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航空遥感系统的发展

 航空遥感是以飞机或气球作为工作平台进行成像或扫描的一种遥感方式。其上装有各种传感器,按技术要求,对测区进行有关地物电磁波信息的收集、处理,最后获得各种图像、数据,从而为生产、科研所应用。近十几年随着空间技术的迅速发展,虽然航天遥感具有许多优越性,但是由于航空遥感具有成像比例尺大、分辨率高、几何纠正准确等优点,故航空遥感在目前仍然是重要的遥感手段。航空遥感包括航空遥感平台、传感器及信息传输及处理等系统。

  航空遥感平台不仅包括飞机、气球,而且还包括有人驾驶和无人驾驶的遥控飞机。目前航空遥感所应用的运载工具,仍以飞机为主,国外有采用气球的,但为数不多。航摄飞机应具备航速均匀,航高不变,航行平稳,耗油量少,续航时间长(不得少于5小时)等特性。目前,由于镜头和感光胶片分辨率的提高,高空航片发展很快,中空、中高空、高空的航空遥感,其成像比例尺小、包括的面积大,适用于较大范围的普查;底空的航空遥感,可获得较大比例尺的图像,可精确地绘制大比例尺地形图,也是目前应用最广泛的遥感手段。

  近几年来,随着航空遥感技术的发展,传感器的类型种类繁多。不仅有光学摄影的航摄仪,还有多波段摄影仪、多波段扫描仪、红外扫描仪以及侧视雷达等。从成像的种类来看也是多种多样的。从可见光的黑白全色摄影、彩色摄影,并扩展到紫外、红外、微波等波段,从而可以收集不同宽度波段和特定波长的电磁波信息。传感器有框幅式光学相机,缝隙、全景相机、光机扫描仪、光电扫描仪、CCD 线阵、面阵扫描仪、微波散射计雷达测高仪、激光扫描仪和合成孔径雷达等,它们几乎覆盖了可透过大气窗口的所有电磁波段。

  以往的航空摄影,仅限于感光胶片记录地物反射电磁波的能量。而现在的航空遥感,除以感光胶片作为传统记录外,还采用了光电转换,进行磁带记录。把人们眼睛看不见的的紫外、红外、微波信息,转换成人眼可见的图像和计算机使用的数字化磁带,以及供分析研究用的曲线和数据。这样,航空遥感就比航空摄影能提供更多的资料。如黑白和彩色像片、黑白和彩色红外像片、多波段摄影像片、红外扫描图像、多波段扫描图像、雷达图像等。

  航空遥感对地定位趋向于不依赖地面控制。确定影像目标的实地位置(三维坐标),解决影像目标在哪儿(where) 是摄影测量与遥感的主要任务之一。在已成功用于生产的全自动化GPS 空中三角测量的基础上,利用DGPS 和INS惯性导航系统的组合,可形成航空/航天影像传感器的位置与姿态的自动测量和稳定装置( POS) ,从而可实现定点摄影成像和无地面控制的高精度对地直接定位。在航空摄影条件下的精度可达到dm 级,在卫星遥感的条件下,其精度可达到m级。该技术的推广应用,将改变目前摄影测量和遥感的作业流程,从而实现实时测图和实时数据库更新。若与高精度激光扫描仪集成,可实现实时三维测量(L IDAR),自动生成数字表面模型(DSM),并可推算出数字高程模型(DEM) 。

  美国NASA 在1994 年和1997 年两次将航天激光测高仪(SLA) 安装在航天飞机上,企图建立基于SLA 的全球控制点数据库,激光点大小为100 m,间隔为750 m,每秒10个脉冲;随后又提出了地学激光测高系统( GLAS) 计划,已于2002 年12 月19 日将该卫星IICESat (cloud and land ele2 vation satellite) 发射上天。该卫星装有激光测距系统、GPS 接收机和恒星跟踪姿态测定系统。GLAS 发射近红外光(1 064 nm)和可见绿光(532 nm)的短脉冲(4 ns)。激光脉冲频率为40次/s,激光点大小实地为70 m,间隔为170 m,其高程精度要明显高于SRTM,可望达到米级。

  航空遥感是国家对地观测的重要组成部分。“航空遥感系统”是国家重大科技基础设施项目,面向国家发展战略,支持国家信息化建设,满足国家对遥感信息建设的迫切需求;面向世界科技前沿,为我国遥感科学技术的发展提供先进的技术手段,为地球系统科学的研究提供重要的科学依据。该项目由中科院电子学研究所牵头负责项目建设任务。

  希望用四年的时间,建立一套由多种高性能遥感设备综合集成的先进航空遥感系统,使其成为开展我国地球系统科学研究的有效技术手段,成为提高和发展我国遥感信息科学与技术的实验平台,成为我国信息化建设和国家安全的科学数据源,促进我国遥感设备和遥感数据的产业化。“航空遥感系统”由高性能航空遥感飞行平台、先进遥感信息获取系统和地面数据综合处理与管理系统三部分组成,建成后的航空遥感平台将具有可见光、红外、微波波段等遥感设备同时作业能力。

  中科院遥感飞机虽已运行16年,但其综合技术性能优势仍在国内保持领先地位。现能够在小型飞机上进行不同电磁波范围(紫外、可见光、短波红外、热红外、微波)的遥感仪器的飞行试验,从而形成优势互补,技术先进的高分辨率成像、夜间热红外探测及微波穿透云雾和全天侯工作的运行系统。像这样小型化、综合性能强的航空遥感平台在发达国家也为数不多。

  遥感飞机的主要任务是充分利用遥感飞机先进的技术性能与我院研制的机载遥感技术系统配套组合,形成科学院机载空间遥感信息获取技术的综合优势,为国家和产业部门及地方提供广泛的航空遥感技术与应用服务。发挥遥感飞机在国民经济建设中的重要作用,并积极参与国际合作,提高科学院航空遥感技术在国内外的地位和水平。

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产品关键词:遥感,航空,系统
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