攝影測量與遙感融合技術(shù)的研究進(jìn)展

1圖像測量技術(shù)的發(fā)展研究現(xiàn)狀和趨勢1.1攝影與測量的創(chuàng)新1.1.1中小型輕小型低空遙感平臺關(guān)鍵技術(shù)研究輕小型低空飛機(jī)的發(fā)展歷史很短。然而，由于其機(jī)動(dòng)靈活、經(jīng)濟(jì)易前等優(yōu)點(diǎn)，近年來，它引起了攝影、測量和遙感等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并取得了迅速的發(fā)展。低空遙感平臺能夠方便地實(shí)現(xiàn)低空數(shù)碼影像獲取,可以滿足大比例尺測圖、高精度的城市三維建模以及各種工程應(yīng)用的需要。由于作業(yè)成本較低,機(jī)動(dòng)靈活、不受云層影響,而且受空中管制影響較小,有望成為現(xiàn)有常規(guī)的航天、航空遙感手段的有效補(bǔ)充。當(dāng)前可采用的輕小型低空遙感平臺又可具體分為無人駕駛固定翼型飛機(jī)、有人駕駛小型飛機(jī)、直升機(jī)和無人飛艇等。目前國內(nèi)已有武漢大學(xué)、中國測繪科學(xué)研究院等多家研究機(jī)構(gòu),對采用無人駕駛固定翼型飛機(jī)和無人飛艇進(jìn)行地形測圖展開研究,現(xiàn)已取得一定的研究成果。當(dāng)前的研究重點(diǎn)主要集中于對采用無人飛行器平臺進(jìn)行攝影測量的可行性和適應(yīng)性進(jìn)行論證,并在生產(chǎn)效率、生產(chǎn)成本、質(zhì)量與安全等方面對無人飛行器與傳統(tǒng)遙感平臺進(jìn)行比較和分析。其中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括:低空遙感平臺多傳感器集成技術(shù);自動(dòng)化、智能化的飛行計(jì)劃及飛行控制技術(shù);輕小型遙感平臺的姿態(tài)穩(wěn)定技術(shù);不同重疊度、多角度、多航帶影像的攝影測量處理技術(shù)等。目前國內(nèi)采用無人機(jī)進(jìn)行攝影測量已逐步進(jìn)入實(shí)用階段,現(xiàn)已有部分大比例尺測圖任務(wù)由無人機(jī)航測完成。無人機(jī)可在超低空進(jìn)行飛行作業(yè),對天氣條件的要求較寬松,且不需要專用機(jī)場,在災(zāi)難的應(yīng)急響應(yīng)中,展現(xiàn)出巨大的潛力。如在汶川地震的救災(zāi)重建工作中,由于天氣因素的影響,高分辨率遙感衛(wèi)星和常規(guī)航空攝影飛機(jī)難以及時(shí)地獲取無云的影像數(shù)據(jù),而低空遙感平臺能夠在云下進(jìn)行飛行作業(yè),快速獲取高清晰的地面影像,為災(zāi)難評估和災(zāi)后重建工作提供了可靠的數(shù)據(jù)保障,取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。1.1.2分辨率遙感影像測圖技術(shù)近年來又有多顆高分辨率遙感衛(wèi)星被成功發(fā)射,如印度于2005年發(fā)射的Cartosat-1(又稱為IRS-P5)衛(wèi)星和2007年發(fā)射的Cartosat-2(又稱為IRS-P7)衛(wèi)星,2006年日本發(fā)射的ALOS衛(wèi)星和韓國發(fā)射的KOMPSAT-2衛(wèi)星,其全色波段的地面分辨率均達(dá)到1~2.5m,而美國于2008年9月發(fā)射的GeoEye-1衛(wèi)星的地面分辨率則高達(dá)0.41m。除影像分辨率的不斷提高之外,遙感衛(wèi)星傳感器的成像方式也向多樣化的方向發(fā)展,單線陣推掃式成像方式逐漸發(fā)展到多線陣推掃成像,立體模型的構(gòu)建方式也隨之多樣化,更加合理的基高比和多像交會(huì)方式可進(jìn)一步提高立體成圖的精度。隨著商業(yè)高分辨率遙感衛(wèi)星數(shù)量繼續(xù)保持快速增長,市場上可供選擇的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)日益增多,為大規(guī)模、快速采集地理空間信息提供了可靠的數(shù)據(jù)保障。目前,高分辨率衛(wèi)星遙感影像已成為我國測圖困難地區(qū),如西部1:50000地形圖空白區(qū)域基礎(chǔ)地理信息獲取的重要數(shù)據(jù)源之一。經(jīng)過多方研究人員的努力,目前國內(nèi)在高分辨率遙感衛(wèi)星影像測圖領(lǐng)域,已取得了突破性的進(jìn)展,其中主要包括:①高精度的有理函數(shù)模型求解技術(shù)。高分辨率遙感衛(wèi)星通常采用線陣CCD進(jìn)行成像,衛(wèi)星影像提供商一般采用有理函數(shù)模型代替嚴(yán)格幾何模型提供給用戶。因此高精度的有理函數(shù)模型解算方法,以及如何有效地利用控制信息提高有理函數(shù)模型的精度,對利用高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行測圖生產(chǎn)有著重要的意義。②稀少地面控制點(diǎn)條件下的大范圍區(qū)域網(wǎng)平差技術(shù)。隨著遙感衛(wèi)星軌道精度的不斷提高和姿態(tài)控制測量技術(shù)的進(jìn)步,使高分辨率衛(wèi)星遙感影像的直接定位逐漸成為可能,在滿足成圖精度前提下,在地面選取少量控制點(diǎn)就可控制較大范圍的區(qū)域。如果同時(shí)能有效地分析遙感影像的各類幾何特性,對軌道和姿態(tài)角誤差帶來的影響進(jìn)行補(bǔ)償,可進(jìn)一步減少對控制點(diǎn)數(shù)量的要求。③無控制條件下自由網(wǎng)平差技術(shù)。無地面控制條件下自由網(wǎng)平差技術(shù)的使用能有效解決邊境地區(qū)控制點(diǎn)布設(shè)和測圖困難的問題,使得大范圍邊境區(qū)域和境外地形圖測繪成為可能。④基于多基線、多重匹配特征(如特征點(diǎn)及特征線等)的自動(dòng)匹配技術(shù)。其中主要包括基于物方幾何約束,并能夠同時(shí)處理多幅影像的多基線影像匹配算法,影像匹配的精度和可靠性大大提高,有效解決復(fù)雜地形條件下數(shù)字地面模型全自動(dòng)提取的難題,并可大幅度減少地表三維信息提取過程中的人工編輯工作量。1.1.3fpga4大幅面航空可拼接傳統(tǒng)影像的生產(chǎn)二十世紀(jì)末全世界用于攝影測量生產(chǎn)的膠片式航測相機(jī)超過2500臺,而現(xiàn)在只有大約600臺仍在服役,與此同時(shí),自2001年以來已有300臺左右的大型航空數(shù)碼相機(jī)被售出?？梢灶A(yù)見,隨著傳統(tǒng)膠片式航測相機(jī)的相繼停產(chǎn),航空數(shù)碼相機(jī)有望取代傳統(tǒng)的膠片型航測相機(jī)成為大比例尺地理空間信息獲取的主要手段。Vexcel、Leica等多家廠商,在2008年推出了UltraCamXp和ADS80等新型號的航空數(shù)碼相機(jī),其硬件性能進(jìn)一步提高。與此同時(shí),也出現(xiàn)了一些新的航空數(shù)碼相機(jī),如DiMACWiDE、RolleiMetricAIC×4大幅面航空數(shù)碼相機(jī),ApplanixDSS439中幅面航空數(shù)碼相機(jī)及Wehrli3-DAS-2三線陣數(shù)碼相機(jī)等。在過去幾年里,我國使用的大幅面航空數(shù)碼相機(jī)均需從國外進(jìn)口,而在2007年5月,由劉先林院士主持研發(fā)的SWDC系列航空數(shù)碼相機(jī)正式通過產(chǎn)品鑒定,結(jié)束了國外硬件廠商的壟斷局面。該系統(tǒng)基于多臺非量測型相機(jī)構(gòu)建,其系統(tǒng)售價(jià)比國外同類產(chǎn)品低50%以上,經(jīng)過嚴(yán)格的相機(jī)檢校過程,可拼接生成高精度的虛擬影像。經(jīng)過大量試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在選用50mm鏡頭時(shí),SWDC-4型大幅面航空數(shù)碼相機(jī)的高程精度高達(dá)1/10000,系統(tǒng)的整體技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。相對于傳統(tǒng)的膠片式航測相機(jī),數(shù)碼相機(jī)的最大優(yōu)勢是在不增加飛行成本的條件下,獲取大重疊度的影像數(shù)據(jù),多視影像中相鄰影像間的變形較小,如果采取多基線攝影測量的方法,將多幅相鄰影像同時(shí)處理,則可以大大增加交會(huì)角,能夠大幅度提高影像匹配、立體測圖和三維重建的精度和可靠性,并有利于真正射影像的制作。受現(xiàn)階段CCD制造工藝的限制,大幅面CCD的制造還存在很大困難,因此目前大幅面的航空數(shù)碼相機(jī)均采用多個(gè)中等幅面的CCD分別成像,再拼接為大面陣影像。在虛擬影像拼接的過程中,雖然經(jīng)過硬件廠商的檢校,但往往仍存在著一定的殘余系統(tǒng)誤差,如能采用一定的處理手段,如帶有附加參數(shù)的自檢校方法或是虛擬檢校格網(wǎng)法進(jìn)行整體區(qū)域網(wǎng)平差,減弱殘余系統(tǒng)誤差的影響,則可進(jìn)一步提高立體測圖的精度。1.1.4測量網(wǎng)格系統(tǒng)近幾年來,隨著航空數(shù)碼相機(jī)、機(jī)載激光雷達(dá)等新型傳感器的迅猛發(fā)展,攝影測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取能力有了空前的提高,也給空間數(shù)據(jù)的處理與存儲(chǔ)管理技術(shù)帶來了新的挑戰(zhàn)。目前國內(nèi)的攝影測量數(shù)據(jù)處理流程中,還延續(xù)著傳統(tǒng)基于單機(jī)模式的數(shù)據(jù)處理方法,無法滿足超大范圍攝影測量數(shù)據(jù)快速處理的需要。為有效解決海量遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)的瓶頸問題,武漢大學(xué)將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行處理技術(shù)、高性能計(jì)算技術(shù)與數(shù)字?jǐn)z影測量技術(shù)相結(jié)合,研究開發(fā)了新一代航空航天數(shù)字?jǐn)z影測量數(shù)據(jù)處理平臺——數(shù)字?jǐn)z影測量網(wǎng)格(DigitalPhotogrammetricGrid,DPGrid)。DPGrid系統(tǒng)的硬件組成主要包括高性能刀片式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、磁盤陣列和后備電源,總體上構(gòu)成一個(gè)高速網(wǎng)絡(luò)模式下的并行分布式、一體化、自動(dòng)化和智能化的對地觀測數(shù)據(jù)處理平臺,同時(shí)也是以最新的影像匹配理論與方法為基礎(chǔ)的海量遙感數(shù)據(jù)自動(dòng)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要特點(diǎn)是:①基于網(wǎng)絡(luò)與集群計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字?jǐn)z影測量自動(dòng)化的并行處理,極大地提高了數(shù)字?jǐn)z影測量作業(yè)的效率。②將“觀測值保持獨(dú)立”的思想引入到影像匹配中,解決觀測值獨(dú)立性與連續(xù)光滑約束條件的矛盾,實(shí)現(xiàn)了由“無約束”到“有約束”的循環(huán)迭代過程,建立了觀測值獨(dú)立與連續(xù)光滑約束對立統(tǒng)一的影像匹配系統(tǒng)。③將人機(jī)協(xié)同處理與自動(dòng)化處理完全分開,合理組織,建立了人機(jī)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)全無縫測圖系統(tǒng),革新了攝影測量的生產(chǎn)流程,既能發(fā)揮自動(dòng)化的高效率,也能大大提高人機(jī)協(xié)同的效率。DPGrid系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了航天、航空遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)快速處理,其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)前的數(shù)字?jǐn)z影測量工作站,能夠滿足災(zāi)難快速響應(yīng)等諸多領(lǐng)域?qū)b感影像快速處理的迫切需要,為三維空間信息快速采集與更新提供了堅(jiān)實(shí)的保障。該系統(tǒng)在“5.12”汶川大地震抗震救災(zāi)影像的處理中發(fā)揮了重要作用,在短短110小時(shí)內(nèi)成功制作了4000余幅航空數(shù)碼影像的DSM及DOM產(chǎn)品,為抗震救災(zāi)決策提供了寶貴的現(xiàn)勢資料,受到國家相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)的高度贊揚(yáng)。DPGrid系統(tǒng)的出現(xiàn),大大改變了當(dāng)前信息提取及測繪生產(chǎn)的模式和技術(shù)流程,同時(shí)也為正在開展的西部1∶50000地形圖空白區(qū)域測圖、國產(chǎn)高分辨率測繪衛(wèi)星等工程提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。1.1.5負(fù)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件的發(fā)展?fàn)顩r機(jī)載激光雷達(dá)(AirborneLiDAR)集激光掃描儀、全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)于一體,通過主動(dòng)發(fā)射激光,接收目標(biāo)對激光光束的反射及散射回波來測量目標(biāo)的方位、距離及目標(biāo)表面特性,能夠直接得到高精度的三維坐標(biāo)信息。與傳統(tǒng)的航空攝影測量方法相比,使用機(jī)載激光雷達(dá)技術(shù)可部分地穿透樹林遮擋,直接獲取地面點(diǎn)的高精度三維坐標(biāo)數(shù)據(jù),且具有外業(yè)成本低、內(nèi)業(yè)處理簡單等優(yōu)點(diǎn),成為攝影測量領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向之一,受到各國研究人員的廣泛關(guān)注。經(jīng)過十幾年的發(fā)展,機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)的硬件技術(shù)已經(jīng)比較成熟,以最新的LeicaALS60機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)為例,其激光器脈沖頻率已經(jīng)高達(dá)200kHz,激光測距精度達(dá)到厘米級。不過,相對于硬件技術(shù)的飛速進(jìn)步,機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件的發(fā)展則相對滯后,數(shù)據(jù)處理過程中的諸多算法和模型還不夠完善,目前國際上還沒有十分成熟的機(jī)載激光雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件。市場上各種數(shù)據(jù)處理軟件功能不一,優(yōu)點(diǎn)各異,用戶往往需要同時(shí)使用多種軟件才能完成某項(xiàng)工作。作為一種多傳感器集成系統(tǒng),機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部的誤差源十分復(fù)雜,同時(shí)由于獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)為離散點(diǎn),缺乏紋理信息,不易進(jìn)行同名地物匹配和地面控制,為機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)誤差的檢校與平差帶來了難度。當(dāng)前主流的商業(yè)機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)中均集成了中小型幅面的數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī),因此將點(diǎn)云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,能夠有效地提高測量的精度和可靠性,并可進(jìn)一步簡化攝影測量的數(shù)據(jù)處理流程。目前國內(nèi)引進(jìn)的機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)已有十余套,現(xiàn)已被成功應(yīng)用于大比例尺測圖、帶狀目標(biāo)測量、電網(wǎng)設(shè)計(jì)、輸電線路巡線檢修、城市三維建模、海岸帶測圖、生物量監(jiān)測等領(lǐng)域,獲取到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)主要用于快速生成數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像,在數(shù)據(jù)應(yīng)用的深度上,還有很大的潛力可挖。目前國內(nèi)在機(jī)載激光雷達(dá)領(lǐng)域的主要研究方向主要限于點(diǎn)云的顯示、濾波以及三維建模等方面,已取得了一定的研究成果,在總體上還沒能形成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)處理平臺。1.1.6多基線近景照片成像技術(shù)采用地面激光雷達(dá)技術(shù)可以直接獲取待測地物高密度、高精度的三維坐標(biāo)信息,為幾何模型的快速建立提供理想的解決方案。經(jīng)過近幾年的發(fā)展,地面激光雷達(dá)的測量速度已有明顯的提高,測距精度可以達(dá)到毫米級,并能獲取一定的回波強(qiáng)度信息。在地面激光雷達(dá)系統(tǒng)的硬件組成中,除包括激光掃描儀之外,通常都會(huì)裝配有小型數(shù)碼相機(jī),同時(shí)也可集成位置與姿態(tài)測量裝置。將激光掃描儀測量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)碼影像進(jìn)行融合,則能夠快速完成三維模型的紋理映射,由于省去了近景攝影測量中復(fù)雜的影像匹配步驟,可以顯著地提高工作效率。目前地面激光雷達(dá)在測量中的應(yīng)用還處于起步階段,主要的應(yīng)用方向包括數(shù)字城市三維建模、數(shù)字化文化遺產(chǎn)、工程測量、變形監(jiān)測、災(zāi)害評估、林業(yè)測量、工業(yè)設(shè)計(jì)和逆向工程等領(lǐng)域。在數(shù)字文化遺產(chǎn)的幾何建模過程中,由于文化遺產(chǎn)的多樣性和復(fù)雜性,采用單一的測量技術(shù)往往難以滿足實(shí)際需求,因此通常需要將地面激光掃描與近景攝影測量、工程測量等技術(shù)相結(jié)合使用。例如山海關(guān)長城測量項(xiàng)目中,就同時(shí)采用了地面激光雷達(dá)、機(jī)載激光雷達(dá)、航空攝影測量和多基線近景攝影測量技術(shù),取得了良好的效果。與普通的數(shù)碼相機(jī)相比,地面激光雷達(dá)系統(tǒng)的價(jià)格還過于昂貴,限制了地面激光雷達(dá)的大范圍推廣使用,但不難預(yù)測,隨著地面激光雷達(dá)系統(tǒng)硬件成本的不斷下降以及數(shù)據(jù)處理方法的成熟,地面激光雷達(dá)系統(tǒng)將逐漸成為三維建模的主要設(shè)備。1.1.7移動(dòng)測圖系統(tǒng)移動(dòng)測圖系統(tǒng)是指在移動(dòng)載體平臺上集成多種傳感器,通過定位、定姿和成像等傳感器在移動(dòng)狀態(tài)下自動(dòng)采集各種定位定姿數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和激光掃描數(shù)據(jù),通過統(tǒng)一的地理參考和攝影測量解析處理,實(shí)現(xiàn)無控制的空間地理信息采集與建庫。目前移動(dòng)測圖系統(tǒng)主要指基于機(jī)動(dòng)車輛的移動(dòng)道路測量系統(tǒng),同時(shí)也包括不太常見的鐵路機(jī)車及人工便攜式的移動(dòng)測圖系統(tǒng)。移動(dòng)道路測量系統(tǒng)通過機(jī)動(dòng)車上裝配的GPS、INS、數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)和激光雷達(dá)等設(shè)備,在車輛高速行進(jìn)之中,快速采集道路及道路兩旁地物的空間位置數(shù)據(jù),特別適合于公路、鐵路和電力線等帶狀地區(qū)的基礎(chǔ)信息獲取,在電子地圖的制作與修測、城市三維建模等領(lǐng)域具有獨(dú)特的優(yōu)勢。我國在移動(dòng)測圖領(lǐng)域的研究起步較早,現(xiàn)已在多傳感器集成、系統(tǒng)誤差檢校、直接地理參考技術(shù)、交通地理信息系統(tǒng)等方面取得突破性的進(jìn)展,并已有LD2000型系列移動(dòng)道路測量系統(tǒng)等實(shí)用產(chǎn)品研制成功,其系統(tǒng)硬件、軟件已出口韓國、意大利、伊朗等多個(gè)國家。移動(dòng)道路測量系統(tǒng)作為一種全新的地理空間數(shù)據(jù)采集方式,已逐漸受到地理數(shù)據(jù)生產(chǎn)商的重視,如世界上最大的兩家導(dǎo)航數(shù)據(jù)生產(chǎn)商N(yùn)avTech和TeleAtlas公司均已將移動(dòng)測量系統(tǒng)作為其數(shù)據(jù)采集與更新的主要手段,可見移動(dòng)測量技術(shù)已經(jīng)成為地理空間數(shù)據(jù)采集過程中最好的解決方案之一,將在地理空間數(shù)據(jù)采集與更新中發(fā)揮越來越重要的作用。1.2外業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域隨著航空數(shù)碼相機(jī)、激光雷達(dá)等新型傳感器數(shù)據(jù)獲取能力的提高與應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展,以及新型遙感平臺的逐漸成熟,多種傳感器之間的集成與數(shù)據(jù)融合,地理信息的快速獲取和更新將成為攝影測量學(xué)科發(fā)展的重要趨勢,具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)傳感器平臺的多樣化。隨著低空遙感平臺、小衛(wèi)星技術(shù)與移動(dòng)測圖系統(tǒng)的發(fā)展,傳感器平臺的選擇進(jìn)一步豐富。在實(shí)際作業(yè)生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)的需要,靈活地選取傳感器和傳感平臺。在滿足作業(yè)需求的情況下,可優(yōu)先選用輕小型遙感平臺,有效節(jié)省生產(chǎn)成本。(2)新型傳感器的市場份額繼續(xù)增長。航空數(shù)碼相機(jī)有望在近期取代傳統(tǒng)的膠片型航測相機(jī)成為用戶的主流配置。而機(jī)載激光雷達(dá)系統(tǒng)通常集成了中等幅面的數(shù)碼相機(jī),可同時(shí)獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)與影像數(shù)據(jù),并具有外業(yè)成本低、內(nèi)業(yè)處理簡單等優(yōu)點(diǎn),將成為攝影測量數(shù)據(jù)獲取的重要手段。(3)攝影測量軟件平臺的并行化與智能化。隨著新型數(shù)字航攝儀的出現(xiàn)及遙感傳感器分辨率的提升,獲取得到的數(shù)據(jù)量成倍增加。另外,隨著測圖周期的縮短以及應(yīng)急響應(yīng)的需求,要求數(shù)據(jù)處理必須能在短時(shí)間內(nèi)完成,給攝影測量平臺的數(shù)據(jù)處理能力帶來了新的挑戰(zhàn)。這將推動(dòng)攝影測量數(shù)據(jù)處理平臺向并行化架構(gòu)方向發(fā)展,并在軟件開發(fā)中采用更為合理的并行計(jì)算模式。(4)多傳感器的有效集成。同時(shí)采用多種傳感器進(jìn)行觀測,可有效提高測量結(jié)果的精度和可靠性,現(xiàn)已被廣泛地應(yīng)用于攝影測量的數(shù)據(jù)獲取過程中。但目前多傳感器集成的潛力還遠(yuǎn)未被挖掘,數(shù)據(jù)集成算法的優(yōu)化將成為多傳感器集成技術(shù)的關(guān)鍵。其中激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)與光學(xué)影像之間的融合技術(shù)將成為未來幾年的重要研究方向。2遙感學(xué)科發(fā)展的研究現(xiàn)狀和趨勢2.1遠(yuǎn)程體驗(yàn)平臺與傳感器的更新2.1.1基于多道地震傳感器的地形地圖載有高空間分辨率光學(xué)傳感器的對地觀測衛(wèi)星在高精度導(dǎo)航、定位、姿態(tài)控制和時(shí)間測量技術(shù)的支持下,通過獲取大范圍同軌或異軌立體影像,正引起地形測量和地形測繪技術(shù)體系的變革,這些傳感器為1∶1萬~1∶5萬的中等比例尺地圖制圖提供了豐富的數(shù)據(jù)源。2.1.2飛行或小衛(wèi)星測試法高性價(jià)比、機(jī)動(dòng)靈活、高時(shí)間分辨率、更新方便快捷等特點(diǎn)使得小衛(wèi)星編隊(duì)飛行或小衛(wèi)星星座正成為當(dāng)前大衛(wèi)星的一種有效補(bǔ)充,其在軍事、減災(zāi)、測繪、土地、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域的優(yōu)越性越來越凸顯出來,相信隨著小衛(wèi)星技術(shù)的日益成熟,其應(yīng)用價(jià)值必將會(huì)得到足夠的重視。2.1.3對未來研究的展望智能傳感器的研制已經(jīng)有些年頭了,但是在2008年北京ISPRS大會(huì)上沒有相關(guān)的研究論文,但是筆者認(rèn)為這絲毫不影響它未來方向性,也不代表它不是當(dāng)前研究的熱點(diǎn),只是表明各國在該領(lǐng)域的研究還處在保密階段,我們應(yīng)該給予足夠的重視。2.2遙感科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展趨勢2.2.1brdf建模及驗(yàn)證主要是利用地物目標(biāo)的光譜和角度信息對比和改進(jìn)大氣輻射傳輸模型以及進(jìn)行地物BRDF建模和驗(yàn)證,總體上有一些進(jìn)展,但是該領(lǐng)域仍然是遙感研究的前沿和重點(diǎn),有些問題一時(shí)尚無法解決。2.2.2大氣影響消除的測量模型SAR技術(shù)發(fā)展至今,出現(xiàn)了很多高空間分辨率、多極化、多頻率、多衛(wèi)星組合的全方位觀測的新型傳感器系統(tǒng),合理高效地處理SAR數(shù)據(jù)和提取信息是當(dāng)前的重點(diǎn)問題,在幾何信息提取方面(尤其是DEM),干涉測量中的大氣影響消除、基線估算、影像配準(zhǔn)和相位解纏仍然是國際上的研究熱點(diǎn),永久散射體、GPS、GIS、影像信息輔助以及一些能簡化計(jì)算的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦€是用于提高精度和效率的重要手段和途徑;在立體SAR方面,構(gòu)像方程建立和平差參數(shù)選取以及精度評估仍是研究重點(diǎn);在物理參數(shù)提取方面,經(jīng)歷了從簡單聚類到基于概率分類到基于知識的識別過程,處理對象也從像元到同質(zhì)像斑變化,在充分利用多頻率多極化特征基礎(chǔ)上,結(jié)合可見光、紅外、干涉以及引入各種專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)或理論模型來提高地物分類和識別精度仍然是主要途徑,但是效率成為一個(gè)新的待解決的問題。SAR數(shù)據(jù)參數(shù)提取的精度和時(shí)效性成為影響其廣泛業(yè)務(wù)化應(yīng)用的障礙。2.2.3基于光譜特征的分類研究海量數(shù)據(jù)壓縮、存儲(chǔ)、顯示和處理分析成為該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。從數(shù)據(jù)處理與分析看,波譜曲線的分析技術(shù)中的光譜庫建立、光譜匹配方法、波長變量分析、地物光譜重建中的大氣影響是研究熱點(diǎn);光譜特征空間分析技術(shù)中的波段選擇和特征選擇仍是光譜降維的主要手段,特征分類未擺脫傳統(tǒng)的分類技術(shù),一些新型的基于數(shù)據(jù)挖掘的分類技術(shù)還在探索研究中;混合像元分類研究還集中在端元提取和混合像元建模兩大方面。2.2.4多特征融合方法在多源數(shù)據(jù)融合方面,不同尺度遙感影像間的自動(dòng)配準(zhǔn)仍然主要基于點(diǎn)和線特征,在點(diǎn)匹配方面目前主要是尋找最優(yōu)化搜索策略,而線特征配準(zhǔn)是當(dāng)前的研究熱點(diǎn);在融合方法方面,除改進(jìn)傳統(tǒng)算法外,各種新的融合方法(小波、多尺度變換、多尺度分析、智能技術(shù))如雨后春筍般出現(xiàn),它們的目標(biāo)都是盡量保持豐富的光譜信息并突出空間特征和提高計(jì)算效率。但是融合技術(shù)并未形成相應(yīng)的理論框架和體系,缺乏統(tǒng)一的融合模型和客觀評價(jià)手段,這些仍然是未來的重要研究方向。2.2.6改進(jìn)參數(shù)反演在參數(shù)反演方面,將多種改進(jìn)的反射率模型和大氣輻射傳輸模型進(jìn)行耦合,通過引進(jìn)一些先驗(yàn)知識,改進(jìn)參數(shù)反演策略,可反演參數(shù)的類型(涉及陸地、海洋、大氣、生物和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域)和反演的精度有所增多和提高。2.2.7性息提取特征在時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)處理與變化檢測方面,數(shù)據(jù)選擇出現(xiàn)了多樣化趨勢,使得數(shù)據(jù)間的輻射校正成為重要的關(guān)注點(diǎn),可供變化性息提取的特征(幾何的、光譜的、紋理的等)越來越多,如何合理高效使用這些特征成為當(dāng)前的難題,各種變化檢測算法得以研制,由于缺乏統(tǒng)一的精度評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),人們受困于精度評價(jià)。真正意義上的自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、在軌化、智能化變化檢測還有很多問題要解決,涉及每一個(gè)步驟,缺乏可靠的理論基礎(chǔ)和評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是問題中的問題,值得深入研究。3文化遺產(chǎn)測量應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣,涉及到人口、資源、環(huán)境、社會(huì)、減災(zāi)和文化等領(lǐng)域的方方面面,與其它學(xué)科的聯(lián)系愈來愈緊密。在人口與社會(huì)領(lǐng)域方面,遙感已經(jīng)廣泛用于人居環(huán)境與影響分析,城市(建筑、交通、綠化、景觀)、健康、疾