航空航天遥感技术
航空航天遥感技术概述航空航天遥感具有无需接触目标本身而对目标进行量测和解译的特点，为快速获取地理信息、物体能量光谱提供了最主要的技术手段，其获取的数据不仅是测绘基础地理信息数据的重要数据源，也是我们利用应对城市“人口、环境、资源、灾害”四大问题的重要决策信息源，在城市测绘、农林资源调查、全球变化、环境监测、灾害监测和评估等各领域都有广泛应用（李幸丽等，2006）。由于航空航天遥感数据具备真实、高效反映客观物体或目标，信息丰富逼真，可量测等特点，人们可以从中获取所研究物体的大量几何信息和光谱信息。因此航空航天遥感数据成为北京市更新基础地理信息数据的重要资料源，近年来，随着数码航空摄影、无人机航空摄影、高分辨率航天遥感技术、雷达成像技术、海量遥感影像并行处理技术的飞速发展，航空航天遥感数据在测绘领域中的应用越来越广。
航空航天技术国内外现状及趋势
近十年，随着多种新型传感器和遥感平台的出现与成熟，航空航天遥感数据的获取能力得以显著增强，也为遥感数据的处理与应用带来了新的机遇与挑战，航空航天遥感正向高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率、多极化、多角度的方向迅猛发展。
1 对地观测体系日益完善
包括美国航空航天局（NASA，National Aeronautics and Space Administration）、加拿大太空局（CSA，Canadian Space Agency）、欧空局（ESA，European Space Agency）、日本航空航天探索局（JAXA，JapanAerospaceExploration Agency）等国家机构已经陆续建成各国航空航天对地观测体系，我国目前也已初步建成全国卫星遥感信息接收、处理、分发体系和卫星对地观测应用体系和航空航天遥感数据获取体系。我国已启动“高分辨率对地观测系统”等重大专项，用于飞行平台制造、传感器研制、数据处理、产品生成和分发等较完整的航天遥感系统基础设施建设。
2 航空遥感获取技术飞速发展
（1）数码相机取代传统模拟相机成为摄影测量数据获取的重要手段
随着CCD传感器技术的发展，数字航空摄影已呈现明显的优势，航空数码相机的出现给我们在数据源获取方面带来了新的机遇。在2000年国际摄影测量与遥感学会（ISPRS）阿姆斯特丹大会上，航空数码相机开始出现，与光学相机相比，数码相机性价比高（省材料费），此后航空数码相机的发展成为一个热点。航空数码相机主要以两种方式发展：一种是基于线阵（Linear Array）的传感器方式，代表产品有ADS40（ADS80、ADS100）；另一种是基于面阵（Plane Array）的传感器方式，代表产品有DMC、UCD（UCX）等，此外还有步进式分幅成像的A3相机。国外产品问世的同时，我国大幅面航空数码相机的研制也已初见端倪，国产SWDC-4型大幅面航空数码相机的整体技术指标达到国际先进水平。
（2）IMU（Inertial Measurement Unit）/DGPS辅助航摄技术取得新发展
IMU/DGPS辅助航摄处理技术，使得数字化航空遥感集成获取技术成为可能，即以IMU/DGPS和数码航摄仪作为基础平台，根据其应用目标来获取全色、多光谱、彩色、彩红外、DEM等合适的遥感数据，通过获得测图所需的每张像片高精度外方位元素，快速而正确的恢复影像获取时的空间方位。长期以来，这一目标的实现是通过空中三角测量并借助大量地面控制点来间接实现的，随着IMU/DGPS辅助空中三角测量技术发展，摄影测量几何定位方法取得新突破，正朝着完全摆脱地面控制点束缚的方向大步迈进，给极端困难地区不用布测地面控制点带来了可能。
3）轻小型低空遥感平台日趋成熟
小型低空遥感平台，尤其是无人机的发展历史较短，最早应用与军方，但由于具有体积小巧、机动灵活、经济便捷、不需专用跑道起降、受天气和空域管制的影响较小等优势，逐步转到民用，并广泛应用于小范围局部高分辨率遥感影像的快速、实时获取，成为卫星遥感、传统航空摄影的有效补充，可以提高遥感技术在小范围、局部区域的获取水平和能力。无人小飞机航测系统已成为航空摄影中一只新生力量，为应急测绘保障、国土资源遥感监测、带状地形图测绘、新农村建设等多个方面提供新的技术手段。
3 航天遥感获取技术飞速发展
随着认识地球、研究地球的深入，人类逐渐将视点从地面、低空扩展到太空，对地球的观测从航空遥感扩大到航天遥感，对后者在连续性、快速性、精确性等方面也提出了更高要求。对地观测卫星使人类更全面、清楚、深刻地了解地表及其周围环境，成为人类在太空安装的高效“千里眼”。目前对地观测卫星通常划分为军用和民用两类用途，而且二者都有广阔的应用市场。
（1）高分辨率可见光和近红外卫星传感器获取能力提高
在高分辨率近红外卫星传感器研制和应用方面，军用遥感卫星和民用遥感卫星在原理上并无二致，主要区别体现在卫星地面分辨率上，民用遥感卫星分辨率高低差异参差不齐，但其总体水平普遍在军用卫星之下。在军用高分辨率近红外遥感卫星领域，美国锁眼卫星最为突出。它采用了大面阵探测器、大型反射望远镜系统、数字成像系统、自适应光学成像技术、实时图像传输技术等，分辨率可达0.1m。民用卫星方面，亚米级卫星传感器成为VIR传感器的主要发展方向，美国Digital Globe公司提供的QuickBird、WorldView-2和GeoEye-1卫星数据，分辨率分别可达0.61m、0.46m和0.41m，2014年中期预计发射WorldView-3，分辨率有望达到0.31m，法国军民两用光学成像遥感卫星“昴宿星（Pléiades）”的分辨率达0.7m，以色列EROS-B号光学成像遥感卫星分辨率达0.7m。我国民用高分辨率近红外卫星，包括高分一号分辨率已为2m，高分二号分辨率有望达到1m。
（2）合成孔径雷达影像技术的发展
雷达遥感技术自20世纪50年代问世以来，由于雷达成像具有全天时、全天候、对地表有一定的穿透能力等对地观测优势，得到迅速发展。雷达遥感技术首先在海洋军事动态监测、飞机侦查等军事领域得到了应用，之后才在农业、林业、海洋、水资源等领域得到广泛应用。目前国内外已成功将雷达图像用于鉴别农作物、研究农作物生长状态，发现森林火灾，研究海洋变迁、海冰分布、海洋污染情况及海藻的生长等。在军用高分辨率雷达成像遥感卫星领域，美国“长曲棍球”卫星堪称“老大”，其分辨率达0.3m，德国的军用卫星“合成孔径雷达-放大镜”和意大利的军民两用卫星“宇宙-地中海”，分辨率分别能达到0.5m和1m。此外，分辨率达1m的还有日本现役的第二代雷达成像“情报收集卫星”、以色列的“技术合成孔径雷达”卫星、印度军民两用的雷达成像卫星1号、2号等。主要的民用星载雷达包括德国的TerraSAR-X、意大利的Cosmo-SkyMed、加拿大的Radarsat-2等，机载雷达方面，2000年2月11日，美国发射的“奋进”号航天飞机上搭载SRTM系统，共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取北纬60度至南纬60度之间总面积超过1.19亿平方公里的雷达影像数据，覆盖地球80%以上的陆地表面，制作成30m和90m格网的DEM。在我国，中国测绘科学研究院与中科院电子所联合研发的机载合成孔径雷达数据获取技术在基础测绘领域取得新突破，研究成果在“国家西部1：5万无图区测图工程”初步应用，标志着我国自主研发的合成孔径雷达遥感技术、合成孔径雷达成像技术和基于合成孔径雷达影像测图技术已走出实验室而进入了成果转化和应用完善阶段。
4 航空航天遥感数据处理性能提高
随着三线阵、大幅面航空数码相机，高分辨率CCD卫星传感器的迅猛发展，摄影测量系统的数据获取能力有了空前的提高，同时也给空间数据的处理与存储管理技术带来了新的挑战，新一代数字摄影测量处理平台进入实用化阶段。随着快速、自动化处理的流程和算法、并行计算技术、任务调度和负载平衡技术逐步成熟，数字摄影测量工作站由单机模式向集群模式发展，将计算机网络技术、并行处理技术、高性能计算技术和现代数字摄影测量与遥感技术结合起来，形成海量遥感影像并行处理系统，利用集群系统中各处理节点具有不同的处理能力，形成一个异构的并行环境，通过合理调度不同的任务，实现计算节点的负载平衡，达到计算效率的最大化。海量遥感影像并行处理系统的出现，有效解决了海量遥感数据处理技术的瓶颈问题。主要的海量影像并行处理系统包括法国的像素工厂（PF， Pixel Factory）、加拿大PCI的GeoImaging Accelerator （GXL）、武汉大学新一代数字摄影测量数据处理平台DPGrid、中国测绘科学研究院研制的PixelGrid、吉威数源的GeoWay CIPS等，这些系统为我们解决空间数据源的快速处理、DEM、DOM、DSM、DTM快速生产与制作、基础地理信息的快速生产与更新提供了技术手段。
航空航天遥感技术在数字城市中的应用
航空航天遥感技术作为“数字城市”建设的关键技术，可以快速、准确地获取城市发展、建设的有关信息，既有城市宏观的全貌和综合数据，又有城市的建筑、桥梁等微观图像和数据，可以全面、高效、实时地了解城市的发展变化（鲁欣宇等，2007）。正是由于这种优势，航空航天遥感技术在“数字城市”建设中发挥了巨大的作用，具体应用包括以下几个方面：
1 城市基础地理数据获取
数字城市建设需要大量的空间基础地理数据，城市基础地理数据包括正射影像图、数字线划图、数字高程模型、数字专题图等，内容包括道路、建（构）筑物、水体、植被等专题，利用遥感技术可制作不同种类、各种比例尺的专题图或影像图，以满足不同使用者的需求，从而推动数字城市建设的进程。
2 城市土地利用现状调查
当前，城市用地类型很多，根据《GB/T 21020/2007土地利用现状分类》，一般分为十大类，分别是居住用地、公共设施用地、工业用地、仓库用地、对外交通用地、道路广场用地、市政公用设施用地、绿地、特殊用地、水域和其他用地。通过获取相应的航空航天遥感资料，利用多时相、多源遥感数据变化检测技术，绘制出土地利用现状图和演变图，并测算出各类型用地的面积、分布、变化情况并预判发展趋势，除定性、定量体现城市各种土地利用现状外，遥感数据还可直观和准确地获得城市的总建筑密度、住宅房屋密度等城市用地特征参数。通过这些资料，可以在数字城市应用中判断城市布局是否合理，为城市制订相应的规划、建设和管理决策服务。
3 环境要素的实时监测的实现
随着北京市建设加快、人口增多，环境问题已成为北京目前面临的主要问题。数字城市另一个有效应用就是使人们能够掌握城市的环境状况，为分析、研究及治理服务。环境质量是指城市各环境要素本身及其组合受到污染影响的程度。随着环境遥感的兴起，使得遥感技术在这方面发挥了很大的作用。当前，利用高分辨率航空航天遥感影像获取、分析可以辅助获取固定废弃物污染、大气污染、热污染和水污染等信息。
4 面向城市规划的应用
通过对比不同时期的遥感影像数据，可以从宏观上把握城市动态、发展趋势，从而更好地解决城市规划应用领域所遇到的问题。如基于多源航空航天遥感数据进行目标快速识别和提取技术、空间地与边界提取和分析技术、空间信息处理技术，建立空间要素监测体系，开展对建筑物、道路、水题、植被等空间重要要素的识别、监测与评价。典型案例是利用高分辨率遥感影像，进行城市规划违章建筑监测（于静等，2007）。
