现代科技发展对摄影测量与遥感技术的影响核心提示：主要介绍计算机、空间技术等高科技的发展对摄影测量与遥感的影响，并对卫星遥感今后的发展方向及目前存在的问题作了介绍。二十世纪发展起来的摄影测量学，特别是航空摄影测量是我国传统测绘重要组成部分，在大地、航测和制图三大组成部分中，航测是测制地形图的最基本手段。由于高科技的发展，摄影测量正受到史无前例的影响，正在经历一场深刻的变革，本文主要介绍现代科技发展对摄影测量与遥感技术的影响，目前发展方向，以及发展中存在的问题。1. 计算机发展对摄影测量的影响1.1摄影测量的回顾航空摄影测量是传统地形图测绘的基本手段，通过量测航空像片计算地面真实坐标。摄影测量工作者早就关注计算机在该领域中的应用，但是由于这种计算极为复杂，因此随着计算机的发展，计算机在摄影测量中的应用才逐步深入。摄影测量中的航片与地面关系公式是摄影测量中最基本公式，该公式为1：x=-fa1(X-Xs)+b1(Y-Ys)+c1(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)y=-fa2(X-Xs)+b2(Y-Ys)+c2(Z-Zs)a3(X-Xs)+b3(Y-Ys)+c3(Z-Zs)式中a、b、c为方向余弦，与航向、旁向倾角和旋角有关，其关系式为：a1=coscos+sinsinsinb1=cossin-sinsincosc1=sincosa2=-cossinb2=coscosc2=sina3=-sincos+cossinsinb3=-sinsin-cossincosc3=coscosf 为摄影机焦距。x、y 为像点坐标。Xs、Ys、Zs 为摄站投影中心坐标。X、Y、Z 为地面点坐标。摄影测量中的其它许多公式可由此公式推导而成，因此该公式是摄影测量的基础，从该公式中可清楚看到计算关系的复杂性。在此介绍该公式的目的是为了说明解算该公式的方法确定了摄影测量发展的三个阶段，即模拟、解析和全数字测图。在计算机水平发展还不高时，测图无法用计算机来实现，只能用机械模拟的办法，例如多倍仪和各种精密全能测图仪，还有为了降低造价，利用简化公式设计的模拟仪器。这些仪器由于精度要求极高，因此制造困难，价格昂贵。这些仪器在测绘事业中起到了一定的历史作用。在60-70年代，由于容量和计算速度的限制，计算机仅用于摄影测量的加密。到80年代，计算机的发展，使得解析测图仪问世，将计算机用于测图领域，把原来模拟仪器的机械交会求解改用计算机计算，从而简化了仪器结构，降低仪器造价。测图过程与模拟仪器相仿。到90年代，计算机有了飞跃发展，特别是1995年以后，其计算速度和存储容量有了明显提高，使数字摄影测量成为现实。1.2计算机发展对摄影测量的影响随着计算机的不断发展，摄影测量中最困难的测图部分用计算机来解决，从而使摄影测量步入计算机处理的新时代，使得摄影测量产生了巨大的变化，该变化可从下列四个方面得到反映。(1)测量仪器的彻底改变传统摄影测量仪器主要分二大类，一类用于测量像片的坐标，用于加密，提供测图时控制点坐标。第二类是用于测图，通常为机械模拟方式。这些仪器由于精度高，制造比较困难，过去大部分从德国、瑞士进口，价格自然昂贵。而现在只要有高精度像片数字化仪和基于计算机的处理系统，便可实现航测生产的全过程。这些仪器与原来仪器相比，具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、效率高等特点。如果将来航空摄影采用数码像机，直接得到数字影像，到那时像片数字化仪都不要，利用基于计算机的一些处理系统便可实现地形图等测绘产品的生产。由此可看出，计算机的发展对航测仪器带来了彻底变革。(2)产品形式的改变由于计算机的发展，测绘生产的产品模式发生了根本变化，由过去的模拟表达方式改为全数字形式，即4D产品。在数字测绘产品生产中，首先应重视数据的格式，即制订数据生产标准。目前各国的标准不一致，因此在用数据前，必须先了解数据格式，否则无法应用。在数字测绘产品中，另一重要转变是产品的管理，在模拟图时代，利用仓库储存，用户亲自领取的方式。在数字时代，利用计算机管理，公用数据可以上网，用户从网上直接下载数据。在管理上更为科学，使用更为方便。(3)生产工艺的改变由于处理方法和产品形式的改变，使得生产工艺流程也产生重大变化，朝着简单、高效方向发展。模拟产品生产中一个重要缺陷是绘图结果不能有效利用，从生产原图到出版须重复标描多次，而在数字产品生产中该问题就不存在。由此也导致航测与制图无明确分界。现在的生产工艺流程主要包括下列部分：航片数字化，把模拟图像变为数字影像；影像处理和信息提取，包括影像几何纠正及产品信息的提取与编辑；建立数据库，实现数据的有效管理和应用。(4)理论方法上的改变在过去，摄影测量主要着重模型的研究，目的是为了提高测量精度，而现在计算机的水平，对摄影测量计算而言，已根本解决，可以用最严密的公式计算，解算精度能得到完全保证。摄影测量几何模型已不再是研究的重点，而转向影像匹配与信息自动提取方面。影像匹配是数字摄影测量的核心，数字摄影测量的效能能否得到充分发挥在某种程度上取决于影像自动匹配的水平。影像匹配不仅在数字摄影测量中占有重要地位，同时也是计算机视觉目标自动识别的核心，为此影像匹配引起许多学者的关注。经过多年研究，结合计算机发展水平，影像匹配已从理论研究走向实际应用，这是摄影测量取得的重大进展。由于地面影像极其复杂，影像匹配尚不能做到完全成功，目前当匹配失败时尚需人工干预。在信息提取方面，已进行了大量研究，有些进展，但距实际应用尚有较大距离，这方面是今后应努力研究的方向。2. 空间技术发展的影响2.1 航天遥感的发展2.1.1 航天遥感发展过程1972年美国开始发射陆地卫星Landsat，该系列共有7颗卫星组成，其中Landsat6发射失败，最后一颗Landsat7于1999年4月15日发射，4月18日己传送回第一幅图像，证明发射已经成功。Landsat13的主要成像仪器为多光谱扫描仪（MSS）,为4个波段，地面分辨率大约为70m，Landsat4,5的主要成像仪器为专题制图仪（TM），由7个波段，除波段6外，地面分辨率为30m, Landsat7除30m的多光谱图像外，增加了一个15m分辨率的全色波段。Landsat图像的地面复盖范围为185185km2，由于光谱波段设计合理，价格合适，得到全球的广泛应用。1986年法国开始发射SPOT卫星，现在已发射4颗。SPOT的成像仪器为高分辨率可见光成像仪（HRV），HRV观测方法不是采用扫描镜，而是采用CCD电子式扫描。可采用多光谱和全色二种模式，多光谱，有3个波段，地面分辨率为20m。全色的地面分辨率为10m。SPOT图像的地面覆盖范围为6060km2。试验证明，多光谱图像的3个波段，其中波段1和波段2数据严重相关，对应用具有较大影响。其全色波段，由于分辨率较高，具有广泛应用价值，但是由于价格较贵，在应用中受到一定限制。SPOT4 成像仪器性能进一步改进，多光谱改为4个波段，并增加了地面扫描宽度为2200km2、地面分辨率为1150m的 SPOT Vegetation，用于植被调查。SPOT5多光谱分辨率将提高到10m，全色提高到5m。1996年印度发射了IRS-1C卫星，其多光谱地面分辨率有3个波段为23.5m，1个波段为70.5m，全色波段为5.8m。图像地面覆盖范围多光谱为141141km2，全色为7070km2。IRS-1C卫星还带有一个广角传感器（WFS），其图像地面复盖范围为770770km2，地面分辨率为188m，用于植被变化的研究。雷达卫星也有发射，如欧空局的ERS1/2合成孔径雷达（SAR），地面分辨率约为30m, 图像地面覆盖宽度为102.5km2。加拿大的RADARSAT，地面分辨率为10100m，图像地面覆盖范围为从100100km2至500500km2。日本的JERS SAR，地面分辨率为18m, 图像地面覆盖范围为7575km2。20多年来，航天遥感得到了较大发展，获得了大量卫星影像，并在许多领域已有成功的应用。2.1.2航天遥感的现代发展随着科学技术的发展，航天遥感不仅走向成熟，同时又提出了新的要求，其中有二个特点，其一是地面分辨率愈来愈高，美国在南斯拉夫所用军事侦察卫星地面分辨率为0.1m。在卫星发射计划中，许多国家或公司将要发射地面分辨率为1m的卫星。美国在“数字地球”计划中，分辨率为11m的全球影像是其中重要内容之一，这些高分辨率影像将来主要靠航天遥感来获得。其二是面向全球变化监测，我们赖以生存的地球由于人类活动的影响正在发生不断变化，许多自然现象及变化规律尚不清楚，为了进行研究，必须获得大气圈、水圈和生物圈的各种数据，须对地球表面的陆地、海洋及大气层进行全面监测，为此美国提出了地球观测系统（EOS）计划，卫星上传感器共有19种。这些传感器用几颗卫星发射，其中AM1计划在1999年7月发射。下面介绍一些传感器的性能及用途2。*（Clouds and the Earths Radiant Energy System 云及地球辐射能系统），通过短波和长波辐射两种方式对地球辐射进行测量。*（Lightning Image Sensor 光亮成像传感器）,将搜集地球上光亮的变化与分布信息。此传感器覆盖范围km2，空间分辨率km。*（ Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer 高级星载热量发射及反射辐射计）,提供高分辨率（m）的地表及云的数据，供气候学、水文学、生态学及地质学进行研究。*（Multiangle Image SpectroRadiometer 多角度成像光谱辐射计）,将获得全球各种反射光线的方向特性数据以及用于地表的地质特性和雾、云及生态研究的信息。扫描宽度为km，空间分辨率为m、m及1100m，个波段，9天覆盖全球。*（ModerateResolution Image Spectroradiometer 中等分辨率成像光谱辐射计），共个波段，其中个为m，个为m，个为km，至天覆盖全球，将提供多种全球数据产品，包括km分辨率的地表温度、海洋颜色、植被地表覆盖等大量信息，可用来进行全球生态及物理变化的测量。*（Stratospheric Aerosol and Gas Experiment 对流层云雾及气体实验室3号）,用于对云雾、臭氧、二氧化氮、水蒸汽、温度、压力等的研究，空间分辨率为km。*Ocean Color Instrument 海洋颜色仪，用于进行全球碳循环的研究。*，对全球无冰的海洋上空的风进行连续、全天候测量，扫描幅宽为km，空间分辨率为km。*（ Active Cavity Radiometer Irradiance Monitor 空洞变化辐射计及辐照率监测器），用于监测太阳总辐照率的变化。*（ Earth Observing Scanning Polerimeter 地球观测扫描极化仪），用于提供全球云及雾图像，包括个多光谱波段，空间分辨率km。*（Multifrequency Image Microwave Radiometer 多频成像微波辐射计），用于获得水循环的重复参数，包括大气中水的含量，雨量，土壤湿度，冰雪覆盖及海面温度等，幅宽为km，空间分辨率为km、km、km、km及km。*