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1、遥感技术发展的新趋势分析实现遥感地物定量化分析的高级工具ENVI李静（适普软件有限公司，北京，100044）摘要：本文阐述了遥感技术在近些年以至今后发展的新趋势，阐述了遥感定量化分析的意义和内涵，并介绍了实现遥感地物定量化分析的高级工具ENVI，分析了如何应用遥感影像处理软件ENVI进行地物识别和遥感地物定量化分析；展望了遥感信息定量化的广阔应用前景。 关键词：遥感信息，定量化，多光谱，高光谱，分类，地物识别一、当前遥感技术发展态势遥感技术在八十年代由于陆地卫星的上天，出现了第一次发展高潮，它不仅使遥感技术成为很多行业跨入高新技术门槛的有力手段，而且也大大促进了遥感学科的研究工作。二十年来，广
2、大遥感工作者不仅对遥感理论进行了深入研究，同时对遥感应用技术也进行了广泛探讨并进行了实践和应用，为遥感技术的进一步发展准备了足够的技术诸备。但是由于数据源等多种原因，实用化一直受到人们的怀疑。90年代以来，随着遥感传感器以及小卫星技术的发展，人类生存环境的恶化以及全球一体化的需求，遥感技术再次迎来一个发展高峰。这一次高峰具有以下特点：1、遥感数据源的突飞猛进： 现代遥感史以20世纪60年代末人类首次登上月球为重要里程碑，随后美国宇航局（NASA）、欧空局（ESA）和其他一些国家，如加拿大、日本、印度和中国先后建立了各自的遥感系统。所有这些系统已提供了大量从太空向地球观测而获取得有价值的数据和图
3、片。随着信息技术和传感器技术的飞速发展，卫星遥感影像分辨率有了很大提高，包括空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。1972年美国发射了第一颗地球资源技术卫星（ERTS-1）(后更名为陆地卫星1号（Landsat-1）,标志着地球遥感新时代的开始)。1972年以后，美国发射了一系列陆地卫星，包括陆地卫星1号至7号，所携带的传感器由四波段的多光谱扫描仪（MSS,分辨率为80m）发展到80年代初投入使用的专题制图仪（TM,7个波段，分辨率除第6波段的120米外，其余皆为30m），1999年4月发射升空的陆地卫星7号所搭载的增强型专题制图仪ETM+。到80年代后期至90年代初，法国发射的SPOT卫星上载
4、有20m（10m）的高分辨率传感器（HRV分辨率为20m,全色波段为10m）。印度发射的IRS卫星上载有6.25m分辨率的全色波段。1999年9月，美国空间成像公司（Space Imaging Inc.）发射成功的小卫星上载有IKONOS传感器，能够提供1m的全色波段和4m的多光谱波段，是世界上第一颗商用1米分辨率的遥感卫星。此外，SPIN-2卫星数据由俄国返回式卫星从80年代至今获得，它提供2米和10m分辨率全色影像数据及DEM和立体像对。由韩国太空研究院所有的KOMPSAT卫星数据从2000年开始可以提供6.6米分辨率的全色波段数据和13米多光谱（四个波段）数据。适普公司代理上述卫星数据的
5、国内销售业务，因此可以将应用与研究良好的有机结合起来。（具体的卫星参数和各类技术指标见附录）。另一方面，低空间高时相频率的AVHRR（气象卫星NOAA系统系列，星下点分辨率为1km）以及其他各种航空航天多光谱传感器亦相继投入运行，形成现代遥感技术高速发展的盛期。除了常规遥感技术迅猛发展外，开拓性的成像光谱仪的研制已在80年代开始，并逐渐形成了高光谱分辨率的新遥感时代。由于高光谱数据能以足够的光谱分辨率区分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质，而这是传统宽波段遥感数据所不能探测的，使得成像光谱仪的波谱分辨率得到不断提高。从20世纪80年代初研制的第一代成像光谱仪航空成像光谱仪（AIS）的32个连续
6、波段，到第二代高光谱成像仪航空可见光/红外光成像光谱仪（AVIRIS），AVIRIS是首次测量全部太阳辐射覆盖的波长范围（0.4 2.5m）的成像光谱仪。美国宇航局于1999年底发射的中等分辨率成像光谱仪（MODIS）和即将送入地球轨道的高分辨率成像光谱仪（HIRIS）将为人类提供更多信息。MODIS是EOS计划（又称Terra计划）中用于观测全球生物和物理过程的仪器，每天可完成一次全球观测。MODIS提供0.42.5m之间的36个离散波段的图像，星下点空间分辨率可为250m、500m、1km。MODIS每两天可连续提供地球上任何地方的白天反射图像和白天/昼夜的发射光谱图像。HIRIS将有30
7、m的空间分辨率，获取0.42.5m波长范围的10nm宽的192个连续光谱波段。它是AVIRIS的继承者。HIRIS将获取沿飞行方向 前后6030及横向24的图像。虽然它的周期为16天，但由于它的指向能力，对于一些特殊区域，其覆盖频率将会更高。HIRIS数据将用于识别表面物质、测量小目标物的二向性反射分布函数（BRDF）及执行小空间范围的生态学过程的详细研究。2001年即将发射的OrbView卫星将能同时提供更高空间分辨率和光谱分辨率的数据。它提供1m全色波段影像和4m或5m的多光谱波段及空间分辨率为8m的200个波段的高光谱数据。此外，许多具有更高空间分辨率和更高波谱分辨率的商用及军事应用卫星
8、也已发射或即将发射，如下表所示。传感器机构 波段数分辨率AVIRISNASA/JPL22420 mSEBASSDoD128.6 - 3.8 mHYDICEDoD210.75 - 4.0 mLASHNavy48.73- .91 mASRPDARPA / DARO3845.0 mNEMONAVY21030 / 60 mWARFIGHTER* AIR FORCE2808.0 m总之，信息技术和传感器技术的飞速发展带来了遥感数据源的极大丰富，每天都有数量庞大的不同分辨率的遥感信息，从各种传感器上接收下来。这些高分辨率、高光谱的遥感数据为遥感定量化、动态化、网络化、实用化和产业化及利用遥感数据进行地物特
9、征的提取，提供了丰富的数据源。2、定量化：空间位置定量化和空间地物识别定量化遥感信息定量化是指通过实验的或物理的模型将遥感信息与观测目标参量联系起来，将遥感信息定量地反演或推算为某些地学、生物学及大气等观测目标参量。遥感信息定量化研究将涉及到遥感器性能指标的分析与评价、大气参量的计算与大气订正方法和技术、对地定位和地形校正方法与技术、计算机图像处理与算法实现、地面辐射和几何定标场的设置以及各种遥感应用模型和方法、观测目标物理量的反演和推算等多种学科及领域。其中，遥感器定标、大气订正和目标信息的定量反演是遥感信息定量化的三个主要研究方面。遥感信息的定量化研究，主要目标是实现空间位置定量化和空间地
10、物识别定量化，即利用数字摄影测量技术和遥感地物波谱技术和模式识别技术来定位地物并判别地物特征。遥感信息定量化，建立地球系统科学信息系统，实现全球观测海量数据的定量管理、分析与预测、模拟是遥感当前重要的发展方向之一。遥感技术的发展，最终目标是解决实际应用问题。但是仅靠目视解译和常规的计算机数据统计方法来分析遥感数据，精度总提不高，应用效率相对低，寻找应用的新突破口也非常困难。尤其对多时相、多遥感器、多平台、多光谱波段遥感数据的复合研究中，问题更为突出。其主要原因之一是遥感器在数据获取时，受到诸多因素的影响，譬如，仪器老化、大气影响、双向反射、地形因素及几何配准等，使其获取的遥感信息中带有一定的非
11、目标地物的成像信息，再加上地面同一地物在不同时间内辐射亮度随太阳高度角变化而变化，获得的数据预处理精度达不到定量分析的高度，致使遥感数据定量分析专题应用模型得不到高质量的数据作输入参数而无法推广。GIS的实现和发展及全球变化研究更需要遥感信息的定量化，遥感信息定量化研究在当前遥感发展中具有牵一发而动全局的作用，因而是当前遥感发展的前沿。鉴于遥感信息的定量化处理，可以在现有遥感数据的基础上，获取质量更高、位置更精确的信息，从而扩大遥感信息的应用深度和广度，实现遥感应用的工程化、实用化、功能化。国内的遥感机构在此方面做了不少工作。例如，中国科学院遥感应用研究所的几个部门利用全数字摄影测量软件做了很
12、多的项目，如大庆油田项目、军方项目、西部开发项目等；其中863课题组用该系统制作了亚运村的三维景观漫游，用于北京申奥，取得了很好的效果。中科院遥感所通过这些项目，不仅取得了良好的经济效益和社会效益，而且将遥感应用与研究紧密结合在一起，通过这些项目的锻炼还培养了很多有实际经验的博士和硕士。3、智能化：遥感的智能化首先表现在遥感传感器的可编程：传感器不仅可以按设定的方式进行扫描，而且可以根据具体要求由地面进行控制编程，使用户可以获得多角度，高时间密度的数据。影象识别和影象知识挖掘的智能化是遥感数据自动处理研究的重大突破：遥感数据处理工具不仅可以自动进行各种定标处理，而且可以自动或半自动提取道路，建
13、筑物等人工建筑。地物波谱库的建立及高光谱自动识别系统使用户可以方便的进行地物识别，并在此基础上进行定量化分析。遥感数据自动配准算法是遥感数据生产的一大福音，它不仅大大加快了数据定位速度，提高了生产效率，而且为数据定位提供了一种高精度的生产工具。4、动态化：由于小卫星技术的发展，使得卫星造价很低，因此卫星网络计划得以顺利实施。NASA的“传感器网络”使用户可以在获得更高分辨率的数据的同时，也可以获得更高时间密度的遥感数据。而雷达微波技术的发展，更使用户可以获得全天候的遥感数据，这一切都为遥感动态监测创造了条件，使遥感数据真正实现了“四维”（空间维和时间维）信息获取。5、网络化： Internet
14、改变了我们的世界。当前，Internet已不仅仅是一种单纯的技术手段，它已演变成为一种经济方式网络经济。人们的生活也已离不开Internet。大量的应用正由传统的Client/Server(客户机/服务器)方式向Brower/Server（浏览器/服务器）方式转移，和传统的基于Client/Server的GIS、RS等产品相比较，新的网络化产品有如下优点：更广泛的访问范围客户可以同时访问多个位于不同地方的服务器上的最新数据，而这一Internet/Intranet所特有的优势大大方便了GIS的数据管理，使分布式的多数据源的数据管理和合成更易于实现。 平台独立性无论服务器/客户机是何种机器，用户
15、就可以透明地访问各种异构数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。 降低系统成本传统GIS、RS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS、RS软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。网络化的GIS、RS产品在客户端通常只需使用Web浏览器（有时还要加一些插件），其软件成本与全套专业GIS、RS相比明显要节省得多。另外，由于客户端的简单性而节省的维护费用也不容忽视。 更简单的操作要广泛推广GIS，、RS使GIS、RS系统为广大的普通用户所接受，而不仅仅局限于少数受过专业培训的专业用户，就要降低对系统操作的要求。通用的Web浏览器无疑是降低操作复杂度的最好选择。 - 目前，网络化的GIS、RS产品在Internet/Intranet上的应用为典型的三层结构，三层结构包括客户机、应用服务器与Web服务器、数据库服务器。 这种方式又称瘦客户机系统。瘦客户机系统是指在客户机端没有或者有很少的应用代码。在以往的终端和主机的体系结构中，所有系统都是瘦客户机系统。现在随着Internet技术以及Java、ActiveX技术的出现，瘦客户机系统又重新出现。客户机
