Gebäuden und Straßenoberflächen durchgeführt werden.

Darüber hinaus kann die Entwicklung regionaler Kohlenstoffsatellitenkapazitäten den wissenschaftlichen und technologischen Ruf der Region erheblich verbessern, zur Schaffung einer innovativen Technologiemarke beitragen und der Hightech-Entwicklung der Region neue Impulse verleihen.

Geologische Untersuchung  

Hyperspektrale Satellitenfernerkundungsbilder zeichnen sich durch hohe spektrale Auflösung, spektrale Integration und Vorteile wie ein großes umfassendes Informationsvolumen, hohe Überwachungsfrequenz und breite Abdeckung aus. Es kann die Texturmerkmale von Geologie und Mineralressourcen genau und detailliert wiedergeben und wichtige Grundlagen und Anhaltspunkte für die Erkundung von Mineralressourcen liefern.

Mithilfe hochauflösender Fernerkundungsdaten lässt sich eine landesweite Karte der Bodenschätze erstellen. Diese dient nicht nur der Erfassung des aktuellen Stands der Rohstoffgewinnung und -nutzung, der Überwachung der Umwelt im Bergbau und der Rohstoffplanung, sondern auch der Analyse und Gewinnung objektiver Daten zur Rohstoffentwicklung. Sie bietet den Bergbaubehörden wichtige technische Unterstützung und eine fundierte Entscheidungsgrundlage für die Rohstoffplanung, die Anpassung von Genehmigungsverfahren und das Management der geologischen Umwelt im Bergbau.

Darüber hinaus kann, basierend auf der Identifizierung von Mineralien und feinen Mineralien sowie gemäß den Gesetzen der mineralischen Symbiose und der indikativen Rolle der geologischen Bedeutung der Mineralien selbst, die intrinsische Beziehung zwischen verschiedenen geologischen Faktoren intuitiv umgekehrt werden, was die Effizienz der Hyperspektralanalyse und der Problemlösung in geologischen Anwendungen verbessern kann.

 Waldgesundheitsüberwachung  

△ Waldbedeckungskarte, erstellt anhand hyperspektraler Daten im sichtbaren und nahinfraroten Bereich von Tiangong-1

Die Überwachung des Waldzustands umfasst hauptsächlich die Beobachtung des Baumwachstums sowie den Befall durch Schädlinge und Krankheiten. Traditionelle Methoden der Baumzustandsüberwachung beinhalten manuelle Vor-Ort-Erhebungen, die einen erheblichen Personal- und Zeitaufwand erfordern und oft nur punktuelle Daten liefern. Dadurch ist es schwierig, den Gesamtzustand des gesamten Waldes zu erfassen. Jedoch… Die Überwachung des Waldzustands mittels hyperspektraler Satellitenfernerkundung bietet erhebliche Vorteile wie hohe Periodizität und große Abdeckung. Dank der „Karten-Spektrum-Integration“ lassen sich durch den Vergleich der spektralen Reflexion effektiv Informationen über Waldschädlinge und -krankheiten identifizieren.

△Der rote Bereich kennzeichnet die Bäume, die als von Schädlingen und Krankheiten befallen identifiziert wurden.

Bäume, die von Schädlingen und Krankheiten befallen sind, weisen Anomalien in der spektralen Reflexion und Temperatur auf, was zu Veränderungen der Absorptions- und Reflexionseigenschaften der Blätter im sichtbaren und nahinfraroten Spektralbereich führt. Mithilfe von Daten hyperspektraler Fernerkundungssatelliten lassen sich daher Unterschiede in der spektralen Reflexion und strukturelle Anomalien durch Bildverbesserungs- und Informationsextraktionsverfahren identifizieren und somit der Gesundheitszustand der Bäume überwachen.

Notfall-Katastrophenüberwachung  

△Interpretiertes Satellitenfernerkundungsbild des Waldbrandes im Kreis Muli, Präfektur Liangshan, Provinz Sichuan, 1. April 2020

In den letzten Jahren kam es in städtischen und Waldgebieten vermehrt zu Bränden und Explosionen, die extrem schwere Schäden verursachten, wie beispielsweise die Explosion im Hafen von Tianjin, die Erdgasexplosion in Shenyang und der Waldbrand im Autonomen Bezirk Liangshan der Yi in Sichuan. Was die Brandüberwachung betrifft… Die Satellitenfernerkundung kann die Schwierigkeiten der zeitlichen und räumlichen Terminplanung überwinden und liefert Entscheidungsdaten für die Notfall- und Katastrophenhilfe.Beispielsweise nutzte das Nationale Zentrum für Satellitenfernerkundungsanwendungen des Ministeriums für natürliche Ressourcen im Jahr 2020 die Vernetzungsfähigkeit der 2-Meter/8-Meter-Optiksatellitenkonstellation umfassend, um die Entwicklung des Waldbrandes im Kreis Muli, Bezirk Liangshan, Provinz Sichuan, vom 30. März bis 1. April kontinuierlich zu verfolgen und eine Fernerkundungsbildinterpretationskarte des Waldbrandes zu erstellen. Die Überwachungsergebnisse wurden an die Einsatzleitung vor Ort übermittelt.

△ Hyperspektrales Bild des Satelliten „Environment-1“

Als Reaktion auf die meteorologischen Bedingungen, Konstellationen kleiner Satelliten können Fernerkundungsbilder der Troposphäre aufnehmen.Es kann extreme Wetterereignisse wie Taifune, Starkregen und Wolkenformationen überwachen und vorhersagen sowie Echtzeitbewertungen und Frühwarnungen zu Meereswellen durchführen. Darüber hinaus kann es über Satelliten Informationen zu Überschwemmungen während der Regenzeit gewinnen und so Daten für politische Maßnahmen in den Bereichen Wasserversorgung, Wassermanagement, Hochwasserschutz und Entwässerung liefern.

  Fernerkundung der Ozeane  

△Thematische Karte der Chlorophyll-a-Konzentration im Rahmen der Wasserqualitätsüberwachung in der Stadt Zhuhai

Die Fernerkundung der Ozeane zählt zu den Schlüsseltechnologien, die im späten 20. Jahrhundert zu bedeutenden Fortschritten in der Meeresforschung geführt haben. Ihr Hauptzweck ist das Verständnis, die Erforschung, die Entwicklung, die Nutzung und der Schutz mariner Ressourcen, wodurch sie von immenser strategischer Bedeutung ist. Mit der Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie hat sich die hyperspektrale Fernerkundung zu einem Spitzengebiet der Ozeanfernerkundung entwickelt.

Bildgebende Spektrometer mittlerer Auflösung haben sich aufgrund ihrer vielen Vorteile, wie z. B. breiter spektraler Abdeckung, hoher Auflösung und mehreren Spektralbändern, zu einem effektiven Werkzeug zur Erfassung von Ozeanfarbe und -temperatur entwickelt. Es kann nicht nur zur Messung der Chlorophyllkonzentration, des Gehalts an Schwebstoffen, bestimmter Schadstoffe und der Oberflächenwassertemperatur im Meerwasser eingesetzt werden, sondern auch zur Erkennung von Meereis, Küstenzonen und ähnlichen Phänomenen.

Zu ihnen zählen die Meeresoberflächentemperatur und die Chlorophyllkonzentration zu den grundlegenden Elementen des marinen Ökosystems. Ihre Verteilung spiegelt das Sammelgebiet und den Lebensraum des marinen Phytoplanktons wider. Sie können auch zur indirekten Überwachung oder Vorhersage der räumlich-zeitlichen Verteilung von Ressourcen wie Fischgründen und der Meereswasserqualität genutzt werden. Hyperspektrale Fernerkundungssatelliten können Bilder der Meeresoberfläche über ein weites Gebiet und unter allen Wetterbedingungen aufnehmen. Durch die Interpretation und Analyse dieser Bilder lassen sich Parameter der Meeresoberflächentemperatur und der Ozeanfarbe effektiv bestimmen und liefern so wichtige Daten für relevante Bereiche wie die Meeresumweltüberwachung und die Fischerei.Dies ist von großer Bedeutung für die Vorhersage der Meeresoberflächentemperatur und die Überwachung der Umweltbedingungen in Meeresfischereigebieten.

Fernerkundung in der Landwirtschaft  

△Feinklassifizierung von Nutzpflanzen auf Basis hyperspektraler Satellitenfernerkundungsdaten

Moderne hyperspektrale Fernerkundungstechnologien haben sich rasant entwickelt und ermöglichen die dynamische, schnelle, präzise und zeitnahe Bereitstellung vielfältiger Erdbeobachtungsdaten. Präzisionslandwirtschaft erfordert Präzision in Produktion und Ressourcennutzung sowie Genauigkeit in Management und Entwicklung. Hyperspektrale Fernerkundung wird in der landwirtschaftlichen Forschung und Technologie auf folgende Weise eingesetzt:

1. Eine Studie über den Zusammenhang zwischen dem Wachstum einzelner Nutzpflanzen und den Blattspektren der Nutzpflanzen;

2. Multitemporale hyperspektrale Daten verwenden, um spektrale Merkmale zur Identifizierung und Klassifizierung verschiedener Vegetationsarten und Nutzpflanzen zu extrahieren;

3. Schätzen Sie die biophysikalischen Parameter der Vegetation, wie Blattflächenindex, Biomasse, Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor.

4. Forschung zu Fernerkundungsinformationsmodellen;

5. Vegetationsindizes für die Landbedeckungsanalyse oder die dynamische Überwachung des Pflanzenwachstums verwenden;

6. Überwachung des Pflanzenwachstums.

△Krankheitsstress: Je gelber die Haut, desto schwerwiegender die Krankheit; je grüner die Haut, desto milder die Krankheit.

Die Entwicklung hyperspektraler Fernerkundung in der Präzisionslandwirtschaft ist von vielen Trends geprägt. Neuartige Fernerkundungstechnologien für die Präzisionslandwirtschaft bleiben ein wichtiger Forschungsschwerpunkt. Dies erfordert auch die Entwicklung und den Aufbau grundlegender landwirtschaftlicher Informationssysteme, GIS-gestützter Systeme zur Erfassung von Pflanzensymptomen und zur landwirtschaftlichen Diagnose sowie MIS-gestützter Entscheidungsunterstützungssysteme.

Stadtüberwachung  

Die Kombination von hyperspektralen Fernerkundungsdaten mit hoher räumlicher Auflösung ermöglicht die detaillierte Differenzierung urbaner Strukturen und künstlicher Objekte. Fernerkundungssatelliten erfassen nachts Strahlungsquellen auf der Erdoberfläche, wie beispielsweise nächtliche Beleuchtung und Brände, und messen so deren Helligkeit. Diese Helligkeit ist primär auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen, etwa auf Wohngebiete, Industriegebiete, die Beleuchtung von Fischerbooten oder Brände. Sie lässt sich quantifizieren, um das Ausmaß menschlicher Aktivitäten zu messen, und findet breite Anwendung in nationalen Wirtschafts- und Sicherheitsbereichen.

Satellitenfernerkundungsbilder zeichnen sich zudem durch Objektivität, Genauigkeit und Aktualität aus und bieten ein systematisches und effektives Hightech-Mittel für Stadtplanung, Bauwesen und Strafverfolgung. Sie können eine wichtige Rolle in der Stadtplanung, im Bauwesen und in der Stadtverwaltung spielen und gute Ergebnisse bei der Überwachung illegaler Bauten erzielen.Mithilfe von Satellitenfernerkundungsbildern lassen sich Bereiche mit Veränderungen bestimmter Objekte extrahieren, um illegale Landnutzung und illegale Bauten, insbesondere auf Dächern bestehender Gebäude sowie in städtischen und ländlichen Gebieten, frühzeitig zu erkennen, zu verhindern und zu bekämpfen. Dies ermöglicht zudem eine kartografische Überwachung, was die Effizienz der Durchsetzungsmaßnahmen steigert und die Kosten senkt. Darüber hinaus können hochauflösende Satellitenbilder für die monatliche, kontinuierliche Überwachung genehmigter Bauprojekte eingesetzt werden, um deren Baufortschritt während des gesamten Prozesses zu verfolgen.

Internationaler Handel und Datenfinanzierung  

Wichtige Industrieparks, Häfen und Flughäfen weltweit sind bedeutende Drehscheiben und Plattformen des globalen Freihandels. Die Beobachtung ihres Wachstums mithilfe von Satellitenfernerkundungsdaten ermöglicht es, die Dynamik des Welthandels zu erfassen. Satellitenbilder und Big Data können neue Erkenntnisse über den globalen Handel mit verschiedenen Rohstoffen (einschließlich Mineralien, Metallen, Energie, Strom, Kohlenstoffemissionen usw.) liefern und die unter der Satellitenbildebene verborgenen Informationen aufdecken, um bestimmte Handels- und Investitionsaktivitäten zu unterstützen.

Militärische Anwendungen  

Hyperspektrale Bildgebung wird aufgrund ihrer umfassenden Bodeninformationen seit jeher im militärischen Bereich eingesetzt. Praktische Anwendungen haben gezeigt, dass diese Spektralbildgebungstechnologie einen hohen militärischen Wert besitzt, weshalb der Einsatz dieses Fernerkundungssensors auf Militärsatelliten rasant zunimmt.In der militärischen Aufklärung und Tarnungserkennung kann es Ziele mithilfe eines bildgebenden Spektrometers anhand der unterschiedlichen spektralen Eigenschaften von Ziel und Tarnmaterial automatisch von getarnten Objekten unterscheiden. Bei der Untersuchung der Waffenproduktion kann der Hyperspektral-Imager nicht nur die spektralen Eigenschaften und die Existenz von Zielen erfassen, sondern auch deren Materialzusammensetzung analysieren. Er kann in Fabriken entstehenden Rauch sammeln, dessen Materialzusammensetzung direkt bestimmen und so die in der Fabrik produzierten Waffen, insbesondere Offensivwaffen, identifizieren.

Hyperspektrale Datenverarbeitungsmodule und -software werden derzeit zunehmend eingesetzt und kommerzialisiert. Als aufstrebende Technologie, die auf der Fusion von Spektroskopie und Fernerkundung basiert, zeigt die hyperspektrale Fernerkundungstechnologie unbegrenzte Möglichkeiten und eine hohe Dynamik in der Entwicklung der digitalen Wirtschaft.Es wird angenommen, dass mit der Weiterentwicklung von Hyperspektral-Vorverarbeitungs- und Informationsextraktionstechnologien die Hyperspektraltechnologie der Zukunft vielfältigere Anwendungsmodi aufweisen wird, den Nutzern direkt eine breite Palette von Informationsprodukten zur Verfügung stellen und die Bedürfnisse der Nutzer auf verschiedenen Ebenen erfüllen wird.

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