摄影测量与遥感技术

摄影测量与遥感技术

作者：林青涛

20世纪60年代以来，由于航天技术、计算机技术和空间探测技术及地面处理技术的发展，产生了一门新的学科——遥感技术。所谓遥感就是在远离目标的地方，运用传感器将来自物体的电磁波信号记录下来并经处理后，用来测定和识别目标的性质和空间分布。从广义上说，航空摄影是遥感技术的一种手段，而遥感技术也正是在航空摄影的基础上发展起来的。

一、摄影测量与遥感技术概念

摄影测量与遥感学科隶属于地球空间信息科学的范畴，它是利用非接触成像和其他传感器对地球表面及环境、其他目标或过程获取可靠的信息，并进行记录、量测、分析和表达的科学与技术。摄影测量与遥感的主要特点是在像片上进行量测和解译，无需接触物体本身，因而很少受自然和地理条件的限制，而且可摄得瞬间的动态物体影像。二、摄影测量与遥感技术的发展

1、摄影测量及其发展

摄影测量的基本含义是基于像片的量测和解译，它是利用光学或数码摄影机摄影得到的影像，研究和确定被摄影物的形状、大小、位置、性质和相互关系的一门科学和技术。其内容涉及被摄影物的影像获取方法，影像信息的记录和存储方法，基于单张或多张像片的信息提取方法，数据的处理和传输，产品的表达与应用等方面的理论、设备和技术。

摄影测量的特点之一是在影像上进行量测和解译，无需接触被测目标物体本身，因而很少受自然和环境条件的限制，而且各种类型影像均是客观目标物体的真实反映，影像信息丰富、逼真，人们可以从中获得被研究目标物体的大量几何和物理信息。

到目前为止，摄影测量已有近170年的发展历史了。概括而言，摄影测量经历了模拟法、解析法和数字化三个发展阶段。表1列出了摄影测量三个发展阶段的主要特点。

如果说从模拟摄影测量到解析摄影测量到解析摄影测量的发展是一次技术的进步，那么从解析摄影测量到数字摄影测量的发展则是一场技术的革命。数字摄影测量与模拟、解析摄影测量的最大区别在于：它处理的原理信息不仅可以是航空像片经扫描得到的数字化影像或由数字传感器直接得到的数字影像，其产品的数字形式，更主要的是它最终以计算机视觉代替人眼的立体观测，因而它所使用的仪器最终只有通用的计算机及其相应的外部设备，故而是一种计算机视觉的方法。

2、遥感及其发展

遥感是通过非接触传感器遥测物体的几何与物理特征性的技术，这项技术主要应用于资源勘探、动态监测和其他规划决策等领域，摄影测量是遥感的前身。遥感技术主要利用的是物体反射或发射电磁波的原理，在距离地物几千米、几万米甚至更高的飞机、飞船、卫星上，通过各种传感器接收物体反射或发射的电磁波信号，并以图像胶片或数据磁带记录下来，传送到地面。遥感技术主要由遥感图像获取技术和遥感信息处理技术两大部分组成。

遥感技术的分类方法很多，按电磁波波段的工作区域，可分为可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感等。按传感器的运载工具可分为航天遥感（或卫星遥感）、航空遥感和地面遥感，其中航空遥感平台又可细分为高空、中空和低空平台，后者主要是指利用轻型飞机、汽艇、气球和无人机等作为承载平台。按传感器的工作方式可分为主动方式和被动方式两种。

在遥感技术中除了使用可见光的框幅式黑白摄影机外，还使用彩色摄影、彩虹外摄影、全景摄影、红外扫描仪、多光谱扫描仪、成像光谱仪、CCD线阵列扫描和面阵摄影机以及合成孔径侧视雷达等手段，它们以空间飞行器作为平台，能为土地利用、资源和环境监测及相关研究提供大量多时相、多光谱、多分辨的影像信息。

3、摄影测量与遥感的结合

遥感技术的兴起，促使摄影测量发生了革命性的变化。但由于测制地形图对摄影成果有着特别严格的要求，除必须的影像分辨率外，其关键环节是实现立体影像覆盖，以及构成立体交会的几何条件和摄像的几何精度，因此，虽然各类遥感影像的获取越来越快捷、分辨率越来越高，而真正满足定位测图的资料并不多。

航天遥感具有视野开阔、不受地理位置和疆界限制、可重复观测、能快速获取大面积甚至全球性地面动态信息等优点，但由于卫星摄影高度在几百公里以上，采用较长的摄影焦距，作为立体量测的交会条件差，立体效应不好，影响高程量测精度；另外卫星只能按预定轨道飞行和摄影，要真正实现全球性动态监测和立体影像覆盖，必须拥有一个卫星组群。目前航天摄影测量多用于特殊困难地区的测绘或中小比例尺成图。

摄影测量与遥感的结合，还体现在解析摄影测量尤其是数字摄影测量对遥感技术发展的推动作用。遥感图像的高精度几何定位和几何纠正就是解析摄影测量现代理论的重要应用；数字摄影测量中的影像匹配理论可用来实现多时相、多传感器、多种分辨率遥感图像的复合和几何配准；自动定位理论可用来快速、及时地提供具有“地学编码”的遥感影像；摄影测量的主要成果，如DEM、地形测量数据库和专题图数据库，乃是支持和改善遥感图像分类效果的有效信息；像片判读和影像分类的自动化和智能化则是摄影测量和遥感技术共同研究的课题。一个现代的数字摄影测量系统与一个现代的遥感图像处理系统已看不出什么本质差别了，两者有机结合已成为地理信息系统（GIS）技术中数据采集和更新的重要手段。

三、摄影测量与遥感技术的主要研究方向

随着摄影测量步入全数字时代和遥感进入高分辨率、立体观测时代，摄影测量与遥感技术应用的广度和深度日益拓展。近30年来，摄影测量与遥感技术已在测绘、农业、林业、水利、气象、资源环境、城市建设、海洋、防灾减灾等领域得到广泛应用，在经济建设和社会发展中发挥了越来越重要的技术支撑作用。

1、数字摄影测量

以航空影像和卫星米级高分辨率影像为数据源，扩展计算机立体相关理论与算法，发展立体几何模型确定和精化的新方法，以及研究困难地区数字立体测图的新技术；研究近景（地面）摄影测量中的数字相机的快速检校新算法，数字影像精确匹配问题，以及在工业生产过程自动监测和土木工程建筑物（如桥梁和隧道）形变监测中的问题。

2、遥感技术及应用

以多光谱、多分辨率和多时相卫星影像为数据源，研究地表变迁及地质调查的遥感新方法；研究地球资源（如土地利用）变化检测的有效方法，发展半自动或全自动化的遥感监测手段；开发监测城市环境污染和自然灾害（如洪水与森林、农作物病虫害）的实用遥感系统，等等。基于合成孔径雷达图像，开展干涉雷达（InSAR）等技术的地表三维重建、大范围精密地表形变（包括滑坡、城市沉降和地壳形变）探测和气象变化监测的研究。

3、3S技术及应用

研究车载CCD序列影像测图的方法和算法，为线性工程勘测和调查提供快速而有效的地面遥感测量手段；研究包括遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）在内的3S技术集成的模式和方法，为我国西部大开发的铁路、公路建设探索全新的勘测设计手段。