《地球信息科學(xué)的前沿與發(fā)展趨勢》

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1、《地球信息科學(xué)的前沿與發(fā)展趨勢》5《地球信息科學(xué)的前沿與發(fā)展趨勢》摘要：介紹地球空間科學(xué)的基本概念。從技術(shù)方面論述地球空間信息科學(xué)的進(jìn)展及發(fā)展趨勢，包括遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)及“3S”集成方面的進(jìn)展和趨勢。地球空間信息科學(xué)是90年代新興的地球科學(xué)研究的前沿領(lǐng)域，是在信息科學(xué)和空間信息技術(shù)發(fā)展的支持下，以地球表層系統(tǒng)為研究對象，以地球系統(tǒng)科學(xué)、信息論、控制論、系統(tǒng)論和人工智能的基本理論為指導(dǎo)，運(yùn)用多種空間信息技術(shù)和數(shù)字信息技術(shù)，來獲取、存儲、處理、分析、顯示、表達(dá)和傳輸具有空間分布特征、時空尺度概念和空間定位含義的地球空間信息，以研究和揭示

2、地球表層系統(tǒng)各組成部分之間的相互作用、時空特征和變化規(guī)律，為全球變化和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究服務(wù)。如圖1，給出了地球空間信息科學(xué)的發(fā)展態(tài)勢。地球空間信息科學(xué)基礎(chǔ)地球系統(tǒng)科學(xué)地球信息科學(xué)理論方面以研究地球空間信息機(jī)理入手，從信息流的角地球空間信息科學(xué)度，探討地球表層系統(tǒng)發(fā)生、遙感信息科學(xué)，空間信息科學(xué)發(fā)展及其演化規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)資源、環(huán)境與社會的宏觀調(diào)地球信息系統(tǒng)科學(xué)控；技術(shù)方面，結(jié)合國內(nèi)外圖1地球信息科學(xué)發(fā)展態(tài)勢“3S”技術(shù)的最新發(fā)展，解決發(fā)展過程中的若干重要理論問題和“3S”及集成技術(shù)應(yīng)用過程中的一些共性的基本問題，以及若干“3S”集成應(yīng)用系統(tǒng)的建立。從而

3、實(shí)現(xiàn)地球空間信息科學(xué)理論體系的完善發(fā)展。本文主要從地球空間信息技術(shù)方面探討地球空間信息科學(xué)的進(jìn)展及發(fā)展趨勢。1遙感技術(shù)（RS）1.1空間分辨率顯著提高隨著衛(wèi)星遙感的飛速發(fā)展與其技術(shù)的不斷成熟，衛(wèi)星遙感空間分辨率也不斷提高，目前已經(jīng)從15cm到1m；5m；20m；30m；80m；…；1km，形成一個完整的系列。1.2時間分辨率和輻射分辨率的提高近年來陸地衛(wèi)星遙感的時間分辨率和輻射分辨率也有了明顯的提高，如MODIS每天可以獲得白天和夜間兩個時相，QuickBird的時間分辨率可以達(dá)到1d～25d。ASTER在可見光和近紅外波段的輻射分辨率達(dá)到了0.5%，

4、短波紅外波段的輻射分辨率為0.5%～1.3%，熱紅外波段的輻射分辨率達(dá)到0.3K。1.3成像光譜儀迅猛發(fā)展成像光譜儀是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型遙感器，它同時接收地物目標(biāo)的影像和光譜信息，是一種“譜像合一”的遙感器。跟其它常用的遙感器相比，成像光譜儀獲得的數(shù)據(jù)具有以下特點(diǎn)：（1）波段多。成像光譜儀雖然基本上屬于多光譜掃描儀的范疇，但它的波段數(shù)目大大增加，一般在可見光和近紅外光譜區(qū)間有幾十甚至數(shù)百個波段；圖像上每個像元的灰度值按照波長排列都可以得到一條影像波譜曲線，如果加上時間維，每個像元即可定義一個影像波譜曲面。（2）光譜分辨率高。成像光譜儀采

5、樣間隔一般為10nm左右。精細(xì)的光譜分辨率反映了地物光譜的細(xì)微特征，使得在光譜域內(nèi)進(jìn)行遙感定量分析和研究地物化學(xué)成分成為可能。（3）相鄰波段的相關(guān)性高，數(shù)據(jù)冗余大。（4）空間分辨率高。目前實(shí)用的成像光譜儀圖像空間分辨率一般為10m左右，遠(yuǎn)高于MSS（80m）、TM（30m）、和SPOT/HRV的多波段圖像（20m），相當(dāng)于SPOT/HRV的全色波段圖像的空間分辨率。成像光譜儀兼有高光譜分辨率和高空間分辨率的優(yōu)越性，具有誘人的應(yīng)用前景。1.4多傳感器的有效集成為提高衛(wèi)星的有效載荷，一顆衛(wèi)星裝備多種傳感器，既有適合于小范圍詳細(xì)研究的高空間和高光譜分辨率、窄

6、成像帶的傳感器，又有適合宏觀快速監(jiān)測的中低空間分辨率和光譜分辨率、寬成像帶的傳感器，二者綜合服務(wù)于不同的需求目的。如美國的TERRA衛(wèi)星上裝載了下列五種對地觀測器：（1）先進(jìn)的空間熱輻射發(fā)射輻射計（ASTER）；（2）云和地球輻射能量系統(tǒng)（CERES）；（3）多角度成像光譜輻射計（MISR）；（4）中分辨率成像光譜儀（MODIS）；（5）對流層污染探測裝置（MOPITT）。1.5遙感數(shù)據(jù)處理和分析方法發(fā)展近年來，各種對地觀測衛(wèi)星源源不斷地提供不同空間分辨率、時間分辨率和波譜分辨率的遙感圖像，造成多平臺、多時相、多光譜和多分辨率遙感影像數(shù)據(jù)以驚人的數(shù)據(jù)量

7、快速涌現(xiàn)，自然地引出了遙感數(shù)據(jù)有效處理和分析方法的研究。1.5.1多源遙感影像融合技術(shù)5多源遙感影像融合從內(nèi)容上看，不僅包括多傳感器、多時相和多頻率的遙感影像，而且還包括其它平臺上的空間數(shù)據(jù)資源。無論如何，融合方法通常與相應(yīng)的數(shù)學(xué)理論結(jié)合在一起加以應(yīng)用，目前使用的融合方法主要有：貝葉斯估計、Dempster-shafer法、聚類分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換、HIS變換和主成分分析（又稱K-L變換法）、乘積變換、專家系統(tǒng)、高通濾波和數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等。目前多源遙感影像融合技術(shù)還未達(dá)到深入和應(yīng)用階段，需要進(jìn)一步研究。1.5.2多光譜數(shù)據(jù)處理就多光譜數(shù)據(jù)而言，數(shù)據(jù)處理

8、從以往的專題制圖發(fā)展到目前的弱信息提取。數(shù)據(jù)壓縮存儲和傳輸、專業(yè)軟件的發(fā)展都有了令人鼓舞的一面