星基裝備作業離不開航天器和地面系統的支持。目前，我國星基監測裝備主要依托人造衛星開展業務。我國現發射的全部航天器中對地觀測衛星占一半左右，其中專門或可以服務于自然資源監測工作的衛星主要包括地球資源衛星、海洋衛星、環境減災衛星等，相應遙感載荷及能力見表1。

從成像機理上可將各類星基裝備劃分為被動遙感裝備和主動遙感裝備2類。被動遙感裝備包括光學設備如框幅相機、多光譜相機等，光電設備包括CCD相機、CMOS相機、成像光譜儀(光柵成像光譜儀、干涉成像光譜儀)和微波輻射計等。光學設備在功能上正從單用途、單光譜、單種類向多用途、多光譜及超光譜、多種類方向過渡，性能上逐步向大口徑、長焦距、高分辨率、智能化等方向發展，并在主動光學波前探測技術、反射鏡結構的輕量化設計、全光譜段航天光學成像遙感器和對天對地一體化結構等研究上取得了一定的進展。光電探測器主要有CCD相機和CMOS相機2類，目前CCD相機的研究和應用仍然最為廣泛，受微光遙感成像技術(微光像增強CCD)的發展影響，CCD類相機的寬光譜響應、低噪聲、高靈敏度、大動態范圍和智能電子控制性能都得到了進一步提高。CMOS相機得益于數字域時間延遲積分技術發展，以及CMOS在噪聲、填充因子、成像幅寬等性能上的優化，裝備占有率逐步提高。

表1  我國主要的自然資源相關衛星及遙感載荷

孫武等通過對航天遙感相機的光電探測器的研究認為CMOS大有取代CCD的趨勢。成像光譜儀目前主要應用于高光譜遙感，我國是世界上第二個將高光譜載荷送上太空的國家，近年來我國已經研制和發射多臺成像光譜儀，HJ-1A所搭載的就是利用三角共光路橫向剪切干涉的空間調制成像光譜儀，相關技術指標達到了國際先進水平。目前，我國正在研制的大孔徑靜態干涉成像、雙通道曲面棱鏡高光譜成像等技術]，能夠進一步提升成像光譜儀的光通量、信噪比和穩定性。微波輻射計是目前最重要的微波無源遙感有效載荷，具備云雨穿透性、全天候監測能力，在我國最早也最廣泛應用于氣象領域，近年來在海洋和陸地資源領域也呈現出了蓬勃發展的態勢。目前，我國在微波輻射計研究上已突破了圓錐掃描微波輻射計天線口面定標技術、靜止軌道波束掃描、毫米波亞毫米波準光學饋電 *** 、接收、定標等關鍵技術，完成了全球首次靜止軌道微波遙感技術驗證和首次425GHz頻段探測。我國微波輻射計設備的靈敏度、探測精度指標已經與國際先進水平相當。

主動傳感裝備主要包括側視雷達(真實孔徑雷達(RAR)和合成孔徑雷達(SAR))和全景雷達等，能穿透一定厚度的植被和砂層，實現對光學影像和地面調查不可見的隱伏地質要素的探測和監測，目前以SAR的研究和應用最為廣泛。我國星載SAR技術處于國際先進水平，高分三號衛星是目前世界上成像模式最多的SAR衛星，具備了條帶模式、掃描模式、全極化模式、滑動聚束模式、方位向多通道模式等12種成像模式。我國新一代星載SAR一般具有多個極化通道，能夠實現幅度和相位定量化應用，在分辨率、波束模式、極化方式上都有了突破性改善，大大地推動了雷達遙感處理及技術研究的發展。在波段的選擇上，新裝備采用的微波波段都是對云層和地物穿透性更強的較長波段(C，S，L)代替較短的波段(Ka，K，Ku)。

整體來看，我國星基裝備能夠滿足自然資源監測和自然災害監測對高空間分辨率、高光譜分辨率、全天候、全天時以及定量監測的復雜需求，但在對自然資源要素細節表達上與真實自然場景信息仍有所差別，紅外輻射定標技術、相機動態范圍擴展技術等研究仍相對滯后。另一方面，我國服務于自然資源的衛星還相對有限，有待加快建設以形成具備全球及重點區域監測能力的自然資源業務衛星星座體系，增強長時間序列、高時間分辨率、統一技術指標的監測數據獲取能力。

我國先后建立了國家遙感中心、國家衛星氣象中心、中國資源衛星應用中心、衛星海洋應用中心和中國遙感衛星地面接收站等國家級遙感應用機構以及近200個省市級遙感應用機構，研究遙感領域高新技術發展及產業化發展狀況和相關前沿課題，進行接收、記錄、處理、分發等工作，具備了全球衛星數據的快速獲取能力，實現了從實驗應用型向業務服務型轉化，是自然資源監測裝備應用的穩定保障。

雖然星基裝備是我國目前自然資源監測的主要手段，但星基裝備受衛星重訪周期、裝備作業高度等諸多因素制約，相較空基裝備在獲取高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率、高溫度分辨率數據上存在一定的劣勢。空基裝備的構成、分類與星基裝備大致相同，亦可分為主、被動遙感裝備2類，但技術發展水平存在差異，如我國星載三線陣CCD相機的幾何處理和標定等技術已達到國際先進水平，但機載三線陣CCD相機的研制及幾何標定技術的研究還相對滯后。整體上，空基裝備較星基裝備在發展方向上趨于輕小型、高精度和集成化，特別是在像元數、焦距、基高比等參數設計上有所側重。

目前，我國已獨立研制出了處于世界先進水平的機載超大規模面陣CCD攝影相機系統、高分辨率大視場三線陣立體航測相機以及多頻段、多極化、多功能機載雷達系統，在三維激光雷達系統總體和分項關鍵技術上實現了較大突破，研制出了各類高精度三維激光掃描設備，部分裝備已經廣泛商用；在機載重軌干涉測量地面形變研究方面取得了進展，研制出了機載雙天線干涉雷達，重點服務于地質災害變形監測等領域。此外，我國在航空器高精度定位測姿系統的理論研究和研制上也已經躋身世界前列水平，能夠為空基裝備提供高精度位置、速度和姿態信息，并研制了超輕型飛機低空遙感平臺、無人飛行器低空遙感系統、北斗導航(BDS)/慣性測量單元(IMU)輔助航空攝影測量等系統和技術，同時，在光纖陀螺技術以及系統集成等技術研究上也取得了長足發展，研制出了自主可控的國產系統，為空基裝備作業提供了保障。

綜合來看，我國空基裝備的工程化、適應性、易用性方面與國外裝備仍有差距，還需要我們不斷加大在裝備產業化及應用上的研究力度。

地基裝備種類繁多，除常見的多光譜相機、CCD相機、成像光譜儀、微波輻射計還包括了激光雷達、激光掃描儀、熱紅外傳感器以及各類采樣、分析、預警設備等。根據其作業平臺不同，常見裝備均可以細分為車載裝備、船載裝備、固定式裝備、便攜式裝備，但裝備在不同作業平臺上所采用的波段或作業原理略有不同。

從整體看，我國地基裝備在理論研究、流程設計、產品形式、生產工藝、產品質量等方面都取得了長足的進步，在趨勢上更多向處理自動化、分析實時化、信息在線化方向發展，有明顯的多裝備相協作、軟硬件相結合、內外業一體化的特點。

目前我國自主研發的首個自然資源移動監測車即是通過SSW車載激光建模測量系統將激光掃描儀、IMU、BDS及數碼相機等傳感器集成于一體來實現自然資源的快速采集和處理。船載裝備主要包括紅外攝像頭、水下攝像機、雷達、光電平臺、合成孔徑聲吶等，并在多波束全覆蓋精密探測技術、重磁電探測技術等研究上保持了領先水平，較好地支撐了我國水下自然資源的探測和監測任務。固定式裝備是能夠對自然資源要素的物理性質、化學性質、生命質量、內部格局變化、外部因素威脅等信息進行長時間序列采集和監測的固定位置的裝備，包括土壤墑情監測儀、觀測浮(潛)標、地質災害預警設備(裂縫計、傾角計、加速度計)等各類信息采集、分析、預警設備。便攜式裝備是相對固定式裝備定義的，便于人員攜帶和移動的一類裝備，包括激光測樹儀、多參數水質監測儀等。固定式和便攜式裝備的技術門檻相對較低，在我國商業化發展和應用也較為成熟。目前，眾源監測裝備即依托互聯網和用戶參與得到自然資源變化信息的設備也已經走上舞臺，雖目前應用較少，但具有較大的應用潛力，可以快速發現短時期內劇烈變化的自然資源信息及其規律性特征，特別是在自然災害監測、水資源監測中可以發揮重要作用。

地基裝備的信號傳輸模式以移動通信為主，在通信信號差及無信號地區主要使用基于BDS短報文通信的 *** 。地基裝備可以獨立發揮監測功能，或由一系列監測裝備和人員組成復雜業務監測站點，再由若干個監測站點組成監測 *** 對大區域自然資源進行長時間序列監測。截至目前，我國共建設有國家基本海洋站(點)120多個，各類水文測站12.1萬處，地表水監測斷面2767個，土壤監測點位4萬余個，森林固定樣地41.5萬個，為自然資源開發利用、保護與管理提供了大量可靠、詳實的科學依據。另外，目前全國各類野外科學觀測研究站約有7000多個，涉及農田、森林、草地、沼澤濕地、湖泊、海洋、沙漠等多種生態系統類型，建設形成了中國生態系統研究 *** 、土壤環境質量監測 *** 、國家地表水環境質量監測 *** 、全國環境空氣質量監測網等一批臺站系統，為綜合研究國內自然資源和生態環境方面的重大問題，揭示自然資源要素的變化規律及其動因提供了支撐。

二、當前發展面臨的問題和挑戰

我國自然資源監測裝備事業在不斷趕超國際先進水平的發展過程中，還存在著諸多問題和挑戰。

⑴裝備信息不透明。目前，除星基裝備信息相對透明外，空基、地基裝備分散于各部門，對這些裝備的總體規模、組成特點、裝備性能即使在國家層面都無法精確地把握，無法進行裝備資源協調和統一管理，更無從談起制定裝備的宏觀發展計劃、指導產業發展等。

⑵裝備創新乏力。目前從事自然資源監測裝備研發的多是精密機電人才，一般面向的是普遍需求，在裝備的實用性和易用性方面存在不足，特別是由于缺乏對自然資源監測業務的理解，在裝備創新上明顯乏力。而另一方面自然資源監測領域裝備人才的培養速度過慢，參與裝備研發的深度不夠，既懂裝備又懂自然資源業務的人才隊伍還沒有建設起來。

⑶裝備的國際競爭力不足。我國目前具有戰略意義和完全自主知識產權的尖端自然資源監測裝備的總量還不足，產業相關的創新平臺和高新技術發展還需要進一步爭取國家政策的扶持，凝聚更多力量融入監測裝備發展事業，提高國產裝備在國際上的競爭力。

⑷“軟裝備”發展滯后。目前我國還沒有建設自然資源監測裝備研發的“支撐軟件”，無法發揮和培育壯大領域內裝備制造技術研究的群體優勢。

三、對策與建議

當前，我國自然資源監測裝備的整體規模和整體水平還沒有精確的統計信息，隨著各級自然資源管理部門的整合，亟待開展自然資源監測裝備的清查工作以及裝備應用軟實力的審定，查清所屬裝備類型、數量、性能以及應用程度、應用水平等信息，查清涉及自然資源監測工作的站點數量和分布情況，為科學和更大化挖掘裝備價值提供基本信息。并在上述工作基礎上建立區域裝備信息數據庫，精細化地保障自然資源監測工作開展；同時在區域內建立裝備的共享目錄和應急目錄，科學地降低國家財政相關投入；基于數據庫優化現有裝備體系，加強部門間溝通，最終促進自然資源監測技術和監測水平的提高。

此外，要在加強裝備體系建設的同時，及時開展行業或者區域的裝備發展戰略論證工作，同步開展自然資源監測裝備體系貢獻率評估工作，建立自然資源監測裝備貢獻率評估 *** ，服務于裝備配置優化和裝備采購立項等工作。

面向自然資源監測技術裝備發展的基礎設施及其應用服務體系仍有待國家加大投入和深入建設。自然資源監測工作目前的研究熱度和政策傾向都沒有達到空間規劃體系建設、國土空間生態修復等工作的高度，這在一定程度上影響了技術裝備發展，因此需要積極爭取國家在自然資源監測技術裝備上的投入，建立國家或者區域級別的自然資源監測技術裝備科研和應用平臺，推動相關科研項目的開展。另一方面，對現有監測裝備的利用深度和各類監測資源的整合研究工作還有待加強。要重視現有監測技術裝備利用的理論、 *** 、手段與實現路徑的研究，通過制度建設和技術手段整合各主管部門的資源，形成天空地海一體化的自然資源監測技術與裝備體系。

遵循自然資源保護、開發和利用規律，制定涵蓋研發、生產、應用等內容的自然資源監測技術裝備發展規劃，科學研判技術裝備發展形勢，提出行業發展指導方向，制定扶持和促進裝備產業發展的政策體系，推動裝備技術在自然資源監測評價體系的應用過程中發揮關鍵性作用。

同時，在產業發展上，要積極落實國家軍民融合發展戰略，提高監測裝備自主研發能力，并在信息服務、咨詢服務、技術指導等方面加強建設。同時，重點在深度學習平臺研發、設備人工智能技術轉換升級等方面開展工作，獲取、掌握和運用長期、動態、精細化、多要素、多尺度的自然資源監測數據，為 *** 機構和社會提供服務。

四、結論

近年來，量子成像技術正嘗試應用于對地觀測領域，以突破常規光學遙感和微波遙感的性能的局限；利用衛星導航信號的反射來監測海面風場的技術已經進入實用階段。這些新理論和新 *** 正在不斷推動著自然資源監測裝備的發展。

數字地球概念提出20a以來，相關建設更多地著眼于城市領域，而對自然資源數字化工作的重視程度和資金投入都嚴重不足；自然資源部的組建和相關政策的實施，將推動數字自然資源時代的到來，并為監測裝備的應用提供廣闊舞臺。在這一背景下，更需要我們進一步加強國際交流與合作，以加快推進國內監測裝備事業的發展。