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引言
遥感技术是一种获取地表物体几何和物理性质的技术。早期的遥感图像的解译,通常通过目视判读方法,随着计算机的加速发展,解译方法得到了快速发展,一种使用计算机对原始遥感影像进行图像增强、图像变化、辐射校正、几何校正等一系列的预处理,然后通过相应的遥感处理软件进行进一步精处理,对结果进行处理,最终通过专业技术人员的经验进行解译,直接对解译结果进行处理,生成具有处理特征的遥感影像[1]。目前,遥感可分为高光谱遥感和多光谱遥感。高光谱遥感不仅可以探测到被遮盖的地物,而且可以准确地估计植物生态系统的物理和化学参数的变化,包括土壤水分、土壤特性、植物质、土壤生物化学参数、土地利用动态监测变化等。多光谱遥感是利用具有2个及2个以上光谱通道,采用多种传感器对地物进行同步成像的一种遥感技术;将地物反射的电磁波信息划分为若干个光谱波段,用于接收和记录地物信息[2,3]。当前遥感技术的发展使得遥感应用领域逐渐扩大,有林业遥感、资源遥感、遥感地质、气象遥感、灾害遥感、军事遥感、农业遥感等,尤其在农业遥感领域得到了广泛的应用,从早期的农业墒情监测和农作物面积变化监测,再到农业资源利用监测,以及利用无人机对区域水资源和农业干旱的监测与评价等。
1遥感在农业领域的应用
遥感可以获得大量的信息,多平台和多分辨率,快速、覆盖范围广等,是遥感数据的一个重要的优势。农业遥感技术是遥感技术和农业科学技术相结合形成的,是可以及时掌握农业资源、作物生长以及农业灾害信息等的最佳方式,在调查和评估,以及农业生产的监测和管理中具有独特的作用[4,5]。现代农业遥感发展的新兴技术,可以实时监测湖泊和水库水面的高度以及评价区域水资源和农业干旱,包括作物品种质量监控和鉴定[6-9]。
2农业遥感技术在我国的起步与发展
农业遥感的发展是遥感技术的重要应用领域,中国自20世纪70年代末以来,就已经进行了农业遥感的初步应用。原北京农业大学(中国农业大学的前身)根据国家土壤调查的要求,在中国国家计划委员会的支持下,由中国科教委和农业农村部组织聘请外国专家培训了专门的遥感应用人才队伍,在1983年5月成立了中国国家农业遥感培训中心。此后,我国将遥感技术广泛应用于农作物产量估算、农业气象、土地资源调查与监测和生态环境变化等领域。目前,遥感技术的应用进入了大量的实际应用化的阶段。我国大力开展国际合作与研究,积极探索遥感领域的前沿技术,使得中国成为世界上遥感领域技术先进的国家之一[10,11]。进入20世纪90年代中后期,出现了大量比较成熟的农业遥感软件,包括农业资源调查与监测的软件,由中国科学院农业遥感实验室组织开发的遥感处理软件———土地利用调查与数据处理系统软件;中国农业科学院草原研究所开发的北方草原产量动态监测系统软件等,新的遥感处理软件大大提高了人们的工作效率。近年来,各部门逐渐建立了地方的遥感中心,为国民经济建设提供了大量支持。随着遥感技术的逐渐成熟、数据来源的大量增加,以及计算机软硬件性能的快速提高,使得遥感应用逐渐普及[12]。
3遥感在当前农业应用中的进展
当今农业发展的趋势是精准农业,具有高质量、安全、低耗、高效的特点,精准农业的大量信息采集,如农作物长势监测、作物害虫监测、作物产量预测,土壤水分预报等农业精准信息,为精准农业的农业信息管理提供了依据。虽然国内的遥感在农业方面做了一些工作,但仍处于起步阶段[13-16]。农业遥感在未来应加强应用的深度和广度研究。通过3S技术的结合,在农业生产管理、农业资源、农业工程监理和其它现代农业建设领域,为农业部门的科学决策提供了详实的支持数据。高光谱遥感技术和无人机技术已经成为农业遥感新的研究热点[14]。
3.1高光谱遥感在农业遥感中的应用
由于高光谱遥感不会对农作物造成损害,因而被广泛应用于监测农作物的叶片面积。这弥补了传统遥感技术获取农作物叶面积指数时间过长的缺点,从而获得最准确、损害最小的遥感监测数据。通过高光谱的观测和分析,可以得到更为精确的农作物叶面积指数,形成不同的遥感反演模型。如,使用地物光谱仪测量冬小麦在特定波段范围内的反射率和透射率,使用冠层分析仪对冬小麦进行分析,形成光谱曲线;经过观测,形成遥感反演模型,并将模型估计值与实际观测值进行对比,结果显示,明显提高了遥感反演模型的整体精度。现阶段,我国农业现代化发展的主要方向和目标是精细农业,在农业监测中高光谱遥感技术具有快速高效、准确、无损的特点,已经成为了农业遥感监测中被广泛应用的手段。精细农业可以通过科学、系统的管理方法对农业资源利用进行合理规划,在不污染环境的前提下,通过遥感技术提高农产品产量和质量。考虑到精细农业对数据和信息的需求,传统的分析方法已不能满足现代农业发展的需要。因此,3S技术的综合被应用到农业监测中。高光谱遥感在精准农业的发展中得到了广泛的应用。利用高光谱技术获得更完整和更准确的农作物参数,为农作物的种植与管理提供了有利的保障[18-20]。高光谱遥感技术除了上述内容,在全面的农作物质量监测,通过获取农作物在不同生长时期的数据特征进行全面的预测以及最后的生产,目前主要集中在不同农作物的种植面积和产量以及质量监测过程中的数据访问与存储。虽然高光谱技术已经全面、准确应用于农业中,但还需要进一步的研究。如何将高光谱遥感技术应用于作物机理和农业信息的监测以及完善农业光谱信息数据库,为进一步提高农业信息监测模型的适用性和准确性提供支持[22-26]。
3.2无人机遥感在农业中的研究进展
3.2.1农田空间信息农田空间信息包括地理坐标信息、通过视觉和机器识别获得的农作物分类信息。通过无人机可以识别农田边界来预估种植面积。传统方法进行农田的面积测量,具有时效性差和农田边界位置与实际情况差异大的缺点,不利于精准农业的实施监测。无人机可以准确、有效并且实时获取全面的农田空间信息,具有传统的测量无法比拟的优势。无人机航拍图像可以实现农田基本空间信息的识别,农作物区域面积的计算和种类的识别仅通过数码相机就可以实现。空间定位技术的快速发展,大大提高了农田定位信息研究的精度和深度,随着无人机影像空间分辨率的提高,地形、坡度和高程信息的引入,可以实现较为准确的农田空间信息监测。张宏明等利用无人机DEM数据提取农田灌溉渠道系统,对于灌溉渠道提取完整性达到85.61%[19]。
3.2.2作物生长信息农作物的生长状况可以通过多种信息反映,如产量信息、表型参数以及营养指标来表示。包括植被覆盖度和叶面积指数等,多种信息相互关联,共同代表了作物的生长,与最终产量直接相关[21]。在野外信息监测研究中起着主导作用。
3.2.3作物生长胁迫因子农田墒情监测热红外法是农田土壤含水量监测的常用手段。在高植被覆盖度的地区,通过叶片气孔的关闭,可以有效减少蒸腾引起的水分损失,增加地表感热通量,从而减少地球表面的潜热通量,导致作物冠层温度上升。水分胁迫指数能够反映农作物的水分含量与作物冠层温度的关系。通过传感器的热红外波段可以有效地获得作物冠层温度,进而有效反映农田水分状况。在植被覆盖度比较低的地区,土壤水分可以间接表示下垫面的地表温度变化,由于水的加热温度变化是一个缓慢的过程,因此土壤水分的分布可以间接反映白天下垫面温度的空间分布。裸地对遥感的温度监测是一个重要的干扰因子,在冠层温度监测中较为重要。研究者研究了裸地温度与作物表面覆盖度的关系,确定了裸地引起的冠层温度测量值与真值之间的差距。将修正结果应用于农田水分监测,提高了监测结果的准确性。在实际农田生产经营中,农田漏水也是人们关注的焦点。利用红外成像仪对灌溉渠的渗漏进行监测,准确率达93%[27-29]。
3.2.4病虫害监测通过热红外波段的实时监测,可以有效反映作物病虫害分布的动态变化情况。作物在健康的条件下,蒸腾作用是通过气孔的开闭来调节的,以保持农作物温度的恒定。当发生病害后,叶面会发生病理变化。病原菌植物对植物蒸腾作用的影响比较明显,会造成侵染部分温度的升降。一般情况下,植物易感会导致气孔开度失调,使致病区域的蒸腾作用高于健康区的蒸腾作用;旺盛的蒸腾作用会导致致病区域温度的下降,致病区域的叶片温差明显高于正常叶片的温差,直到坏死部位的细胞完全死亡,叶片会变得枯黄,叶片的蒸腾作用完全丧失。通过健康植株温差始终低于叶片表面的温度的原理[30-33],可以实时监测作物病虫害的变化趋势。
4总结
4.1我国遥感技术在农业应用中的发展
在我国主要粮食主产区,建立了产量估算信息系统,冬小麦遥感产量估算操作系统是RS与GIS技术相结合的产物。可以将整个产量估算的操作环节集成到计算机系统的操作中,具有完整的数字化操作能力,可以输出各种产量估算结果。大量冬小麦产量估算试验结果表明,利用冬小麦遥感产量估算操作系统进行大面积作物产量估算的精度可达95%以上,随着运行年限的逐渐积累,操作系统的生产精度将逐步提高,运行成本将逐年降低。同时,我国迫切需要了解农业种植结构的变化,针对于种植面积计算的要求、监控的增长潜力、建立单位面积产量模型和遥感监测,中国科学院农业研究实验室在GIS技术的支持下开发了一种作物产量估算的实用操作系统。并且,东北的三江平原,南方的太湖平原也相继建立了遥感监测系统,取得了良好的应用效果。
4.2遥感在农业发展中的前景
中国国家科教委将“RS、GIS和GPS综合应用研究”列为国家科技攻关重点项目。到目前为止,遥感信息技术已连续7个“五年规划”被列为国家重点项目,体现了国家对遥感的重视。可以预见,遥感可以有效地应用于农业发展中,使其走上产业化发展的道路[35]。
5结语
随着国家空间基础设施建设的持续推进以及“高分辨率对地观测系统”的深入实施,中国将拥有更多的国产资源调查监测卫星。物联网与大数据、人工智能等技术的发展以及现代农业发展的需要,将使得我国农业遥感技术的研究和应用进一步发展。
5.1农业遥感的应用范围和应用领域的拓宽
物联网加大数据与遥感观测、导航与定位,结合其它学科领域,可以促进农业遥感自身的发展,跨学科的应用也将扩大农业遥感的应用领域。需要进一步建立“空、天、地”三位一体的农业综合管理系统,深入发展遥感观测精度的智能农业、农作物育种表型、农业保险的监测和评价、绿色农业发展、农业政策的效果评价等方面。
关键词:摄像测量;遥感技术;应用;发展
随着现代科技日新月异的发展趋势,摄像测量与遥感技术也在不断发展和提高,其应用领域也越来越广泛,由最初的地球科学研究,到如今被人们应用于日常生活工作当中,其应用价值也愈发凸显。在此趋势下,摄像与遥感技术的应用及其发展成为了相关工作者应当予以关注与思考的问题。
1 摄像测量与遥感技术
1.1 摄像测量
摄像测量是指通过影响研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门科学,其实质是一门信息科学,目前是测绘学的分支学科。就学科而言,摄像测量学主要针对集合定位和影像解译这两大问题进行解决。其主要内容包括不同比例尺下的地形图的测绘、数字地面模型的建立、提供地理或土地信息系统的基础数据。在学科特点方面,摄像测量学反映的是客观的、真实的目标,形象直观,并且可从中获得大量信息,其中主要是物理信息与集合信息,同时摄像测量还可以针对动态物体进行测量,捕捉其瞬间影像,对测量工作的进行是一大进步,此外,摄像测量的引用范围较广,适用于大范围地形测绘,提高测绘效率。在工作地点的选择上,摄像测量由于是在影像中进行测量工作,其工作地点不再受气候、地理等条件的限制,为实际测绘工作提供便捷。
1.2 遥感技术
遥感技术是一种探测技术,始于上世纪60年代。事实上,任何物体都具有光谱特性,即吸收、反射、辐射光谱的性能。不同物体对于光谱的反映存在差异,同一物体在不同的时间和地点也会对光谱产生不同的反射和吸收程度差异。遥感技术正是利用这一原理,将电磁波理论结合传感仪的使用,对远距离目标所辐射和反射的电磁波、可见光、红外线信息进行收集处理,最终成像,达到探测和识别的目的。遥感技术是一套设备系统共同协作可完成的工作体系,其组成设备包括遥感器、遥感平台、信息传输设备、接收装置、图像处理器等。遥感技术按照电磁谱段的差异可分为可见光遥感、红外遥感、多谱段遥感、紫外遥感和微波遥感。遥感技术由于其探测范围大、获取资料速度快、受限条件较少等原因被广泛应用于农业、林业、地质、地理、海洋、水文、气象、测绘等许多领域。
2 摄像测量与遥感技术的应用现状
2.1 摄像测量的应用现状
(1)航空摄影
航空摄像,又称航拍,指在飞机或其他航空飞行器上利用航空摄影机摄取地面景物的技术。航空摄像技术的实现必须以航天技术为基础,在航天摄影技术方面也有着一定的要求,测量标准更加严苛,所要求的摄像测量工作者的专业技能也更高,在测量成本方面,由于其过程涉及航天技术的应用,成本自然很高。
(2)无人机低空摄像测量
无人机低空摄像测量是摄像测量的一项重要应用,其目的是获取高分辨率数字影像。无人驾驶飞机作为飞行平台,运用的传感器通常是具有高分辨率的数码相机,结合遥感技术,通过系统一系列的集成应用,最终获取到面积较小、色彩保真、大比例尺的航测数据。当代无人机低空摄像测量被广泛应用于基础地理数据的获取,为接下来的工作奠定基础。与卫星遥感相比,无人机低空摄像测量具有明显的优势,首先在操作上,无人机摄像测量更加机动灵活,在安全性上也更有保障,由于是低空作业,其影响分辨率较高,摄像测量精度可达到亚米级。从成本上看,无人机低空摄像测量无疑成本低与卫星遥感。
2.2 遥感技术的应用现状
(1)农情检测
我国是农业大国,粮食问题历来是我国政府密切关注的所在。摄像测量与遥感技术由于其对真实画面的捕捉与反馈使得其获取的数据更具科学性与客观性,并且其在数据收集过程中周期较短、范围较广,因此,将其应用于农作物监测具有很大的优势,获取的相关资料对于农作物长势情况的掌握和农业估产具有重要作用。上世纪80年代中期,在国家经委的支持下,以中国气象局为主的相关部门组织开展了北方十省冬小麦股产试验,标志着我国气象卫星非气象领域工程化应用的开始,也是我国首次开展大规模遥感估产工作。“八五”期间,我国建立了主要粮区主要农作物(小麦、水稻、玉米)的股产信息系统,其中大面积冬小麦遥感股产运行系统是遥感技术与地理信息系统技术相结合的产物。它将整个遥感估产过程中的各个作业环节纳入计算机系统运行,使整体具有数字化作业能力,并能够输出各种估产结果。自1992年起的三年内,在黄淮海地区进行冬小麦遥感估产试验的结果表明,利用遥感技术对大面积农作物股产的精度能够达到95%以上,具有较大的应用价值。目前,利用气象卫星进行农作物估产的应用已经得到了普及与深化,并逐渐形成为一种业务化手段,估产对象也逐渐走向多样化。
(2)地质矿产资源调查
矿产资源是重要的自然资源,是人类社会赖以生存的物质基础,是国家发展与安全的中国要保障。我国矿产资源丰富,遥感技术的应用前景广阔,且遥感技术在区域地质填图方面的应用较为成熟,在其应用效果上也取得了一些成就。例如,在内蒙古、山东、江西等省开展的32项1:5万图幅的地质填土工作中,遥感技术的应用一方面显著提升了工作效率与工作质量,另一方面也节省了填图费用,每幅图的实际费用仅占常规方法所耗用资金的三分之二。
3 摄像测量与遥感技术的应用发展
随着摄像测量和遥感技术自身技术水平的发展,可预见的是,其应用的领域将会更加广泛。摄像测量的具有代表性的发展趋势是传感器的改良与创新,结合其在不同领域的应用及其实际需要而改革发展。事实上,在不同行业中,对于摄像测量与遥感技术的需求需要根据行业特点加以确定,根据自身需求加以运用。在摄像测量与遥感技术的应用过程中,相应的测量软件平台的开发与信息提取与分析效率的提高逐渐成为重要的发展趋势。在当下这一大数据时代,想要对二者加以改进,就必须提高数据的处理效率,,进行推动器改革,同r在遥感技术方面,对遥感数据的处理要更新模型的效率,引入先进算法,更好地将其应用于更多领域。
4 结束语
综上所述,在当今经济高速发展、行业变化较快、信息环境变化莫测的大环境下,我国对摄像测量与遥感技术的应用将会越来越广泛,其技术的提高速度与质量应当被社会各行业关注。摄像测量与遥感技术自身的发展一方面具有科技性意义,同时也具有整个人类社会的经济价值,在其应用领域中,更是具有商业价值,因此,我国应加快摄像测量与遥感技术的研究与开发,并在其应用范围中不断扩展。
参考文献
[1]张军.摄影测量与遥感技术发展展望[J].科技资讯,2015.
“遥看苍茫大地,感知前沿科技”。该中心的科研人员每天用心遥看龙江大地的每片新绿,他们用心血凝结的科研成果遍布每一寸土地。黑龙江省农业科学院遥感技术中心隶属于黑龙江省农业科学院,是1983年农业部在全国成立的3个遥感分中心之一,是东北地区唯一从事农作物种植面积、自然灾害、农作物长势动态监测与产量评估、土地利用动态测、地理信息系统和物联网等领域的研究。2009年经农业部发展计划司和全国农业资源区划办公室批准为农业部遥感应用中心哈尔滨分中心,2009年正式挂牌。中心现有在职人员22名,其中研究员4名,副研究员1名,助理研究员6名,管理人员4名,具有硕士以上学历13人。
中心设立的数字化实验室面积达230.84平方米,可容纳21名科技人员同时工作;输入输出室内配备了先进的宽幅彩色扫描仪、绘图仪、激光打印机等仪器;仪器室拥有数码摄像机、数码相机、手持GPS、差分GPS、车载GPS、投影机、UPS、土壤湿度速测仪等硬件设备,并配备了相应的图像处理软件(Erdas、Ermapper等)和GIS软件(Arcgis、Maptitude等);服务器室内拥有大型数据存储设备磁盘阵列,最大可存储20T的数据;3S技术成果演示厅集成了现代技术,能进行成果演示、技术培训、学术交流等,使中心的整体面貌上了一个新台阶。在院党组的大力支持下,中心已着手建立MODIS农情监测系统,建立了MODIS农业信息预警项目后,中心每月对黑龙江省农作物的长势、旱情、涝情、灾害进行预警,也可随时根据具体需要作出某一方面的预警。经过常年的预警信息数据汇总,几年后建立一个科学、完整、准确的黑龙江省农作物的长势、旱情、涝情、灾害预警模型。
黑龙江省农业科学院遥感技术中心成立近30年来,承担了国家农业部和省政府各有关部门安排下达的农业资源调查,自然灾害评估和农作物长势动态监测与产量评估等多项任务,组织实施黑龙江省与国家的遥感技术研究与应用课题以及项目30余项,其中部分课题和项目获省政府、厅(局)科技进步奖。近几年,该中心聘请美国密歇根州大学全球变化和地球观测中心主任为客座研究员,邀请比利时新鲁汶大学J-P Malingreau博士等3位遥感专业的领军人物到中心座谈,并经常与国内外知名遥感专家进行学术交流。随着黑龙江现代化大农业的崛起,黑龙江农科院为龙江农业书写了科技振兴的传奇,遥感技术中心的科技人员则为黑龙江现代化大农业书写了浓墨重彩的一笔。他们奔忙在春耕夏忙,专研于数字化实验室和田间地头之间,为龙江农业现代化农业的发展作出了突出贡献。
该中心设有地理信息系统科研、农作物灾害监测及预警、农作物种植结构空间分布、农作物长势监测等研究室,并设立了仪器设备室、输入输出室以及集成了现代技术具备成果演示、技术培训、学术交流等功能“3S”技术成果演示厅。
在黑龙江省委省政府及省农科院的领导下,各项科研工作都取得了较大的成绩,屡获殊荣:2011年获中国农业资源与区划学会科学进步一等奖一项、二等奖两项、三等奖两项,2012年获国家技术科学进步二等奖。“十一五”以来,中心项目资金累计为一千多万元,组织实施国家农业部安排下达黑龙江省与国家的遥感技术研究、应用课题与项目百余项,参加国防科工局高分一期项目,主持国家自然科学基金重点项目一项;承担农业部重点课题《建设主要农作物遥感监测系统》的建设,利用遥感技术、地理信息系统和全球定位系统等现代空间信息技术,结合地面调查方法,建立一个适合中国国情的、满足决策部门需求的、可长期业务化运行的全国主要农作物遥感估产和农情监测系统,为农业部正在进行的建立农产品预警系统、农业结构调整、农业资源区域优势分析和优势农产品区域布局规划等重点工程,提供基础性和支持性信息。建立了MODIS农情监测系统,把各类分析、统计、预算信息直接送到管理部门,辅助管理部门做出合理、科学决策。
2015年1月9日,国家科学技术奖励大会在北京召开,由中国农业科学院农业资源与农业区划研究所唐华俊研究员牵头完成的项目成果“农业旱涝灾害遥感监测技术”获得2014年度国家科技进步二等奖。黑龙江省农业科学院遥感技术中心就是这个项目的主要完成单位之一。
黑龙江省农科院为龙江农业书写现代大农业的新篇章,遥感中心为龙江农业生产提供强大农业遥感技术支撑。
[关键词]遥感应用;变化检测;资源环境卫星气象学一般流程
一、遥感技术变化检测应用
1.1 遥感技术变化检测应用综述
从1972 年美国发射第一颗陆地资源卫星以来,对地观测卫星发展迅速,应用领域得到不断扩大,应用成效也得到不断提高由于遥感观测有着信息获取方式优良,获取条件相对简单,实时性、高效性、广域性以及其他诸多优点,因而如何从遥感观测所供给的大量数据中提取变化信息,并将这些信息运用于生产生活的方方面面,已经成为目前遥感应用领域中一个亟待解决的问题。
为了解决上述问题,变化检测技术应运而生。所谓变化检测技术就是对不同时段的目标或现象状态发生的变化进行识别、分析的计算机图像处理系统,包括判断目标是否发生变化、确定发生变化的区域、鉴别变化的类别、评价变化的时间和空间分布模式。在遥感技术几十年的发展历程中,变化检测技术的研究成了各地专家学者研究的一个重要的课题。在计算机图形学、空间探测技术以及其他与遥感有关的诸多领域蓬勃发展的带动下,世界各地学者跨国、跨领域的交流合作下,基于遥感影像的变化检测技术迎来了一个高速发展时期。然而就目前的技术与设备而言,目前所采用的任何一种变化检测方法都具有其局限性。在下文中,我们将就各类方法的局限性与优越性进行讨论,了解其特点与所适用的领域。
1.2主流变化检测方法及优缺点
随着数十年来各国学者跨学科跨领域的合作交流,遥感相关学科的蓬勃发展,作为土地覆盖利用监测的关键技术的变化检测方法日益繁多。可以将遥感影像的配准方式以及变化检测的数据源作为划分依据,将目前主流的变化检测方法分为两大类、七种方法。第一类是先进行图像配准后变化检测的方法;第二类是变化检测与图像配准同步进行的方法。或者,可以按照是否需要进行实现分类作为划分依据,将变化检测方法划分为两类:即直接比较变化检测法、分类的变化检测法。
二、遥感技术在资源环境中的应用
2.1遥感技术应用于资源环境监测中的必要性
自第一次工业革命以来,经济发展与环境保护、资源开发和可持续发展之间的矛盾便已经存在,且受到世界经济的不断发展以及后续两次工业革命的影响,人与自然、人与资源的矛盾日益加剧。如何处理与社会发展相共生的资源匮乏以及环境恶化,成为人们不得不面对的一个问题。然而一直以来,两道天堑阻隔在资源环境问题处理的面前,即如何全面而快速地获取资源环境变化信息,以及如何高效高精度的处理这些数据。直到20世纪60年代,随着空间探测技术的发展以及大数据处理技术的日渐成熟,遥感技术进入了人们的视野之中。遥感技术以其观测的广域性、数据获取的综合性、资料采集与数据处理的高效性、处理结果的高精度性等优势成了现如今,局部乃至全球资源环境数据获取与处理的重要手段。
2.2遥感技术应用于资源环境的优越性
遥感技术对环境研究来说,其优越性可归纳为“高、远、多”。
高,遥感影像从高空对地面目标进行观测,所受的遮蔽少,视野开阔,观测范围大,鸟瞰全局,从而使遥感影像更加完备而全面的实现地面观测。
远,遥感技术能够不直接接触被测物体,远距离的获取地物的几何与物理信息,对目标地物及其所处的环境不造成干扰,使得获得的数据更加客观可靠。
多,包括多点位、多谱段、多时相、多高度的遥感影像和“多次增强”的遥感信息。
总的来说,遥感技术应用于环境资源中,可以为用户提供时空连续性的区域性同步信息。这些信息具有综合性、系统性与同时性,而这也恰恰是遥感技术区别于其他技术,在资源环境中的应用所具有的优越性。
2.3遥感技术在资源环境中的发展趋势
遥感影像获取技术方面,随着高性能新型传感器的研制开发水平的提高以及环境资源遥感对高精度遥感数据要求的提高,高空间和高光谱分辨率已是卫星遥感影像获取技术的总发展趋势。遥感技术在资源环境中的应用主要呈现以下五个大的发展的趋势:
2.3.1 遥感影像获取技术蓬勃发展
2.3.2 数据处理系统呈现高速性、大容量性和高精度性的特点
2.3.3 4S技术(GIS、GPS、RS、ES)技术呈现集成化、一体化的发展趋势
2.3.4 遥感信息模型与遥感信息处理方法的逐步发展完善
2.3.5 国家环境资源信息系统以及环境遥感应用系统的建立
可以预见的是,遥感技术在资源环境中的应用在未来的发展中,功能模块集成化、技术科学化、数据处理智能化、检测科学化等特点将更加明显。随着遥感技术以及相关学科的发展,在未来的生产生活中,遥感技术必将更加深入而广泛地应用于资源环境资料的获取与处理,以其独特的优越于生产生活。
3 遥感技术在气象学中的应用
3.1遥感技术应用于气象学的优越性与局限性
大气遥感作为遥感技术数十年间发展最为迅速的新兴学科,在大气科学中一直发挥着重要作用,是现今气象学的支柱学科之一。随着气象学的研究与发展,气象学对全球范围以及区域范围的大气特征的观测越来越强调其时空连续性。且由于气象学研究的主要对象无法直接接触,或直接接触难度大,遥感技术作为一种不直接接触被测物体,即可获得其物理几何特性的观测技术,显示出了其独特的魅力。另一方面大气物理学、近代电磁学、计算机及其相关学科的发展,传感器等硬件O施的完善,都进一步地推动了遥感技术在气象学中应用的深度与广度。
大气遥感是利用遥感器传感器所监测到的监测大气结构、状态及变化,不需要直接接触目标而进行区域性的跟踪测量,能够快速地进行污染源的定点定位,从而获得全面的综合信息得一门遥感技术。安置在遥感平台上的传感器通过对大气光谱特性的观测,可以将无法由遥感手段直接得到的各气体成分以及其他的各个物理量判读出来。遥感技术所用的探测波段广,可以根据不同大气成分的电磁波谱特性,选用合适的波段进行监测。同时,由于遥感平台上所搭载的传感器对于各种波谱的探测宽度与灵敏性远高于人眼,故可以探测到人眼无法识别的对象。遥感测量获得的原始影像能够给气象学研究提供更多的原始数据,而遥感影像的后续处理则能将所获取的大量数据转化成有益于气象研究的信息。
然而,受限于当前遥感技术的发展水平以及软硬件设备的技术条件,遥感应用于气象学中所获得的卫星云图分辨率有限,同时由于除观测对象外其他大气成分干扰,摄取的影响将会产生这样或那样的为误差,严重的影响测量精度,降低了遥感影像所获取的气象学资料的可靠性。
3.2遥感技术应用于气象学的几个实例
3.2.1有害气体的监测
有害气体通常指人为或自然条件下产生的二氧化硫、氟化物、乙烯、烟雾等对生物有机体有害的气体。但用遥感技术对大气中的某一成分进行观测时,我们往往不能直接对其进行观测。但是,@并不意味着遥感技术不适用于该类观测。我们可以利用所观测成分特定的电磁光谱特性间接地监测该成分的分布以及变化情况;或者我们可以通过观察这些不易直接观测的成分对其他地物的影响,以达到对目标成分追踪观测的目的。比如地表硫化面,酸雨对植物的腐蚀情况等等。
3.2.2城市热岛效应监测
城市热岛效应是城市中的空气温度高于城市周围郊区的温度,故形成了从城市流向郊区的一种环流。与有害气体监测相类似,城市热岛效应监测同样采用了间接监测的手段。我们知道到,植被覆盖率与植被覆盖种类和城市热岛效应的影响范围存在很强的相关性。通过比对城郊的植被变化,就可以得到城市热岛到效应的影响范围。当然,我们也可以通过直接比较不同时相的遥感热红外影像直接得到城市热岛效应的日/年变化规律。
4 遥感技术应用的一般流程总结
遥感技术应用的一般流程:
随着遥感技术应用领域的日益广阔,各个学科与遥感技术的联系逐渐加强,遥感技术的规范化、流程化成了大势所趋。如何建立一个普遍适用的大体操作流程,成了我们现在急需解决的问题,笔者根据平时所学以及汇总众多的资料,现提出自己的观点。
4.1利用遥感平台上的传感器对目标地物进行观测,实现数据的获取与输入。
4.2采集光谱特征,并依照光谱特征建立模型,并对模型进行评估,以此作为是否重建模型的依据。
4.3利用所建立的模型对采集到的数据进行处理,可分为三个流程:(1)建立数据处理流程;(2)选择各个环节所采用的数据处理方法;(3)输入所需处理数据并配置相关参数。
4.4获取处理后的数据,并对数据进行后续处理。
5 存在的问题及展望
5.1存在的问题
遥感技术经过数十年的发展,已经成为一个十分完善的学科体系,应用于生产生活的方方面面。然而,在现阶段的技术条件的限制下,遥感技术仍然需要面对一些技术上的挑战。
首先是遥感技术发展的过程中,尺度与角度的问题。由于用不同空间分辨率获取的图像间没有简单的平均或平分对关系。[16]传感器的分辨率与地物的辐射值并不满足线性相关。同时,由于传感器所接收到的辐射信号具有多源性和多时性,这就给数据的几何配准带来了不便。另一方面,虽然随着人工智能与计算机图形学技术的发展,遥感信息的提取效率越来越高。然而由于技术条件以及软硬件条件的限制,遥感信息的自动提取仍然是我们急需解决的问题。最后,随着时间维度的加入,遥感数据变得异常复杂。如何实现对四维数据进行同化,是我们不得不面对的问题。
5.2 对遥感未来的展望
遥感技术方兴未艾,即使是发展到现在,仍然有着巨大的发展潜力。无论是空间探测技术的进步,还是传感器的更新换代,都将极大地促进遥感技术的发展与繁荣。展望未来,我们可以发现遥感技术将呈现以下几个特点:
5.21随着传感器的更新换代以及遥感技术更高精度的要求,卫星遥感将呈现高分辨率、高精度的发展趋势。
5.2.2随着雷达技术的发展与广泛使用,各式雷达传感器的广泛使用,遥感技术走向全天候、全时段的新阶段。
5.2.3热红外遥感技术的大力推广使得遥感技术对于与地球表面热量有关的地物及其变化的监测进入了一个新的高度。
5.2.4 4s技术的发展使得遥感技术呈现集成化一体化的趋势。
5.2.5数字地球概念的提出,使得遥感技术与其他相关学科在全球层面上实现了一体化、系统化、联系化,构成了一个有机的整体网络。
结束语
自19世纪60年代遥感诞生之日起,数十年来,遥感技术在变换检测、资源环境信息获取与处理等诸多领域一直发挥着重要的作用。当然,任何技术都不是万能的,都有其局限性。然而遥感技术尽管经过了数十年的发展,但其应用前景依旧广阔。尤其是随着深空探测技术、图像处理技术、波谱分辨技术等相关领域学科的不断发展推进,遥感技术更是展现出来前所未有的生机,笔者限于所学知识有限,无法对遥感技术进行更深层次的专业化讨论,但我们相信,遥感技术的前景一定是务必广阔的。
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作为地球科学及应用的一种观测手段,遥感总是带给人们一些困惑:它能应用在哪些方面?能为我们做些什么?它又是如何监测的?实际上,遥感在我们生活中无处不在。只是它好像总是披着隐身衣,而我们浑然未觉罢了。本期共享科学就揭开遥感应用的这层隐身衣,接着为读者讲述遥感的应用。
灾害遥感
灾情数据即时通
前不久,强台风“海葵”来袭,造成许多地区出现农田被毁,农业大棚倒塌,农作物在强风暴雨的摧残下出现死亡的状况。这时,通过灾害遥感,可以准确的划分出受台风影响区域,通过气象预警有效信息,人们便可由此对农产品进行防护措施,降低损失。
郭子祺说:“经过二十多年的努力,我国已建立了重大自然灾害遥感监测评估运行系统,形成了对台风、暴雨、洪涝、旱灾等灾害的监测能力,特别是快速图像处理和评估系统的建立,具有对突发性灾害的快速应急反应能力,使该系统能在几小时内获得灾情数据,一天内做出灾情的快速评估,一周内完成详实的评估。”
在1987年大兴安岭发生特大森林火灾时,中国科学院卫星地面站提供的火情现势卫星影像图对现场指挥、调度扑救起到了决定性作用;1998年长江、嫩江流域发生特大洪灾时,航空、航天平台的遥感实时监测,为指挥抗洪救灾、恢复生产发挥了巨大作用。此外,郭子祺还介绍,在“5·12”汶川特大地震发生后,全力启用了航空、航天遥感设备和专业技术人员飞赴前线,第一时间获取灾情信息,哪片房屋倒塌了,哪里河道堵塞了,都一目了然。遥感为抗震救灾监测获取、处理和分析数据,为抗震救灾的行动部署提供了基础依据和重要背景信息。
农业遥感
农业统计换新天
“我们要保证国家的粮食足以满足人民的日常需求,如果出现减产的话我们便需要作出相应的政策调整。”中科院遥感所研究员陈良富说。上世纪70年代,美国开始就利用陆地卫星和气象卫星等数据,预测全球的小麦产量。相比遥感估产宏观、快速、准确的优点,传统的作物估产采用人工区域调查方法,应用起来计算繁杂、速度慢、工作量大并且成本高。
那么,遥感估产究竟是如何操作的呢?“农作物遥感估产包括对农作物生长过程的动态监测、种植面积测算、单位面积产量估测和总产量估测。”记者在采访中得知,根据生物学原理,在收集分析各种农作物不同生育期不同光谱特征的基础上,通过平台上的传感器记录的地表信息,辨别作物类型,监测作物长势,在作物收获前,预测作物的产量的一系列方法。
先有“产”才能有“估”。对于整个农业生产链来说,遥感的作用可以说是贯穿始终。从最开始的农业资源调查到土地利用现状分析,再到农业病虫害监测,这些都要依赖于遥感技术应用。
有一份数据引起了笔者注意“我国每年由于病虫害造成的损失大约在10%-15%之间”如此庞大的一个数字!遥感技术能否帮助我们及早发现病虫害,以最快的速度采取防治措施呢?郭子祺说:“遥感技术检测农业病虫害,主要依据基于植物受到病虫侵扰时生理变化所引起的绿叶中细胞活性、含水量等的变化,表现为农作物在反射光谱特性上的差异。这样,农作物在遭受病虫危害早期就可以通过遥感技术探测到这一光谱差异,从而解决了农作物病虫害早期发现和早期防治的问题,这一技术方法也已经应用在森林病虫害监测和防治方面。”
大气遥感
定量监测气溶胶
近些年,大气臭氧减少、烟雾弥漫难以消散,这样的问题成为社会普遍关注的焦点。但有一个词“气溶胶”常常和这些大气问题相伴提起,或许从它的身上我们可以找到问题的关键。
“秸秆焚烧的烟尘、人为活动的扬尘和植物花粉颗粒物,就是气溶胶的具体实例。汽车尾气和各种锅炉的化石原料燃烧排放气体可以转化为微小细粒子。”陈良富说,“它不仅对人体造成危害,而且气溶胶作为云凝结核,使地气系统的能量平衡失衡,从而影响区域和全球气候,大量的细粒子气溶胶还会形成严重的灰霾天气。”
面对气溶胶我们真就束手无策吗?当然不会!“在众多类型的监测技术中,卫星遥感可以提供广阔背景上的气溶胶区域分布信息,是唯一实现全球气溶胶监测的手段。”陈良富介绍,定量研究气溶胶在全球范围内的时空变化特征与演变规律上有其他站点监测无法比拟的优势,辅以米散射原理的地基激光雷达提供的气溶胶垂直分布信息,可以获得区域分布的近地面PM2.5质量浓度的监测,实现城市群、郊区和广大农村区域的空气质量监测。
说到大气遥感,还有一点不得不提灰霾。比如北京以及华北地区的天空常常披着灰色的面纱,给人们生活出行造成很大的困扰,“这正是灰霾在作祟,”陈良富研究员说,“美国的网站总用卫星图像来说中国的污染太严重,对此科学家们解释说是由于天气稳定利于污染物排放的积累所致。其实这里存在一个误解。”
陈良富解释,用了五种方式的卫星观测数据对灰霾天进行分析,发现人为排放积累不至于引起如此面积大、强度高的污染。那空气污染的原因究竟是什么呢?通过遥感探测发现,每年10月到次年的3月期间,每23天在2公里以上的高空就有一股从西风带吹来的浮尘,当它抵达华北平原上空后,由于地势降低,风速下降以后浮尘便会往下与污染物相混合,遭遇水汽后细粒子个体便迅速增大就造成大范围高强度的污染现象。如果遇上南边气流比较强会形成华北地区持续多天的重污染天气。若仅通过地面观测的话恐怕难以得知这一现象的起因,在这些需要大尺度的观测工作上,遥感无疑起到了不可替代的作用。
水资源遥感
让水质监测与评估更真实
水是万物生长之本,湖泊更是自然的神作,但近些年,随着我国工业和城镇化的快速发展,江河湖泊面临水质污染的严峻问题。
能否利用遥感技术来进行江河湖泊水质环境监测呢?郭子祺说:“水体及其污染物质的光谱特性是利用遥感信息进行水质监测与评估的依据。国内外许多学者利用遥感的方法估算水体污染的参数,以监测水质变化情况。” 此外,郭子祺介绍,利用遥感技术进行水环境监测与水体富营养评价,存在很大的优势:信息获取快速、省时省力等特点,不仅能够较好的反映出研究水质的空间分布特征,而且更有利于大面积水域的快速监测。遥感技术无疑给湖泊环境变化研究带来了福音。
“在整个水资源管理方面,遥感技术与地理信息系统相结合,正发挥着越来越重要的作用。”郭子祺告诉记者,“水质的好坏有一个划分指标,目前利用遥感技术获得的光谱数据进行水质参数反演精度还不高,还达不到环保部门的要求。如何使这一技术有效应用呢?目前的做法是在测量区域布置一些水质传感器,通过无线传感器网络技术可24小时连续测量水质的多种参数,用于提高水质遥感反演精度,使其接近或达到相关行业要求。”
延伸阅读
卫星遥感测出精准数据:京杭大运河全长1710千米
京杭大运河到底有多长?中国科学院遥感应用所刘少创课题组利用卫星遥感技术,重新量测了这条世界上最古老,也是最长的大运河,得出精确答案:京杭大运河总长度为1710公里。
京杭大运河与万里长城并称为中国古代两项伟大工程,但在各种文献资料中,运河的“身长”却长短不一。刘少创表示,河长、源头和流域面积都是国家重要的地理信息数据,我们应该利用现有的技术条件,准确确定这些数据。
刘少创课题组利用卫星遥感技术,再加上大比例尺地形图,进行分析计算,最终确定京杭大运河的精确“身长”。据介绍,1710公里的总长度,是以北京通州温榆河和通惠河的交汇处为起点,以杭州的拱宸桥为终点,沿京杭大运河的中心线进行量测得到的。
据刘少创介绍,课题组主要利用卫星遥感技术确定河流的源头和长度,但由于很难在同一时间集齐整条河流的所有卫星影像数据,所以还需要结合航空影像和大比例尺地形图,进行分析测算。“大比例尺地形图更接近河流真实的长度,弯弯曲曲的河道也更容易表现出来。”
由于卫星遥感影像无法确定边界的位置,此次并未分段量测,因此京杭大运河北京段暂无精确长度。
据刘少创介绍,从目前的卫星影像图来看,河道的分界点不太清楚,例如北京和天津的河道边界点,就无法确定具置,再加上地形图的资料也不全,难以按边界分段测量。
“如果要分段测量,必须精确确定每一个分界点的位置,这要涉及很多部门,我们无法得到这些资料。”刘少创说。
[关键词]摄影测量 遥感技术 发展 问题
[中图分类号] P217 [文献码] B [文章编号] 1000-405X(2015)-7-199-1
近些年来,人们迎来了信息时代,人类社会也逐渐步入到全方位的信息时代中,新兴很多科学技术,并得到了迅速发展,被人们广泛应用到人类生活之中。摄影测量经过数字摄影测量阶段、解析摄影测量阶段以及模拟摄影测量阶段这三个阶段。在摄影测量技术发展期间,从遥感数据源到遥感平台、遥感器、遥感数据处理、遥感理论基础探讨等,都产生了很大变化。下面,笔者就对摄影测量与遥感当前发展中面临的问题进行分析。
1摄影测量与遥感发展中存在的问题
1.1遥感技术发展存在的问题
当前形势下,遥感技术主要被应用到环境保护、城市规划、土地利用、荒漠化监测、灾害监测、环境预报、海洋监测、天气预报等行业和领域中,遥感技术为社会发展带来了很大的经济效益。特别是航天遥感技术的提出和发展,航天遥感技术对卫星遥感进行充分利用,进而获取各种需要的信息,可以说,航天遥感技术是当前最为有效的方法。
目前,在遥感技术的应用上,还存在一些问题:譬如说过分重视对表面现象的反馈,忽视了内里的规律分析、定量分析等。同时,遥感技术应用中还存在过分单一的问题,这在一定程度上影响了遥感技术作用的发挥,多种遥感技术的一体化综合应用有助于获取更加准确的数据资料,提高测量质量。比如说:遥感技术应用到水质的监测中时,进行数据分析多为定性分析,很少进行定量分析;且监测精度不高,存在明显的经验、半经验算法;另外,在监测的数据参数上,主要为透明度、浑浊度、悬浮沉积物、叶绿素等,参数过少,而且监测的波段范围也不大,主要集中在可见光和近红外波段范围。
1.2摄影测量发展存在的问题
我国的摄影测量发展经历了漫长的历程,伴随着我国自动控制技术以及计算机技术的不断发展,在二十世纪末期,完成了全数字的自动测图软件研发和应用,由此,数字摄影测量技术得以迅速发展,数字摄影测量被普遍应用到测量工作之中。在进入到二十一世纪以后,科学技术的不断提升为摄影测量提供了帮助,使摄影测量也步入到数字化时代中。在数字摄影测量中,传统的图像处理从光学仪器上搬到了计算机上,实现了对传感器空间方位的校正、地形起伏引起像点位移的纠正以及图像镶嵌等功能。目前,在摄影测量图像的处理方面,还存在图像匹配、不依赖DEM的正射纠正等问题。譬如说:在图像匹配上,在地形图上取影像与地形图上对应同名点作为纠正控制点,这种方法的精度不高,当前在图像的匹配上依然主要依赖人工方式,而数字化的图像匹配还有待进一步研究和发展。
另外,摄影测量技术中得数字正射影像图(DOM)存在严重的图像质量问题,外界环境的诸多因素都会直接影响到图像的质量,影响摄影测量的精度。譬如:清晰度差、纹理不清晰、重要地物缺失等。实践经验表明:原始影像质量、DEM数据质量、摄影处理条件、拼接线、第三方软件等都会对DOM质量产生影响。
2推动摄影测量与遥感技术发展的策略
近些年,在数据分析、信息服务、获取和处理数据的过程中,摄影测量与遥感技术都得到了良好发展,获取数据的装备也得到了迅速发展,从本质上提升了数据处理系统的自动化程度。
2.1遥感自动定位技术的发展和应用
在摄影测量与遥感技术发展过程中,遥感自动定位技术具有十分重要的地位,不仅能够对影响目标实际位置进行准确确定,更可以对影响属性进行准确解译。将GPS的空中三角测量作为前提和基础,对惯性导航系统进行充分利用,由此形成了航空影响传感器,航空影响传感器将定点摄影成像实现,并且保证定点摄影成像的高精度。在卫星遥感这一前提和基础下,精度可以实现米级,遥感自动定位技术能够实现实时数据更新和实时测图等作业的流程,进而将野外像控测量工作量减少。
2.2在三维模型表面重建中应用摄影测量
在工程勘察、人体重建、人脸重建、医学重建、文物保护、工业测量以及土建筑重建等方面都均已普遍应用三维物体重建技术。三维物体重建技术通过手持量测的数码相机实施操作,进而能够得到多度重叠以及短基线的图片,通过立体匹配的渠道获取模型点的数据。利用短基线多影响的数字摄影测量快速三维的重建技术,能够从本质上将摄影测量无法兼顾远景和变形问题进行解决,在实施的过程中,通过采取量测数码相机手持拍摄这一种方式方法,使测量技术更加快速和简单,并且拥有高度自动化。
2.3构建完善的遥感监测指标体系
为推动遥感技术定量化分析的应用于发展,必须建立起完善的遥控监测指标体系。比如说:在大气环境的遥感监测中,借助这一指标体系进行后续的定量化分析,掌握大气环境的变化情况,实现大气环境监测的集成化发展。一是时间与空间数据的互为弥补和整合,便于相关人员掌握大气环境;二是互为约束的遥感反演技术。随着遥感技术和摄影测量技术应用日益广泛,其不断融合先进技术,为人类发展带来更先进的监测技术,推动社会经济发展和人类进步,而构建监测指标体系则是当前迫切需要解决的一个问题,需要各部门、单位的联动,全力推动遥感技术的发展,实现遥感技术的变革。
3结语
综上,虽然如今的摄影测量与遥感技术发展速度相对来说比较快,并且已经被应用到测绘工作中,逐渐实现了智能化发展和数字化发展。我国摄影测量与遥感存在设备种类单一以及生产效率低下等问题,这些问题和信息产业发展相违背,不能达到国际的标准水平。因此,我们要集中优势力量,开展跨学科合作。
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关键词:现代测绘技术;发展;应用;
中图分类号:P258 文献标识码:A 文章编号:1674-3520(2014)-11-00-01
随着科技水平的不断进步,测绘技术也在不断发展,其主要包括卫星导航定位技术、遥感技术、地理信息系统技术等。遥感技术与卫星导航定位技术是综合了卫星技术、航天技术、传感器技术、计算机技术、现代通信技术等多项高新技术的研究成果而形成的最新技术成果,地理信息系统技术则集合了数据库技术、计算机技术、空间分析与模拟技术综合研究而形成的。这三项技术是现代测绘技术的核心,他们是空间技术和信息技术等现代高新技术的综合集成。
一、现代测绘技术的发展概况
(一)遥感技术(RS)的发展。遥感包括卫星遥感和航空遥感,卫星遥感用于测图正在研究之中并取得一些意义重大的成果,航空遥感作为地形图测绘的重要手段已在实践中得到了广泛的应用,基于遥感资料建立数字地面模型进而应用于测绘工作已获得了较多的应用。遥感信息获取技术已从可见光发展到红外、微波;从单波段发展到多角度、多波段、多极化;从低分辨率发展到高分辨率甚至超高分辨率。传感器有框幅式光学相机,光机扫描仪、光电扫描仪、面阵扫描仪、CCD线阵、激光扫描仪、雷达测高仪和合成孔径雷达等;遥感平台有太阳同步卫星、地球同步轨道卫星、太空飞船、探空火箭、航天飞机,并且还有升空气球,高、中、低空飞机以及无人飞机等,它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。
(二)全球卫星定位技术(GPS)的发展。GPS是英文GlobalPositioningSystem(全球定位系统)的简称,而其中文简称为“球位系”。GPS是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供全天候、实时和全球性的导航服务,并用于核爆监测、情报收集和应急通讯等一些军事目的经过20余年的研究实验,耗资巨大,全球卫星定位系统共由24颗GPS卫星布设组成。GPS采用的是全球性地心坐标系统,坐标原点为地球质量中心。
(三)地理信息系统(GIS)的发展。地理信息系统作为多种技术、多个学科交叉融合的产物,至今只有40多年的历史。地理信息系统起源于20世纪60年代加拿大和美国学者的在土地和交通方面的地理信息研究。1998年1月31日美国前副总统戈尔在加利福尼亚科学中心的一次讲演,在该讲演中戈尔正式提出数字地球的概念。地理信息系统作为对空间地理分布有关的数据进行采集、处理、管理、分析的计算机技术系统,其发展和应用对测绘科学的发展意义重大,是现代测绘技术的重大技术支撑。
二、现代测绘技术的应用
现代测绘技术作为一门新的信息科学在经济和社会可持续发展的诸多领域正发挥着愈来愈大的作用。在这里主要介绍现代测绘技术在湿地方面、矿产普查与勘探、农业方面以及水利工程方面的应用情况。
(一)湿地方面。利用遥感技术对湿地生物资源的分布、生长状况及其变化进行估测。利用遥感技术多层次、多时相的动态监测功能获得及时可靠的数据,通过地理信息系统技术进行相关数据的实时更新,并对这些数据进行空间分析,可得到湿地的动态变化情况。应用遥感和地理信息系统技术,获取湿地生态环境质量分析评价所需要的数据,借助GPS技术进行水质采样调查、土壤采样、植被样方调查等常规野外调查。根据湿地信息系统的功能,可将其划分为两大类:决策支持型地信息系统与查询服务型信息系统。
(二)矿产普查与勘探。矿产普查与勘探目的是为了开发地下资源,找出有用矿物,并确定其形状大小及储藏量(通常简称储量)。矿产普查,首先是查明矿床位置,并加以圈定,确定其隐伏部分或其他隐伏矿体的大致分布地段,作为勘探基地,并作出矿床的远景评价,然后确定是否进行勘探。为此,在没有适当的相应比例尺地形图使用时,须进行正规的地形测图,或配合地质工作同时进行路线图测量,或进行简易测图,以及少量的普查工程测量,以便为矿点检查做出评价报告和下一步勘探设计提供资料。
(三)农业方面。农业中,利用GPS技术对采集的农田信息进行空间定位;利用GIS技术建立农田自然条件、土地管理、作物产量的空间分布等的空间数据库;利用RS技术获取农田小区内作物生长状况、生长环境以及空间变异的大量时空变化信息,为分析农田内资源有效利用状况、自然条件、作物产量的时空差异性和实施调控提供处方信息。RS、GPS、GIS技术及自动化控制技术为支撑的精确农业将促进现代农业的发展。它可以收集土地利用现状、农作物的生长情况、植被分布、土壤肥力等多种信息、农作物的灾情分布,将信息技术与农艺、农机有机地结合起来,最大限度地优化各项农业资源与生产要素的合理分配,获取高产量和最大经济效益。
(四)水利工程方面。遥感技术可以实时地对大河、大江和湖水水位进行监测,可实时监测洪水灾害面积。RS和GIS集成能及早预报洪水淹没范围和干旱灾情范围,为防灾、抗灾提供准确信息。在水利枢纽工程竣工后,需对水库大坝、大型桥梁等进行精密的、连续的监测。现代测绘技术提供了连续、实时的安全运行监控手段。利用数字测图技术或全数字摄影测量建立数字地面模型,应用GIS的分析决策功能,可以方便快速地进行水库大坝选址、引水渠修建库容计算、受益范围等设计工作,为开发利用水资源提供科学依据。
三、结束语
以“3S”一体化或集成为主导的空间信息技术体系已逐渐成为测绘学或地球信息学新的技术体系和工作模式,其先进性、时效性明显。现代测绘技术将朝着高科技、自动化、实时化和数字化方向发展。
参考文献:
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关键词:遥感技术;特点;海洋测绘;应用
遥感是以航空摄影技术为基础,在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。遥感(Remote Sensing),从广义上说是泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身,从远处通过仪器(传感器)探测和接收来自目标物体的信息(如电场、磁场、电磁波、地震波等信息),经过信息的传输及其处理分析,识别物体的属性及其分布等特征的技术。通常遥感是指空对地的遥感,即从远离地面的不同工作平台上(如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等)通过传感器,对地球表面的电磁波(辐射)信息进行探测,并经信息的传输、处理和判读分析,对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。遥感方式有主动式和被动式两种,主动式遥感先由遥感器向海面发射电磁波,再由接收到的回波提取海洋信息或成像。被动式遥感的传感器只接收海面热辐射能或散射太阳光和天空光的能量,从中提取海洋信息或成像。当前,遥感形成了一个从地面到空中,乃至空间,从信息数据收集、处理到判读分析和应用,对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系,成为了获取地球资源与环境信息的重要手段。
一、遥感技术的特点
遥感作为一门对地观测综合性技术,它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要,更有其它技术手段与之无法比拟的特点。遥感技术的特点归结起来主要有以下几方面:
(1)可获取大范围数据资料。遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右,陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右,可及时获取大范围的信息。一张陆地卫星图像,其覆盖面积可达3万多平方公里。这种展示宏观景象的图像,对地球资源和环境分析极为重要。
(2)能动态反映地面事物的变化。遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测,这有助于人们通过所获取的遥感数据,发现并动态地跟踪地球上许多事物的变化。同时,研究自然界的变化规律。尤其是在监视天气状况、自然灾害、环境污染甚至军事目标等方面,遥感的运用就显得格外重要。
(3)获取信息的速度快,周期短。遥感探测能在较短的时间内,从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测,并从中获取有价值的遥感数据。由于卫星围绕地球运转,从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料,以便更新原有资料,或根据新旧资料变化进行动态监测,这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。
(4)获取信息受条件限制少。在地球上有很多地方,自然条件极为恶劣,人类难以到达,如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术,特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。
(5)获取的数据具有综合性。遥感探测所获取的是同一时段、覆盖大范围地区的遥感数据,这些数据综合地展现了地球上许多自然与人文现象,宏观地反映了地球上各种事物的形态与分布,真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等地物的特征,全面地揭示了地理事物之间的关联性。
(6)获取信息的手段多,信息量大。根据不同的任务,遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体,也可采用紫外线,红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性,还可获取地物内部信息。例如,地面深层、水的下层,冰层下的水体,沙漠下面的地物特性等,微波波段还可以全天候的工作。
目前,遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来,预计遥感技术将步入一个能快速,及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率,光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展,尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透,将会越来越广泛。
二、遥感技术在海洋测绘领域的应用
海洋遥感技术主要包括以光、电等信息载体和以声波为信息载体的两大遥感技术。海洋声学遥感技术是探测海洋的一种十分有效的手段。利用声学遥感技术,可以探测海底地形、进行海洋动力现象的观测、进行海底地层剖面探测,以及为潜水器提供导航、避碰、海底轮廓跟踪的信息。
海洋遥感主要应用于调查和监测大洋环流、近岸海流、海冰、海洋表层流场、港湾水质、近岸工程、围垦、悬浮沙、浅滩地形、沿海表面叶绿素浓度等海洋水文、气象、生物、物理及海水动力、海洋污染、近岸工程等方面。遥感监测己成为海洋及海岸带主要的监测手段和信息源。
利用传感器对海洋进行远距离非接触观测,以获取海洋景观和海洋要素的图像或数据资料。海洋不断向环境辐射电磁波能量,海面还会反射或散射太阳和人造辐射源(如雷达)射来的电磁波能量,故可设计一些专门的传感器,把它装载在人造卫星、宇宙飞船、飞机、火箭和气球等携带的工作平台上,接收并记录这些电磁辐射能,再经过传输、加工和处理,得到海洋图像或数据资料。
海洋的各种经济和军事活动,都需要获取及时、准确的海面现场数据。高频地波雷达以探测距离远、面积大,并能超视距、全天候探测海面等优越性,被广泛应用在世界海洋经济活跃的重要区域。利用卫星高度计资料进行潮波分析、海洋风浪场、重力场、海洋大地水准面、全球气候变化等研究;应用合成孔径雷达(SAR)信息进行海底地形、海洋内波、海浪方向谱等研究;以光学和微波遥感信息为主,通过多源信息复合技术建立海流、海面风场分析方法和模型;我国在以上海为中心的长江三角洲外缘,舟山群岛的朱家尖和象山分别建立了两个高频地波雷达站,夜以继日地观测两站连线以东四万平方公里海面风、浪、流的数据。
风力、波浪、潮流等是塑造海洋环境的动力,利用RS,GPS 等现代海洋观测技术可以大范围快速、准确、直接地获得海洋动力信息,对于海面风场观测,遥感所获得的海面风数据一般是距海20nm 处的观测资料。这些资料的取得有助于台风大风预报和波浪预报。对于海浪观测,可以通过合成孔径雷达反演波浪方向谱或者可以通过动力模式来解决表面波场问题;对于海流观测,海洋中的海流主要受风力、引潮力和密度分布不均匀所驱动。测流主要使用雷达高度计,目前已联合使用卫星定位装置、数据采集系统和海流浮标,取得了有价值的资料。
21 世纪是人类开发利用海洋的新世纪,随着对地球认识的不断深化,海洋的作用越来越被人们所认识。我国东临太平洋,是世界上重要的海洋国家之一。利用遥感技术合理开发利用海洋资源,切实保护海洋生态环境,对于实现海洋资源、环境的可持续利用和海洋事业的协调发展,具有重要的意义。■
参考文献
[1]陈洪云,翟国君;海洋测绘进展评述[J];海洋测绘;2004年01期
[2]黎刚;环境遥感监测技术进展[J];环境监测管理与技术;2007年01期