近年来,随着空间技术和计算机技术的发展,遥感技术取得了巨大发展。新的传感器使遥感技术应用的领域进一步拓宽,监测精度不断提高;计算机的运算速度和容量不断提升,数据库技术和网络技术不断发展,人工智能应用为分析处理大量遥感数据创造了有利条件,未来世界范围内遥感信息科学呈现出以下几方面的发展趋势:
(1)进行地面、航空、航天的多个层次的遥感,建立综合对地观测数据获取系统。该系统是一个全天候、全方位的综合系统,将由航天、航空、地面观测台站等子系统组成,具有提供定位、定性、定量数据的综合性技术系统。这其中微波遥感技术是当前国际遥感技术发展的重点之一,其全天候性、穿透性和纹理特性是其他遥感方法不具备的,利用这些特性解决我国海况监测,恶劣气象条件下的灾害监测,冰雪覆盖区、云雾覆盖区、松散层掩盖区及国土资源勘查等问题,将有重大作用。此外,小卫星群计划将成为现代遥感的另一发展趋势。所谓小卫星,是指质量小于500kg的小型近地轨道卫星,其地面分辨率可达5m,甚至1m。由于其研制和发射成本低,近年来发展非常迅速。IKONOS-2是美国SpaceImaging公司于1999年9月成功发射了第一颗高分辨率商业小卫星,并已开始出售数据;Orbview-3,4卫星是美国Orbimage公司研制和即将发射的小型卫星,其空间分辨率为1m(全色)和4~8m(多波段),其中Orbview-4还是一个拥有200个波段高光谱传感器的卫星。高分辨率小型卫星具有较高的空间分辨率和高频率的、立体的观测能力,其数据将是近年来商业服务最为活跃的数据源,在大比例尺图件制作、GIS制图和DEM立体图形制作等方面,均能产生良好的应用效果。除此之外,机载和车载遥感平台,以及超低空无人机载平台等多平台的遥感技术与卫星遥感相结合,将使遥感应用呈现出一派五彩缤纷的景象。
为了满足上述要求,传感器向电磁波谱全波段覆盖,以及高分辨力、高灵敏度、高光谱方向发展。目前,传感器在近年来已有长足的发展,波谱域从最早的可见光(0.4~0.76μm)、近红外(0.76~1μm)、短波红外(1~3μm)、热红外(8~14μm)、微波(1mm~10m)、紫外发展,扩展到了电磁波谱的相当宽的波谱域。波段域从早期的黑白摄像、3波段、4波段、7波段(TM),直到现在利用的100~200个波段,利用傅立叶光谱分析技术可达到上千个以上的波段。波段宽度也从最初的0.4μm(黑白摄影)、0.1μm(MSS)到5nm(成像光谱仪)。空间分辨率从15cm到1m,5m,20m,30m,80m,…,1km等,形成一个完整系列。时间分辨率从半小时、2天到30天形成不同时间分辨率的系列。高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容,既能对目标成像又可以测量目标物波谱特性的光学传感器。其特点是光谱分辨率高、波段连续性强。其传感器在0.4~2.5μm范围内可细分成几十个,甚至几百个波段,光谱分辨率将达到5~10nm。1999年美国发射的EOSTerra卫星上装载的中分辨率成像光谱仪具有36个波段,而最近几年可能发射的澳大利亚资源信息和环境卫星(ARIES)将有105个波段。人们希望通过高光谱遥感数据对矿物、岩石的类型,农作物、森林的种类,环境中各种污染物质的成分进行遥感定量分析,未来遥感技术发展趋势中,高光谱和超高光谱传感器的研制和应用将是重要方向。表1-2为目前已发射和即将发射的部分商用高分辨率卫星系统。
(2)以高速、大容量和高精度为目标,建设遥感与地理信息数据处理系统也成为未来遥感信息科学发展的主要趋势。目前,空间遥感技术不断发展,导致传感器空间分辨率、光谱分辨率的大幅提高,这些传感器投入运行的结果将使卫星影像的数据量和计算机处理运算量大幅增加。据初步统计,原来需要百万次级计算机解决的遥感影像识别问题,到20世纪90年代末期,发展为需要由10亿~170亿次计算机完成。因此,如果遥感数据在处理速度、精度和处理能力等方面的问题不解决,将造成大量的遥感数据积压,处于数据爆炸状态,无法发挥遥感技术所具有的宏观、快速和高精度、综合的优势。建立遥感地理数据处理信息系统,引进人工神经网络、小波变换、分形技术、模糊分类与专家系统等技术和理论,进行自动分类与模式识别是未来遥感信息科学的重要趋势。
表1-2已发射的部分商用高分辨率卫星
(3)“3S”技术的联合应用在未来将大大拓宽遥感技术的应用范围,占领更广阔的市场。“3S”技术是指地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)的合称。GIS是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关数据的计算机系统,GIS各种软件可以进行空间数据的插值、叠加、空间缓冲及建立模型等分析功能,实现动态监测、质量评估、适宜性评价和选点定址等功能。RS主要用于提供信息源、获取信息,利用RS观测范围广、获取信息量大、速度快、实时性好及动态性强等特点,可以节约大量的人力、物力、资金和时间,以较少的投入获取常规方法下难以获得的资料,并且这些资料受人为因素的影响较少,比较可靠。GPS主要用于实时定位,为遥感实况数据提供空间坐标,用于建立实况环境数据库及同时对遥感数据发挥校正、检核的作用。以上“3S”技术各具特色,在实际工作中单独使用时各自存在缺陷。如GPS可在瞬间产生目标定位坐标,却不能给出点的地理属性;RS可快速获取区域信息,但又受光谱波段限制,而且还有众多地物特征不可遥感;GIS具有较好的查询检索、空间分析计算和综合处理能力,但数据录入与获取始终是个瓶颈问题。未来,“3S”一体化集成系统将显示出更为广阔的应用前景,可实现对各种空间信息和环境信息的快速、机动、准确、可靠的收集、处理与更新。
复习思考题
1.叙述遥感及遥感地质学的基本含义。
2.简述遥感技术的主要特点。
3.遥感依据不同的分类标准有哪些类型?
4.简述我国遥感技术发展概况。
遥感图像解译专家系统是模式识别与人工智能技术相结合的产物,它是用于模式识别方法获取地物多种特征,为专家系统解译遥感图像提供数据,同时应用人工智能技术,运用遥感图像解译专家的经验与方法模拟遥感图像目视解译的思维过程进行遥感图像解译的系统。