第2章_遥感的概念、发展与应用_002_遥感的发展
(1). 世界遥感发展简史; (2). 一些重要卫星上搭载的扫描仪; (3). 无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UVA); (4). 中国遥感发展简史; (5). 遥感的发展趋势(☆☆☆)
一. 世界遥感发展简史 ===》
1. 19世纪20年代: 出现了航空摄影;
2. 一战时期: 主要用于军事侦察(military reconnaissance)。航空摄影因军事的需要得到发展。形成了具有独立体系的航天摄影测量 —> 相片判读 —> 航天遥感 —> RS的初始阶段;eg: 鸽子舰队(Pigeon fleet)、莱特兄弟(Wright Brothers)发明飞机、热气球、氢气球…
3. 二战时期: 航空摄影技术得到发展,从可见光扩展到紫外线、红外波段及微波,形成现代航空遥感体系,开始用于自然资源调查。
4. 1957年: 前苏联发射第一颗人造地球卫星(artificial earth satellite);
5. 1962年: “RS”(Remote Sensing)术语在第一次国际环境遥感讨论会后被普遍采用;
6. 60年代: 美、苏发射了宇宙飞船; 航天技术迅速发展,传感器不断改进;
7. 70年代初期: 美国发射了第一颗地球资源技术卫星(earth resources technology satellite)——陆地卫星: Landsat-1, 1972年;
8. 1986年: 法国发射SPOT-1;
9. 1992年: 日本发射JEBR;
10. 1999年: 中国和巴西联合发射CBERS(中巴地球资源技术卫星);
……
二. 一些重要卫星上搭载的扫描仪 ===》
1. Landsat-1: 多光谱扫描仪(Multi Spectral Scanner, MSS),3 – 4个波段,空间分辨率为80m;
2. Landsat-5: 专题制图仪(Thematic Mapper, TM),7个bands,分别是RGB(3个波段), NIR(3个波段), TIR(分辨率120m),空间分辨率为30m;
3. Landsat-6: 扩展专题制图仪(Enhanced Thematic Mapper, ETM),但是发射上天之后没几天就失踪了;
4. Landsat-7: 扩展专题制图仪+(Enhanced Thematic Mapper Plus, ETM+),8 bands,分别是继承了TM的七个波段,可见光和近红外都是30m的空间分辨率,TIR波段的分辨率有原来的120m提高至60m,又在ETM的基础之上增加(Plus)了一个全色波段(Panchromatic band, 分辨率为15m);
5. SPOT-1: 电荷耦合器件线阵(Charge Coupled Device, CCD)的推帚式(push-broom)光电扫描仪,使其空间分辨率大大提高,可达到10米;
三. 无人机(Unmanned Aerial Vehicle, UVA) ===》
1. 优点: 高机动性、便捷性、使用成本低、云下航摄作业、适用范围广。
2. 应用领域: 地图测绘、航空摄影、地质勘探、灾害监测、国土资源管理与监测、环境监测等领域。UAV在精细探测和大比例尺制图中有巨大的应用价值。
3. 空间分辨率: 一般来说在[5cm, 0.2m]。
四. 中国遥感发展简史 ===》
1. 50年代: 开始开展航天摄影工作,并在此基础上,进行了土地资源、森林资源的调差研究及地质找矿、铁路选线等;
2. 60年代: 航空摄影出具规模,完成了大部分地区的航空摄影工作;
3. 70年代初期: 成功发射第一颗人造地球卫星,并很快掌握了卫星回收技术,获得了我国第一批卫星图像;
4. 70年代后期: 购买了美国陆地卫星图像,并引入了数字图像处理系统
–(1). I2S,这套数字图像处理系统硬件包括了VAX-750小型机、磁带机,软件操作系统是Unix,图像任何处理都需要输入命令行;
–(2). ER Mapper澳大利亚EARTH RESOURCE MAPPING公司开发的一款图像处理系统;
–(3). ERDAS, 国产的PIE——北京航天宏图信息技术有限公司;
五. 遥感的发展趋势(☆☆☆) ===》
1. 从应用的角度 ===》
–(1). 从飞机 —> 卫星网 + 飞机 + 地面(三位一体现代遥感体系): 遥感分析由单一遥感资料 —> 多时相、多数据源(multi-sources data)的信息复合与综合分析;
–(2). 从资源环境静态(static)分布研究(investingation)到动态过程监测(dynamic monitoring);
–(3). 从动态监测到预测预报(prediction);
–(4). 从定性调查、系列制图到计算机辅助的数字图象处理、定量自动制图;
–(5). 从对各种事物表面现象描述到内在规律分析 —> 计量探求 —> 定量遥感(quantitative remote sensing);
–(6). 遥感大数据应用;
–(7). 可视化 visualization (场景的真实感):立体探测、多角度探测;
2. 从技术角度 ===》
–(1). 微波雷达(micro wave),微波遥感技术进一步提高,分辨率不断提高,可达亚米级,并且有多模式,即一个数据源可提供多个不同空间分辨率的雷达图像;
1st. 极化(polarization),从单一极化 —> 全极化。
2nd. 干涉雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar, InSAR)。
3rd. 干涉极化的SAR(POLINSAR)
–(2). 光学传感器(Optical)星载传感器的空间分辨力和光谱分辨力大大提高。高光谱(Spectral)遥感、高空间(Spatial)分辨率遥感将得到极大发展;
–(3). 激光(Lidar)测距与遥感成像、卫星定位技术的集成使3D实时成像成为可能,但是现在星载激光雷达的数据源还非常有限,不过机载和地基的激光雷达应用广泛;
1st. ALS机载激光雷达;
2st. TLS地基激光雷达;
–(4). 视频卫星的发展;
–(5). 专业图像处理软件功能不断完善,如可以读取多种数据格式,可以处理雷达数据、进行三维显示和分析、与GIS软件和数据库的兼容等;
–(6). 方法(method)和算法(algorithm): 在信息提取方面,分形理论、小波(wavelet)变换、人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)、遗传算法(Genetic Algorithm, GA,也称基因算法,详见: “超详细的遗传算法(Genetic Algorithm)解析” 和 “遗传算法在遥感中的应用“)、形态学(morphology)等方法使信息自动处理(automatic processing)和分析更趋智能化;
–(7). RS将与GIS、GPS、DPS(数字摄影测量)、AI更加紧密地结合,在各领域中发挥出更大的作用;
3. 平台的发展 ===》
–(1). 数据获取(data acquisition): 星机地一体化遥感探测(spaceborne、airborne、ground-based)
–(2). 趋势 ===》
1st. 发射小卫星(small satellites)
2nd. 多星组网搭星座(constellation)
3rd. 多载荷(multi-payloads): 搭载的多台传感器,可以是同类型的,也可以是不同的,比如一颗卫星搭载几台相同传感器;
4th. 多传感器(multi-sensors): 多传感器理解为多种探测类型的传感器,比如说主被动传感器;
5th. 星上、机上处理(on-board processing);
6th. 地基信息实时处理(real-time processing);
–(3). 地面获得真值,用于遥感建模、结果验证、数据处理。地面遥感可以取代一部分的传统调查方法,比如用TLS提取树的胸径,就可以不用到林子里去量测了,因为精度可以达到要求; 但是星载和机载是无法取代的,有各种畸变,还有信息提取的问题。
星机地遥感探测的对照表 ===》
spaceborne、airborne、ground-based remote sensing detection——Comparison Table ===》
4. 传感器的发展(sensors): 5 – 4 – 3态势(5多、4高、3维) ===》
–(1). 5多 ===》
1st. 多时相(multi-temporal data): 获取数据的频度变高和周期变短,通过侧摆(观察点在星下点nadir周围摆动)、组成星座来提高时相分辨率,并且获取多角度的遥感的数据;
2nd. 多波段(multi-bands): 从光学黑白相机(单波段) —> 多光谱(几个波段) —> 高光谱(上百个波段,数据立方体: Data Cube)、SAR波段扩展(采用的波长逐渐变长,由短波波段S、C —> L波段 —> P波段);
3rd. 多角度(multi-angular): 垂直观测 —> 测视 —> 多角度倾斜摄影,然后再通过单体化,将每一个单体呈现出来;
4th. 多模式(multi-modal): 同一传感器多种工作模式(主被动探测,多种空间分辨率如Radarsat-2, ScanSAR, Fine-Resolution Beams, Wide-Swath Beams, Standard Beams, Ultra-Fine Wide Beams, Ultra-Fine Narrow Beams,3 – 100m的空间分辨率),分辨率、幅宽、观测角均会有所不同;
5th. 多极化(multi-polarization): 针对微波雷达的极化特性,典型的SAR(合成孔径雷达) —> 极化SAR(POLSAR){单极化(水平发射水平接收或垂直发射垂直接收,HH / VV) —> 双极化(在一种极化模式的同时,加上了另一种极化模式,VV, VH / HH, HV) —> 多极化(要求同时发射H和V,所以有HH, VV, HV, VH这四种,图像具有”彩色 + 立体感”的特性)} —> 干涉SAR(INSAR) —> 干涉极化微波雷达(PLOINSAR);
注释: 极化,在物理学中就是偏振。电磁波有电场矢量和磁场矢量这两个矢量,极化就是指电场矢量传播的方向。
–(2). 4高(遥感地学信息评价的标准) ===》
1st. 高光谱分辨率(hyperspectral data): < 10nm;
2nd. 高空间分辨率(high spatial resolution): < 1m;
3rd. 高辐射分辨率(high radiation resolution): > 10bit;
4th. 高时相分辨率(high temporal resolution): 相邻图像的时间间隔单位为: min;
–(3). 3维(三维探测) ===》
1st. 雷达(Radar,LiDAR): 水平 + 垂直结构;
2nd. 多角度: 法国多角度PODER && NASA多角度MISR && 多角度摄影(倾斜摄影,侧摆);