20世紀(jì)90年代開始，遙感技術(shù)在NASA空間技術(shù)的基礎(chǔ)上開始迅速發(fā)展。NASA主管Dan Goldin同內(nèi)部工程師與項目經(jīng)理為用戶帶來的理念一直都是：“更好、更快、更省”。
如今，Goldin所說的話同樣也適用于遙感領(lǐng)域。日益多樣化的客戶需求推動著遙感的發(fā)展，這些客戶知道詳細數(shù)據(jù)與快速傳送信息的價值。但同時他們也認(rèn)為，無論數(shù)據(jù)或是應(yīng)用系統(tǒng)，價格還需要更便宜一些。
Goldin曾預(yù)測2020年前人類可以登陸火星。如今這個愿望雖還沒有實現(xiàn)，但遙感行業(yè)似乎已陸續(xù)達成了“更好、更快、更省”三個目標(biāo)，這當(dāng)然要感謝硬件技術(shù)和軟件工具的發(fā)展，以及越來越豐富的影像數(shù)據(jù)產(chǎn)品的誕生。
新的用戶，新的應(yīng)用
如今有越來越多的用戶需要使用遙感數(shù)據(jù)，有些用戶急需獲取數(shù)據(jù)，卻對數(shù)據(jù)的采集時間和專業(yè)性沒有像傳統(tǒng)用戶那樣高的要求。例如在一線作戰(zhàn)的軍人，他們需要JPEG2000壓縮的最新的遙感影像，只需通過不受帶寬限制的JPIP數(shù)據(jù)流便可將圖像傳送給他們。
據(jù)ITT VIS公司副總裁Jim Kelley介紹，上述的過程原本需要花費幾小時甚至幾天時間，需要投入多名專家來分析和提取數(shù)據(jù)，而現(xiàn)在系統(tǒng)只需要幾分鐘就能搞定，并且還可以將位置信息和影像來源信息提供給用戶。此外，現(xiàn)在也有越來越多的遙感信息可以在民用系統(tǒng)中使用了。
“如今，越來越多的人需要使用影像圖，”Kelley說，“過去我們讓光譜學(xué)家將影像圖中的每一點信息都提取出來，然后再將這些信息轉(zhuǎn)送出去。而現(xiàn)在，這些非專業(yè)人士需要直接、快速地得到這些數(shù)據(jù)。”
為了更方便地為軍方和民間應(yīng)用提供情報數(shù)據(jù)，ITT在它的ENVI影像處理產(chǎn)品中研發(fā)了一種自動流程工具，這樣一來，用戶不需要進行專門的光譜科學(xué)培訓(xùn)就能快速而簡單地從影像圖里獲取他們所需要的信息。
例如，當(dāng)用戶在進行地形分類處理時，系統(tǒng)會自動提示用戶輸入的數(shù)據(jù)是否支持所要求的特征提取，這樣用戶就能在系統(tǒng)給出的指示下一步一步地完成影像圖的處理任務(wù)。“將復(fù)雜的科學(xué)理論隱藏到用戶界面后面，給用戶提供一個數(shù)據(jù)產(chǎn)品而不是一個像元，”ITT VIS公司總裁兼首席運營官Richard Cooke說。
如今，GIS專家也能夠使用影像來豐富傳統(tǒng)的GIS產(chǎn)品。隨著氣候變化和替代燃料產(chǎn)品的推動，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用逐步發(fā)展，城市規(guī)劃和石油天然氣行業(yè)也開始進一步利用多光譜數(shù)據(jù)。農(nóng)民可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)來判斷農(nóng)作物健康與否，并以此平衡糧食庫存量和替代燃料的作物產(chǎn)量。
需求增加，價格降低
隨著航空和衛(wèi)星系統(tǒng)不斷地進行多光譜和超光譜遙感影像的采集，使得信息量越來越多的同時，遙感數(shù)據(jù)的價格也逐步有所下降。那些從前一個月或一年才更新的土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，現(xiàn)在每天甚至每小時都可以進行實時更新了。
在最近一次的歐洲空間局的學(xué)習(xí)研討中，Cooke指出在接下來的10年中，可能每一年都會發(fā)射20顆對地觀測衛(wèi)星，其中包括從小衛(wèi)星到GeoEye-1級的機載衛(wèi)星。
“每個人都在試圖生產(chǎn)那種既便宜又使用簡單的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，”Kelly說道，“人們總想做一些事半功倍的事，于是他們通過一些軟件和基礎(chǔ)設(shè)施來幫助他們達到目的。”
預(yù)計在2012年發(fā)射的GeoEye-2和將在2009年第三季度發(fā)射的WorldView-2（DigitalGlobe公司），正是這樣能幫助人們“達到目標(biāo)”的兩顆衛(wèi)星。GeoEye-2將會繼承GeoEye-1的全部長處。2008年9月6號發(fā)射的GeoEye-1是一顆擁有41厘米分辨率全色波段和165厘米分辨率四個波段的多光譜遙感衛(wèi)星，同年10月它傳回了第一幅影像圖。GeoEye-1的重訪周期是2.1天，不需要后期處理就可以進行3米精度的地理定位。
WorldView-2將會繼承WorldView-1的優(yōu)點。在2007年9月發(fā)射的WorldView-1是一顆擁有50厘米空間分辨率全色波段的衛(wèi)星，在隨后的11月份開始正常運作。WorldView-2的空間分辨率為46厘米，將主要擁有全色波段和8個波段的多光譜探測器。
兩顆新衛(wèi)星都采用了先進的技術(shù)來產(chǎn)生更好的影像產(chǎn)品。WorldView-2上還包括三個新的波長和一個新的近紅外波長--這些多光譜波段旨在完成一些特定的科學(xué)任務(wù)，比如對一些物質(zhì)的識別、區(qū)分天然植被與偽裝物等，這對軍事有很大的幫助。
快速發(fā)展
影像采集技術(shù)的發(fā)展可以說是相當(dāng)迅速。在1999年，GeoEye的遙感衛(wèi)星IKONOS代表了當(dāng)時最高的技術(shù)水平，它的全色波段探測器擁有82厘米的空間分辨率。與GeoEye相比，9年之后發(fā)射到同一軌道高度的GeoEye-1攜帶了一個照相機和一些電子設(shè)備，它傳回來的黑白影像圖分辨率達到41厘米，同時在動力功率上比GeoEye提高了5倍，在重量上減輕了10倍，在消耗上節(jié)省了3倍。
GeoEye-2也將會繼續(xù)這樣的發(fā)展勢頭。Kyle Schmackpfeffer介紹，新的衛(wèi)星可能會達到25厘米的分辨率，但對第三代衛(wèi)星，GeoEye還沒有在分辨率上給出一個確定的值。
盡管還不確定這樣的精度是否會為一些商業(yè)用戶帶來改變，但是對軍方來說，更高的分辨率始終是他們所渴望的，據(jù)統(tǒng)計，超過一半的軍用影像圖都是來自GeoEye和DigitalGlobe公司提供的數(shù)據(jù)。
降低規(guī)模，提高容量
除了分辨率的提高，圖像采集還有其他一些的重要技術(shù)，包括建造和發(fā)射更多更小巧、更便宜的衛(wèi)星。例如，美國國防部就想通過衛(wèi)星數(shù)量的增長來降低成本。
雖然GeoEye-2和WorldView-2都是自籌資金建造的，美國國防部的下屬機構(gòu)--國家空間情報局也提供了5億美元給GeoEye和DigitalGlobe公司，用以支付GeoEye-1、WorldView-1這兩顆衛(wèi)星工程技術(shù)、建造和發(fā)射的開銷。
用和以前同樣多的錢來買更多的衛(wèi)星--特別是在證實潛在對手擁有眾多反衛(wèi)星武器的時代--可能意味著更加安全。
“政府部門的客戶詢問小衛(wèi)星星座的事，這些衛(wèi)星比通常的衛(wèi)星要小一點，性能也稍微差一點，” Schmackpfeffer說，“有一些商業(yè)團體，因為有利可圖，也可能在打聽這些事。”
除了運行上會產(chǎn)生一些冗余，更多的衛(wèi)星也能提供更快的重訪次數(shù)。據(jù)Schmackpfeffer說，一個擁有10顆衛(wèi)星的星座幾個小時就能重訪一次。
影像提供商可能會引進一些先進的技術(shù)和系統(tǒng)來提供更小、更便宜的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)并不像更昂貴的衛(wèi)星那般花哨，也不會產(chǎn)生太多的模塊重復(fù)和系統(tǒng)冗余。
“或許在一個衛(wèi)星星座里損失其中的一顆衛(wèi)星是可以接受的，如果替代的成本不貴的話，”Schmackpfeffer補充，“這是一個值得思考而又必須解決的問題。”
雖然各個公司都在尋找將部件設(shè)計變得簡單化的方法來降低成本，比如制造更便宜的光學(xué)儀器，而同時又不會降低分辨率。如果飛行高度低一點，一個小一點、低耗的光學(xué)系統(tǒng)很有可能與一個大的、消耗更多系統(tǒng)有著相同的分辨率。不過，高度的降低也意味著衛(wèi)星每次經(jīng)過所能覆蓋到的成像區(qū)域變小，而且在較低的軌道中，由于阻力更大，可能需要搭載更多的軌道加速器來推動衛(wèi)星。
成像系統(tǒng)的分辨率取決于衛(wèi)星的高度以及所搭載相機的焦距和像素大小。改變這些參數(shù)中的任一項都將對成本和設(shè)計造成影響，而且這些是必須要考慮的。不管用什么方法，設(shè)計人員將最終尋求光學(xué)性能、取樣、電子噪聲、衛(wèi)星穩(wěn)定性及其他因素之間的適當(dāng)平衡，以使系統(tǒng)獲得適當(dāng)?shù)目臻g分辨率。
設(shè)計人員也必須考慮到最終用戶新的想法，某些用戶可能愿意降低對分辨率的要求來兼顧數(shù)據(jù)價格，速度和多光譜問題。就像NASA正在將“更好，更快，更省”的解決方案帶給他們的客戶那樣，遙感產(chǎn)業(yè)中供應(yīng)商和客戶之間的關(guān)系比較特殊，只有依靠雙方共同的努力，才能推進遙感技術(shù)的發(fā)展。
“這可以看作是一種推和拉的結(jié)合”，Kelley說，“我們努力創(chuàng)造用戶所需要的影像產(chǎn)品，用戶也在用這種方式鞭策我們，向一個新的、前所未有的方向前進。”（譯/陳慧蓮 肖振強）
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