Tendencias de aplicación y desarrollo de la tecnología de teledetección

(1) Tipos de datos de teledetección

En la actualidad, la tecnología de teledetección ha formado una situación de desarrollo de múltiples satélites, múltiples sensores y múltiples resoluciones. Los satélites de teledetección incluyen satélites de recursos, satélites ambientales, satélites oceánicos, satélites meteorológicos, etc. , la información de teledetección obtenida tiene varias escalas, desde centímetros hasta kilómetros. Como QUCKBIRD 0,61 m, IKONOS 1 m, Zhonghua Fuwei 2 m, Spot-5 2,5 ~ 5 m, Alos 2,5 ~ 5 m, IRS-1c 5,8 m, KOMPSAT 6,6 m, Spot-1, No. 2 10 m. EO-1 y Landsat-7 15 metros, CBERS-1, No. 2 19,5 metros, Landsat-4, No. 5 30 metros, Landsat-1, No. 2, No. 3 79 metros, MODIS 250m metros, NOAA. Los datos de teledetección de diferentes resoluciones espaciales forman un buen complemento al estudio del entorno ecológico y pueden aplicarse en muchos aspectos a diferentes escalas espaciales para satisfacer las necesidades de estudiar las leyes de ocurrencia y desarrollo de diferentes escalas y diferentes objetos de investigación. Las ricas fuentes de información hacen que la tecnología de teledetección desempeñe un papel cada vez más importante en la investigación del medio ambiente ecológico. Su alta capacidad de generalización espacial contribuye a una comprensión completa de la región, y los satélites de alta resolución basados ​​en observaciones multiespectrales y complementados con datos pancromáticos de alta resolución han mejorado enormemente la capacidad de identificar y clasificar objetos terrestres.

Se deben seleccionar fuentes de información adecuadas en función del contenido de la investigación o del propósito previsto. Actualmente, los sensores ópticos se utilizan principalmente para estudiar entornos ecológicos, como MODIS, Landsat TM, ETM y SPOT. En los últimos años, los satélites hiperespectrales y los satélites de radar también han logrado grandes avances. La teledetección multiespectral se está desarrollando hacia la teledetección hiperespectral, y la teledetección por microondas se está desarrollando hacia la polarización total y el radar de interferencia (Guo Huadong et al., 2002). La resolución espectral de los sensores satelitales alcanza los 5 ~ 6 nanómetros. El espectrómetro de imágenes de resolución moderada MODIS del satélite EOSTERRA lanzado por los Estados Unidos en 1999 tiene 36 bandas, y el HYPERION del satélite hiperespectral EO-1 lanzado en 2000 tiene 220 bandas con una resolución espacial de 30 m. El sensor ASAR a bordo del satélite ENVISAT-1 de la ESA puede obtener datos de multipolarización e interferometría. El sistema ALOSPALSAR de Japón puede obtener datos de radar interferométricos y de polarización a escala global. La inversión cuantitativa utilizando datos de teledetección por satélite hiperespectrales y de radar es una tendencia de desarrollo importante en la teledetección actual, pero la teledetección cuantitativa aún está en su infancia. Las razones principales son la falta de modelos de teledetección, la dificultad para extraer parámetros del modelo y la falta de ellos. de practicidad de las teorías y métodos de inversión. Hay una falta de fuentes de datos para la estimación de parámetros basada en conocimientos previos (Li Xiaowen, 2005, 2006).

(2) Procesamiento de imágenes por teledetección y extracción de información

Con la creciente demanda de aplicaciones de teledetección y el rápido desarrollo de la tecnología informática, los sistemas de procesamiento de imágenes, como herramientas indispensables en el campo de la teledetección, se ha formado un enorme mercado. El procesamiento de imágenes también ha logrado grandes avances en teoría, tecnología, diseño de software y tecnología de hardware. Los programas de procesamiento de imágenes de teledetección más famosos del mundo son ERDAS, PCI y ENVI. ERDASIMAGINE es el software profesional de procesamiento de imágenes de teledetección con mayor cuota de mercado en el mundo, desarrollado por la empresa estadounidense ERDAS. El software es grande y completo, con funciones de procesamiento de teledetección óptica y de teledetección por microondas, así como buenas funciones de integración RS/GIS. Se integra bien con ARCGIS (serie ESRIARC) y puede editar directamente archivos de forma y archivos de cobertura. Tiene funciones simples de edición de vectores y representa la tendencia de desarrollo de los futuros sistemas de procesamiento de imágenes de teledetección. PCIGeomatics desarrollado por Canadian PCI Company tiene ventajas únicas en el empalme de imágenes de detección remota óptica y el procesamiento de coincidencia de colores. Puede lograr ajustes de color arbitrarios y tiene poderosas capacidades de procesamiento para imágenes de detección remota por microondas. ENVI es un sistema de procesamiento de imágenes de detección remota con todas las funciones desarrollado por la empresa RSI en los Estados Unidos. Tiene sólidas capacidades de procesamiento de datos hiperespectrales. El lenguaje IDL proporciona a los usuarios un buen entorno de desarrollo secundario.

En comparación con ERDAS y PCI que no admiten HDF, ENVI puede leer directamente archivos TM HDF y admite más formatos de datos rasterizados y vectoriales que otros programas, pero ENVI es más débil en la coincidencia de colores de imágenes espectrales. Con el desarrollo de los satélites de alta resolución, no basta con utilizar únicamente la información espectral de las imágenes para su clasificación e identificación. Recientemente, la empresa alemana DefiniensImaging ha lanzado un nuevo software de clasificación de imágenes de teledetección orientado a objetos, ECOGNATION. Este software no sólo considera las características espectrales de los objetos terrestres, sino que también cuenta la forma, el tamaño, la textura y las relaciones adyacentes de los objetos terrestres, lo que los convierte en los más importantes. resultados de clasificación más precisos.

Los datos de teledetección obtenidos en la investigación del entorno ecológico generalmente se someten a una corrección de radiación preliminar, y el departamento de aplicaciones generalmente completa el preprocesamiento, como la corrección geométrica, de acuerdo con las necesidades del trabajo. Varios software comerciales tienen funciones completas de preprocesamiento de imágenes.

En la actualidad, existen tres métodos principales para extraer información temática a partir de datos de teledetección: interpretación visual, interacción persona-computadora y extracción de clasificación automática por computadora. La interpretación visual es el método más intuitivo y sencillo para extraer información de una imagen. La interacción humano-computadora totalmente digital utiliza software SIG para interpretar imágenes. Este método ha madurado y se ha utilizado ampliamente, principalmente en los últimos 10 años. Ambos métodos anteriores requieren una gran inversión de mano de obra, recursos materiales y financieros, y relativamente más tiempo, pero los resultados obtenidos son de calidad relativamente mayor y más fáciles de aplicar, por lo que todavía se utilizan ampliamente. La tecnología de clasificación automática por computadora se basa principalmente en el análisis cuantitativo y el análisis estadístico de la información de teledetección. Sin embargo, debido a las desviaciones causadas por diversas interferencias durante la transmisión de información de teledetección, así como a las diferencias en la información de teledetección sobre objetos terrestres en diferentes condiciones espaciotemporales, habrá inconsistencia espacial y temporal, así como diferentes espectros para el mismo objeto terrestre y el mismo espectro para objetos extraños. La precisión de la clasificación automática es baja y es difícil cumplir con los requisitos del seguimiento del entorno ecológico. Incluso con la interpretación visual y la intervención analítica de los resultados de la clasificación, todavía surgen muchos problemas. Los métodos de clasificación automática existentes se implementan básicamente en áreas pequeñas o áreas con requisitos de precisión relativamente bajos, y son difíciles de aplicar en áreas grandes con requisitos de alta precisión (Zhang Zengxiang, 2004).

(3) Monitoreo dinámico por teledetección

La formación de constelaciones de satélites y la inclinación de gran ángulo de los sensores han mejorado significativamente las resoluciones espaciales y temporales. Por otro lado, la combinación de sensores remotos y sistemas de información geográfica permite que los sensores remotos logren un monitoreo dinámico en tiempo real. Los períodos de revisión de satélites varían de 1 a 50 días. Por ejemplo, SPOT-1, 2, 4 y 5 forman la serie de satélites SPOT, con un período de revisita de 1 a 26 días, Landsat-5 y 7 tienen un período de revisita de 8 días, IKONOS tiene un período de revisita de 1,5 a 3 días, QUICKBIRD . Los períodos de revisita adecuados de diferentes satélites favorecen un seguimiento dinámico y un análisis de procesos del entorno ecológico. Solo una gran cantidad de datos de series de tiempo completos, continuos y estandarizados pueden proporcionar más información para el objeto de investigación y brindar una comprensión más completa y profunda del objeto de investigación.

Países de todo el mundo han utilizado tecnología de detección remota (RS) y tecnología de sistemas de información geográfica (SIG) para llevar a cabo una gran cantidad de estudios y trabajos de monitoreo de recursos y ambientales efectivos, como el uso y la cobertura del suelo. , estimación del rendimiento de los cultivos, seguimiento de la vegetación, estudio de recursos de agua y suelo, etc. Con la profundización de la investigación internacional sobre el cambio climático global, la gente se ha dado cuenta de que los cambios en el uso y la cobertura del suelo causados ​​por las actividades humanas son las principales fuerzas impulsoras del entorno ecológico y el cambio climático (Wang Jing, Zhang Jixian et al., 2002). 1980 a En 1986, Estados Unidos lanzó el Programa Mundial de Estudios de Teledetección Espacial de Recursos y Agricultura (AGRISTARS), que ahora ha establecido un sistema operativo integrado. En los últimos años, se han recopilado datos de cobertura terrestre a escala 1:10.000 en los Estados Unidos y a escala 1:250.000 en todo el mundo, y se ha utilizado información sistemática sobre recursos para evaluar objetivamente el entorno ecológico global. Para reducir la duplicación de inversiones en la construcción de departamentos europeos de recursos y medio ambiente ecológico, en 1991 se lanzó el plan "CORIN" para establecer un sistema de información territorial y ambiental para evaluar el medio ambiente ecológico a través de información sobre la utilización y los cambios de los recursos, y Reflejar oportunamente los cambios en el entorno ecológico de Europa. El Departamento de Recursos y Medio Ambiente proporciona servicios públicos de información básica. Desde 65438 hasta 0992, estos países lanzaron conjuntamente un programa a gran escala (MARS), utilizando tecnología de detección remota para monitorear los cambios en las tierras cultivadas y los cultivos en los países europeos, y proporcionando informes al Ministerio de Agricultura de los países europeos cada dos semanas, que ha formado capacidades de combate.

En la década de 1990, Canadá básicamente implementó el uso de sensores remotos y sistemas de información geográfica para realizar estudios, actualizaciones y mapeo periódicos de macrorecursos en todo el país, realizar evaluaciones oportunas y alertas tempranas del entorno ecológico nacional y proporcionar información pública básica a Los departamentos de recursos y entorno ecológico pertinentes han aportado enormes beneficios económicos, sociales y medioambientales. En los últimos años, la investigación sobre el uso y la cobertura del suelo a nivel mundial se ha convertido en un programa central de tres organizaciones internacionales: el Programa Internacional Geosfera-Biosfera (IGBP), el Programa Humano y Ambiental (HDP) y el Programa Mundial de Investigación Climática (WCRP). Con el desarrollo de la teledetección y su tecnología de aplicación, la tecnología de gestión y procesamiento de información de los sistemas de información geográfica, especialmente la integración de la tecnología del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y "3S" en los últimos años, la investigación de la teledetección ambiental y de recursos está avanzando hacia un ritmo rápido, dirección de desarrollo precisa y práctica (Liu Jiyuan, 1996).

Desde la década de 1980, mi país ha aplicado tecnología de monitoreo dinámico de teledetección a los campos de los recursos hídricos, los recursos de la tierra, los recursos de los pastizales, los recursos forestales, la evaluación ambiental, la erosión del suelo y la degradación de la tierra (Ren Zhiyuan et al. , 2003; Zhang Zengxiang, 2004). Desde 1999, el Ministerio de Tierras y Recursos ha utilizado datos satelitales como SPOT y Landsat para monitorear con éxito los cambios en el uso de la tierra en 66 ciudades con una población de más de 500.000 habitantes en los últimos dos o tres años, cubriendo un área de 71,4 ×104km2, que proporciona información básica oportuna para la construcción y el desarrollo urbano, examinó los resultados del estudio de cambio de suelo. En términos generales, el monitoreo dinámico por teledetección en mi país tiene las siguientes características: en primer lugar, los datos utilizados son de baja resolución, de tipo único y los resultados del monitoreo son en su mayoría cualitativos, que todavía tienen una gran brecha con las necesidades de producción reales; los indicadores son únicos y la mayoría de los proyectos se implementan. Solo se selecciona un indicador. En tercer lugar, la tecnología de recopilación de datos de monitoreo dinámico está relativamente atrasada; Cuando la tecnología de detección remota adquiere o compara datos temáticos, rara vez se utiliza tecnología de extracción automática y la mayoría requiere una gran cantidad de intervención manual.

Hay muy pocos sistemas de monitoreo de teledetección desarrollados y construidos en nuestro país, y también hay muy pocos sistemas de monitoreo de teledetección del entorno ecológico operativos, que aún se encuentran en la etapa de prueba preliminar. El Sistema de Monitoreo de Teledetección Ambiental (REMSV1.0) es el primer sistema operativo de software de monitoreo de teledetección ambiental para el monitoreo de la contaminación del agua y el medio ambiente ecológico en cuencas fluviales desarrollado con el apoyo del Programa Nacional 863. Se utiliza para demostrar el. negocio de operación de monitoreo ambiental por teledetección provincial. En respuesta a las necesidades reales de contaminación del agua y monitoreo ecológico típico en las cuencas fluviales de mi país, el objetivo es aplicar los principales sensores de constelaciones de pequeños satélites (hiperespectrales, infrarrojos y de luz visible) para el monitoreo y pronóstico ambiental y de desastres en áreas con densas redes de agua y tareas muy arduas de gestión del medio ambiente hídrico en las cuencas fluviales. Se han llevado a cabo demostraciones empresariales en las cuencas de los ríos Huaihe, Yangtze y Taihu en la provincia de Jiangsu, con buenos resultados (Zhang Qi et al., 2006). El sistema se basa en la principal herramienta de desarrollo integrada VISUALC++6.0 IDE y en las plataformas de la serie Windows. Tiene poderosas capacidades masivas de análisis y procesamiento de datos hiperespectrales, módulos de aplicaciones profesionales directos orientados al usuario, procesos de procesamiento de datos integrados y buena interactividad. El sistema de monitoreo de teledetección por satélite de marea roja marina construido por el Centro Nacional de Monitoreo del Medio Marino consta de antenas receptoras de imágenes satelitales, receptores de imágenes, terminales de procesamiento de imágenes y software de extracción de información de teledetección por satélite de marea roja. El sistema puede leer y procesar datos satelitales NOAAAVHRR, SeaWiFS, MODIS, FY-1C, D y HY-1A, identificar automáticamente áreas de distribución de marea roja a través del algoritmo de extracción de marea roja incorporado y completar la producción de avisos de monitoreo satelital de marea roja. . Actualmente, hay dos tipos principales de datos satelitales utilizados para el monitoreo de mareas rojas mediante teledetección: uno son los satélites meteorológicos, que usan sus datos de temperatura de la superficie del mar para detectar la temperatura ambiente de las mareas rojas, y la banda de luz visible se usa para análisis auxiliares. el otro son los datos satelitales de color de agua, que utilizan principalmente sus datos de luz visible para modelar la clorofila, que luego se utiliza para detectar plancton en la superficie del océano. El software de extracción de información de teledetección de marea roja oceánica (V1.0) se desarrolló utilizando el lenguaje de desarrollo visual IDL y VC. El software tiene funciones tales como entrada de datos, preprocesamiento, extracción de información y producción de productos de información sobre desastres de marea roja.