Tecnología de teledetección
(A) Descripción general del desarrollo de la teledetección
El desarrollo de la teledetección se puede dividir en dos etapas: la primera etapa es la teledetección aérea. Durante la Primera Guerra Mundial, se utilizaron telescopios y cámaras de aviones para reconocimiento. Después de la Segunda Guerra Mundial, la teledetección aérea continuó desarrollándose y ahora se ha convertido en un importante medio de reconocimiento militar e investigación de recursos naturales. La segunda etapa es la teledetección espacial. En 1957, la antigua Unión Soviética lanzó el primer satélite terrestre artificial, iniciando la exploración de la Tierra desde el espacio exterior. En la década de 1960, la NASA lanzó satélites meteorológicos como Nimbus y naves espaciales tripuladas como Apollo, y utilizó cámaras para tomar el primer lote de fotografías satelitales de la Tierra. Después de un largo período de preparación, especialmente después de estudiar las características espectrales de varios objetos terrestres y la tecnología de procesamiento, análisis e interpretación de imágenes de sensores remotos, Estados Unidos lanzó el primer Satélite de Recursos Terrestres (ERTS) el 23 de julio de 1972, y Luego lanzó el segundo lote de satélites de recursos terrestres (LANDSAT). En 1998 se lanzó LANDSAT7; en septiembre de 1999, Estados Unidos lanzó el satélite comercial IKONOS con una resolución terrestre de 1 metro, lo que indica que Estados Unidos está muy por delante del mundo en teledetección civil. En la actualidad, Estados Unidos, Rusia, Francia, Canadá, Japón, Reino Unido, India y otros países de tamaño mediano se han convertido en países relativamente maduros del mundo en la aplicación de tecnología de teledetección.
(2) La tecnología de teledetección y sus características
1. Contenido de la tecnología de teledetección
La teledetección es aquella que bajo la acción de la energía, el objetivo refleja radiación → transmisión del medio → sensor remoto → procesamiento de información y proceso de aplicación. Los diversos medios técnicos utilizados para realizar este proceso se denominan colectivamente tecnología de detección remota, que incluye específicamente lo siguiente:
(1) La tecnología de detección remota es una tecnología que se especializa en la fabricación de equipos para detectar y recopilar información de objetivos.
(2) La tecnología de transmisión de información es una tecnología que estudia cómo transmitir la información recopilada y registrada por sensores remotos al centro de procesamiento de información.
(3) La tecnología de muestreo in situ es una tecnología que se especializa en estudiar las características de la información de objetivos recopilada y proporciona una base para distinguir objetivos al procesar la información actual.
(4) La tecnología de procesamiento de información es una tecnología de análisis, interpretación y aplicación, que incluye tecnología de compresión, transmisión y corrección de datos de información, así como tecnología de visualización y grabación de imágenes.
(5)Tecnologías de identificación, análisis, interpretación y almacenamiento y aplicación de información.
2. El punto de inflexión de la tecnología de teledetección
El cuerpo principal de la tecnología de teledetección es la tecnología de teledetección espacial, como el monitoreo del entorno de recursos, el pronóstico del tiempo y otras tecnologías típicas. Estados Unidos lanzó el satélite de tecnología de recursos terrestres a principios de la década de 1970 y, posteriormente, China lanzó con éxito un satélite meteorológico. La tecnología de teledetección espacial tiene las siguientes características principales:
(1) Gran cantidad de información.
(2) Los datos son novedosos y pueden reflejar rápidamente cambios dinámicos.
(3) La información obtenida es rica en contenido.
(4) Dibujo rápido.
(5) Es conveniente obtener información, durante todo el día, durante todo el día, y no restringido por el terreno.
Estas características no sólo permiten a la humanidad dar un nuevo salto en la comprensión del universo y la naturaleza, sino que también mejoran en gran medida la capacidad de la humanidad para transformar la naturaleza, desarrollar y proteger los recursos.
La tecnología de teledetección espacial puede obtener diversas imágenes de teledetección a gran, mediana y pequeña escala a través de plataformas de teledetección a una altitud de millones de kilómetros, lo que puede denominarse tecnología de teledetección moderna.
(3) Puntos críticos en el desarrollo de la teledetección
1. El desarrollo de los sensores es cada vez más profundo.
(1) La resolución de la teledetección es cada vez más diversa y la tecnología de teledetección se está desarrollando en direcciones tanto macro como micro.
Para satisfacer las necesidades de detección precisa de objetos o fines de investigación a gran escala, la mayoría de los sensores satelitales (21) lanzados a finales de los años 1990 y principios del siglo XX se centraron en la resolución como un indicador importante para la obtención de información. Las resoluciones espaciales de los satélites de radar lanzados por el Canadá en octubre de 1995 fueron de 10 metros, 28 metros, 35 metros y 50/100 metros, y las anchuras de exploración fueron de 50 kilómetros, 100 kilómetros y 65438 respectivamente. Las resoluciones terrestres de EROS-A y EROS-B lanzados por Israel son de 2 my 1 m respectivamente, y los anchos de escaneo son de 11 km y 30 km respectivamente.
En general, se cree que si bien las condiciones técnicas básicas del satélite permanecen sin cambios, la resolución se puede mejorar reduciendo el rango de escaneo y reduciendo la altitud del satélite. Tomando como referencia el LANDSAT5 de Estados Unidos, se ha reducido el alcance de exploración de los satélites francés SPOT y EROS-A y EROS-B de Israel y se ha mejorado la resolución. En la actualidad, la resolución de varios detectores de teledetección ha evolucionado desde kilómetros y cientos de metros hasta metros y decímetros, formando una pirámide de imágenes para observar la Tierra y su espacio, proporcionando una gran cantidad de información para estudiar diversos entornos geográficos naturales. promover el desarrollo continuo de la teledetección y disciplinas afines.
(2) La tira sensora es más detallada. La banda de frecuencia del sensor es un parámetro importante para medir el rendimiento del sensor. Según diferentes propósitos de investigación, muchos sensores están configurados con bandas especiales y la división de bandas es más precisa.
El satélite RADARSAT tiene un total de 25 haces (FL ~ F5, S1 ~ S7, W1 ~ W3, SNl ~ SN2, SWl, H1 ~ H6, L1), y el tiempo de recolección de datos SAR es ERS- 1, JERS. La estación espacial del Sistema de Observación de la Tierra EOS que la NASA planea lanzar en 1998 está equipada con un espectrómetro de imágenes de resolución media de 0,40 ~ 1,041 micrones y 64 bandas, un espectrómetro de imágenes de alta resolución de 0,40 ~ 2,50 micrones y 92 bandas, 1,4G GHz (banda L) y un radiómetro de microondas de alta resolución de 6 bandas de 6 a 90 GHz. También hay radares de apertura sintética EOS-SAR con diferentes modos de polarización, incluida la banda L (24 cm), la banda C (5,7 cm) y la banda X (3,1 cm). Se puede ver que el aumento y la subdivisión de las bandas desempeñan un papel extremadamente importante en la mejora de la precisión de la detección y el propósito de detección del sensor.
(3) Los sensores son cada vez más especializados. Muchas plataformas de teledetección llevan sensores especiales para objetos y objetivos de investigación predefinidos. Por ejemplo, el satélite ERS-2 lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA) en abril de 1995 está equipado con un sistema activo de teledetección por microondas (AMl) que consta de un radar de apertura sintética (SAR) y un dispersor de viento. Además, está equipado con sensores como un altímetro de radar, un escáner de infrarrojos, un espectrómetro de monitoreo global del ozono, un detector de microondas, un telémetro de precisión y un reflector láser, lo que proporciona riqueza para la investigación multinivel y multifacética sobre cuestiones ambientales.
En la actualidad, muchos sensores tienen usos claros y características profesionales, como sensores especializados en estudiar la temperatura del agua de mar, sensores diseñados para exploración geológica y sensores que estudian cambios en la vegetación. Cuanto más fuertes sean las características profesionales del sensor, mayor será la precisión de la investigación y más profunda será la investigación especial.
2. Campos de aplicación más amplios.
Desde finales de la década de 1990, la teledetección ha ido mucho más allá del estrecho alcance de su desarrollo inicial y se está desarrollando en muchas direcciones y niveles.
(1) La investigación sobre recursos y medio ambiente es muy activa. La investigación científica del suelo es uno de los campos de la teledetección más utilizados. Debido a esto, el séptimo comité de la Sociedad Internacional de Fotogrametría y Teledetección estableció recursos renovables, recursos geológicos y minerales, degradación de la tierra y desertificación, pérdidas por desastres y contaminación ambiental, asentamientos humanos, monitoreo de ecosistemas terrestres, hielo y nieve, océanos y costas. Monitoreo, Diez grupos de trabajo, incluido el Monitoreo Global, reflejan en diversos grados el enfoque y la dirección de desarrollo de la teledetección de recursos y medio ambiente.
En el nuevo siglo, la supervivencia y el desarrollo se han convertido en los principales problemas a los que se enfrenta la humanidad. Los países de todo el mundo están haciendo esfuerzos para gestionar el medio ambiente y reducir los desastres como foco de investigación futura, y la tecnología de detección remota tiene grandes ventajas.
El LANDSAT de la NASA, el SPOT de Francia y el ERS de la ESA utilizan la Tierra como objeto de investigación, proporcionando datos básicos para que el personal científico y técnico estudie el ozono, la vegetación, la temperatura del agua del mar y las condiciones atmosféricas, y también para que los humanos estudien la Tierra y protejan sus Patria. Proporciona información de prueba más detallada y datos de imágenes.
(2) La teledetección espacial se ha fortalecido aún más. En la actualidad, el desarrollo de la teledetección ha ido más allá del alcance de "aire-tierra" y se ha convertido en aspectos "tierra-aire" y "aire-aire". El programa Mars, llevado a cabo conjuntamente por Estados Unidos, Rusia y Francia, es representativo en el campo de la teledetección espacial. Actualmente, no sólo estudia toda la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera de la Tierra, sino que también amplía el alcance de detección a espacios más allá de la Tierra.
Con el desarrollo de la teledetección en el universo, el nivel y la capacidad cognitiva de las personas continúan mejorando, y también ayuda a las personas a explorar una serie de cuestiones académicas importantes. A partir de las imágenes actuales y del análisis de datos enviados por la sonda a Marte, los científicos han obtenido mucha información básica que es útil para estudiar el origen de la vida, la formación de estrellas, la evolución del universo y otras cuestiones importantes. La estructura de la Tierra y la exploración de los recursos del universo.
3. Integración de diversas altas tecnologías.
La integración de la tecnología “3S” es actualmente un campo activo. En tan sólo unos años, el sistema de fotogrametría digital (DPS) y el sistema experto (ES) se han integrado silenciosamente con la tecnología "3S", y ha surgido la llamada tecnología "5S". La fusión e integración de estas tecnologías son producto del desarrollo de la informática y la ciencia espacial. Al mismo tiempo, también promueve la penetración mutua y la integración de la teledetección y disciplinas relacionadas (como las ciencias de la tierra, las ciencias ambientales, las ciencias urbanas, las ciencias de la gestión, etc.). ), formando así una nueva disciplina de vanguardia: la ciencia de la información geográfica, que se ha convertido en una parte importante de la ciencia de la información y la industria de la información. El desarrollo de la ciencia de la información, a su vez, afecta a cambios casi globales en los métodos de producción y estilos de vida, así como al desarrollo de la ciencia y la tecnología en sí. La gran popularidad de Internet ha acelerado la adquisición y el disfrute de la información, lo que ha permitido a las computadoras penetrar en áreas como el diseño auxiliar, el procesamiento auxiliar, el análisis de pruebas auxiliares y la gestión.
(4) Combinación de sistema de información geográfica y teledetección
La combinación de SIG y RS muestra principalmente que RS es una fuente de información importante de SIG, y SIG se utiliza para procesar, Analizar y aplicar datos de teledetección. Fuerte soporte técnico. La tecnología clave para combinar los dos es la interfaz entre los datos rasterizados y los datos vectoriales: los datos del sistema de detección remota generalmente adoptan un formato rasterizado y su información se almacena en forma de píxeles, mientras que los datos SIG se encuentran principalmente en forma de vectores gráficos; la forma de puntos, líneas, almacenados en forma de cara. La diferencia entre ellos se debe a que los datos de imágenes y los datos cartográficos utilizan diferentes conceptos espaciales para representar la misma información en el mundo objetivo.
Para la estrategia de integrar RS y GIS, Ehlers et al. propusieron tres etapas de desarrollo: en la primera etapa, los dos modelos de software se conectan a través del formato de intercambio de datos; los modelos tienen la misma interfaz de usuario que se muestra simultáneamente; la tercera etapa es el cuerpo del software con funciones de procesamiento compuesto.
En los últimos años se han realizado numerosos estudios nacionales sobre la integración de rs y SIG, que han pasado por un proceso desde la exploración preliminar a una madurez gradual. Su aplicación incluye principalmente dos aspectos: primero, los datos de teledetección sirven como fuente de información del sistema de información geográfica; segundo, los SIG proporcionan a RS medios de gestión y análisis de datos espaciales; Zhang Jixian propuso anteriormente en China que la integración del conocimiento de las geociencias y los datos de teledetección en la información SIG puede mejorar la precisión de la clasificación de la teledetección y eliminar algunas de las desventajas de utilizar una única interpretación de imágenes de teledetección. Sin embargo, la combinación de los dos tiene problemas de conversión de datos, por lo que la investigación sobre el software correspondiente también es muy importante. En el proceso de aplicación del sistema de integración RS y GIS GRAMS, Ren Xiaohu y otros creyeron que aunque el software puede lograr una integración perfecta en la superficie, en términos de conversión de formato interno, no puede lograr * * * disfrute y conversión libre de datos. . Inicialmente, hubo mucha investigación sobre cómo la teledetección puede proporcionar datos e información para los SIG. Por ejemplo, en el proceso de planificación urbana y rural, Liu Binyi utilizó la teledetección como principal fuente de información para recopilar información regional y llevó a cabo la planificación y el diseño sobre esta base. En la evaluación de la tierra de Hubei Wuchang y Shaanxi Ansai, Xiang Facan también utilizó el valor del factor de evaluación obtenido por rs como fuente de información para realizar una superposición compuesta y lo procesó a través de SIG sobre esta base para lograr una evaluación dinámica y rápida de los recursos de la tierra. Específicamente para la combinación completa de RS y GIS y la conversión de formatos de datos, Qin Zhiyuan propuso el modo de combinación "cono combinado" y la estructura híbrida de código de cadena Freeman para resolver este problema. En la actualidad, la tecnología de aplicación integrada de RS y GIS está madurando gradualmente, y existen informes de aplicaciones relacionados en clasificación de vegetación, estimación de desastres, procesamiento de imágenes, etc. En el estudio de la aplicación de la función de análisis espacial de SIG para proporcionar gestión y análisis de datos espaciales para datos RS, se consideraron principalmente la distribución espacial de los datos DEM, el clima, el medio ambiente y otros factores de SIG. Por ejemplo, Liu Jiyuan y otros exploraron la viabilidad de combinar datos geográficos proporcionados por SIG con datos de teledetección en su estudio sobre la clasificación integral de la vegetación en el noreste de China. Intentaron cuantificar los tres indicadores principales que afectan la cobertura vegetal regional en un entorno SIG de acuerdo con un determinado sistema de cuadrícula terrestre y modelo matemático, generaron imágenes geocientíficas digitales y las combinaron con datos NOAA-AVHRR después de la optimización y compresión, y lograron buenos resultados. . En el estudio de los cambios de los glaciares en la meseta tibetana, Li Zhen y otros utilizaron datos de teledetección RBV, MSS y TM como fuentes de información para extraer los límites de los glaciares y formar mapas de los mismos. Utilizando SIG como herramienta para analizar los cambios de este grupo de glaciares, obtuvimos las reglas de cambio del glaciar al norte del pico Bucataga. La tecnología de aplicación integral de SIG y RS para el monitoreo de sequías y la clasificación del uso de la tierra también está bastante madura. Huang aprovechó al máximo las ventajas de RS, GIS, tecnología de gráficos por computadora y tecnología de redes para desarrollar el "Sistema de consultoría para la toma de decisiones dinámicas por satélite de detección remota de la región del delta del río Yangtze", que representa un nuevo método que combina RS y GIS e integra otros tecnologías multidisciplinarias.