攝影測量與遙感學

“攝影測量”一詞最初見於1867年的出版物，當時攝影藝術和科學其本身仍處在早期發展階段。在過去的八十年中，攝影測量的主要應用是根據航空圖片繪製地圖。在到2006年的十年裏，攝影測量和遙感為地理信息系統提供了數據的首要來源。另外，攝影測量的近距離技術還不斷髮展應用到許多其他領域——工程、建築、考古、醫學、法律和機器觀察。利用航空器和地球衞星上攜帶的、在各段電磁波譜（紫外線、可見光、紅外線、熱輻射和微波）工作的傳感器進行監視和環境成像及判讀研究，逐漸被稱作（遙感）。遙感圖像的主要應用包括繪圖、農業、林業、可持續發展、環境和全球監測、不可再生資源和可再生資源以及土力學研究。攝影測量與遙感之間沒有明顯的區分，正是因為這個原因，攝影測量學會於1980年更改了其名稱。 攝影測量和遙感學會是一個非政府組織，致力於開展國際合作，推動攝影測量、遙感和空間信息系統及其應用發展。學會的運作不分種族、宗教、國籍或政治觀念。正式語言是英文、法文和德文。

攝影測量與遙感學作為基於影像的空間信息科學,是地球空間信息學(geo spatial information ,或稱Geomatics) 的核心 。地球空間信息學是空間數據的採集、量測、分析、存貯、管理、顯示和應用的集成科學與技術(見圖) ,屬於現代空間信息科學與技術的範疇 ^[1]  。2004 年,美國勞動部把地球空間信息技術與納米和生物技術一起列為當今最具發展潛力的三大技術,其發展有以下幾方面的趨勢。

地球空間信息獲取的發展趨勢具有多平台、多傳感器、多比例尺和高光譜、高空間、高時間分辨率以及空天地一體化的明顯特徵。

隨着航天技術、通信技術和信息技術的飛速發展,人們將可以從各種航天、近空間、航空和地面平台上用紫、可見光、紅外、微波、合成孔徑雷達、激光雷達、太赫茲等多種傳感器獲取多種比例尺的目標影像,大大提高其空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率,形成天地一體化攝影測量與遙感的數據獲取方法,為人們提供愈來愈多的影像和非影像數據。

隨着新一代全球衞星導航定位系統( GNSS)的發展,定位系統將以更高的精度自動測定各類傳感器的空間位置姿態,從而實現無地面控制的高精度、實時攝影測量與遙感。

地球空間信息處理和信息提取的發展趨勢是走向定量化、自動化和實時化 。陸地空間數據分析與數據篩選的發展態勢是即將跨進精準化、規範化、標準化的新世界。但是，攝影測量和遙感技術的發展也存在着一定的不足之處。其中，最大的問題就是數據系統龐大，關鍵數據缺乏、價值度不高。為了以更專業的手段排除這一干擾，我們就需要抓住時代賦予給人類的資源，利用先進的網絡技術和計算方法 ^[2]  。攝影測量與遙感所存在的一個突出問題是數據量過大、信息不足、知識難求。利用網格技術進行網格計算給解決這一問題帶來了新的機遇,為此,需要在網格計算環境下解決下列問題 :

①在統一時空基準下自動地、實時地確定各類傳感器的空間位置和姿態;

②由各類接觸和非接觸傳感器所獲取的數據求解目標物理和幾何特性的數學模型和一體化求解方法;

③多平台、多傳感器遙感影像網格計算與信息提取的自動化和智能化方法;

④多源大量空間信息集成與融合方法;

⑤空間信息自動變化檢測與實時更新;

⑥空間數據認知模式以及從海量空間數據庫進行數據挖掘,以發現用户需要的知識。

解決以上六個方面的問題需要從時空基準、遙感成像機理、模式識別、計算機視覺及數據挖掘等諸多方面取得突破,以實現幾何與物理方程的整體反演求解,才能實現空間信息處理和信息提取的定量化、自動化和實時化。

地球空間信息管理與分析的發展趨勢是走向信息共享、互操作和網格化 ^[3]  。

從網格計算的資源共享和協同計算觀點看,地理信息系統已從單機GIS 系統發展到網絡和移動地理信息系統(Web2GIS 和Mobile2GIS) ,下一步將走向網格地理信息系統( Grid2GIS) 。為此,需要解決地理空間數據存在的時間基準不一致、空間基準不一致、數據格式不一致和語義不一致引起的問題。空間基準不一致引起的

問題可以採用全球地心座標系或座標變換來解決;數據格式不一致可以用互操作軟件解決;時態和語義不一致引起的問題較難解決。前者要解決空間數據的實時更新或建立時空地理信息系統,後者需要一個基於本體的空間信息語義網格來處理這些語義的差異,從而實現網格技術下空間信息的共享和互操作。隨着全球信息網格( GIG) 概念的提出,建立全球統一的空間信息網格已勢在必行。為此,應在全球統一地理座標框架下,根據自然社會發展的不平衡特徵將全球分成粗細不等的格網,格網中心為經緯度座標和全球地心座標系座標,格網內存貯各個地物及其屬性特徵,這種存貯方法特別適合於國家社會經濟數據的空間統計與分析,使基於空間數據的分析、空間數據挖掘和輔助決策上一個新的台階。

地球空間信息成果應用的發展趨勢是成果的多樣化和應用的大眾化與普適化。未來的地球空間信息成果產品可以是矢量的或柵格的,可以是圖形的或影像的,可以是二維的或三維的,可以是靜態圖像或連續動畫視頻圖像,

可以是多媒體或流媒體,可以是虛擬現實或可量測的實景影像,也可以是上述各種形式產品的融合與集成。

長期以來,攝影測量與遙感主要面向地球科學和環境科學的應用,作為基於影像的空間信息科學,它除了將繼續在影像城市、虛擬數字地球和地理環境中得到應用之外,還有很大的潛力用於工業製造、醫學診斷、文化遺產保護等方面。如果將原始或加工後的影像連同它們的方位元素和測量工具軟件一起作為產品發佈,則用户可在Web2. 0 環境下實現自己的按需測量和按需解譯,從而實現地球空間信息成果應用的大眾化與普適化。

地球空間信息在為經濟建設、國防建設和政府決策中廣泛應用的基礎上,將進一步創造高效優質的服務模式,包括汽車導航、盲人導航、手機圖形圖像服務、智能小區服務、移動位置服務等基於位置的公眾信息化服務。地球空間信息的社會化服務包括對國家資源、環境、災害調查和各種經濟活動的時空分佈及其變化的實時服務,為數字城市、數字港口、數字倉庫、數字化物流配送等提供時空信息服務。時空信息的全社會服務是拉動

地球空間信息學和3S 技術產業化發展的根本原動力,它具有上百億的市場前景。

隨着Google Earth、MSN Virtual Earth、下一代互聯網與Web2.0的出現,一個新的地理信息時代悄然而來。新地理信息時代的服務對象不僅包括專業用户,而且包括普通大眾用户。在新地理信息時代,可實現專業人員和大眾用户互動,共同參與按需服務。服務環境是圖形、圖像和多媒體,服務的提供和實現都是動態的。在新地理信息時代,有超4D 的第5D 產品,即可量測實景影像(DMI) 。從地圖走向實景影像,指一體化集成融合管理時空序列上的具有像片絕對方位元素的航空/ 航天/ 地面立體影像的統稱。它不僅直觀可視,而且通過相應的應用軟件、插件和API能夠讓用户按照其需要在其專業應用系統中進行直接瀏覽、相對測量(高度、坡度等) 、絕對定位解析測量和屬性註記信息挖掘,而具有時間維度的可量測的實景影像在空間信息網格技術的支持下可以形成歷史搜索及探索挖掘,新地理信息時代的空間信息用户具有主動參與的功能,新時代的空間信息系統可以與傳感器網絡( sensor Web)集成,實時提供更新數據,實現實時和準實時的數據更新,使地理空間信息變得更加鮮活。