2012年11月1日上午，中國測繪學會2012年綜合學術年會在西安曲江國際會議中心開幕。

　　本屆年會以“創(chuàng)新理念 共謀發(fā)展 構建數(shù)字中國 探索智慧未來”為主題，來自全國測繪地理信息產(chǎn)業(yè)界、各相關領域和港澳地區(qū)的3000多人參加大會。

　　武漢大學測繪學院院長、中國工程院院士李建成在大會中作了題為《衛(wèi)星測高技術的研究進展》的報告。

　　以下為報告內(nèi)容：

　　尊敬的各位代表、各位領導，今天借中國測繪學會年會，我向大家匯報一下衛(wèi)星測高技術的研究進展。

　　大家知道GPS的出現(xiàn)使我們導航、地理信息系統(tǒng)發(fā)生了一場深刻的革命，這個革命主要體現(xiàn)在這種技術的出現(xiàn)，使我們可以直接測定它的目標，不需要我們丈量邊長和角度來傳遞它的邊差。今天正好是應用衛(wèi)星測高技術20年，衛(wèi)星測高技術最早是在73年開始實施，92年由于把GPS加在衛(wèi)星測高儀上引發(fā)了監(jiān)測。

　　衛(wèi)星測高技術研究大洋環(huán)流(PPT展示內(nèi)容)，從這張圖可以看出，事實上大洋環(huán)流不光停留在表面，海底和海面有大洋環(huán)流，我們衛(wèi)星測高技術主要監(jiān)測環(huán)流。地球有五個圈層，其中水圈海洋那是我們能量交換的重要圈層，也就是水圈，所以大洋環(huán)流衛(wèi)星測高技術里面起了非常非常重要的作用。下面我從四個方面給大家說一下衛(wèi)星測高技術的原理、技術進展、現(xiàn)狀和成果。

　　最早GPS是1969年考拉提出來的，它的原理非常簡單，我們由于海洋它是液態(tài)的，不能進行埋設，我們在陸地上可以埋設，海洋上無法埋設，海洋只有通過衛(wèi)星精密的軌道。衛(wèi)星飛過來以后，我們可以實時測定衛(wèi)星到海平面的高度，這個高度只要我們記下時間和坐標就可以了，遺憾的是我們只能測定衛(wèi)星高度到海平面的距離。我們利用衛(wèi)星大地測量的原理，衛(wèi)星精密軌道定位的原理，可以確定衛(wèi)星到軌道面的距離。由于它幾何坐標和陸地上一樣，海平面有海面地形，海面地形在全球最高2米，最低也是負2米。海面地形包括豐富的海洋動力學信息，就是水往低處流，所以大地測量學家在過去海洋監(jiān)測當中具有非常好的貢獻，就是衛(wèi)星測高基本原理。經(jīng)過各項改正，包括儀器改正、電離層改正、對流層濕分量和干分量改正，海況偏差改正，逆氣壓改正，海洋潮汐改正，固體潮改正，極潮改正。在GPS出現(xiàn)之前，人們試圖利用激光追蹤站，激光追蹤站再多，在地面上也是有限的，尤其在海面上基本上不可能設置很多激光追蹤站，所以在1992年美國和法國的一顆衛(wèi)星首次加載了GPS，那個時候開啟了衛(wèi)星重力的新紀元。GPS不僅是我們地面上一個重要手段，也是目前我們所有測繪衛(wèi)星的一個重要的有效整合，沒有它無法定位。大地測量衛(wèi)星需要精良的軌道，因此是難度最大的衛(wèi)星。從1969年到1973年，我們?nèi)祟愓莆盏男l(wèi)星已經(jīng)非常非常多了，發(fā)射了系列衛(wèi)星，我們國家也發(fā)射了一顆海洋2號衛(wèi)星，事實上在國際上大部分衛(wèi)星測高主要為了大地測量的目的。

　　這個是一張時間表，雖然它失敗了，大家可以看到這個衛(wèi)星的軌道高度逐漸趨于合理，通過實踐當中從400公里，第二顆衛(wèi)星就達到了正確的認識，科學家認識到這個數(shù)據(jù)非常珍貴，7、8年以后美國發(fā)射了著名的一顆衛(wèi)星，全球重力數(shù)據(jù)的獲取，如果用人工的，或者用船測的幾乎無法實現(xiàn)，只有通過連續(xù)的衛(wèi)星觀測。這個衛(wèi)星的數(shù)據(jù)是97年在國際上的壓力下才釋放出來，西方國家在譴責美國的同時，歐洲發(fā)射了ESY衛(wèi)星，它的衛(wèi)星軌道定位的精度我們很難想象，達到一個厘米的進度，這個科學家是我們中國的華人，后來ESY這個衛(wèi)星由于跟蹤系統(tǒng)不太好，所以95年又發(fā)射了第二顆衛(wèi)星。我們?nèi)祟悘?5年開始已經(jīng)獲得了近連續(xù)的實時的衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)，就是海平面的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

　　我們國家的海洋2號衛(wèi)星，從2001年開始論證，整整論證了10年，終于在2011年8月15號發(fā)射了，雖然我們當時參與了很多論證，但是無論是在衛(wèi)星的高度還是重復周期都不盡合理，但是已經(jīng)發(fā)射。重復周期我們采用14天和168天，一般是15—17天左右，正好是一個海洋潮汐，海洋動力學其中有一個重要任務就是來監(jiān)測海洋潮汐現(xiàn)象，所以我們國家這顆衛(wèi)星在理論上不完全科學，因為我們是后發(fā)的。海洋衛(wèi)星系列，2012、2015、2019年繼續(xù)要發(fā)，這個衛(wèi)星測高質量非常寶貴，對于我們大地研究和海洋研究是非常重要的信息。海洋2號采用了Ku和C波段測高儀，還有DORIS系統(tǒng)，GPS前身是多普勒，放在地面上用監(jiān)測衛(wèi)星就是GORIS，這是目前上全球最完善的一個跟蹤系統(tǒng)。先執(zhí)行兩年的14天重復周期觀測，然后執(zhí)行一年期的大地測量漂移軌道。

　　海洋衛(wèi)星軌道高度在800—1300公里，而傾角是82度，所以國際上以美國和歐洲為代表的發(fā)射NASA，用激光原理來測內(nèi)陸冰的冰面高度，當然還要研究環(huán)境變化。搭載的主要是GLAS系統(tǒng)，另外攜帶有三個同樣的激光發(fā)射器，ICE壽命一般是三年，但是大約是33天到55天之間。ESA歐洲空間局，主要是為了科學研究，其次是為軍事，基本軍事占的成分非常非常少，05年發(fā)射了首顆冰層的探測衛(wèi)星，由于火箭發(fā)生了故障，損失了大約1個億歐元。包括西部的冰川融化這也是一項重要的內(nèi)容，因為牽扯到我們將來的長江流域和黃河流域，主要在西部，它的源頭主要依靠冰雪消融。雷達空間分辨率極高，足以探測到北極的浮冰和冰裂。近極衛(wèi)星軌道，可以獲得整個北極盆地的全視圖。新型的測高儀技術，現(xiàn)在采用更高分辨率，波長更短，同時滿足精度和分辨率的要求，主要從Ku—Ka，頻率更高;測高方法的改變，單點到面掃描;衛(wèi)星數(shù)目的改變從單顆到星座;信號源的改變GPS反射信號。衛(wèi)星測高到Ka波段提高了近3倍的頻率，地物分辨率更高。星下點雷達高度計/雷達干涉計。另外就是測高衛(wèi)星星座，假如說我們一顆衛(wèi)星上測定的，隔一個月得到的同樣一個地點的海平面高度，如果我們有24顆衛(wèi)星，每個軌道面上有8顆衛(wèi)星，我們設置3個軌道面，那我們觀測的數(shù)據(jù)就非常客觀了，我們?nèi)旌蟮膶崟r監(jiān)測海平面的高度，同時的。

　　另外就是GNSS，這個分辨率低，精度高。包括印度也準備在明年發(fā)射衛(wèi)星測高技術，它和法國聯(lián)合，這是一個總的時間表，2012、2014、2017、2019年。今年為了國際上推行這個計劃，所以國際上做了20年的科研研討會，這個衛(wèi)星已經(jīng)排到后10年了，不同衛(wèi)星數(shù)據(jù)重疊率很高，連續(xù)實時監(jiān)測。關于衛(wèi)星處理，這是一個很好的課題，海平面總是在變化。衛(wèi)星壽命原來設定5年，到現(xiàn)在已經(jīng)設到10年了。2008—2012年由于衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)在開拓海源我們非常好，但是在近海雷達回波的信號不好，所以專門成立一個工作組。另外在數(shù)據(jù)編輯準則方面，高于開闊海域的水汽含量，復雜動力環(huán)境的海況與潮汐改正都有了很大進展。另外衛(wèi)星處理源也很多了，所以國際上也在建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，其中德國GFZ，做數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，還有NASA都在做這方面的工作。另外海平面高精度是1度×1度，有了衛(wèi)星測控技術精度和分辨率在不斷提高，這是法國空間局提供的模型。98年到11年這個精度不斷提高，從南緯和北緯全部有數(shù)據(jù)，利用了7年得出的海平面高度。還有法國空間局去年得出的模型。另外就是丹麥科技大學的空間研究中心不斷做海平面高，試圖現(xiàn)在聯(lián)合衛(wèi)星激光數(shù)據(jù)還有海洋側高數(shù)據(jù)，由KMSS04演化到DNSC08，分辨率達到2公里×2公里的海平面高。衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)將在今年年底釋放，除了用于海平面高的確定幾何高度，同時利用幾何高度，我們大地測量學家，利用幾何資料可以反映衛(wèi)星測高資料，用衛(wèi)星側高數(shù)據(jù)反映重力場，這張圖是07年16.1的版本，到08年推出了18.1，又歷經(jīng)了4年，又做了19.1的即將發(fā)布衛(wèi)星測高資料，精度提高的非常顯著。

　　海洋重力場模型，DNSC08—GTU10。這個是海面地形與海洋環(huán)流，CNES—CLS09海面地形模型，這個是衛(wèi)星測高和海洋學聯(lián)合模型。這個是東西分量和南北分量的模型，這是非常重要的模型，對于熱交換我們可以看處理它的流向速度。原來計劃在本世紀，GPS在上世紀實現(xiàn)了幾何定位一次革命，這個革命是深刻的，號稱三大衛(wèi)星重力計劃，但遺憾的是現(xiàn)在目前的重力傳感器還達不到我們預期目標，在本世紀初衛(wèi)星重力場要取得前所未有的科技成果，但現(xiàn)在沒有取得，現(xiàn)在最高精度也只能達到0.4米左右，現(xiàn)在我們還有很長的路要走。這個是通過丹麥的平均海平面高模型，通過140公里的濾波得出的海洋地形圖。目前的大力測量學科整個技術對于過去的行業(yè)，我認為基本上趨于平穩(wěn)，我們大力測量學家在未來的發(fā)展當中就是和氣候學、海洋學、大氣學，解決相關人類面臨的重大科技問題，而是走向更基礎的學科，大力測量將來的發(fā)展必須多學科交叉發(fā)展，不是單服務于行業(yè)。海面地形與海洋環(huán)流，黑潮區(qū)域海面地形年變化，還有黑潮及其分支運動的變化，這個對于海洋學研究非常重要。另外就是海底地形模型，全球的第一張圖就是利用衛(wèi)星測高資料，海底地形圖主要有美國的一套，還有美國DMA，現(xiàn)在目前主要的海底地形圖主要利用大地測量的手段，首先利用衛(wèi)星測高，算出海平面高。這張圖是海底地形，重力異常，給出了V18.1的海底地形圖。因為全球海平面變化對環(huán)境影響非常大，所以目前海平面高基本上在國際上達成共識是在升高，平均1毫米左右，但是平均的傾斜度是在3毫米，加上它變化的速率。它的速率一般公認為百分之一毫米，100年我們會增加一毫米左右的變化。這個是海平面高的異常，海平面高的高度是正負100米，這100米的變化一個厘米左右根本看不出來，為此一些學者找了穩(wěn)態(tài)的參考值，然后把大值減掉，發(fā)現(xiàn)赤道方面有海平面異常，異常最大是25厘米，變化很小。另外測高+驗潮站聯(lián)合確定海平面變化，驗潮站首先造價很高，分析海平面上升的速度是否加快起到了重要的推進作用。

　　另外海平面變化研究機構，在國際上空間局，美國的大氣海洋局，還有澳大利亞的一些研究機構，澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)組織。得出的結果基本上是接近的，這個年變化率是3毫米，各大衛(wèi)星傾斜都在加快，所以我們?nèi)祟惷媾R的環(huán)境和資源枯竭，在海平面的變化中可以反映出來。在80年代以前，上上個世紀主要采用藍色這條線，尾部紅線有20年的衛(wèi)星測高資料，而驗潮資料在歷史深1880年國外就開始有了。另外聯(lián)合GRACE和海水溫度鹽度數(shù)據(jù)，GRACE反演海水質量變化，實測溫鹽計算海水比容變化。這是地下水還有冰和水的總量的變化情況，海水冰面在03年到08年是0.5米，精度是正負0.4毫米。此外就是厄爾尼諾現(xiàn)象，赤道海平面發(fā)生了異常，變化是25厘米，25厘米對全球的整個影響非常大，整個全球海平面高是正負100米，稍微這么一動，對我們整個氣候的變化影響就非常大，這是從09年到10年我們做的圖。

　　海嘯監(jiān)測，04年在蘇門答臘島西海岸附近發(fā)生了最強烈的地震，地震并引發(fā)了海嘯，9級大地震，我們衛(wèi)星測高數(shù)據(jù)目前來說還不能實時監(jiān)測它，因為我們監(jiān)測出來的衛(wèi)星測控數(shù)據(jù)還沒有傳達下來。04年12月26號正好發(fā)生了海嘯，但是我們這顆衛(wèi)星正好不在這個地區(qū)，所以我們無法去監(jiān)測，國際上為了監(jiān)測全球的海平面的實施變化，也成為了重要的基礎設施，大地測量是研究整個地球的，不是研究局部的，所以我們國家的基礎設施比較薄弱。這個海嘯的監(jiān)測我們也做了一些與氣候變化的研究，三顆衛(wèi)星，這三個數(shù)據(jù)結果的相關性非常大，時間上基本上接近，所以衛(wèi)星測高將來的發(fā)展多類衛(wèi)星同時并發(fā)的衛(wèi)星，現(xiàn)在我們還做不到。內(nèi)陸水域水位變化監(jiān)測。這是極地冰蓋及其變化監(jiān)測。基礎數(shù)據(jù)預處理，包括雙頻電離層改正，噪聲平滑及單頻電離層改正模型更新?；诘剞D流方程，計算了全球大洋環(huán)流東西和南北分量，繪制了全球大洋環(huán)流圖。

　　這是近60年全球平均海平面變化的時間序列，這是潮汐的影響。還有內(nèi)陸湖的研究這是非常重要的課題，利用衛(wèi)星重力和衛(wèi)星測高資料，不僅研究地表水還可以研究地下水，一般地震的變化反映不了重力場的變化。另外就是研究內(nèi)陸湖水位的監(jiān)測，最后就是我們研究多湖的海平面，五大湖各個水位的變化。我的匯報完畢，謝謝各位。

　　(以上內(nèi)容根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)本人審核)