《地球信息科学的前沿与发展趋势》

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1、《地球信息科学的前沿与发展趋势》5《地球信息科学的前沿与发展趋势》摘要：介绍地球空间科学的基本概念。从技术方面论述地球空间信息科学的进展及发展趋势，包括遥感技术、全球定位系统、地理信息系统及“3S”集成方面的进展和趋势。地球空间信息科学是90年代新兴的地球科学研究的前沿领域，是在信息科学和空间信息技术发展的支持下，以地球表层系统为研究对象，以地球系统科学、信息论、控制论、系统论和人工智能的基本理论为指导，运用多种空间信息技术和数字信息技术，来获取、存储、处理、分析、显示、表达和传输具有空间分布特征、时空尺度概念和空间定位含义的地球空间信息，以研究和揭示

2、地球表层系统各组成部分之间的相互作用、时空特征和变化规律，为全球变化和区域可持续发展研究服务。如图1，给出了地球空间信息科学的发展态势。地球空间信息科学基础地球系统科学地球信息科学理论方面以研究地球空间信息机理入手，从信息流的角地球空间信息科学度，探讨地球表层系统发生、遥感信息科学，空间信息科学发展及其演化规律，从而实现资源、环境与社会的宏观调地球信息系统科学控；技术方面，结合国内外图1地球信息科学发展态势“3S”技术的最新发展，解决发展过程中的若干重要理论问题和“3S”及集成技术应用过程中的一些共性的基本问题，以及若干“3S”集成应用系统的建立。从而

3、实现地球空间信息科学理论体系的完善发展。本文主要从地球空间信息技术方面探讨地球空间信息科学的进展及发展趋势。1遥感技术（RS）1.1空间分辨率显著提高随着卫星遥感的飞速发展与其技术的不断成熟，卫星遥感空间分辨率也不断提高，目前已经从15cm到1m；5m；20m；30m；80m；…；1km，形成一个完整的系列。1.2时间分辨率和辐射分辨率的提高近年来陆地卫星遥感的时间分辨率和辐射分辨率也有了明显的提高，如MODIS每天可以获得白天和夜间两个时相，QuickBird的时间分辨率可以达到1d～25d。ASTER在可见光和近红外波段的辐射分辨率达到了0.5%，

4、短波红外波段的辐射分辨率为0.5%～1.3%，热红外波段的辐射分辨率达到0.3K。1.3成像光谱仪迅猛发展成像光谱仪是20世纪80年代发展起来的一种新型遥感器，它同时接收地物目标的影像和光谱信息，是一种“谱像合一”的遥感器。跟其它常用的遥感器相比，成像光谱仪获得的数据具有以下特点：（1）波段多。成像光谱仪虽然基本上属于多光谱扫描仪的范畴，但它的波段数目大大增加，一般在可见光和近红外光谱区间有几十甚至数百个波段；图像上每个像元的灰度值按照波长排列都可以得到一条影像波谱曲线，如果加上时间维，每个像元即可定义一个影像波谱曲面。（2）光谱分辨率高。成像光谱仪采

5、样间隔一般为10nm左右。精细的光谱分辨率反映了地物光谱的细微特征，使得在光谱域内进行遥感定量分析和研究地物化学成分成为可能。（3）相邻波段的相关性高，数据冗余大。（4）空间分辨率高。目前实用的成像光谱仪图像空间分辨率一般为10m左右，远高于MSS（80m）、TM（30m）、和SPOT/HRV的多波段图像（20m），相当于SPOT/HRV的全色波段图像的空间分辨率。成像光谱仪兼有高光谱分辨率和高空间分辨率的优越性，具有诱人的应用前景。1.4多传感器的有效集成为提高卫星的有效载荷，一颗卫星装备多种传感器，既有适合于小范围详细研究的高空间和高光谱分辨率、窄

6、成像带的传感器，又有适合宏观快速监测的中低空间分辨率和光谱分辨率、宽成像带的传感器，二者综合服务于不同的需求目的。如美国的TERRA卫星上装载了下列五种对地观测器：（1）先进的空间热辐射发射辐射计（ASTER）；（2）云和地球辐射能量系统（CERES）；（3）多角度成像光谱辐射计（MISR）；（4）中分辨率成像光谱仪（MODIS）；（5）对流层污染探测装置（MOPITT）。1.5遥感数据处理和分析方法发展近年来，各种对地观测卫星源源不断地提供不同空间分辨率、时间分辨率和波谱分辨率的遥感图像，造成多平台、多时相、多光谱和多分辨率遥感影像数据以惊人的数据量

7、快速涌现，自然地引出了遥感数据有效处理和分析方法的研究。1.5.1多源遥感影像融合技术5多源遥感影像融合从内容上看，不仅包括多传感器、多时相和多频率的遥感影像，而且还包括其它平台上的空间数据资源。无论如何，融合方法通常与相应的数学理论结合在一起加以应用，目前使用的融合方法主要有：贝叶斯估计、Dempster-shafer法、聚类分析、神经网络、小波变换、HIS变换和主成分分析（又称K-L变换法）、乘积变换、专家系统、高通滤波和数学形态学等。目前多源遥感影像融合技术还未达到深入和应用阶段，需要进一步研究。1.5.2多光谱数据处理就多光谱数据而言，数据处理

8、从以往的专题制图发展到目前的弱信息提取。数据压缩存储和传输、专业软件的发展都有了令人鼓舞的一面