李小文：遥感科学与波谱知识库
中国典型地物波谱知识库建设旨在建立集地物波谱测量数据、遥感图像数据、遥感先验知识数据、遥感分析模型于一体的地物波谱知识库， 成为遥感科学数据平台和联系遥感基础研究与遥感应用的桥梁。
国家“863” 计划支持建设的我国典型地物标准波谱数据库， 也是国家“973” 项目支持的基础研究派生出来的成果之一。我在《遥感学报》第8 卷增刊的序里已经讲过这一段历史， 就不再重复。为什么波谱测量与建模必须在一起做， 还可以追溯到更早。
1986 年我回国后， 在《林业遥感》上读到禹秉熙老师的文章， 强调了波谱测量的必要性。但最后他说， 森林、树木结构太复杂， 多变， 建模是不可能的， 只能不断测、测、测。我是搞森林反射建模的， 也就写了一篇短文， 强调波谱测量与建模必须在一起做， 每测一次， 都要试图理解或解释为什么测到这样的结果。日积月累， 有了能用的模型， 测量数据也就有了外延能力， 有了生命。禹老师接受了我的意见， 开始合作。但那时经费很少， 小打小闹。
1990 年在美国开了一个学术交流会， 总结FIFE， 推动BOREAS （这是两次大型的多国合作实验）。会上各国科学家达成共识， FIFE 的教训是建模与测量分离； BOREAS 应在这方面大力加强合作。可惜各国科学家的共识未能成为各国官员的共识， BOREAS 的进步是非常有限的， 仅仅多了一些模型验证。
反而是我们“咬定青山不放松”， 从禹老师和我小打小闹的合作开始， 在国家自然科学基金委员会和科技部长期连续的支持下， 我们的团队始终保持着建模与测量的密切合作， 坚持自主创新， 才有了今天波谱知识库的雏形。
遥感是20 世纪在高新技术驱动下发展最为迅速的一门交叉科学。但在遥感应用飞跃发展之后， 人们逐渐认识到遥感不单是高新技术在地学上的应用， 而且有自己本身的科学问题。最早认识到这点， 首推已故美国地理学遥感之父David Simonett， 他坚持认为遥感不仅是一门应用技术， 还是一门科学。它的多分辨率或多尺度是现代技术无法解决的科学问题。不同分辨率遥感图像之间不是简单平均关系， 而是与地表状况和目标（地学） 参数的性质相关。因此， 遥感图像的尺度问题本质上是地学与其他学科的交叉。我是学电子出身的， 后来搞图像处理、遥感， 1979 年成了Simonett 的研究生。他对我强调尺度效应， 我是半信半疑的。直到后来Strahler 要我做课题， 研究针叶林树冠阴影与其反射的关系。当时已经有不少人怀疑两者是有关系的， 但从数学上讲不清。比如， 一个Smith 教授的学生，在树林里做了大量辛苦的测量， 测量结果表明， 树冠的郁闭度和地面阴影的面积基本上不相关。我觉得有违常识， 就仔细阅读了他们的测量方法、数据和处理方法， 发现他们的郁闭度测量和阴影面积的测量是在10m ×10m 的网格上测量的， 但从树高和太阳角来算， 阴影应投射到10m 以外， 所以他们的结论是错误的。要弄清二者的相关性， 必须在更粗的网格上作相关分析。只有明确了尺度， 才谈得上地学建模。这样才有了1981 年我和Strahler的第一个几何光学模型， 以及后来NASA 的遥感科学计划开始时（1983 年左右）， Smith 和Strahler 联合申请到的三尺度森林建模的项目。“863” 波谱库项目的设计秉承了遥感科学的传统， 强调了每一条测量数据都要讲清楚来龙和去脉， 刚好又是三尺度。
遥感科学的基础研究和遥感应用经历了不同的发展积累过程。做遥感基础研究的， 致力于建立传感器接收到的电磁波信号与地表参数之间关系的模型， 再用模型和信号反演地表参数， 强调的是建模方法和地表参数的反演精度。做遥感应用的， 则从了解地表实况的应用需求出发， 希望用方便的图像处理方法从遥感图像上得到地表实况信息。那么， 如何将遥感基础研究的成果与遥感应用衔接， 提高模型和方法的实用性， 满足遥感应用对更为准确的地表参数的需求， 是定量遥感的问题。波谱库项目用建立知识库的方法， 来把模型、遥感图像数据、地表观测数据放在一起， 并建立起它们之间的联系， 为解决遥感模型和应用衔接的问题探索一条新路。这样， 波谱库一方面可以为遥感应用用户提供模型方法， 另一方面可以为遥感基础研究提供基础数据， 并推动两方面研究的相互结合， 这对遥感科学的总体发展是非常有意义的。
正因为这个波谱库对遥感科学发展的意义重大、价值很高， 所以成为“863” 的重点课题之一。课题立项时， 我们也担心是不是能做好， 所以先选择了农作物、岩矿和水体地物做起来。现在， 写在这本书中的成果， 表明课题组的成员们， 发挥了艰苦奋斗及团结、协作、集成创新的科学精神， 已经初步实现了我们当初建议的构想。在2005 年10 月份的第9 届ISPMSRS 国际会议上， 波谱库的工作受到国内外同行和专家的高度赞赏， 就是明证。
但是， 波谱知识库的建设是长期的任务， 真正建成知识库， 还需要大量的工作和更多的积累， 已有的工作不能半途而废， 一定要继续做下去， 形成基础数据和成果长期的积累， 为我国从遥感大国走向遥感强国做出应有的贡献。
李小文
2005 年12 月1 日
本文由刘四旦摘编自李小文先生为王锦地等著《中国典型地物波谱知识库》（科学出版社， 2009年）一书所作“序”。标题为编者所加。
建设“我国典型地物标准波谱数据库” 是促进遥感科学研究和遥感应用相结合的一项基础性工作， 是在国家“973” 项目“地球表面时空多变要素的定量遥感理论与应用” 前期研究成果的基础上提出建议， 在国家“863” 计划信息获取与处理技术主题的支持下，经过1年的必要性与可行性论证和3 年的课题研究完成的。课题任务是在课题专家组李小文院士、童庆禧院士、郑立中先生、田国良先生的指导下， 近二百名参加课题的研究人员为地物波谱库的建设做了大量艰苦、细致的工作， 在北京师范大学遥感中心、中国科学院遥感应用研究所、中国科学院上海技术物理研究所、国家农业信息化工程中心、浙江大学、国土资源部航空物探遥感中心、中国科学院安徽光学精密机械研究所、中国科学院中国遥感卫星地面站等十多个单位的密切合作中完成的。主要研究成果概括为：
（1） 形成了标准化的科学数据， 即实现了数据形成全过程的质量控制， 制定了一系列典型地物波谱测量标准和规范， 收集、获取、整理了我国典型农作物、岩矿、水体的波谱数据和配套参数， 形成了有严格测量环境说明的标准波谱数据库。
（2） 构建了知识化的波谱库， 即将数据库的科学设计和遥感应用相结合， 将测量标准波谱数据、遥感数据处理和应用模型、支持模型和数据应用的知识数据、典型的遥感影像数据相结合， 实现了数据库应用的知识化， 实现了地物波谱知识库的自扩充功能和遥感应用示范。
《中国典型地物波谱知识库》汇集了课题的主要研究成果。主要介绍中国典型地物波谱知识库建设的科学思路、典型地物波谱和配套参数数据、遥感模型和背景知识、地物波谱库系统设计与技术实现、地物波谱数据测量标准规范、地物波谱数据的应用示范等研究成果。
中国典型地物波谱知识库
王锦地等著
北京： 科学出版社
ISBN 978-7-03-023418-6
2009 年1月第一版
定价： 138.00 元
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