Hoy en día, las tecnologías de alta tecnología como la teledetección, los sistemas de información geográfica, los sistemas de posicionamiento global y las redes de información se han convertido en una industria de la información emergente y están penetrando rápidamente en diversas disciplinas, la economía nacional y la vida de las personas, promoviendo la ciencia y la tecnología y la sociedad se desarrolle a un nivel superior.
Varios conceptos de 1
1.1 Teledetección
Teledetección o detección remota de las características físicas de objetivos. "Lejos" tiene el concepto de espacio, es decir, el espacio cercano a la Tierra, el espacio exterior e incluso el espacio cósmico. "Sentido" se refiere a sistemas de información, incluida la adquisición y transmisión de información, el procesamiento y extracción de información, el análisis de información y los sistemas de visualización. El llamado objetivo es el objeto observado. En lo que a geociencias se refiere, existen objetos de superficie, cuerpos geológicos, eventos geológicos, etc. En cuanto a las características físicas del objetivo, se refiere principalmente a las características del objeto a la radiación electromagnética. La gente utiliza las diferencias en las características espectrales de los objetos terrestres para identificarlos. Por lo tanto, las características espectrales de los objetos terrestres se han convertido en una base teórica importante para la geociencia de teledetección.
Sistema de procesamiento de imágenes de teledetección: Sistema que utiliza instrumentos ópticos y equipos informáticos para procesar, analizar, sintetizar y visualizar imágenes de teledetección. Actualmente, el uso más común es el sistema de procesamiento de imágenes digitales de detección remota por computadora.
1.2 Sistema de Información Geográfica
Con el apoyo de las computadoras se recopilan, almacenan, gestionan, analizan, sintetizan y describen sistemas de información geoespacial relacionados con la distribución geográfica.
1.3 Sistema de información geográfica por teledetección (RS-GIS)
Se refiere a la integración del sistema de procesamiento de imágenes de teledetección y el sistema de información geográfica.
1.4 Sistema de Posicionamiento Global
Un sistema de navegación y posicionamiento global a través de múltiples satélites.
2 Panorama del desarrollo
2.1 Está surgiendo una nueva industria de la información.
La teledetección, los sistemas de información geográfica, los sistemas de posicionamiento global y las redes de información son tecnologías de alta tecnología desarrolladas en las últimas décadas. Debido a su naturaleza avanzada y practicidad, las nuevas tecnologías se han transformado en nuevas industrias en un corto período de tiempo, formando sus propios productos, valores de producción y mercados, y generando enormes beneficios económicos y sociales. El surgimiento de las industrias, a su vez, aceleró su desarrollo e integración mutua, formando nuevas disciplinas y métodos técnicos y penetrando en otras disciplinas y sectores socioeconómicos.
2.1.1 Teledetección
La teledetección aeroespacial permite a las personas obtener de forma rápida y precisa diversa información de grandes áreas geográficas del mundo, como pronósticos meteorológicos, distribución de recursos, monitoreo de desastres, Contaminación ambiental, etc. , por lo que los países están compitiendo para desarrollar la teledetección.
Teledetección espacial: Desde que la Unión Soviética lanzó el primer satélite terrestre artificial el 4 de junio de 1957, todos los países han llevado a cabo la teledetección espacial con gran entusiasmo y enormes presupuestos económicos, especialmente Estados Unidos, que ha Realizó teledetección espacial a velocidades extremadamente rápidas. Su velocidad y sus asombrosos logros quedaron demostrados al mundo. En las décadas de 1960 y 1970, Estados Unidos lanzó sucesivamente satélites meteorológicos y de recursos, desarrolló transbordadores espaciales y estaciones espaciales terrestres y lanzó múltiples detectores al espacio para detectar planetas y cuerpos celestes como la Luna, Marte y Júpiter. Francia, Rusia, Canadá, Japón, India y otros países también han lanzado los correspondientes satélites de recursos. China tiene sus propios satélites meteorológicos y de recursos, ha implementado vuelos espaciales tripulados y ha formulado planes para explorar la luna y los planetas del sistema solar. La resolución terrestre de la detección por teledetección ha alcanzado el nivel del metro (m), la resolución espectral ha alcanzado el nivel del nanómetro (nm) y el período de repetición es de varios días a varias horas. La aplicación de la tecnología de teledetección en los campos científico y económico se está volviendo cada vez más común y los efectos de la aplicación son muy significativos. Muchos departamentos han incorporado tecnología de detección remota en las especificaciones de producción. Los departamentos de investigación científica y las facultades han abierto carreras correspondientes y están cultivando talentos en tecnología de detección remota en lotes. Los países y departamentos gubernamentales tienen centros y sitios de teledetección correspondientes que se especializan en la adquisición, distribución y uso de datos de teledetección. Estos han formado una industria de información por teledetección en los países desarrollados y China, con un valor de producción considerable y perspectivas de rápido desarrollo.
Detección remota aérea: Dentro de un determinado rango geográfico, se ha vuelto común el uso de aviones para obtener imágenes de teledetección. En lo que respecta a nuestro país, algunas ciudades grandes y medianas y algunas zonas costeras económicamente desarrolladas han obtenido múltiples períodos de imágenes de teledetección para la planificación urbana y el seguimiento del desarrollo urbano, como Beijing, Shanghai, Tianjin, Wuhan, Xi, Shenyang. , la bahía de Bohai y el delta del río Yangtze, la cuenca del río Yangtze, el delta del río Perla y otras ciudades y regiones.
Bajo el procesamiento, mejora, análisis y procesamiento integral del sistema de procesamiento de imágenes, la calidad de las imágenes de detección remota se ha mejorado enormemente y se puede extraer diversa información temática que cumple con los requisitos del usuario. Los software de procesamiento de imágenes surgen sin cesar y sus funciones son cada vez más potentes.
Con el rápido desarrollo de las computadoras, el hardware de procesamiento de imágenes ha formado sistemas de procesamiento grandes, medianos y pequeños para satisfacer las diversas necesidades de países, regiones e individuos, especialmente los sistemas de procesamiento de microcomputadoras.
En resumen, podemos ver que el rápido desarrollo de la tecnología de detección remota es inseparable del rápido desarrollo de la tecnología espacial y la tecnología informática. Además, las innovaciones en la tecnología y la teoría de la teledetección desempeñan un papel muy importante en los siguientes aspectos: sensores: cámaras, escáneres, radiómetros de temperatura, radiómetros de microondas, radiómetros de fluorescencia, etc. Banda de ondas: ultravioleta cercano, luz visible, infrarrojo cercano, infrarrojo medio, infrarrojo lejano, microondas, etc. Período de repetición: desde decenas de días en los primeros días hasta días y horas ahora; resolución: resolución espacial de decenas de metros a varios centímetros, resolución espectral de imágenes de micrómetros (micrómetros) a nanómetros (nm); extracción de información para diálogo de interacción persona-computadora y reconocimiento semiautomático; desde espectros medidos de objetos terrestres hasta extracción directa de imágenes o reconstrucción espectral; desde escala única hasta múltiples Fusión de imágenes en diferentes escalas; - desde unas pocas fuentes de datos hasta fuentes de datos de múltiples plataformas, la información de teledetección y otra información se sintetizan juntas; la base teórica del procesamiento de imágenes se amplía desde la teoría original de probabilidad y estadística hasta la teoría no lineal, la inteligencia artificial y otras; campos. Por lo tanto, multibanda, multitemporal, multiescala, multidatos, alta precisión y rapidez forman muchas de las características de la tecnología de detección remota. Junto con la tecnología de procesamiento de imágenes y los métodos de extracción de información, los campos de aplicación de la teledetección se han vuelto cada vez más amplios y son insustituibles en algunas industrias.
2.1.2 Sistema de Información Geográfica
En los años 50, el Sistema de Información Terrestre (LIS) que acababa de surgir en Europa tenía funciones muy simples. En la década de 1970, con el rápido desarrollo de las computadoras, aparecieron SIG prácticos en Estados Unidos, Canadá, Alemania, Francia, Suecia, Japón y Australia. En la década de 1980, los sistemas de información geográfica entraron en la etapa de promoción y aplicación, y países de todo el mundo lograron avances en el desarrollo de software básico de sistemas de información geográfica y software de aplicación. El software representativo incluye ARCINFOR, MAPGIS, etc., que se han convertido en herramientas esenciales para los departamentos relevantes en gestión del uso del suelo, planificación urbana, planificación demográfica, gestión de recursos, gestión del tráfico, gestión de la seguridad, etc. Con el mayor desarrollo de los SIG y la popularización de los productos digitales en la década de 1990, llegó la era de las ciudades digitales, la vida digital y la tierra digital. Con la combinación de SIG y otras disciplinas, la industrialización de la información geográfica es inevitable (estandarización, intercambio de información, intercambio de recursos de software y hardware, etc.).
2.1.3 Sistema de Posicionamiento Global (GPS)
p>Los sistemas de navegación y posicionamiento por satélite con fines militares se han abierto al mundo. Siempre que las personas tengan un pequeño receptor de posicionamiento, pueden obtener rápidamente las coordenadas geográficas correspondientes en cualquier lugar de la Tierra. Estados Unidos se ha convertido en el sistema de posicionamiento de tercera generación, la Unión Europea también está estableciendo su propio plan "Galileo" y China también tiene su propio sistema de posicionamiento (Samsung) y coopera con el plan "Galileo".
2.1.4 Red de información
Desde los años 1970 hasta los años 1980, para disfrutar de la información y de los recursos de software y hardware, la gente desarrolló redes informáticas y redes de área local (como una unidad o una red de área local). Tan pronto como aparecieron estas redes, mostraron enormes ventajas. Las personas pueden sentarse frente a sus propios terminales, obtener información de otras personas y de otros departamentos y disfrutar de los recursos en las computadoras de otras personas. Desde los años 1980 hasta los años 1990, las personas podían obtener rápidamente información relevante a través de redes de comunicación transregionales, transfronterizas e incluso internacionales, y entrar en miles de hogares a través de Internet. Con la popularización de las comunicaciones inalámbricas, las personas pueden acceder a la red en cualquier momento y en cualquier lugar, y la red se ha convertido en algo indispensable en la vida de las personas. Aunque Internet tendrá varios impactos negativos, su tendencia de desarrollo no disminuirá.
El progreso científico y tecnológico y la industrialización en los aspectos anteriores nos dicen que los sistemas de detección remota y posicionamiento global pueden obtener rápidamente información de objetivos y utilizar sistemas de información geográfica como portadores para fluir rápidamente en la red internacional. Se ha abierto la "autopista de la información", la revolución de la información se está produciendo a nuestro alrededor y se acerca la era de la tierra digital.
2.2 Las formas de pensar y comportarse de las personas están cambiando.
2.2.1 Una forma de pensar de lo macro a lo micro, del todo a la parte.
La aparición de la teledetección hace posible que las personas comprendan muchos problemas desde un gran alcance geográfico hasta una perspectiva global, y desde una perspectiva macro y global, posibilitando obtener cosas que algunas personas no pueden entender. desde una perspectiva general, hace que la forma de pensar de las personas sea más integral y completa, hace que la relación entre el todo y las partes de las cosas sea concreta y clara, y evita la forma de pensar unilateral de "no conozco la verdadera cara". del Monte Lu, sólo estoy en esta montaña".
2.2.2 Nuevas rutas técnicas y métodos de trabajo.
El procesamiento de imágenes por teledetección no solo puede mejorar la calidad de la imagen, mejorar y extraer información, sino que también proporciona perspectivas técnicas para la síntesis de información, el reconocimiento de imágenes semiautomático y el mapeo automático.
El sistema de información geográfica proporciona funciones de almacenamiento, análisis y mapeo de información espacial, realiza la automatización del mapeo del sistema de información geográfica y reduce en gran medida la fuerza laboral de las personas.
Internet permite a las personas disfrutar de la información y los recursos informáticos propiedad de la sociedad y acelera la difusión de la información. Se puede decir que "un erudito puede conocer los asuntos del mundo sin salir".
2.2.3 Han surgido nuevos sistemas temáticos e instituciones.
Las disciplinas basadas en la teledetección incluyen: geología de la teledetección, teledetección ambiental, teledetección agrícola, teledetección urbana, teledetección de recursos, etc. Se han creado muchas instituciones de teledetección: instituciones de lanzamiento de satélites de recursos, estaciones terrestres receptoras de datos de satélites, departamentos de investigación de aplicaciones de teledetección y centros profesionales y de formación en disciplinas de teledetección.
Aquellos basados en información geográfica incluyen: informática geográfica, ingeniería de la información, etc. Se han establecido centros de información geográfica, sitios, laboratorios de sistemas de información de teledetección ambiental y de recursos y grupos académicos.
2.2.4 Comportamiento de la toma de decisiones gubernamentales
Los gobiernos occidentales están tomando medidas para acelerar el desarrollo de la teledetección y promover una mayor industrialización, estandarización e internacionalización de los sistemas de información geográfica. El gobierno chino también concede gran importancia a esto y los departamentos pertinentes están tomando medidas para acelerar el desarrollo de los sistemas de información geográfica y de teledetección.
3 Nuevos avances y tendencias de desarrollo
3.1 Nuevos avances y tendencias en la tecnología de teledetección
3.1.1 Tres nuevas tecnologías y tendencias están surgiendo en datos de teledetección colección (multiplataforma, multisensor, multiángulo) y tres máximos (alta resolución espacial, alta resolución espectral, alta resolución temporal).
Múltiples plataformas, como satélites de órbita baja, media y alta, satélites grandes, medianos, pequeños y micro, etc.
Multisensor: similar a plataformas con cámaras, escáneres, cámaras termográficas, cámaras termográficas con diferentes resoluciones espaciales, etc.
Múltiples ángulos, como imágenes de múltiples ángulos verticales y horizontales.
Alta resolución espacial, como resolución terrestre a nivel de metros y centímetros.
Alta resolución espectral, como la resolución espectral nanométrica (por ejemplo, el espectro visible tiene más de diez niveles).
Alta resolución de fase de tiempo: si el período de tiempo de observaciones repetidas alcanza el nivel de horas.
3.1.2 Constantemente surgen nuevas tecnologías y métodos de procesamiento de imágenes de teledetección.
Compresión masiva de datos, fusión de datos, empalme perfecto de imágenes de área grande, reconstrucción espectral, análisis de espectro mixto, visualización de información de imágenes espectrales súper multidimensionales, modelado de extracción de información, procesamiento inteligente, procesamiento de información SAR y teoría de imágenes. , Teoría y métodos de nuevos desarrollos y tendencias, como los métodos de análisis de imágenes multibanda y multipolarización.
Cuando surgió la teledetección de alta resolución espacial y espectral, se plantearon una serie de cuestiones técnicas y metodológicas: con la mejora de la resolución, la cantidad de datos de teledetección aumentó geométricamente, convirtiéndose en los llamados "masa". datos" . El procesamiento de estos datos masivos está naturalmente restringido por el almacenamiento, la velocidad y el tiempo, por lo que la compresión de datos es imprescindible; la alta resolución espectral nos permite identificar objetos terrestres más "finos", cómo separarlos, reconstruirlos y reconstruirlos a partir del espectro mixto de la imagen. Mostrar los espectros de estas finas características se convierte en la clave de los métodos técnicos.
Una misma plataforma puede obtener datos con diferentes resoluciones terrestres. Es crucial cómo hacer que los datos de diferentes resoluciones terrestres satisfagan las necesidades reales de diferentes escalas, y la fusión de datos está limitada por la precisión geométrica y la fidelidad espectral. Para satisfacer las necesidades reales, existen muchos métodos de fusión.
La gran área geográfica es la ventaja de la teledetección, pero la cobertura de una imagen de teledetección satelital en tierra siempre tiene ciertas limitaciones, y esta limitación se está reduciendo con la mejora de la resolución terrestre. Ahora las necesidades de la gente han superado con creces este límite. Por ejemplo, un área de decenas a cientos de kilómetros cuadrados requiere la unión de imágenes de docenas a cientos de escenas, por lo que las imágenes de muchas escenas pueden tener colores y tonos inconsistentes debido a diferencias horarias.
Para hacer que toda la imagen sea armoniosa, surgió la tecnología de empalme perfecto.
3.2 Nuevos desarrollos y tendencias en la tecnología de sistemas de información geográfica
Integración de datos de atributos y gestión de bases de datos espaciales;
Conversión de múltiples formatos de datos;
Síntesis y estandarización de sistemas básicos de información geográfica;
Desarrollo secundario de aplicaciones profesionales;
Desarrollo y mejora de WebGIS, etc.
3.3 Nuevos avances y tendencias de desarrollo de la tecnología GPS
Sistema de posicionamiento global de tercera generación de alta precisión:;
Sistema de Posicionamiento Global Galileo.
3.4 Integración de sensores remotos, sistemas de información geográfica y sistemas de posicionamiento global (omitido)
4 Aplicaciones y ejemplos de las ciencias de la Tierra
4.1 Aplicaciones de las ciencias de la Tierra
Hoy en día, los sistemas de información geográfica por teledetección se han utilizado ampliamente en el campo de las ciencias de la tierra. Aunque la secuencia de aplicación y los efectos son diferentes, han atraído la atención de la gente y algunos se han convertido en estándares de la industria. Según estadísticas incompletas, se puede dividir en los siguientes aspectos:
(1) Solicitud de estudio geológico regional,
(2) Estudio y aplicación de recursos minerales,
(3) Aplicación del seguimiento de los recursos hídricos y del entorno hídrico,
(4) Aplicación del seguimiento del uso de la tierra,
(5) Aplicación del seguimiento de la desertificación de la tierra,
6 Desarrollo de recursos costeros y protección ambiental,
(7) Investigación y aplicación de islas oceánicas y topografía de fondos marinos poco profundos,
(8) Aplicación de monitoreo del medio ambiente ecológico,
(9) Investigación y aplicación del entorno geológico regional,
(10) Aplicación de monitoreo de desastres,
(11) Aplicación de planificación urbana (incluida la ciudad digital),
(12) Aplicación de la planificación regional.
…………
4.2 Ejemplos
Hay innumerables ejemplos de aplicación hasta el momento, pero hay dos aspectos que vale la pena destacar: por un lado, el estándar La comprensión de aplicaciones y resultados anteriores, por otro lado, son resultados exploratorios de vanguardia.
4.2.1 Conocimientos y logros convencionales
Los conocimientos y logros habituales obtenidos por los predecesores también son bastante abundantes y dignos de nuestra cuidadosa absorción. Dado que el contenido de la enseñanza se encuentra dentro del tiempo de enseñanza limitado, solo podemos citar uno o dos. El autor cree que no importa dónde se apliquen los sistemas de información geográfica por teledetección, los métodos técnicos de extracción de información son los mismos, lo que también es la clave técnica para resolver problemas prácticos. Por lo tanto, se utilizan ejemplos de tres campos diferentes para ilustrar el * * * y las características del modo de extracción de información geográfica por teledetección.
Modelo de extracción de información geocientífica por teledetección;
Ejemplo 1: Aplicación de la teledetección en un estudio geológico de minas de oro,
Ejemplo 2: Aplicación de la teledetección en tierra Monitoreo de la desertificación,
Ejemplo 3: Aplicación de la teledetección en el monitoreo de lagos salados.
4.2.2 Resultados de exploración de frontera
Entre los muchos resultados de exploración de frontera, el autor cree que la aplicación de la teledetección hiperespectral en la identificación de minerales es actualmente un punto difícil y conflictivo. Ejemplo: "Investigación sobre mapeo de minerales mediante teledetección hiperespectral" (omitido)
5. Métodos teóricos y técnicos.
5.1 Cuestiones teóricas
5.1.1 El problema de la materia extraña que tiene el mismo espectro o el mismo espectro.
Como se mencionó anteriormente, las características de la radiación electromagnética de los objetos terrestres son la teoría más básica de la detección remota. La gente usa las diferencias en las características espectrales de los objetos terrestres para identificar diferentes objetos terrestres. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, existe el fenómeno de que los espectros de objetos extraños son los mismos o los espectros son los mismos, es decir, las características espectrales de diferentes objetos terrestres son las mismas y la teledetección no puede desempeñar ningún papel.
5.1.2 Aleatoriedad y no aleatoriedad de la distribución de objetos terrestres
En aplicaciones de teledetección, generalmente se cree que la distribución de objetos terrestres en una gran área geográfica es aleatoria , por lo que el uso de un conjunto de métodos probabilísticos y estadísticos para mejorar y extraer información sobre las características del objetivo suele tener éxito, por lo que existe un conjunto completo de métodos en el software de procesamiento de imágenes para cumplir con los requisitos de la extracción de información temática. Sin embargo, la distribución de los objetos terrestres reales aún no es aleatoria, por lo que los métodos estadísticos probabilísticos no son válidos. Por ejemplo, la distribución de algunos objetos terrestres tiene autosimilitud, lo que se puede resolver utilizando el método de dimensión fractal no lineal. Por ejemplo, existen teorías difusas y teorías de inteligencia artificial para completar las tareas correspondientes.
5.2 Cuestiones técnicas y metodológicas
5.2.1 Los espectros de los objetos terrestres medidos son inconsistentes con los espectros de las imágenes de teledetección
Los espectros medidos de los objetos terrestres Incluye espectros de muestra estándar de interior y espectros medidos en campo de objetos terrestres.
Los espectros de imágenes de teledetección son espectros mixtos de píxeles en tiempo real obtenidos instantáneamente. Existen diferencias en el tiempo de observación y la resolución de píxeles entre los dos, y sus espectros son obviamente diferentes, a veces muy diferentes, y requieren análisis y procesamiento.
5.2.2 Oportunidad y regionalidad de los espectros de imágenes de objetos terrestres
Los espectros de imágenes de algunos objetos terrestres cambiarán con diferentes fases, como vegetación, suelo, etc., lo que puede llamarse Es temporal; el espectro de algunos objetos terrestres cambiará con diferentes regiones, al igual que el espectro de una roca es diferente en áreas húmedas y secas, esto se llama regionalidad. Estas características deben tenerse en cuenta durante la aplicación y se deben tomar las medidas necesarias.
5.2.3 No unicidad de los métodos de mejora y extracción de información de objetos terrestres
Hay muchas formas de mejorar y extraer información de imágenes de teledetección. Si bien se reconocen muchos métodos, no son los únicos. Especialmente cuando se mejora y extrae información oculta e información débil, algunos métodos no funcionan. Esto no significa que no se pueda extraer, sino que es posible que no se haya encontrado un método adecuado y se necesite una mayor exploración.
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