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出版日期: 2016-09-25
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DOI: 10.11834/jrs.20166230
2016 | Volumn20 | Number 5





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论文
《遥感学报》20年:从热点到前沿
expand article info 陈良富1 , 闫珺1 , 范闻捷2 , 辛晓洲1 , 赵天杰1 , 陈方1 , 吴朝阳1 , 范萌1
1. 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京 100101
2. 北京大学 遥感与地理信息系统研究所, 北京 100871

摘要

为反映《遥感学报》及中国遥感学科近20年的发展趋势,针对《遥感学报》在1997年-2015年期间出版的所有1804篇论文进行了统计分析,给出了国内高校及研究机构的发文量排名和受国家自然科学基金资助的发文情况,并对比了常设栏目和专题栏目的论文发文量及被引用情况。通过比较4个时间段内论文关键词的共现关系,反映出随着新的卫星载荷不断发射,观测技术由单一观测变为多源卫星观测,遥感定量反演模型由简单变得更为复杂,遥感技术应用也由最初的测绘、国土调查等单一应用逐渐变为多学科交叉应用,特别是在近年来国内外社会热点的驱动下,遥感技术已开始在灾害应急、全球变化、大气污染、粮食安全等领域发挥出越来越重要的作用。此外,无论是在当前遥感学科发展还是国家需求的现状下,都迫切需要建立国家级的遥感应用综合信息系统,以提高对环境和资源的宏观调控能力,为中国经济和社会可持续发展战略、布局和趋势预测,为资源管理、环境保护、防灾减灾以及实现资源环境、经济、社会的宏观调控,提供科学的数据和决策支持。

关键词

遥感学报 , 遥感 , 论文统计

Twentieth anniversary of the Journal of Remote Sensing
expand article info CHEN Liangfu1 , YAN Jun1 , FAN Wenjie2 , XIN Xiaozhou1 , ZHAO Tianjie1 , CHEN Fang1 , WU Chaoyang1 , FAN Meng1
1.Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China
2.Institute of Remote Sensing and GIS, Peking University, Beijing 100871, China

Abstract

The Journal of Remote Sensing, which printed its first issue in 1997, publishes research on remote sensing, with a focus on the real-world effects of scientific innovations. To investigate the development of the Journal of Remote Sensing and remote sensing science in China over the last 20 years, we analyzed the status and trends of 1,804 papers published in the Journal of Remote Sensing from 1997 to 2015. Based on bibliometrics, statistical investigation items are presented in this paper, including the total number of citations per year, average number of citations per paper, ranking among the top institutes and universities in terms of the annual number of published papers, annual number of papers supported by the National Natural Science Foundation of China, and so on. We also separately analyzed the quantity of publications and their citations related to standing issues and special ones. By comparing the co-occurrence relation of keywords during four periods, we conclude that with the increasing number of satellites launched successfully, quantitative retrieval models tend to become highly complex, and satellite observation technologies change from single-sensor satellite remote sensing to multi-sensor satellite remote sensing. In addition, a large number of remote sensing studies focus on multi-disciplinary crossing research, including disaster response, global change, air pollution, and food security. In this context, establishing national remote sensing application systems is imperative. Such systems will improve the state's capacity for macro-control of the environment and resources, and they can provide a scientific basis and decision support for resource management, environmental protection, disaster reduction, and macro-control.

Key words

Journal of Remote Sensing , remote sensing , statistical analysis of papers

1 发表论文情况概述

为分析《遥感学报》自1997年创刊以来的论文情况,本文中所有统计数据均来自“中国知网”数据库(数据库统计时间为2016年5月),针对检索时间范围为1997年—2015年、检索文献来源为《遥感学报》的所有出版论文进行统计与分析。本次共统计得到出版论文总数为1804篇。

对《遥感学报》出版论文数量进行年度统计后发现,1997年—2015年的19年间,年度发文量趋势变化明显,有较大起伏(图 1)。其中,1997年—1999年间,年发文量从1997年创刊时的83篇下降到1999年的历史最低值54篇;2000年—2006年间,年发文量逐步升高,达到2006年的历史最高值132篇;2007年—2015年间,年发文量总体呈现下降趋势。1997年—2015年年平均发文量达到95篇。

图 1 1997年—2015年各年发文量年度变化
Fig. 1 The annual number of papers published by Journal of Remote Sensing from 1997 to 2015

1.1 研究机构和高校发文情况

《遥感学报》在1997年—2015年总发文量最多的10所研究机构及高校依次为:中国科学院遥感与数字地球研究所(468)、北京师范大学(172)、武汉大学(105)、中国科学院地理科学与资源研究所(96)、中国科学院研究生院(81)、南京大学(64)、北京大学(60)、中国气象局卫星气象中心(41)、国防科技大学(33)和浙江大学(33)(图 2)。其中,中国科学院遥感与数字地球研究所的发文量1997年—2012年间的年度发文量始终排名第一,2007年的发文量明显下降,与此同时,除中国气象局卫星气象中心之外的8个研究机构和高校的年度发文量都有不同程度的上升(图 3)。

图 2 1997年—2015年国内研究机构及高校的发文量(前10名)
Fig. 2 Ranking among the top 10 institutes and universities in the annual number of published papers
图 3 1997年—2015年国内高校及研究机构发文量年度变化(前10名)
Fig. 3 The annual publication numbers of top 10 institutes and universities from 1997 to 2015

1.2 基金资助情况与特点

在《遥感学报》刊出论文受基金资助情况方面,1997年—2015年资助论文总数最多的10项基金依次为:国家自然科学基金(813篇)、国家高技术研究发展计划(863计划)(392篇)、国家重点基础研究发展计划(973计划)(294篇)、中国科学院知识创新工程基金(186篇)、国家科技攻关计划(93篇)、国家科技支撑计划(69篇)、高等学校博士科学点专项科研基金(50篇)、中国科学院“百人计划”基金(46篇)、教育部留学回国人员科研启动基金(40篇)和中国博士后科学基金(21篇)(图 4)。其中,针对资助论文数最多的“国家自然科学基金”进行统计分析,由图 5可以看出2007年—2015年期间受到“国家自然科学基金”资助的论文数量较1997年—2006年有显著增加。“国家自然科学基金”年均资助《遥感学报》论文41.6篇,2005年开始,每年受资助论文数均高于19年中的平均水平。

图 4 1997年—2015年受基金资助的论文发文量(前10名)
Fig. 4 The total publications supported by the top 10 funding projects,respectively
图 5 1997年—2015年年度国家自然科学基金资助的论文发文量
Fig. 5 The annual number of papers supported by National Natural Science Foundation of China from 1997 to 2015

2 常设栏目和专题栏目发文情况

2.1 常设栏目发文情况

《遥感学报》自2001年起,设立“综述”、“遥感应用”、“技术方法”和“基础理论”4个常设栏目,2001年—2015年期间每年各常设专栏的发文量如图 6所示,15年间常设栏目的发文量排序,依次为“技术方法”、“遥感应用”、“基础理论”和“综述”。除2008年“遥感应用”栏目发文量略高于“技术方法”外,其他年份中“技术方法”栏目发文量均显著高于“遥感应用”。2001年—2015年,“综述”栏目每年的发文量均控制在10篇以内。2001年—2008年期间,“基础理论”栏目每年的发文量均在10篇以上。

图 6 2001年—2015年4个常设栏目年度发文总量情况
Fig. 6 The annual publications of four standing issues from 2001 to 2015

图 7中给出了2001年—2015年4个常设栏目的年被引频次,其中,在绝大多数年份中,年被引频次最高的栏目为“技术方法”,次高的栏目为“遥感应用”,最后为“综述”和“理论基础”。2001年、2004年、2005年和2006年,“技术方法”栏目下出版论文的年被引频次均超过1500次,且在2001和2004年超过2000次。2002年、2004年、2005年和2007年,“遥感应用”栏目下出版论文的年被引频次均超过1000次,且在2002年超过1500次。“综述”和“基础理论”栏目的年被引频次分别于2002年和2003年超过500次,这两个栏目因本身发论文量相对较少,年被引频次也明显低于“技术方法”和“遥感应用”两个栏目。

图 7 2001年—2015年常设栏目年被引频次
Fig. 7 The annual citations of four standing issues from 2001 to 2015

2.2 专题栏目发文情况

除常设栏目之外,《遥感学报》还根据科研应用和社会所关注的热点,不定期地策划出版专题性专栏,截止至2015年12月,共设立31项专题专栏。例如,应对重大疾病和自然灾害的“四川汶川地震遥感监测评价专栏”、“SARS疫情时空分析与空间辅助决策支持研究专栏”、“2010玉树地震遥感应用专栏”和“汶川地震灾后生态环境遥感监测专栏”;关注社会民生热点的“灰霾遥感专栏”;反映遥感领域及其相关学科前沿技术的“黑河综合遥感联合试验专栏”、“极地遥感专栏”等。专题专栏的设立助于科研工作者集中高效地了解遥感及地球信息科学领域的新理论、新方法及新的应用领域,为新思路的产生创造条件,为新技术的提出铺平道路。

在31个专题专栏中,“环境遥感”专栏的总被引频次达到587次,为最高被引专栏,其次为被引500次的“四川汶川地震遥感监测评价专栏”。值得注意的是,“四川汶川地震遥感监测评价专栏”的被引频次远高于同期和前期的绝大多数专栏,这不仅反映了国内学者自汶川地震之后对灾害遥感的高关注度,同时也反映出了灾害遥感技术近年来的高速发展。此外,2013年的“极地遥感专栏”和“灰霾遥感专栏”的被引频次也都远高于2000年—2012年期间的绝大多数专栏,这说明全球气候变化、大气污染等国际社会热点问题已引起了国内学者越来越高的关注,遥感技术正越来越多地被应用于为解决区域或全球尺度问题提供政策决策支持。同时也可反映出所出版论文对于国内同一领域研究学者的影响力和指向性也越来越强。

3 研究态势与热点问题演化

3.1 研究领域发文特点与态势

根据单篇论文的研究内容,将1997年—2015年来《遥感学报》出版的1804篇论文划分为“遥感应用领域”和“遥感基础研究”两大类,分别统计每类论文在各年份的发文量(图 8)。统计结果表明,“遥感应用领域”的发文量远高于“遥感基础研究”的发文量,体现出遥感作为一门新兴科学技术,具有广阔的应用空间,并在国家决策的诸多层面得到了越来越多的应用。“遥感基础研究”发文量虽然相对较少,但是近几年已有逐渐上升的趋势,这意味着随着遥感学科在中国几十年的发展,国内学者已不仅仅停留在遥感数据应用层面,逐渐开始重视遥感学科中的基础理论研究和机理性问题解决。

图 8 1997年—2015年各年遥感应用领域及基础研究两个类别的发文量对比
Fig. 8 The annual publications in the two fields of remote sensing application and basic research from 1997 to 2015

将《遥感学报》出版的“遥感应用”1557篇论文按应用领域细分为“大气遥感”、“植被遥感”、“土地利用及土壤遥感”、“生态遥感”、“水文遥感”、“地质遥感”、“环境健康遥感”、“3S技术”、“遥感图像处理”和“灾害遥感”10类进行分类统计。1997年—2015年《遥感学报》在上述10个领域的发文量依次为84篇、248篇、122篇、107篇、142篇、52篇、10篇、295篇、435篇和62篇,分别占比5.39%、15.93%、7.84%、6.87%、9.12%、3.34%、0.64%、18.95%、27.94%和3.98%(图 9)。

图 9 1997年—2015年发各遥感应用领域发文总量
Fig. 9 The total publications for different applications of remote sensing from 1997 to 2015

在上述10个领域中,“3S技术”、“遥感图像处理”和“植被遥感”3个领域占10个应用领域发文总量的60%以上。其中,“遥感图像处理”论文占比最高,说明图像处理理论和方法的研究还是国内遥感研究的主要内容。“3S技术”论文所占比例在第2位,说明遥感与GIS、GPS相结合也是目前国内遥感学科应用的一个重要研究方向。虽然“大气遥感”类论文发文量并不高,但仍呈现上升趋势,意味着随着近年来大气污染问题越来越突出,将大气遥感技术应用于更大区域范围内大气环境监测已开始逐渐被国内科研工作者重视。“灾害遥感”论文的总发文量相对较低,但是在灾害发生的年份,由于遥感手段在灾害应急和灾后重建方面有着十分重要的应用,该类论文的发文量会有明显的增加(图 10)。“环境健康遥感”是近几年发展起来的新的遥感应用方向,主要研究与人类生活直接相关的环境、健康等关键影响因素的遥感诊断方法,随着遥感技术的提高和人们对生活质量要求的提高,将会有广阔的发展空间。将1997年—2015年19年分为1997年—2006年和2007年—2015年两个时间段,分别统计两个时间段在上述10个领域的发文量比例。统计结果表明,“遥感图像处理”、“植被遥感”、“生态遥感”和“水文遥感”所占比例基本没有变化。“大气遥感”、“地质遥感”、“3S技术”和“灾害遥感”所占比例有所增加(图 11)。

图 10 1997年—2015年各遥感应用领域年发文量
Fig. 10 The annual publications for different applications of remote sensing from 1997 to 2015
图 11 遥感应用领域各类别分别在1997年—2006年和2007年—2015年发文总量情况
Fig. 11 The ratios of publications for different applications of remote sensing in the two periods (1997—2006 and 2007—2015)

3.2 研究热点问题演化

采用CiteSpace软件(版本:3.9.R5)对《遥感学报》在2015年前出版的所有论文的关键词进行聚类统计分析。聚类分析的过程中选取出现频次最高50的关键词,选取出现频率为2次及以上的关键词生成节点,节点大小设置为200。图 12中面积较大的圆圈即为出现频次较高的关键词,颜色越暖说明这一词汇出现的年份越晚。通过这些频次较高的关键词及与其共现关系密切的关键词的组合,可以揭示《遥感学报》所刊登文献研究主题的特征。

图 12 1997年—2001年度《遥感学报》关键词共现关系
Fig. 12 The co-occurrence relation of keywords during the period from 1997 to 2001

1997年—2001年期间是《遥感学报》创刊的第1个五年,也是中国遥感应用基础研究不断加强、遥感应用体系初步形成的阶段。尽管这一阶段国际研究已经开始分析全球气候变化引起的物候、灾害(火山爆发等)、极端气候等对碳水循环的影响,国内这一领域的研究主要集中于土地利用/覆盖变化的遥感监测,处于数据和方法的积累与探索阶段。从图 12可以看出,这一时期,《遥感学报》论文有关光学定量遥感的关键词较多,集中在反演算法和BRDF两个方面,涵盖了热红外的发射率、气溶胶光学厚度、BRDF、反照率、叶面积指数、植被指数等多个物理量,采用的反演算法则涵盖了神经网络、遗传算法、小波变换、不确定性分析等多种算法,所用数据包括了AVHRR、高光谱数据,与国际上的热点研究方向同步。但由于相关研究还在起步阶段,相关文章的数量较少,关键词呈现比较分散的特征,关键词之间,特别是反演与BRDF间的关联度不够。同时,该阶段正值国家“九五”攀登计划“地表能量交换的遥感定量研究”执行的中后期与定量遥感的第1个“国家重点基础研究发展计划(973计划)”项目“地球表面时空多变要素的定量遥感理论及应用”的启动期,也是国内对光学遥感数据地应用从定性走向定量的关键时期。在BRDF模型的基础上,中国科学家针对热红外遥感中非同温混合像元的发射率概念模型,发展了热红外辐射方向特性模型,并建立了遥感信息定量反演模型,精确反演地表温度和发射率。该阶段遥感应用基础研究存在的主要问题是:国家经费投入不够,研究比较分散,从事遥感基础研究的队伍还较少。“人工神经网络”是20世纪80年代以来人工智能领域兴起的研究热点,90年代后逐渐在遥感领域得到应用,国内首届神经网络大会于1990年12月举行,并主要用于遥感反演。欧洲太空局分别于1991年和1995年发射了ERS-1和ERS-2遥感卫星,其搭载的“散射计”能够实现全球地表“后向散射系数”的快速测量,主要用于海面风场和温度的监测。中国在20世纪90年代也加强散射计系统的研制,同时有关“散射计”的海洋和陆地应用研究逐渐兴起,为中国的海洋动力坏境卫星(海洋二号)奠定了基础。中国经过“八五”、“九五”的攻关研究,遥感、GIS和GPS的综合配套能力开始形成,为3S技术走向实用奠定了基础。遥感图像处理基础软件的开发,高光谱图像处理与分析系统的开发等表明中国遥感信息处理和分析技术能力也在不断提高。许多应用部门结合应用分别建立了NOAA-AVHRR和MODIS数据地面接收站。中国遥感卫星及其地面基础设施发展迅速,但开展的遥感应用针对性还不够强,建立的系统可用性、可靠性、稳定性存在不同程度的问题。整体水平与国际先进水平之间存在较大差距,而且呈现差距加大的趋势,不能满足各行各业对遥感信息越来越高的需求。

2002年—2006年期间,关键词的种类和数量均较第1个五年有了一个爆发式的增长,《遥感学报》发表文章除了关注传统研究领域以外(如GIS、遥感影像分类等),以“MODIS”、“高光谱遥感”为关键词的研究论文不断出现(图 13),考虑到此时MODIS传感器刚发射不久,说明中国科学家已经从最初的“跟进式”研究向“探索性”研究过渡,由此带来的关于高光谱、多角度、以及遥感建模领域的文章都不断涌现。该阶段中国各个应用领域使用的卫星遥感数据大多来自美、法、加等国的遥感卫星。气象卫星已发射多颗,但工作稳定性较差、寿命较短,难以满足国内气象部门和有关单位对其数据的要求,因此国外卫星MODIS、CBERS、SPOT逐渐取代AVHRR逐渐成为研究与业务应用的主要数据源。随着新型传感器的不断涌现,除了NDVI外,BRDF、叶面积指数研究,热辐射模型、多角度遥感及相关关键词也开始出现,这与“国家重点基础研究发展计划(973计划)”项目的研究方向极为吻合,也显示出了该项目对这一方向的推动作用。在此期间,理论上从定性发展到定量,从正向辐射传输模型,发展到对辐射传输模型的定量反演;从分散(如局限于光学或热红外或微波)发展到集成多个波谱区间。模型的种类和复杂程度有了明显提高,模型与反演方法、数据与参数、方法与应用之间的关联度也有了明显的增加,热红外波段的模型成为研究的热点,农田“方向亮温”的精确模拟成为研究者的目标,同时“多角度”遥感模型以及“组分温度”反演也标志着国内研究紧随国际前沿的态势,而“波谱库”与“反演”之间的关系也意味着更加符合国内实际情况的先验知识在研究中得到重视。技术上,从单一波段发展到多波段、多角度、多极化(偏振)、多时相、多模式,从单一遥感器到多遥感器的结合,出现了多角度遥感辐射测量技术和激光雷达技术。其中,中国科学院遥感与数字地球研究所自2003年11月开始接收ENVISAT-1卫星数据,有效推动了国内“SAR图像”的处理与应用研究,包括图像“斑点噪声”抑制、图像“纹理”信息提取、地物识别与“遥感分类”,所使用的方法涉及“小波变换/分析”、“主成分分析”、“边缘检测”等,同时“极化干涉”技术逐渐成为热点。“十五”期间“国家高技术研究发展计划(863计划)”高技术计划,专门设立了以商业化运行为目标的航空遥感机载系统的研制和以产业化为目标的遥感图像处理系统的开发。另外,机器学习算法对遥感分类领域影响很大。随着2003年非典型性肺炎(“SARS”)危机,对公共卫生领域特别是流行病、传染病的发生、扩散进行遥感分析得到了遥感研究人员的重视,并成为一个新的遥感研究方向。目前国内外在遥感技术支持下的疫情监测研究主要集中在实验型研究阶段,已有的成果仅局限于理论方面的探索研究,相应的理论、方法、模型、技术流程尚不成熟。结合灾前预警、灾后疫情发生特点和综合减灾的实际需求,加强遥感技术支持下的灾前预警、灾后疫情监测体系建设工作迫在眉睫。

图 13 2002年—2006年度《遥感学报》关键词共现关系
Fig. 13 The co-occurrence relation of keywords during the period from 2002 to 2006

2007年—2011年期间,遥感技术在环境和自然灾害领域的关注度显著增强。随着遥感技术的快速发展,尤其是空间分辨率正在以每10年一个数量级的速度提高,对同一个地面目标进行重复观测的时间间隔日益缩短,在自然灾害监测、评估、预警等各个方面有着广泛的应用(图 14)。如中国2008年汶川地震、2010年玉树地震、2011年舟曲泥石流等重大自然灾害中遥感技术发挥了重大作用。遥感技术在自然灾害领域中的应用研究主要受数据源(卫星传感器,如MODIS、Landsat、ASTER等)、数据处理算法(如NDVI、变化检测)的影响,成熟的遥感数据处理算法并不多,关键词中只出现了NDVI方法,说明这个方法在自然灾害方面应用广泛;变化检测方法中目前还未有代表性、广泛应用的相关算法,需要在以后的研究中加大这方面的研究力度。在全球变化遥感领域,一个主要研究内容是基于多源遥感数据的植被监测,如基于长时间序列遥感数据的叶面积指数遥感反演、由此涌现了以“时间序列”、“植被指数”、“叶面积指数”等为关键词的文章,同时“MODIS”为关键词的文章也进一步增加。遥感模型与反演领域方面的研究延续了上一阶段的特点,“辐射传输模型”,“几何光学模型”、“BRDF”,“地表温度”等依然是研究的热点,而“蒸散发”遥感的研究也逐渐增多,说明国内学者对这一变量的认知和需求有了质的飞跃,与此相关的遥感“数据同化”研究热点也与国际同期出现。国产卫星数据如CBERS,HJ等的研究逐渐增多,标志着国产卫星数据在定量遥感研究中受到重视。同时,这一阶段SAR卫星系统发展迅速,除了ALOS卫星搭载的相控阵型L波段合成孔径雷达(PALSAR),以及RADARSAT-2卫星可以提供VV、HH、HV、VH等多种极化方式的C波段观测外,这一时期也是中国首颗S波段合成孔径雷达环境1C卫星的工程研制阶段,有效推动了的SAR遥感理论与应用研究,包括SAR图像模拟分析、“影像融合”、基于“变化检测”的地物识别和建筑区“信息提取”,并在2008年“汶川”大地震以及2010年玉树地震中发挥了重要作用。围绕“SAR”和“MODIS”的应用和分析也成为该时期的研究热点。多源多时相遥感数据融合,可以提高环境监测的正确性,同时可以发挥各自的优势。目前数据融合、信息融合的研究做得较多,一般对全色和多光谱光学波段的数据融合处理取得的进展比较令人满意。但是如何更好地融合可见光,近红外和短波红外的图像与热红外和雷达图像数据,还需要深入探讨。至于特征(如线性结构)和信息(如地表类别、以及温度、蒸发、土壤湿度等某种地表物理或化学参数)层面的融合,研究得还相对较少,仍然需要做大量的研究工作。

图 14 2007年—2011年《遥感学报》关键词总体特征
Fig. 14 The co-occurrence relation of keywords during the period from 2007 to 2011

2012年—2015年期间,卫星遥感正向高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率的方向不断发展,大气污染问题成为人们关注的热点。使用遥感技术不但可以对大气环境以及污染的变化趋势进行监测,同时还可以及时定位并跟踪突发性污染事件,保证相关部门能够及时地采用对应的措施来进行处理,进而实现减少大气污染损失的目的。近年来随着卫星遥感技术的迅速发展,通过气溶胶光学厚度(AOD)间接反演PM2.5已成为监测大气污染的重要技术手段。随着与PM2.5排放源相关数据的不断获取,形成PM2.5关联的海量和动态的人类活动观测大数据,进而基于人工智能技术构建大数据模型模拟PM2.5时空分布将成为新的国际研究热点。在全球变化研究领域,这一时期围绕“MODIS”这一关键词的研究论文呈现了“爆发式”的增长,原因之一是2009哥本哈根会议后,以遥感数据为基础,生态模型为支撑的全球变化与碳循环、水循环等方面的研究得到了进一步重视,反映了中国学者在跟踪国际前沿和热点领域的敏锐与进步。在遥感模型与反演领域,“MODIS”依然是这个方向最主要的数据源,对“尺度效应”,“尺度转换”、“混合像元”,“协同反演”等问题和方法的研究标志着国内学者对相关领域的认识逐渐成熟,在紧随国际同行脚步的同时,独立提出科学问题和研究方向;另一个标志性的热点是“GLASS”,代表着中国自主生产的高水平遥感产品的诞生,受到国内外同行的广泛认可。“地表能量平衡”,“地表蒸散”,“fluxnet”等热点出现说明相关研究持续受到关注,并成为一个重要方向。纵观4个阶段,“不确定性分析”,“真实性检验”等热点的出现,说明研究者在遥感反演方法以外同样也关注反演产品的质量和可靠性。微波遥感研究方面,伴随“AMSR-E”逐渐形成近十年的有效观测数据,被动“微波遥感”在冰冻圈的应用成为热点,包括对全球变化较为敏感的“南极”和“北极”地区、积雪深度反演以及“海冰密集度”反演。同时随着卫星遥感技术以及多源数据的发展,地表参数的主被动“协同反演”成为热点问题,特别是光学和微波数据结合的“土壤水分”反演。此外,在测绘领域,2013年12月“嫦娥三号”顺利升空,围绕“区域网平差”、“光束法平差”、“区域网平差”等的研究也具有较高的热度,同时也表明中国的自主创新能力正在不断增强(图 15)。

图 15 2012年—2015年遥感学报关键词总体特征
Fig. 15 The co-occurrence relation of keywords during the period from 2012 to 2015

4 展 望

《遥感学报》在1997年—2015年间所刊出所有论文的统计结果不仅反映了近20年来中国遥感学科研究的快速发展,还揭示了20年间不同阶段国内学者研究热点的迁移变化特征。鉴于遥感技术快速、准确、经济、有效的优势,今后随着新卫星载荷的不断发射升空,遥感将与其他学科的交叉结合越来越密切,同时遥感模型也会越来越复杂,以下将针对几个热点和重点研究领域的未来研究和发展方向进行讨论和展望。

(1)遥感与全球变化研究。今后,遥感在全球变化研究领域中的覆盖面将更加广泛(Myneni等,1997; Cao和Woodward,1998),研究对象包括植被、大气、冰山、海洋等,研究面也会进一步拓宽,如物候变化、极端气候、自然灾害等对环境的影响以及反馈机制。这些研究的一个重要支撑是包括遥感数据在内的多种数据的积累与处理,如时间序列遥感数据、气象数据、其他辅助数据等。由此涉及的数据噪声分析与剔除、高性能计算、多源数据融合与同化等都需要进一步深入研究。未来全球变化遥感研究的热点可能包括:

● 全球变化对陆地生态系统的影响,研究土地覆盖变化、极端气候变化、自然灾害等对陆地生态系统碳、水循环的影响及其相互作用反馈机制;

● 大气痕量气体、污染物遥感监测及其演化规律与驱动因子研究;

● 极地遥感与安全性评估;

● 海洋通量变化及生物化学过程与气候变化的响应。

(2)光学遥感建模与反演。在今后的研究中,光学遥感模型与反演必定还是遥感研究的热点方向,相比最初的致力于某个模型、某个变量的反演研究,研究将更加综合、更加面向如全球变化、城市化等实际问题(Liang,2003; Tang 等,2010; Xu 等,2015),为了满足这些需求,研究必将侧重于多源数据的融合与协同、复杂地形区的适用性,时空尺度转换等前沿问题。其中,复杂地表的辐射传输建模是近期及未来重点关注的科学问题,在这方面的进展预期为混合像元参数反演带来新的思路和方法。在参数反演方面,基于多源数据的反演策略和方法研究将成为主流,重点关注多源数据融合的新技术和新方法,适用于多源遥感数据联合反演的模型,以及新增数据在反演过程中的信息增量和误差传递等问题。在蒸散遥感的研究中,有较多的研究是针对某个区域、特殊地类、或者某个传感器的算法和个案研究,较少针对全球尺度,多种地类的方法研究,全球性产品方面的研究也不多见。建立全球产品算法库,研究特殊气候、地形和区域的反演算法,开展反演产品的时空滤波和填补等工作都将是未来关注的重点。由于卫星观测对同化的意义,使传统的点尺度陆面过程模式的预报算子必须适合卫星观测数据格网尺度的需求,而且网格尺度中混合像元的复杂下垫面(地表)正向辐射传输过程,也应该是和遥感建模需要考虑的重要内容,所以遥感数据同化方法及其辐射传输模型是当前陆面数据同化中的热点和重点之一。从遥感产品角度出发,开展长时间序列遥感数据集的建立、交叉定标、数据融合、时空滤波、数据同化等工作,建立长时间序列的全球辐射与能量平衡数据集。

(3)微波遥感建模与反演。微波遥感建模中逐渐摒弃一些简单化的假设处理,向更加精细的方向发展,使得建模更加贴近地表的真实场景情况,比如积雪建模对于微观结构的准确描述,土壤建模中对于分层结构的考虑,以及复杂地表状况下(地形起伏、参数异质性)的前向模拟等;同时逐渐向综合集成性方向发展,以适应不同观测模式、不同频率、不同极化和不同角度的建模与反演需求。相应地,地表参数的反演算法更为复杂,同时由于模型参数的增加,往往无法直接获取解析解,因此反演算法也更多地采用数值方法。水循环与水资源是国家的重要战略资源之一,微波遥感在水分相关要素(土壤水分、地表冻融、雪水当量、降水、海面风场及盐度)的探测方面具有优势,并且具备全天时、全天候的特点,同时随着合成孔径技术和主被动微波联合观测技术的发展,多传感器的综合观测与协同反演技术将是未来发展的主要方向。微波遥感观测包括星载辐射计和散射计具有高时间分辨率的特点,能够在2—3 d快速实现全球覆盖,这为水文学等相关地学的发展提供了一种全新的方式;同时,历史数据的不断积累以及新的卫星发展将促进遥感大数据的形成,基于海量观测数据的长时间序列反演技术与产品将成为未来研究的热点,这将极大地满足地球系统科学的发展需求,未来微波遥感产品同地球系统数值模拟(包括水循环、碳循环、能量平衡)的交叉、结合与对比有望产生重大科学突破。

(4)“3S”一体化集成趋势。信息共享的需要、地球空间数据和生态环境数据具有的空间分布式、动态时序等特点,将推动着“3S”技术的进一步融合集成。未来以遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)作为主体构成的空间信息集成技术系统将完成其从理论、方法、技术框架到实施步骤的研究和应用,形成具有多维信息获取与实时处理特点的新的综合技术领域。“3S”一体化集成正在向着快速、精确、实用和深入的方向发展。全球定位系统为遥感对地观测信息提供准实时或实时的定位信息和地面高程模型;遥感为地理信息系统提供自然环境信息,为地理现象的空间分析提供定位、定性和定量的空间动态数据;地理信息系统为遥感影像处理提供辅助,用于图像处理时的几何配准和辐射订正、选择训练区、辅助关心区域等。

(5)国家遥感应用综合信息系统的建立与应用。空间信息数据库是建立遥感应用系统和业务运行系统的重要基础,是地理空间信息技术的基础,也是国家信息基础设施建设的重要内容。当前缺乏全国性有关资源、环境、灾害、经济、社会之间相互作用与演变的时空分布与发展的基础信息,因而难以在此基础上进行遥感应用各领域,如灾害、环境与资源、农业等的定量研究和评价,难以做到较准确掌握经济和社会发展对环境和资源所造成的冲击规模、强度和趋势以及资源环境、灾害等对社会的反馈作用(邱金桓 等,2005; 杨思全 等,2007; 郭晓宁 等,2016)。为了改变这种被动局面,有必要建立这样的信息系统以提高对环境和资源的宏观调控能力,为中国经济和社会可持续发展战略、布局和趋势预测,为资源管理、环境保护、防灾减灾以及实现资源环境、经济、社会的宏观调控,提供科学的数据和决策支持。

参考文献(References)