遙感技術
4.1.1 概述
遙感是 20 世紀 60 年代發展起來的對地觀察綜合性技術。遙感壹詞來自英語 RemoteSensing，即“遙遠的感知”。廣義的理解，泛指壹切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波等的探測，我們壹般說的遙感是指狹義理解上的意思，即主要指的是電磁波探測。準確地說，遙感是指應用探測儀器，不與目標物接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。
可以概括地說，遙感技術應具備三個要素：
（1）以專用設備（傳感器）接收、記錄遠方地物電磁波輻射（包括反射或地物自身發射）的信號；
（2）將傳感器接收的電磁輻射信號形成圖像；
（3）通過對圖像的處理和分析，不與之接觸就可感知遠方事物。
根據遙感的定義，遙感系統包括：被測目標的信息特征、信息的獲取、信息的傳輸與記錄、信息的處理和信息的應用五大部分。任何目標物都具有發射、反射和吸收電磁波的性質，這是遙感的信息源。目標物與電磁波的相互作用，構成了目標物的電磁波特性，它是遙感探測的依據；接受、記錄目標物電磁波的儀器叫傳感器，如掃描儀、攝影機、雷達等，而裝傳感器的平臺叫遙感平臺，主要有地面平臺、空中平臺、空間平臺；傳感器接收目標物的電磁波信息，記錄在數字磁介質或膠片上，膠片是由人或回收艙送到地面回收，而數字磁介質上記錄的信息則可通過衛星上的微波天線傳輸給地面的衛星接收站；地面站接收到遙感衛星發送回來的數字信息，記錄在高密度的磁介質上如光盤或磁帶等，並進行壹系列的處理，如信息恢復、輻射校正、衛星姿態校正、投影變換等，再轉換成用戶可使用的通用數據格式，或轉換成模擬信號，才能被用戶使用；最後就是應用了，遙感獲取信息的目的就是應用，這是由各專業人員按不同的應用目的進行，在應用過程中，也需要大量的信息處理和分析，如不同遙感信息的融合及遙感與非遙感信息的復合等。總之，遙感技術是壹個綜合性的系統，涉及航空、光電、物理、計算機和信息科學等諸多領域，它的發展與這些相關領域是密不可分的。
4.1.2 遙感影像處理目的和內容
任何遙感系統獲得的原始圖像數據均是三維景物的二維投影顯示，存在不同程度、不同性質的幾何形態畸變和輻射量的失真等現象，嚴重影響其應用效果，必須進行消除處理。概括起來主要包括以下三個方面：
（1）對接收系統獲得的遙感信號進行處理和記錄，回放出原始遙感影像圖，對圖像中存在的畸變及失真現象，根據成像機理與相應的構象方程數學模型進行補償和校正，這可統稱為遙感變換和增強處理。
（2）根據人眼的視覺原理與觀察事物的特點對遙感圖像進行各種變換和增強，以改善和提高遙感圖像中反映地物目標特性的視覺效果與可識別性。這可統稱為遙感影像的變換和增強。
（3）對原始遙感圖像所反映的地物目標波譜特征進行反演、統計和分析解譯，提取出地物目標類別及其空間分布等信息。
4.1.3 規模化高效率處理技術
遙感技術作為壹種快速、宏觀的資源調查手段，近幾十年來在土地利用、土地覆蓋 / 土地覆被變化調查與研究中的作用得到了公認。多空間尺度、多時間尺度以及多光譜尺度的海量衛星遙感獲取技術已經成熟，為土地管理應用提供了豐富的影像數據源，特別近年來高分辨率衛星不斷發射升空，遙感影像數據量正在呈幾何級數增長，給遙感影像數據處理帶來了巨大的困難，也使影像數據應用與管理面臨新的挑戰。本項目在對河南省海量數據處理中建立了遙感影像規模化高效率的處理技術。主要采用了以下三種處理手段應用到遙感影像處理當中：
（1）基於 SAN 架構遙感影像流程化處理。日益增多的海量多源遙感數據對現有的遙感影像處理產生了巨大的壓力，現有的遙感圖像處理系統數據處理能力落後於遙感影像的獲取能力，遙感影像處理能力已經成為遙感技術應用發展的主要限制因素。產生這種情況的主要原因在於現有的遙感影像處理系統缺乏通用處理流程，海量數據與中間成果的存取、處理、分發受計算機硬件的性能嚴重制約。針對此情況采用先進的 SAN 架構的存儲系統，建立靈活有效的處理流程，當處理任務發生改變時，需要對流程進行必要的調整，壹個有效的、可定制的並且方便擴展的處理系統至關重要。
通用流程化的數據處理系統相當於壹套規範的數據處理流水線，並且依托 SAN 架構的數據儲存作為載體，根據數據處理的要求，很方便地定制所需的數據處理流程。也可以根據數據處理要求的變化而相應地更改數據處理流水線。通過總結眾多處理流程的***性，概括出壹些基本的處理要素，並且制定處理標準，從而使建立遙感影像流程化處理。
（2）自動和半自動配準技術的應用。配準包括兩個主要的步驟：第壹步要標註足夠數量的控制點，而且要盡量分布均勻；第二步是使用兩幅衛星影像中的壹幅作為參考圖像，將第二幅的地理投影信息和圖像數據變換到和第壹幅相同。
在探索自動尋找控制點的方法之前，需要先分析好控制點的特性，這樣才能有的放矢。
傳統手工標註控制點時，壹般要求控制點選取在道路、橋梁、建築等不會隨季節等時間因素發生大的改變的地面特征點上，而河流、森林、田地等邊界、內部會隨著季節、天氣發生很大變化的地面特征則不適合作為地面控制點。比如豐水期和枯水期的河道會有寬窄變化，夏季和冬季森林的遙感影像也會有很大的差異。因此，在公路拐點、沿線、橋梁的交叉口、大型建築的角點等人眼易於分辨定位的地方標註控制點是很好的選擇，這樣可以方便地在另壹張衛星影像上人工找出同名地物點。
此外，在非公路橋梁上的點，如果也是可以由人工易於辨認並修正，那麽也可以作為控制點。
可以看到，配準同樣也存在著手工標註控制點的瓶頸問題。而且和衛星影像精矯正比起來，配準後的衛星影像匹配程度要求更高，因此更需要大量高質量的控制點。單純靠手工標註非常耗時，使用控制點影像庫也需要積累有大量同壹區域的控制點，對於陌生區域的標註無能為力。因此，如果能利用計算機在衛星影像上全自動或者半自動選取控制點，對於提高生產效率是非常有幫助的。
（3）區域網平差整體校正的應用。長期以來，衛星遙感影像的精確定位壹直依賴於大量地面控制點，控制點的數量與分布直接影響遙感影像對目標定位的精度。而選用區域網平差進行影像參數模擬，可以在控制點數據庫中選取少量的地面控制點，在景間需有壹定數量的聯接點，就完成影像糾正。校正所需控制點數量較少，可大幅度提高遙感影像處理效率。