國之實力的遙感技術
文 | 感測器技術（WW_CGQJS）
2月2日，我國首個遙感人工智慧應用技術研究中心在重慶成立。該研究中心將以人工智慧、大數據技術等新興技術，促進地理信息、城市規劃等業務技術升級拓展，用產學研合力推進遙感數據智能化。
遙感技術集中了空間、電子、光學、計算機通信和地學等學科的最新成就，是當代高新技術的一個重要組成部分。
遙感技術
遙感是從遠離地面的不同工作平台上，如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛星、宇宙飛船和太空梭等，通過感測器對地球表面的電磁波輻射信息進行探測，然後經信息的傳輸、處理和判讀分析，對地球的資源與環境進行探測與監測的綜合性技術。
遙感技術從遠距離採用高空鳥瞰的形式進行探測，包括多點位、多譜段、多時段和多高度的遙感影像以及多次增強的遙感信息，能提供綜合系統性、瞬時或同步性的連續區域性同步信息，在環境科學領域的應用具有很大優越性。
遙感技術是60年代在航空攝影和判讀的基礎上隨航天技術和電子計算機技術的發展而逐漸形成的綜合性感測技術。
遙感技術的發展史
遙感作為一種空間探測技術，至今已經經歷了地面遙感、航空遙感和航天遙感三個階段。
廣義的講，遙感技術是從19世紀初期（1839年）出現攝影開始的。19世紀中葉（1858年），就有人使用氣球從空中對地面進行攝影。1903年飛機問世以後，便開始了可稱為航空遙感的第一次試驗，從空中對地面進行攝影，並將航空圖像應用於地形和地圖製圖等方面。可以說這揭開了當今遙感技術的序幕。
隨著無線電電子技術、光學技術和計算機技術的發展，20世紀中期，遙感技術有了快速的發展。遙感器從第一代的航空攝影機，第二代的多光譜攝影機、掃描儀，很快發展到第三代固體掃描儀（CCD）。未來遙感技術還有十分廣闊的發展前景，並將得到進一步的發展。
遙感技術的分類
為了便於專業人員研究和應用遙感技術，人們從不同的角度對遙感作如下分類：
1、按搭載感測器的遙感平台分類：
（1）地面遙感，即把感測器設置在地面平台上，如車載、船載、手提、固定或活動高架平台等；
（2）航空遙感，即把感測器設置在航空器上，如氣球、航模、飛機及其它航空器等;
（3）航天遙感，即把感測器設置在航天器上，如人造衛星、宇宙飛船、空間實驗室等。
2、按遙感探測的工作方式分類：
（1）主動式遙感，即由感測器主動地向被探測的目標物發射一定波長的電磁波，然後接受並記錄從目標物反射回來的電磁波;
（2）被動式遙感，即感測器不向被探測的目標物發射電磁波，而是直接接受並記錄目標物反射太陽輻射或目標物自身發射的電磁波。
3、按遙感探測的工作波段分類：
（1）紫外遙感，其探測波段在0.3～0.38um之間; 可見光，其探測波段在0.38～0.76um之間;
（2）紅外遙感，其探測波段在0.76～14um之間;
（3）微波遙感，其探測波段在1mm～1m之間;
（4）多光譜遙感，其探測波段在可見光與紅外波段範圍之內。
4、按應用領域或專題分類：
環境遙感、大氣遙感、資源遙感、海洋遙感、地質遙感、農業遙感、林業遙感等。
遙感技術體系
遙感技術體系是實現對目標識別的理論、方法、設備和技術的總稱。它包括空間信息獲取系統、遙感數據傳輸與接收系統、遙感數據處理系統和遙感信息提取與分析應用系統。它能夠實現對全球範圍的多層次、多視角、多領域的立體探測，是獲取地球資源信息的現代高科技的重要手段。
1、空間信息獲取系統
地球表面地物目標空間信息獲取主要由遙感平台和遙感器等協同完成。
（1）遙感平台，即運載工具，包括各種飛機、衛星、火箭、高空氣球、高塔、機動高架車、載人宇宙飛船等；
（2）遙感器是遠距離感測地物環境輻射或反射電磁波的儀器。根據信息的獲取方式遙感可分為主動遙感和被動遙感。
2、遙感數據傳輸與接收系統
數據傳輸與接收系統是指衛星地面接收站、用於數據中繼的通訊衛星等遙感接收到地物目標電磁波信息，記錄在膠片或數字磁帶上。從遙感衛星向地面接收站傳輸的空間數據中，除了衛星獲取的圖像數據以外，還包括衛星軌道參數、遙感器等輔助數據。
3、數據處理系統
遙感數據處理是在計算機系統支持下，依賴於一定的圖像處理設備對地面接收到的遙感圖像信息進行加工以獲取反映地物性質和狀態的信息的各種技術方法的統稱。它包括圖像校正、圖像變換、圖像增強、圖像解譯四部分。
遙感圖像處理的核心是幾何糾正。遙感圖像經過深加工會得到4D產品和城市三維圖，為生產實踐提供信息服務。圖像解譯是遙感信息應用的基礎，包括目視判讀和計算機解譯。
4、遙感信息提取與分析應用系統
以某種應用為目的，對遙感數據進行處理、分析、判讀、製圖的一系列設備、技術和方法。
遙感信息提取是從遙感圖像等遙感信息中有針對性地提取感興趣的專題信息，以便在具體領域應用或輔助用戶決策。
遙感信息分析指通過一定的方法或模型對遙感信息進行研究，判定目標物的性質和特徵或深入認識目標物的屬性和環境之間的內在關係。
5、精度評價
圖像解譯之後要對解譯圖的完整性、可靠性、及時性、明顯性等四個指標進行精度評價。
中國衛星遙感技術的發展現狀
經過三十多年來的發展，衛星遙感技術的範疇從當初的單一遙感技術發展到今天包括遙感（RS)、地理信息系統(GIS)，全球定位系統(GPS)等技術在內的空間信息技術，逐漸深入到國民經濟、社會生活與國家安全的各個方面，其發展與應用水平業已成為綜合國力評價的重要標誌之一。
隨著國家和地區空間信息基礎設施的建立和完善，分散式資料庫的發展與成熟，以及高性能計算、聯網處理能力的提高，美國和西方七國集團已把空間信息技術列為從工業化向信息化過渡，實現全球信息社會(Global Information Society，GIS)的一個重要高新技術應用產業。
我國經過「八五」，「九五」的攻關研究，RS、GIS和GPS的綜合配套發展能力開始形成，為3S走向實用奠定了基礎。在應用方面， 3S技術已在國家的經濟建設中，尤其在重大自然災害監測與評估和資源調查等方面， 提供了大量科學的宏觀輔助決策信息，產生了巨大的社會效益。
在技術應用逐步由國家行為向產業行業的轉化過程中，有力地推動了國土、農業、林業等部門對這些新技術的認同和採用，成為主管部門執法或制定產業政策、規範及行業技術改造的重要依據之一。
自70年代以來，我國高度重視遙感技術發展與應用， 在遙感技術系統，遙感應用系統、GIS等方面均取得突出進展。
建立了國家級資源環境宏觀信息服務體系
該服務體系包括以中國1：25萬土地利用數據為核心的國家資源環境空間資料庫，二個部級服務系統，三個省級示範系統及五個縣級服務系統，珠江三角洲地區「4D」(數字高程模型DEM，數字正射影像庫 DOQ，數字專題地圖庫DRG和數字專題信息DTI)技術系統以及全國資源環境信息技術系統。
以1：10萬土地利用數據為核心的國家資源環境資料庫包括30多種主要資源環境要素，且具有統計的數據標準、參數、數據格式與數據精度。 兩個部級服務系統是面向農業部和國家林業局開發的。其中農業部以上述本底資料庫為基礎，針對華北地區有關缺少耕地的農情進行分析，直接支持了農業部的決策工作。國家林業局的系統在本底資料庫基礎上，直接支持了國家生態環境的建設工作。
該服務體系自建立起來就得到了廣泛的應用。據不完全統計，國家資源環境資料庫用戶數現已達到 200餘個，用戶涉及包括國家計委、農業部，水利部。國家環保總局、國家林業局、國家統計局、國家航天局以及總參等多個政府部門。推廣應用的省份包括江西、安徽、福建、湖北。湖南、江西、貴州，山東，內蒙、新疆等。特別是水利部在資料庫的基礎上，在九個月的時間內，完成了全國1：10萬比例尺的土壤侵蝕遙感調查工作，成果得到了水利部領導的一致好評。國家環保總局擬在資料庫的基礎上，建設國家生態環境監測系統。此外，資料庫直接支持了對1998年特大洪澇災害的監測工作。國家有關部門已要求全面移植本底資料庫的主要數據類型，作為國家領導人的決策參考數據。
建立了災害遙感監測評估業務運行系統
該系統由三部分組成：災害宏觀動態監測系統、機載SAR數據實時傳輸系統、洪澇災害測評估系統。
洪澇、乾旱。林火和雪災的宏觀動態監測與評估系統，已具備針對中國範圍內發生的洪澇、乾旱、林火和雪災等多種自然災害的宏觀動態監測和成災區的區域覆蓋評估的能力；系統通過網路通信同其它子系統實現產品傳送和數據共享，並以VSAT和INTERNET網路通信方式嚮應用部門提供防災減災信息服務。
機載SAR數據實時傳輸系統，實現了3米SAR圖像的實時網路遠程傳輸、地面接收和處理；它可以針對3米SAR圖像進行7種功能的實時處理。迄今為止，該業務運行系統已經在對中國發生的洪澇、乾旱、林火和雪災等各種重大自然災害的監測評估中發揮了重要作用，及時並準確地向國務院辦公廳及國家防汛抗旱總指揮部提供了有關災害發生情況的大量數據。對突發性水災，實現 2天之內提供受淹範圍及各類受淹土地面積等信息，一周之內提供包括受災人口，受淹房屋等信息的詳細評估報告。全國旱情監測實現每 10天上報一次旱情數據。在1998年長江特大洪水期間，中國主要遙感單位利用6顆衛星和3套航空遙感系統，對災區進行5-7次覆蓋，取得100多幅災情圖像，為災情監測評估和災後重建提供了科學數據。
該系統已經被納入國家防汛指揮系統。
國產GIS軟體產品的開發與應用
從引進，消化、吸收起步，根據「引入競爭機制，堅持流動發展，加強科技攻關，落實產業發展」的方針，我國通過科研攻關項目支持和軟體測評，鼓勵開發了一批具有自主版權的GIS軟體，某些軟體在技術水平上接近國際先進水平，帶動了一批新興高新技術企業，實現了科技成果產業化，促進了我國GIS在各行各業的應用，並獲得了一定的經濟效益和形成初步的產業規模。
在行業應用領域不斷發展的同時，國產軟體也在許多國家重要的政治。科技活動中凸現自己，併產生了重要的社會效益。例如，利用國產軟體製作的香港、澳門兩座城市的電子地圖、在解放軍進駐兩地的過程中發揮了重要作用，受到軍方的一致好評；《神舟》號發射過程中，國產軟體成為航天飛行的一個固定控制軟體被成功地用于飛行器態勢的控制；
「九五」期間，在科技部的大力推動下，國外軟體壟斷的局面已經不復存在，中國的地理信息系統軟體產業已經初步形成；「十五」期間，中國的地理信息系統軟體產業必將迎來又一個高速發展的階段。
國家空間數據基礎設施建設
開展地理信息系統應用的必要條件是建設國家空間數據基礎設施。中國有關部門已建立了10個基礎地理信息數字化生產基地，開展了信息共享與標準化研究，實現了地理信息產品的規模化生產。目前已建成中國1：400萬、1：100萬、1：25萬基礎地理數據集。七大江河流域重點防範區1：1萬和1：5萬基礎地理數據集。在科技部的支持下，以推動空間信息技術及其產業發展為目標的國家級空間信息共享和服務平台」中國空間信息網」於1999年開始建設，現已具雛形。
發展遙感前沿技術及應用系統
針對目前高光譜遙感、雷達遙感，大數據量遙感圖像並行處理，多種數據融合和快速更新等遙感的前沿技術，緊密結合遙感的具體應用，發展了高光譜農作物精細分類模型，形成了水稻信息提取和分類的雷達遙感成套技術，研製了微機大數據量遙感圖像並行處理技術及系統，發展了遙感與地理系統融合處理技術以及地理空間數據的快速生成和更新技術。形成了一套獨具特色的技術系統，並在國際合作中得到了應用和檢驗。
建立了海洋環境立體監測體系
作為一個海洋大國，我國天然海域達485萬平方公里，海岸線長達 18000公里。海洋及海岸帶擁有豐富的資源，有12個省(市、自治區)處於沿海地帶，全國50％的大城市，40％的中小城市也在這個地帶，國民經濟總值的60％來自沿海地區。因此，建立海洋環境立體監測體系是我國一項戰略目標。在「九五」國家高技術發展計劃(863計劃)支持下建立的海洋環境立體監測體系主要包括：近海環境自動監測技術、高頻地波雷達海洋環境監測技術。海洋環境遙感監測應用技術、系統集成技術以及示範試驗等。
遙感技術的發展趨勢
隨著科學技術的進步，光譜信息成像化，雷達成像多極化，光學探測多向化，地學分析智能化，環境研究動態化以及資源研究定量化，大大提高了遙感技術的實時性和運行性，使其向多尺度、多頻率、全天候、高精度和高效快速的目標發展。
1、遙感影像獲取技術越來越先進：
（1）隨著高性能新型感測器研製開發水平以及環境資源遙感對高精度遙感數據要求的提高，高空間和高光譜解析度已是衛星遙感影像獲取技術的總發展趨勢。
（2）雷達遙感具有全天候全天時獲取影像以及穿透地物的能力，在對地觀測領域有很大優勢。
（3）開發和完善陸地表面溫度和發射率的分離技術，定量估算和監測陸地表面的能量交換和平衡過程，將在全球氣候變化的研究中發揮更大的作用。
（4）由航天、航空和地面觀測台站網路等組成以地球為研究對象的綜合對地觀測數據獲取系統，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全時域和全空間的數據能力，
2、遙感信息處理方法和模型越來越科學 ：
多平台、多層面、多感測器、多時相、多光譜、多角度以及多空間解析度的融合與複合應用，是目前遙感技術的重要發展方向。不確定性遙感信息模型和人工智慧決策支持系統的開發應用也有待進一步研究。
衛星遙感技術的迅速發展，把人類帶入了立體化、多層次、多角度、全方位和全天候地對地觀測的新時代。遙感衛星經過幾十年的發展和應用，尤其是近幾年的突飛猛進，已經為其未來朝著商業化方向邁進奠定了堅強穩固基礎。總之，遙感技術在環境科學領域有廣泛應用，隨著科學的進步，遙感技術會越來越先進，其所發揮的作用也會越來越大。
本篇文章為感測器技術平台原創文章，轉載需聯繫我們授權！未經允許轉載我們將進行投訴！
TAG:感測器技術 |