[科普中国]-摄影测量与遥感学

简介

“摄影测量”一词最初见于1867年的出版物，当时摄影艺术和科学其本身仍处在早期发展阶段。在过去的八十年中，摄影测量的主要应用是根据航空图片绘制地图。在到2006年的十年里，摄影测量和遥感为地理信息系统提供了数据的首要来源。另外，摄影测量的近距离技术还不断发展应用到许多其他领域——工程、建筑、考古、医学、法律和机器观察。利用航空器和地球卫星上携带的、在各段电磁波谱（紫外线、可见光、红外线、热辐射和微波）工作的传感器进行监视和环境成像及判读研究，逐渐被称作（遥感）。遥感图像的主要应用包括绘图、农业、林业、可持续发展、环境和全球监测、不可再生资源和可再生资源以及土力学研究。摄影测量与遥感之间没有明显的区分，正是因为这个原因，摄影测量学会于1980年更改了其名称。 摄影测量和遥感学会是一个非政府组织，致力于开展国际合作，推动摄影测量、遥感和空间信息系统及其应用发展。学会的运作不分种族、宗教、国籍或政治观念。正式语言是英文、法文和德文。

发展趋势摄影测量与遥感学作为基于影像的空间信息科学,是地球空间信息学(geo spatial information ,或称Geomatics) 的核心 。地球空间信息学是空间数据的采集、量测、分析、存贮、管理、显示和应用的集成科学与技术(见图) ,属于现代空间信息科学与技术的范畴1。2004 年,美国劳动部把地球空间信息技术与纳米和生物技术一起列为当今最具发展潜力的三大技术,其发展有以下几方面的趋势。

空间信息获取的发展趋势地球空间信息获取的发展趋势具有多平台、多传感器、多比例尺和高光谱、高空间、高时间分辨率以及空天地一体化的明显特征。

随着航天技术、通信技术和信息技术的飞速发展,人们将可以从各种航天、近空间、航空和地面平台上用紫、可见光、红外、微波、合成孔径雷达、激光雷达、太赫兹等多种传感器获取多种比例尺的目标影像,大大提高其空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率,形成天地一体化摄影测量与遥感的数据获取方法,为人们提供愈来愈多的影像和非影像数据。

随着新一代全球卫星导航定位系统( GNSS)的发展,定位系统将以更高的精度自动测定各类传感器的空间位置姿态,从而实现无地面控制的高精度、实时摄影测量与遥感。

空间信息处理的发展趋势地球空间信息处理和信息提取的发展趋势是走向定量化、自动化和实时化 。陆地空间数据分析与数据筛选的发展态势是即将跨进精准化、规范化、标准化的新世界。但是，摄影测量和遥感技术的发展也存在着一定的不足之处。其中，最大的问题就是数据系统庞大，关键数据缺乏、价值度不高。为了以更专业的手段排除这一干扰，我们就需要抓住时代赋予给人类的资源，利用先进的网络技术和计算方法2。摄影测量与遥感所存在的一个突出问题是数据量过大、信息不足、知识难求。利用网格技术进行网格计算给解决这一问题带来了新的机遇,为此,需要在网格计算环境下解决下列问题 :

①在统一时空基准下自动地、实时地确定各类传感器的空间位置和姿态;

②由各类接触和非接触传感器所获取的数据求解目标物理和几何特性的数学模型和一体化求解方法;

③多平台、多传感器遥感影像网格计算与信息提取的自动化和智能化方法;

④多源大量空间信息集成与融合方法;

⑤空间信息自动变化检测与实时更新;

⑥空间数据认知模式以及从海量空间数据库进行数据挖掘,以发现用户需要的知识。

解决以上六个方面的问题需要从时空基准、遥感成像机理、模式识别、计算机视觉及数据挖掘等诸多方面取得突破,以实现几何与物理方程的整体反演求解,才能实现空间信息处理和信息提取的定量化、自动化和实时化。

空间信息管理的发展趋势地球空间信息管理与分析的发展趋势是走向信息共享、互操作和网格化3。

从网格计算的资源共享和协同计算观点看,地理信息系统已从单机GIS 系统发展到网络和移动地理信息系统(Web2GIS 和Mobile2GIS) ,下一步将走向网格地理信息系统( Grid2GIS) 。为此,需要解决地理空间数据存在的时间基准不一致、空间基准不一致、数据格式不一致和语义不一致引起的问题。空间基准不一致引起的

问题可以采用全球地心坐标系或坐标变换来解决;数据格式不一致可以用互操作软件解决;时态和语义不一致引起的问题较难解决。前者要解决空间数据的实时更新或建立时空地理信息系统,后者需要一个基于本体的空间信息语义网格来处理这些语义的差异,从而实现网格技术下空间信息的共享和互操作。随着全球信息网格( GIG) 概念的提出,建立全球统一的空间信息网格已势在必行。为此,应在全球统一地理坐标框架下,根据自然社会发展的不平衡特征将全球分成粗细不等的格网,格网中心为经纬度坐标和全球地心坐标系坐标,格网内存贮各个地物及其属性特征,这种存贮方法特别适合于国家社会经济数据的空间统计与分析,使基于空间数据的分析、空间数据挖掘和辅助决策上一个新的台阶。

空间信息应用的发展趋势地球空间信息成果应用的发展趋势是成果的多样化和应用的大众化与普适化。未来的地球空间信息成果产品可以是矢量的或栅格的,可以是图形的或影像的,可以是二维的或三维的,可以是静态图像或连续动画视频图像,

可以是多媒体或流媒体,可以是虚拟现实或可量测的实景影像,也可以是上述各种形式产品的融合与集成。

长期以来,摄影测量与遥感主要面向地球科学和环境科学的应用,作为基于影像的空间信息科学,它除了将继续在影像城市、虚拟数字地球和地理环境中得到应用之外,还有很大的潜力用于工业制造、医学诊断、文化遗产保护等方面。如果将原始或加工后的影像连同它们的方位元素和测量工具软件一起作为产品发布,则用户可在Web2. 0 环境下实现自己的按需测量和按需解译,从而实现地球空间信息成果应用的大众化与普适化。

地球空间信息在为经济建设、国防建设和政府决策中广泛应用的基础上,将进一步创造高效优质的服务模式,包括汽车导航、盲人导航、手机图形图像服务、智能小区服务、移动位置服务等基于位置的公众信息化服务。地球空间信息的社会化服务包括对国家资源、环境、灾害调查和各种经济活动的时空分布及其变化的实时服务,为数字城市、数字港口、数字仓库、数字化物流配送等提供时空信息服务。时空信息的全社会服务是拉动

地球空间信息学和3S 技术产业化发展的根本原动力,它具有上百亿的市场前景。

新地理信息时代的出现随着Google Earth、MSN Virtual Earth、下一代互联网与Web2.0的出现,一个新的地理信息时代悄然而来。新地理信息时代的服务对象不仅包括专业用户,而且包括普通大众用户。在新地理信息时代,可实现专业人员和大众用户互动,共同参与按需服务。服务环境是图形、图像和多媒体,服务的提供和实现都是动态的。在新地理信息时代,有超4D 的第5D 产品,即可量测实景影像(DMI) 。从地图走向实景影像,指一体化集成融合管理时空序列上的具有像片绝对方位元素的航空/ 航天/ 地面立体影像的统称。它不仅直观可视,而且通过相应的应用软件、插件和API能够让用户按照其需要在其专业应用系统中进行直接浏览、相对测量(高度、坡度等) 、绝对定位解析测量和属性注记信息挖掘,而具有时间维度的可量测的实景影像在空间信息网格技术的支持下可以形成历史搜索及探索挖掘,新地理信息时代的空间信息用户具有主动参与的功能,新时代的空间信息系统可以与传感器网络( sensor Web)集成,实时提供更新数据,实现实时和准实时的数据更新,使地理空间信息变得更加鲜活。