美国国家海洋大气局遥感技术的未来

美国国家海洋大气局遥感技术的未来

国家海洋大气局（NOAA）在日新月异的遥感应用领域处于领先地位，不断改进遥感数据和产品向所有用户发放的方式，遥感应用领域最近不断扩展，如佛罗里达州沿海的研究人员利用国家海洋大气局（NOAA）的卫星图像，监测墨西哥湾叶绿素浓度，探测有害藻华的爆发。飞行员每天依靠NOAA遥感数据开发的跑道程序，了解机场能见度下降的天气状况。9·11恐怖袭击之后，紧急情况部门的工作人员使用机载激光雷达数据，建立建筑物和周围地区的三维模型，帮助寻找支撑结构物和楼梯等。本文扼要回顾NOAA遥感，考虑今后20年NOAA遥感面临的挑战和机遇。

1.1.NOAA遥感扼要回顾

遥感通常（然而并非永远）是通过航空器或航天器获得远距离物体或区域信息的科学。机载和星载遥感器根据遥感器是利用本身的电磁能（主动式），还是利用自然产生的能量（如反射的太阳辐射），可分为“主动式”或“被动式”遥感器。雷达和机载光探测和测距（激光雷达）属于主动式遥感技术，航空摄影和卫星成像则属于被动遥感技术。NOAA遥感专家努力提高遥感数据的精度和分发速度。科学家花大量时间分析机载和星载遥感器的技术细节，并开发已采集数据的处理方法。这些幕后活动对于使用遥感数据的专业人士是至为关键的。NOAA今天的遥感科学支持着大量的学科和活动。地理工作者，制图员、林业工作者、地质工作者、海洋工作者、气象工作者、生态工作者、沿海管理人员、城市规划者、军事人员和救灾人员以及其他领域的专业人员都依赖于遥感数据。NOAA的科学家在许多应用领域广泛利用遥感数据。例如，在国家海洋服务中心（NOS），遥感的重要应用包括：沿岸测绘、岸线变迁分析、机场测量、救灾、底栖生境测绘、有害藻华分析、沿岸生态系统监测和海图绘制等。

1.2.遥感应用的未来：挑战和机遇

遥感应用的未来在于制作多种类型的、精确的高分辨率遥感数据和方便各有关领域应用的地理空间信息产品。专业人员期待着遥感数据能方便而迅速地输入，并能用非专门软件包进行分析的那一天的到来。为了使这一愿景成为现实，NOAA遥感专家在今后20年面临着以下挑战：

(1)提高遥感数据的精度、分辨率、时间性和使用的便利性；

(2)增强在自然灾害和人为灾害发生后，立即提供受灾区高分辨率遥感数据的迅速响应能力；

(3)改善遥感数据通过互联网的分发，以便用户能更方便地寻找和检索所需的准确数据和信息；

(4)开发多种传感器数据融合的方式，以便增加和提高多个项目和计划可为公众利用的信息的数量和质量；

(5)保持与NOAA遥感数据诸多用户的联系，以支持各种特殊应用；

(6)利用新型遥感数据，以更有效、更经济的方式采集数据，以便获得更大地理范围精确的及时数据；

(7)为了支持NOAA的计划，同时产生专业人员所需信息，改进软件，以便遥感数据能快速而方便地进行处理和分析。

NOAA将通过上述新兴遥感技术（包括平台、传感器和软件）的连续研发，迎接挑战。根据科研成果向业务应用成功转化的需要，NOAA预测，上述问题会迅速得到解决。下面将扼要介绍NOAA将来继续使用的最有前途的现代化遥感技术。

2.1无人航空器系统（或称无人飞机，UAS）

无人航空器系统是装载有相机、传感器或通信设备的遥控航空器或自动驾驶航空器。军事部门自20世纪50年代以来利用无人航空器搜集情报，但该类航空器仅在近些年才用于采集高分辨率的空间数据。无人航空器比固定在轨卫星具有更大的灵活性，因为无人航空器可遥控，对灾害的应急响应极为有利，尤其在将有人驾驶的航空器送上天非常危险时，其作用无法替代。NOAA和国家航空航天局（NASA）已合作开展无人航空器技术研究。这类技术用于填补偏远地区或危险地区的数据空白时，前途极其光明。

2.2航空数码相机

数码相机正在取代胶卷相机，改变了我们日常生活中照相的方式。在航空摄影界，航空测绘数码相机的设计比日常使用的手持数码相机的设计，存在更大的技术挑战。因此，航空测绘界胶卷相机过渡到数码相机经历了更长的时间。在积极方面，航空测绘数码相机比日常使用的手持数码相机具有更多的潜在优点。NOAA和其他地方救灾活动已得益于近些年出现的具有直接地球基准的高分辨率航空数码相机。航空数码相机提高了航空照片利用的速度。因为这类相机获得的图像已经是电子形式，所以这些图像能进行快速处理，并向用户提供。此类数码相机最大的时间节省源自直接的地球基准性能，此性能利用全球定位系统（GPS）和惯性测量装置（IMU）自动测定相机的方位和定向。利用复杂的软件，分析人员能快速地产生以正确的地理坐标表示的物体图像。航空数码相机通常以可见光和近红外波段获得数据，可提供比胶片摄影对阴影和低照度更敏感的图像，其辐射性能的改善有利于更显著地改善图像的分类和精度。

2.3机载激光雷达

机载激光雷达是近些年出现的最有前途的主动式遥感技术，因为激光雷达能高效地产生表示区域地形的极精确的高分辨率数据集。激光雷达根据激光脉冲至地表地形或高程特征（如树寇）往返所需时间计算距离。扫描机构（通常为交叉轨迹扫描镜）用于使激光波束转向，产生地面刈幅。将激光测距和扫描器角度数据与全球定位系统和惯性测量装置数据组合，NOAA就能迅速产生表示某一区域内高程的数据集，垂直精度达厘米量级。除地形高程测量外，激光雷达测

深装置可测量水深，此类技术的应用领域因此扩大。NOAA已使用激光雷达进行岸线测量，海图测绘、风暴过后灾情

分析和机场障碍物测量，此类技术的新应用几乎每天都在出现。

2.4合成孔径雷达

另一前景看好的主动式遥感技术是合成孔径雷达。与通常利用近红外和（或）可见光辐射的激光雷达不同，合成孔径雷达工作在电磁谱微波区的长波段。采用微波波长的一个优点是：遥感器几乎可以全天候地采集数据。合成孔径雷达作为主动式遥感器还能昼夜工作。此技术对于有效的数据采集，尤其对于终年大部分时间持续为云盖笼罩的阿拉斯加沿岸区等区域的数据采集，具有极大的吸引力。

2.5多种遥感器的数据融合

NOAA遥感研究最重要的领域或许是多种遥感器数据的融合。主动式和被动式遥感器同时采集的遥感数据融合，更多更好地产生地表物体和特征的方位和特性信息，前景看好。

3.小结

上述技术仅为NOAA许多有前途的遥感领域研究的一部分。NOAA期待着与私营产业部门、科研机构、政府组织和公共团体合作，促进和推动这些前景看好、快速变化的领域的进步。遥感技术的进步将能对紧急事件（如救灾等）作出更迅速、更有力的响应，产生更精确的地图产品，保障海上航行安全，产生对公众和各领域的专业人员都有益的更好的地理空间信息和推导产品。