遥感技术与商业化遥感软件的最新进展

从上个世纪六十年代E．L．Pruitt提出“遥感”这个词至今，遥感已经广泛地应用在国防、数字城市、农业、林业、土地、海洋、测绘、气象、生态、环保以及地矿、石油等众多领域，它为人类提供了从多维和宏观角度去认识宇宙世界的新方法与新手段。1972年美国陆地卫星计划发射了第一颗对地观测卫星(LandSat)，开始了航天遥感技术发展和应用的新时期，人类认识地球的范围更加宽广。
影像是遥感的重要载体，也是主要的成果之一。随着卫星传感器技术的发展，影像正朝着“三高”方向发展，即高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率。影像的价值也由单纯的地理底图逐渐向遥感专题信息、定量信息方向发展。
影像质量的逐渐提高，随之带来的是数据量呈几何倍数增加。加上应用领域不断扩大，对影像处理和分析技术提出了更多、更高的要求，以解决影像过时、花费大量人工、信息提取精度等问题。
1 影像的价值
遥感技术具有快速、准确、经济、大范围、可周期性的获取陆地、海洋和大气资料的能力，是获取地球信息的高新技术手段。目前，遥感影像日渐成为一种非常可靠、不可替代的空间数据源。下面列举几个重要的应用：

• 获得灾区第一手地理信息

遥感技术具有在不接触目标情况下获取信息的能力。在遭遇灾害的情况下，遥感影像是我们能够方便立刻获取的地理信息。在地图缺乏的地区，遥感影像甚至是我们能够获取的唯一信息。在2011年日本地震中，遥感影像在灾情信息获取、救灾决策和灾害重建中发挥了重要作用。海地发生强震后，已有多家航天机构的20余颗卫星参与了救援工作。

• 没有“符号化”的地图

遥感影像是地球表面的“相片”，真实地展现了地球表面物体的形状、大小、颜色等信息。这比传统的地图更容易被大众接受，这也是GoogleEarth很受大家欢迎的原因之一。遥感影像获取周期短，获取信息的速度快。影像地图已经成为重要的地图种类之一。

• 基础地理数据的采集与更新

现在遥感影像获取技术越来越成熟，商业卫星影像的分辨率越来越高，最高已经到达0.41米，完全可以满足较高分辨率的制图要求。加上影像可获取大范围数据资料，它已经成为基础地理数据采集与更新的重要手段。

• 地球资源信息获取

遥感影像上具有丰富的信息，多光谱数据的波谱分辨率越来越高，可以获取红边波段、黄边波段等。高光谱传感器也发展迅速，我国的环境小卫星也搭载了高光谱传感器。从遥感影像上可以获取包括植被信息、土壤墒情、水质参数、地表温度、海水温度等丰富的信息。这些地球资源信息能在农业、林业、水利、海洋、生态环境等领域发挥重要作用。

• 地表沉降监测

SAR（合成孔径雷达）影像是遥感影像的重要组成部分，在SAR影像上发展的合成孔径雷达干涉测量—InSAR（Synthetic Aperture Radar Interferometry）技术逐渐成熟并得到了工程化应用，已经成为地表沉降监测的主要技术手段，在全球及区域性地形测图、大范围地表沉降监测中得到广泛应用，如地震前后的地表沉降监测，由于地下水过度开采等因素造成的城市地面沉降，铁路/高铁/地铁建设项目对沿线地表产生的影响，冰川移动监测，采矿区塌陷监测等。由InSAR发展而来：差分干涉测量（D-InSAR）、永久散射体（PS-InSAR）和短基线（SBAS），其中D-InSAR能达到cm级精度，PS-InSAR和SBAS可达到mm级精度。
2 卫星传感器的最新发展
传感器技术极大影响遥感的发展，有丰富遥感数据，才能满足不同的应用需求。目前我们可以获取非常丰富的商业卫星影像，最新以Worldview、GeoEye、Pleiades-1为代表的商业高空间分辨率影像的空间分辨率已经达到0.5米，甚至0.41米。
DigitalGlobe公司近期公布了其WorldView-3卫星的最新进展，预计2014年发射。WorldView-3除了提供0.31米分辨率的全色影像和8波段多光谱影像外，还提供8波段短波红外影像。这颗卫星提供的极高空间分辨率，可以分别更小、更细的地物，可以跟航空影像相媲美。拥有的覆盖可见光、近红外、短波红外的波谱特征，使WorldView-3拥有极强的定量分析能力，在植被监测、矿产探测、海岸/海洋监测等方面拥有广阔的应用前景。这颗卫星载荷包括短波红外传感器和光学仪器在内的成像仪器由ITT Exelis公司设计和制造。

图1:影像的发展与应用
近年来，我国的卫星遥感技术蓬勃发展。近期发射的CBERS-02C、资源三号卫星，实现了高分辨率数据的获取、立体成像，将为国产陆地观测卫星数据的更深入、广泛应用打开新的局面。
CBERS-02C卫星是CBERS-02B卫星的后续星，星上配置了5米/10米的全色/多光谱相机，并搭载了2台2.36米的HR相机，满足用户对高分辨率数据的更高需求。
资源三号卫星是我国首颗民用高分辨率光学传输型立体测图卫星，卫星集测绘和资源调查功能于一体，体现了与CBERS-02B卫星的连续。资源三号上搭载的前、后、正视相机可以获取同一地区三个不同观测角度立体像对，能够提供丰富的三维几何信息，将填补我国立体测图这一领域的空白，具有里程碑意义。
表：CBERS-02C和资源三号卫星有效载荷主要技术指标

另外，高分辨率对地观测系统（简称高分专项）计划研制和发射7~9颗对地观测卫星。高分专项是国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中确定的16个重大专项之一。
可以看到未来几年国家对遥感领域的宏伟目标，相信随着这些卫星的上天，遥感的应用价值将会渗透到更多领域。
3 影像处理与分析面临的问题
卫星影像数据质量越来越好，影像数据量也呈几何倍数增加，空间分辨率的提高给信息的提取带来更多的干扰背景，影像获取时间的减少，让数据更容易“过时”，影像的光谱信息越丰富，对分析模型要求越高；随着影像数据的丰富，尤其是免费数据源的增多，应用领域逐渐扩大，这就要求影像处理和分析的技术门槛降低。在众多因素的背景下，我们在使用影像时将会考虑以下问题：

• 数据过时
• 需要自动化处理
• 数据量增加
• 快速处理
• 缺少遥感专业背景知识
• 更精确得到结果
• 减少手动矢量化

4 商业化遥感软件的最新进展

• ENVI 5的发布

ENVI是快速、便捷、准确地处理和分析影像首屈一指的软件解决方案，多年来一直被众多遥感专家、科学家、研究者，以及GIS专家所信赖，最新的ENVI 5于2012年5月正式发布。
最新的ENVI 5采用全新的软件界面，快速显示和浏览大数据，能高效的处理海量数据；改进的图像处理算法，更多流程化的图像处理工具；改进的面向对象的流程化工具和影像处理工具；更加灵活的ENVI API方便二次开发；Toolbox For ArcGIS集成更多的工具。

• 全新的软件界面

全新的Window操作界面，从整体上增强了用户体验。图层管理、工具栏、图像显示窗口等都整合在一个软件界面中，方便操作。
全新的Toolbox，整合了经典ENVI菜单工具。
同时保留ENVI4.8经典的三窗口操作，两种操作方式供选择。

• 海量数据快速浏览和处理

ENVI 5增强了栅格和矢量数据的显示速度，可以更快的浏览大数据。改进了很多图像处理算法，提高了大数据的处理效率。

• 更多流程化工具

流程化工具采用向导式操作方式一步步引导操作，每一步都可以预览处理效果，软件操作更简单，效率更高。

• 面向对象图像分类

面向对象图像分类工具提供更多分割和合并算法，拥有更快的处理速度。

• 与ArcGIS 的一体化集成

Toolbox For ArcGIS集成更多的工具，可以直接在ArcMAP中使用ENVI专业的影像处理工具，兼容ArcGIS10.1，支持ArcGIS online地图服务和镶嵌数据集（Mosaci Dataset）。
同时，ENVI 5直接使用ArcGIS投影引擎。

• 更加方便的二次开发

全新的ENVI API和IDL中的Extension Wizard工具，更容易定制界面和功能。
图2:将影像变成知识
SARsacpe4.4发布
由sarmap公司研发的SARscape，是国际知名的雷达图像处理软件。能让您轻松将原始SAR数据进行处理和分析，输出SAR图像产品、数字高程模型（DEM）和地表形变图等信息，并可以将提取的信息与光学遥感数据、地理信息集成在一起，全面提升SAR数据应用价值。
SARscape架构于专业的ENVI遥感图像处理软件之上，提供图形化操作界面，具有专业雷达图像处理和分析功能，广泛应用于全球各个领域。包括地形数据（DEM）提取、地表沉降监测、滑坡/冰川移动监测、目标识别与跟踪、原油泄漏跟踪、作物生长跟踪、农作物产量评估，以及洪水、火灾和地震的灾害评估等。
最新的SARsacpe4.4于2012年5月正式发布。在新版本中主要新增以下功能：

• 新增IDL 脚本功能

新增SARscape处理功能的IDL API，基于这个API可以控制和生成IDL批处理脚本，以及可以将SARscape函数嵌入ENVI二次开发过程中。可以执行一个或多个SARscape处理流程。

• 新增 SARscape for ArcGIS toolbox

在ArcGIS中可以进行专业的雷达图像处理和分析。
其他方面，在相位解缠上新增三角测量（triangulated）方法，改进了相位解缠算法，能更好的利用内存资源；新增一个具有更高稳定性的PS(永久散射体)核心算法，同时也增加PS结果的密度；

图3：ArcGIS下的SARscape Tools
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d01013k2h.html