卫星遥感数据库:解密大自然的奥秘 (卫星遥感数据库)

随着科技的不断发展,人类对于大自然的了解也越来越深入。而卫星遥感技术的出现,则成为了人类深入研究大自然的一条主要途径。卫星遥感技术能够通过卫星对地球表面进行高精度监测,获得大量的地理信息数据,此时如果能够将这些数据整合成统一的卫星遥感数据库,那么这个数据库将成为研究大自然和进行资源开发的重要工具。本文将深入剖析卫星遥感数据库的构建过程和应用场景。

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一、构建过程

卫星遥感数据库建立需要经过遥感数据采集、分析、处理、推算等一个完整的流程。随着卫星发射数量以及技术的不断提升,遥感数据也越来越巨大,同时也涵盖了地理、人文、社会等多领域的信息,数据量巨大,复杂度高,因此卫星遥感数据库的建设也变得愈加重要。

首先需要建立一套标准的遥感监测体系,包括各个卫星的遥感监测范围和时间,以及遥感数据采集和存储方式等。其次需要建立完整的数据处理流程,包括数据清洗、去噪、遥感监测数据的挖掘和数据的更新等。此外,拥有卫星遥感数据库的研究人员和技术团队还需要紧密合作,共同开发算法,提高数据库的解析度和精度。

二、应用场景

卫星遥感数据库的建立带来了广泛的应用前景,尤其对于地球科学、资源环境等领域的研究和开发有着十分重要的作用。

在自然灾害预警和管理领域,卫星遥感数据库能够提供快速、准确的监测数据,辅助决策者提前采取措施,以减轻人类和环境的损失。比如,在地震、洪水、林火等自然灾害发生之前,卫星遥感技术能够及时监测地表状态,为防范灾害做出科学决策提供依据。

在资源和环境管理领域,卫星遥感技术也可以帮助我们更好地管理土地利用、水资源、草原生态等方面的问题。卫星遥感数据提供了实时、持续、准确的监测,可以帮助部门进行资源调查和管理,为相关领域科学决策提供有力的支持。比如,可以利用卫星遥感技术监测全国污染物排放,为环保部门提供数据支持,监测全国森林面积状况,为林业部门优化森林资源提供信息支持。

此外,卫星遥感技术还能被用于城市更新、农业发展、经济政策制定、国土规划等方面,提升统计和监管的精度和效率,从而推进各领域的可持续和科学发展。

卫星遥感数据库能够带来巨大的经济和社会效益,因此在未来将得到越来越广泛的运用和发展。通过细致研究和开发,未来这个数据库势必会成为更为强大和完善的工具,让我们更好地探索地球,更好地护理环境,创造更美好的世界。

相关问题拓展阅读:

  • 什么是“遥感卫星”?它的作用有哪些?
  • 遥感光谱数据的获取

什么是“遥感卫星”?它的作用有哪些?

1975年11月26日,中国首次发射返回式遥感卫星,到1992年已发射13颗。这种卫星和地球资源卫星的性质是一致的,只是它工作寿命短,只有5~15天,但是可以回收。它是小椭圆近地轨道,近地点175~210千米,远地点320~400千米,倾角为57°~70°,周期90分钟。卫星观测覆盖区域在南北纬70°之间,覆盖面积约2023万平方千米,约为中国的两个版租宴图之广。

卫星直径2.2米,高3.14米,圆锥体,重1800~2100千克。星载可见光照相机等遥感仪器,能获得大量对地观测照片,具有分辨力高、畸变小、比例尺适中等优点弊好银。可广泛应用于科学研究和工农业生产领域,包括国土普查、石油勘探、铁路选线、海洋海岸测绘、地图测绘、目标袜饥点定位、地质调查、电站选址、地震预报、草原及林区普查、历史文物考古等多个领域。1992年8月9日下午4时,中国发射了一颗工作寿命已延长到15天的返回式遥感卫星。

遥感卫星

是用作外层空间遥感平台的

人造卫星

用卫星作为平台的

遥感技术

称为卫星遥感。通常,遥感卫星可在轨道上运行数年。卫星轨道可根据需要来确定。

遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域,当沿

地球同步轨道

运行时,它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感。

所有的遥源巧感卫星都需要有遥感卫星地面站,从遥感集市平台获得的卫星数据可监测到农业、林业、海洋、国土、环保、气象等情况,遥感卫星主要有气象卫星、陆地卫星和海洋卫星三种类型。

主要功能

1、民用遥感卫星对国家的社会经济发展有着非常有益的作用。所以遥感卫星的发展要同国家经济发展战略联系起来,只有这样才能更大限度地发挥遥感卫星的效力,同时也能为遥感 卫星自身的生存发展创造良好的条件。

2、遥感卫星30多年前就已发射,但卫星遥感技术真正推广应用并取得效益还主要在近10多年。这是随着以计算机为代表的电子信息技术的发展,为

遥感数据

的应用创造了条件。

遥感卫星虽产生于空间技术,但其属性更接近于信息技术,完成信息的获取、传播、处理与应用。所以遥感卫星的发展应同

信息产业

的发展联系起来,借助于先进的技术手段使遥感卫星得到更广泛的应用。

3、虽然一些空间大国在遥感市场上能提供多种遥感数据源,但许多国家还在积极发展自己的遥感卫星系统,其原因是多方面的。

例如国外的数据很难符合用户具体要求,尤其实时铅清性、连续性常不能保障,另外价格昂贵难以承受,而且还受国家关系等其他方面的制约。发展自己的系统则拥有充分的主动性和灵活性。

4、小型遥感卫星成为重要的发展潮流,许多中小国家和

发展中国家

以小卫星起步,推进本国遥感卫星及其应用的发展。小卫星不仅成本低、研制周期短,而且有很大灵活性,可根据需求发展专用的系统,也可组成星座满足不同的观测要求,这代表新的、大众化的技术发展模式,具有很大潜力。

5、综合性大型对地观测平台反映了大规模综合使用遥感数据的特点,将地球作为一个整体研究其环境和气候,需要全局性、系统性、连续性及综合性的观测数据,卫星应用的分类界限也不明显,综合性大型观测系统的作用越来越突出。

6、光学遥感和微波遥感未来的发展方向是:成像光谱仪和合成孔径雷达。

成像光谱仪可从几十甚至几百个谱段获得精细的光谱信息,结合实验室的光谱数据库可直接对地质、植物、水的性质与结构进行分析。

合成孔径雷达则能穿透云雾,甚至部分植被和土壤,全天候全天时观测,并能通过多频、

多极化

、多

入射角

等手段提高对目标的识别能力,两种遥感器的应用和相互结合将开创遥感应用的新局面。

7、遥感卫星商业化是近几年来人们关心的热点,由于遥感卫星数据本身的社会性和公益性,以及市场的特殊性,要在短期内实现商业化是很困难的。

遥感卫星可以在气象、灾害监测、资源和测绘等应用方面创造很高的

经济效益

,但主要受益的是整个国家和广大公众,如果遥感数据完全变成商品则会限制其应用效益。

8、发展遥感卫星对于中国这样地域辽阔、资源丰富和灾害频繁的国家有着特殊的意义,由于遥感卫星能有效地服务槐裂前于资源和环境方面的工作,因而在中国

可持续发展战略

中,应该对遥感卫星合理定位,充分发挥其重要作用。

遥感卫星 (remote sensing satellite )用作外层空间遥感平台的人造卫星。用和冲卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感。通常,遥感卫星可 在轨道上运行数年。卫星轨道可根据需要来确定。遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域,当沿地球同步轨道运行时,它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感。所有的遥感卫星都需要有遥感卫星地面站,卫星获得的图像数据通过无线电波传输到地面站,地面站发出指令以控制卫星运行和工作。遥感卫星主要谈银有气象卫星、“陆地卫星”和“海洋卫星”三种类型。

星载可见光照相机等遥感仪器,能获得大量对地观测照片,具有分辨力高、畸变小、比例尺适中等优点。可广泛应用于科学研究和工农业生产领域,包括国土普查、石油勘探、铁路选线、海洋含棚宴海岸测绘、地图测绘、目标点定位、地质调查、电站选址、地震预报、草原及林区普查、历史文物考古等多个领域。1992年8月9日下午4时,中国发射了一颗工作寿命已延长到15天的返回式遥感卫星。

这中卫星是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的,它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理,识别地面上各类地物,具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料,并从中获取信息,经记录、传送、分析和判读来识别地物作用:可广泛应用于科学研究和工农业生产领域,包括国土普查、石油勘探、铁路选线、海洋海岸测绘、喊握链悄地图测绘、目标点定位、地质调查、电站选址、地震预报郑唤庆、草原及林区普查、历史文物考古等多个领域.遥感卫星图像检索数据库所提供的数据服务为我国遥感应用各相关领域实用化、产业化发展,特别是在农业估产、林业调查、土壤、水文、地质分析、海洋环境监测、城市土地利用、国土资源调查、多种自然灾害监测与评估等方面发挥了显著的作用

遥感光谱数据的获取

遥感技术从航空摄影测量逐步友举演变发展起来,大致经历了3个发展阶段:

1.航空摄影测量发展阶段

目前仍保存着的最早一帧航空相片是1860年J.W.布莱克从气球上拍摄的波士顿市的相片。在地质上的应用则始于1913年,有人在飞机上用摄影机对着非洲利比亚的本格逊油田摄影成像,并用这套肮空相片编制了本格逊油田地质图。航空摄影遥感主要以飞机或者气球为运载工具,用航空摄影机对目标获取信息,然后再经过负片和正片过程得到最终的航空相片。航空摄影利用的是电磁波可见光全色波段,用感光胶片接受所摄目标物反射来的太阳光线感光、成像,一般感光片的感光范围是0.3~0.9μm。航空摄影大多数情况下是垂直摄影,即航空摄影机主轴保持沿铅垂方向进行拍照;在特殊情况下,利用专门相机进行斜倾摄影。航空摄影按所利用的电磁波波段、相应的感光片及所成图像的特点,分成4种,即:航空可见光全色黑白图像;航空可见光真彩色图像:航空红外假彩色图像:航空红外黑白图像。其中,航空可见光全色黑白图像和航空红外假彩色图像最为常用,它们主要利用地物波谱的宽波段反射强度特性。

2.多光谱卫星遥感阶段

数字卫星成像首先是从气象卫星开始的,在1960年TIROS-1气象卫星提供了非常粗糙的卫星图像,主要用来展示云的样式。随后,在1970年代,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)发射了甚高分辨率辐射传感器(AVHRR)进行气象预报,它的地面分辨率是1.1km,我们在电视气象预报节目中看到它所获得的云图。同时,从1970年代开始,相继发射了一些搭载更高分辨率传感器的卫星。如:1972年7月23日,美国国家航空和宇宙航行局(NASA)发射了之一颗专门用来进行地球表面监测和填图的地球资源技术卫星(ERTS-U),1975年被更名为陆地卫星(Landsat)。在Landsatl-3上都装有多光谱陪告此扫描仪(MSS),该扫描仪有4个波段,即绿、红和两个红外波段,地面分辨率约为80m。1982年,Landsat4搭载了专题制图仪(TM),它有7个波段,比MSS覆盖波谱范围更宽,波段宽度划分得更细些,更能反映地物反射光谱特性的变化规律芦迅,其地面分辨率除第6波段为120m外,均为30m。多光谱遥感的最典型特征是能够利用多个波段同时获取同一目标的多个波谱特征。这样就大大提高了遥感识别地物的能力。随后各国纷纷效仿,传感器的光谱范围从可见光、红外直至微波波段,应用范围也不断扩大。

3.成像光谱遥感技术发展阶段

成像光谱遥感技术是多光谱技术发展的一次跨越。Hunt的研究结果表明特征矿物的吸收宽度大约在20~40nm,而多光谱遥感数据(例如,MSS和TM)的光谱分辨率仅为100nm左右,因此遥感科学家们开始研究高光谱分辨率和空间分辨率的遥感传感器。1981年,一台航天飞机多光谱红外辐射计(IRR)随着美国航天飞机“哥伦比亚”号对地球表面进行了一次有限航带的观测,之一次实现了从空间通过高光谱分辨率遥感直鉴别碳酸盐岩以及粘土高岭土矿物,由此拉开了成像光谱遥感岩性识别的新篇章。继JPL的AIS-1和AIS-2以及AVIRIS航空成像光谱仪研制成功之后,加拿大也先后研制成功了FIL/PML,CAS1及SFSI等几种成像光谱仪(童庆禧等,1993)。其他的还有:HIRIS(high resolution imaging spectrometer)成像光谱仪,在0.4~2.5μm范围内有192 个光谱波段,地面分辨率30m,在0.4~1.0μm波长范围光谱分辨率为9.4nm,1.0~2.5μm范围内为11.7nm(Goetz& Herring 1989;Kerekes & Landgrebe,1991)。美国地球物理环境研究公司(Geophysical and Environ-mental Research Corporation)的63通道成像光谱仪(GER)是专门为地质遥感研究设计的,被多次用于岩性填图(郑兰芬等,1992;Bamaby W rockwell,1997)。除航空成像光谱仪外,美国和欧洲空间局(ESA)已制定了发展航天成像光谱仪的计划,其中美国的中分辨率成像光谱仪(MODIS)已经加入地球观测系统(EOS)发射入轨,对地球实现周期性的高光谱分辨率遥感观测。欧空局的中分辨率成像光谱仪(MERIS)也将于同时发射(童庆禧等,1993)。

从1990~1995年,Roger N.Clark等人先后利用AVIRIS数据在美国内华达州,卡普来特试验场进行了矿物和岩性的识别和填图,他们发现成像光谱仪不仅能区分地表发射光谱中总体亮度和坡度差异(多光谱技术MSS,TM和SPOT区分地物的基础),而且能得出用于识别特殊地物的光谱吸收波段,成像光谱数据的光谱分析可以对任何在测量光谱范围内有独特吸收特征的物质(矿物、植被、人T物体、水体、雪等)进行识别和填图(Clark,R.N.et al.,1996)。

中国科学院上海技术物理研究所是我国成像光谱仪的主要研制机构。1983年研制成功了之一台工作于短波红外光谱区(2.05~2.5μm)的6通道红外细分光谱扫描仪,其光谱分辨率在30~50nm之间。1987年,在国家和中国科学院黄金找矿任务的驱动下,该仪器发展到12个通道,其波段位置更趋于与地面粘土矿物、碳酸盐岩矿物的吸收波段相一致,因而在地质岩性识别方面具有更大的能力(童庆禧等,1993)。另外还有热红外多光谱扫描仪(TIMS),19 波段多光谱扫描仪(AMSS)以及71波段多光谱机载成像光谱仪(MATS)等。这些光谱仪的数据主要用于油气资源遥感(朱振海,1993)和矿物制图(王晋年等,1996)等方面,数据的处理技术和矿物识别的理论研究都取得了不同程度的进展(李天宏,1997)。

综观遥感光谱数据的获取,具有几个新的发展:

①扩展了应用光谱范围,增加了光谱波段;②提高了光谱和空间分辨率;③具有获得立体像对的功能,打破了只有航空相片才能有立体像对的能力(如SPOT图像);④改进了探测器性能或探测器器件,即线、面阵CCD器件;⑤提高了图像数据精度;⑥应用领域纵向发展,如用TM图像数据直接可以识别赤铁矿、针铁矿等矿物。

在20世纪末和21世纪初,空间高光谱成像卫星已成为遥感对地观测中的一项重要前沿技术,在研究地球资源、监测地球环境中发挥越来越重要的作用。

高光谱分辨率遥感技术的发展是20世纪末的最后两个10年中人类在对地观测方面所取得的重大技术突破之一,是当前乃至21世纪初的遥感前沿技术、通过高光谱成像所获取的地球表面的图像包含了丰富的空间、辐射和光谱三重信息。进入20世纪90年代后期,伴随着高光谱遥感应用的一系列基本问题,如高光谱成像信息的定标和定量化、成像光谱图像信息可视化及多维表达、图像-光谱变换、大数据量信息处理等的解决、高光谱遥感已由实验研究阶段逐步转向实际应用阶段,而作为高光谱遥感应用这一热点中的重点就是高光谱数据信息挖掘技术的提高和与之紧密相连的应用领域的扩展。

高光谱遥感数据最主要的特点是:将传统的图像维与光谱维信息融合为一体,在获取地表空间图像的同时,得到每个地物的连续光谱信息,从而实现依据地物光谱特征的地物成分信息反演与地物识别。它由以下3部分组成:

(1)空间图像维

在空间图像维,高光谱数据与一般的图像相似。一般的遥感图像模式识别算法是适用的信息挖掘技术。

(2)光谱维

从高光谱图像的每一个象元可以获得一个“连续”的光谱曲线,基于光谱数据库的“光谱匹配”技术可以实现识别地物的目的。同时大多数地物具有典型的光谱波形特征,尤其是光谱吸收特征与地物化学成分密切相关,对光谱吸收特征参数(吸收波长位置、吸收深度、吸收宽度)的提取将成为高光谱信息挖掘的主要方面。

(3)特征空间维

高光谱图像提供一个超维特征空间,对高光谱信息挖掘需要深切了解地物在高光谱数据形成的二维特征空间中分布的特点与行为,研究发现:高光谱的高维空间是相当空的,数据分布不均匀,且趋向于集中在超维立方体空间的角端,典型数据的差异性,可以映射到一系列低维的子空间,因此迫切需要发展有效的特征提取算法去发现保持重要差异性的低维子空间,从而有效地实现信息挖掘。

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