摄影测量与遥感技术的现有状况及发展趋势研究

文／周烽 东方通用航空摄影有限公司 山西太原 030000

引言：

摄影测量与遥感技术可以直接使用传感器系统，无需直接接触被测目标，通过数据和信息化处理，对取得的影像信息进行量测、记录、分析及数字化转换或可视化转换，便可得到被测目标的所需信息。摄影测量与遥感技术获取数据的速度较快，且可得到的数据模态多样性强、数据体量较大，且具有极高的空间分辨率，在各行各业中都取得了广泛的应用，技术优势极高。

1.摄影测量与遥感技术简介

如今我国测量行业的发展大致可分为四个阶段，即起步阶段、传统阶段、数字化阶段以及大数据阶段。目前，我国已然走入了数字化与大数据的初级阶段。简单来说，数字化阶段是要使用各项高科技的信息技术或数字化手段，对获取的信息进行数据处理与分析，得出被测目标的地理空间信息，或某一时间尺度内的要素信息、变量信息等。而大数据技术是通过各种与地理信息及周边地形相关的数据进行整体性分析，在数据的深度挖掘与合理应用下，便可得到被测目标的实际测量数据。按照不同阶段划分，摄影测量可以看作是测量工作数字化阶段的典型代表，遥感技术便是大数据阶段测量工作的直接代表。

1.1 摄影测量技术

摄影测量技术的基本原理是小孔成像，使用高清的摄影设备直接拍摄被测区域，获得其全方位多角度的实景照片，随后使用数字化手段对图形中的信息加以分析或转换处理，便可以获取图形中蕴含的各类地理信息，包括被测区域的标高、与某点之间的距离实际、地理位置以及各类尺寸信息[1]。摄影测量技术是一种十分典型的，以二维数据建立三维数据库的技术方法，在实践应用中，摄影测量技术主要包括三项流程：第一，高清图像获取；第二，记录与储存；第三，图像信息获取。其中，图像信息获取是最难也是最为关键的一步，信息的获取质量效果直接关系到最终得出数据的准确性，也会影响测量工作的整体质量。

1.2 遥感技术

遥感技术会直接向被测物体发放电磁波，根据物体对电磁波的反馈或对电磁波的干扰，可以得到被测区域或被测物体的电磁波段，在深度的加工与处理后，便可获得相应的地形信息与实际尺寸信息。遥感技术也可分为三个主要流程，即收集与接收信号、信号处理及最终的数据分析。目前，我国遥感技术多为遥感卫星，这是因为将遥感器放置于远距离或外太空的区域，可以进一步扩大信号的收集与接收范围，能有效提高遥感技术的应用效果。当遥感器接收到不同的电磁波信号或红外线信号后，便会通过其内部的遥感系统对此类信息进行处理，处理后的结果会直接返回地面至中控台或与该遥感器对应的前端显示。经过遥感系统处理过的图像中，不同高度、范围都会呈现出不同颜色，测量结果非常直观。除此以外，遥感技术不仅有着更广泛的监测范围，还能够针对被测量物体开展实时监测，还能对某时间段内区域范围的变化做出监测与跟踪测量。

2.摄影测量与遥感技术在社会中的应用现状

2.1 在数字地球工程中的应用

在我国应用最为成熟的遥感技术就是航空遥感，即使用卫星遥感，获取地球的地理信息、地表建筑分布情况、岩层信息等。卫星遥感是建设数字化地球，完善对地球探索活动的重要手段，在遥感技术的加持下，由遥感卫星采集地球上的各项数据信息，并将其转换后呈现在系统中，以数字的表达形式对地球上各种地理信息、地表构造物分布信息进行转达，可以从多个角度同时描绘地球情况，并让地球三维化[2]。目前，遥感技术的主要原理是通过收集各物体的电磁波，对此类波形进行区分、归纳、整理后，便可汇总成可描述地理空间信息的遥感数据。通过卫星遥感几乎可以得到地球的所有地理信息，且精细度与全面性较高。另外，卫星遥感还可用于获取实时变化的动态性信息，可以分析在某种因素下一定时间尺度下地理信息的变化规律，为未来的地理信息预测与数据反演提供了数据与技术支持。

2.2 在沙漠化监测中的应用

遥感技术适用于各类恶劣地形的监测与数据采集工作，或是目标过大、测量工程数据种类多、内容杂等较为繁琐的测量工程。如沙漠化监测是很难通过人力完成的一项工作。沙漠危险系数高、环境恶劣，单纯以人力，是无法完成全面的沙漠实地测量，并得出沙漠化监测报告的。沙漠常有风沙，一旦刮起风沙，沙漠的能见度会大幅度下降，这时摄影测量技术也很难给出极为精确的结果，此时应用遥感技术，便可以对沙漠面积的变化情况及位置迁移情况做出准确的记录，完成沙漠化的监测工作，有利于推动我国环境保护工程的发展。

2.3 在农林业发展中的应用

飞速发展的遥感技术以及高精确度的遥感数据，可以精确地掌握农作物最新的生长情况、实际产量及森林覆盖率的变化情况等，有助于推动我国农林业的可持续发展。如今，多光谱、红外波段的遥感技术已在农林业获得了广泛应用，如使用遥感技术监测土壤含水量，查看作物缺水程度，便可调整后续的田间管理计划，还可用于分析土壤的干旱程度、植被的冠层温度等，再借助大数据技术将统计得来的信息予以计算处理，便可得到目前的农作物长势与地表含水量之间的关系，能有效预警旱情，便于农林业从业人员提前制定应对策略。除此以外，摄影测量与遥感技术，还可用于监测我国的农业发展状况，便于相关部门从宏观角度上调整农业的发展方向，或者将高光谱技术应用于农作物的产量估算和生长健康情况监测中，能有效提高作物产量与作物的经济效益[3]。而在林业监测中，摄影测量与遥感技术也展现出了巨大优势。我国有风云三号、高分等系列卫星等，可用于监测林业火情信息，还能对部分区域火点发生范围和频率进行分析，在防治森林火灾中有极高价值。

2.4 在自然灾害监测中的应用

自然灾害一旦发生，必然会造成大量的经济损失，甚至于人员伤亡。我国传统的自然灾害监测法是通过专业机构，以定点监测或随机调查的手段，对自然灾害进行实时调查、取证并得出监测报告。这种检测方式人力、物力与时间成本极高，且无法保障自然灾害监测信息的及时性，也很难辨别早期自然灾害。而摄影测量与遥感技术在自然灾害监测方面的应用极有优势。早在上个世纪20 年代，日本便已经开始使用遥感技术编制国内地质灾害图，美国NASA 也发射了Airs 传感器，用于监测空气质量、温度和水蒸气等指标，能够实时得到异常指标，并从中获得自然灾害的早期预警信息。目前，摄影测量与遥感技术也已用于我国自然灾害监测中，遥感技术可用于地质灾害调查、地质灾害监测等方面，而在交通不甚便利的江河水库防灾减灾工作中，摄影测量与遥感技术也都取得了不错的成果。

2.5 在建设智慧城市中的应用

智慧城市的建设已成为我国城市化建设进程中的重点工作任务。智慧城市的核心目的是以相应的技术手段，制定出远超当前现状的未来城市规划。也就是说，智慧城市的规划反映的是城市未来的面貌与发展趋势[4]。将摄影测量与遥感技术应用于建设智慧城市中，可以得到当前区域的精准资料，包括高精度的地形与地形属性数据、高分辨率的地貌与建筑物分布图等。这些数据信息可以为城市规划提供精准的数据依据，能使城镇规划更加合理。此外，摄影测量技术还能使用在无人机上搭载高分辨率相机的手段，得到城市的正射影像以及城市的实景三维影像，能够更直观地反映城市现状以及城市建设进度。

3.摄影测量与遥感技术的现有状况

3.1 摄影测量的发展现状

摄影测量在我国经历了漫长的发展历程，由传统的人工摄像与计算逐渐过渡到了当前的自动化、数字化发展阶段。步入21 世纪后，科技的创新渐渐淘汰了传统的拍摄手法及过于低效、复杂、繁琐的分析方式。在先进技术、高清摄像头、高速数据处理模式下，自动化的智能高清拍摄手法与大数据的高速数据处理速度，为摄影测量的应用推广提供了技术支持。可以说，如今我国摄影测量中的拍摄技巧、拍摄准确度、数据提取与分析成果及应用规模，早已取得了质的飞跃，完成了数字化转型。摄影测量已成为国内测绘领域中应用最为广泛的技术之一，也有诸多企业和公司慢慢建立了数字化测绘与摄影测量培训流程的综合体系，真正让数字化摄影测量与全球定位系统深度结合在了一起，推动了我国摄影测量领域的可持续发展。

3.2 遥感技术的发展及面临的困境

3.2.1 遥感技术的发展历程

上个世纪70 年代，我国便已开始研究卫星，遥感且已经发射过返回式遥感卫星，但彼时，遥感技术多用于军事领域，真正让遥感技术走入民间，开始探索民用遥感，已是上个世纪70 年代末期。早期，我国卫星遥感事业的发展始终处于“无米之炊”的尴尬境地，严重缺少与卫星遥感相关的数据。遥感技术在创新发展的过程中也都依赖于进口卫星，且遥感技术的应用并不成熟、水平不高，似乎并未展现出优势。在上个世纪末期我国计算机信息软硬件技术的飞速发展，使得遥感数据的处理速度获得了大幅提升，这在一定程度上推动了遥感应用的发展[5]。自1999 年起，我国才开始陆续发射资源系列的民用遥感卫星，但数据的质量与分发渠道水平较低，依然无法有效应用于实践当中。可以说，直至2012 年以前，我国始终处于缺乏遥感数据的尴尬境地。直至2013 年以后，高分辨率对地观测系统重大专项的实施，才推动了民用领域遥感卫星产业的飞速发展，随着我国遥感卫星的数量持续增加、数据资源愈加丰富，遥感数据量已逐渐被用于各个行业，并取得了一定成效。时至今日，我国的遥感卫星数量已占所发射的民用卫星总数1/3 左右，从国家长远发展及航天企业发展计划来看，在未来几年内，我国遥感卫星的数量还将持续上涨。

3.2.2 遥感技术的发展瓶颈

我国遥感技术的发展已迈入了一个崭新的阶段，但依然面临着发展瓶颈。总体而言，目前遥感技术的主要应用瓶颈，是遥感信息的有效性、可靠性与可读性略有不足。如今我国已有多家遥感卫星服务中心企业，也拥有了属于自己的遥感卫星，可出售遥感数据。但实际上，遥感卫星的造价与发射成本极高，在短期内很难实现盈利目标，有部分企业面临着较大的经济压力，若卫星遥感的应用效益不佳，势必会影响这类企业继续发展遥感技术的决心。因此，解决遥感技术遥感数据的实际应用问题，是促进遥感技术可持续发展的关键。

在遥感信息方面的瓶颈，包括信息提取困难、信息准确度较低、信息成果表现形式不完美这三方面。首先，提取遥感数据获取信息是遥感应用的基本工作内容，要从获得的遥感数据中，快速提取到对应且精准的信息是有一定难度的。在我国第二次土地调查至第三次国土调查期间，使用的判读方式依然是最为传统的人工判读，还需工作人员到地核实。虽然，国家积极鼓励工作人员使用计算机或大数据进行解译，但在实践中应用效果不佳，还很有可能会因为机器的错误判定延长信息提取时间，较大的纠错成本使人望而生畏。此外，还有一部分应用计算机解译得来的成果数据实用性不高，缺乏精准度。我国遥感破译技术中应用的理论依然还处于上个世纪90 年代左右的水平，并未发生实质性变革，若不解决信息解译难、信息读取慢的问题，必然会限制遥感技术的创新发展。另外，遥感信息破译和读取时，信息的准确度与精确度是不确定的。不同影像质量不同，会影响到解译信息的准确度和精细程度。最后，目前各个领域与产业对遥感技术的应用都需要遥感提供本行业的定量信息、定性信息与定论信息。但目前遥感信息的转换方式尚不完全，信息成果的表现形式并不完美，这也会影响遥感技术在各领域的推广和应用。

4.摄影测量与遥感技术未来的发展趋势预测

4.1 摄影测量的发展趋势

摄影测量未来的主要发展趋势大致有二。其一，高分辨率的影像技术。进一步提高拍摄画面的清晰度分辨率，确保取得的图像信息是有效的、有用的。目前，国内也已经有了一批新一代的高精尖设备，新设备有着更为清晰的拍摄效果，设备极易、装备整体呈现体积变小、重量变轻的发展趋势。另外，这类设备的使用寿命、耐久程度与拍摄频率也在持续增长。可以说，摄影测量的设备呈现小而精，更灵活、更清晰的方向发展。其二，轻小型低空处理平台。轻小型低空处理平台是为了便于空中拍摄，并妥善处理摄影测量拍摄到的清晰直观的被测物体图片，将其转化为可视化精准度高的数据内容。随着摄影测量设备的不断升级、完善，设备拍摄的图片、转化的数据、分析的成果都会愈发精准，摄影测量的信息处理能力、传输与共享能力必然也会持续提升。照这一趋势持续发展，未来摄影测量必然会走向高效化、智能化、集成化与灵动化的发展路径。

4.2 遥感技术未来的发展前景与主要方向

在软件方面，我国已初步迈入数字化阶段，大数据技术与人工智能产业发展迅猛，未来遥感技术的创新发展，势必会融入大数据人工智能，构建多元遥感数据元，整合多行业的数据信息，加入智能AI，完成遥感信息的精准化与高效率破解，继而生产遥感成果，可全面提高解译信息的可靠度与精准度，进一步提高遥感数据的实用性。想要应用遥感数据的用户往往是不在乎过程的，他们只需要一个确切的结果，一个可用、实用的结果。这意味着，未来基于人工智能与大数据技术解译遥感数据，并为终端用户提供专题地图、数据图表定量信息等最终的成果性服务，是遥感技术应用发展的主要前景。未来遥感软件及相关产品必然会走向智能化、大数据化以及地理信息集成化。使用复杂的技术，获取最简洁易懂的数据成果，将成为遥感技术的主要发展趋势。令人欣喜的是，2022 年我国已有几家新兴企业开始了一体化从多元卫星遥感数据，集成大数据和人工智能于一体的信息化服务遥感应用平台开发工作，随着这类平台的推进、发展与技术积累，未来的遥感应用发展必将遍地开花。

在硬件方面，随着科技时代的发展，我国将研制出越来越多新的遥感测绘卫星，能够为遥感数据提供更加高清的图像资源，有利于精准地呈现数据内容，便于后续的数据收集、整理、汇总与分析工作的顺利开展。如今，我国已开始研究小型遥感卫星群，将其应用于遥感技术中，能进一步提高遥感的测绘效率，相较于传统的单个卫星，遥感小型卫星群能够定位更加精细化的对象，这种卫星群的目的单一、灵活度高，获取信息的更新速度极快，保证了数据的精准度，适用于小时间尺度下的要素分析。例如，小卫星群遥感在抢险救灾工作中的优势极高，极为灵活的小卫星群，可以实时采集灾区各个角度、各个角落的全部信息，且小卫星群的测量频率极高，数据更新速度快，满足抢险救灾工作的紧迫性需求，便于工作人员制定或随时调整后续的救援方案。

结语：

摄影测量与遥感技术是无需接触便可得出被测目标详细信息的一种测量方式。目前，已在各类地形复杂、环境恶劣、被测对象规模大、数量多等极为繁琐的观测工程中取得了广泛的应用。而摄影测量与遥感技术的发展也并非是没有瓶颈的，在数字化时代，集结大数据技术与人工智能等多项先进科技的力量，能实现摄影测量和遥感技术在软件层面上的升级与创新。随着先进理念的涌现以及各种技术瓶颈的突破，摄影测量和遥感技术也将在硬件层面上得到革新。未来，摄影测量与遥感技术的主要发展趋势，势必会朝向小而精、灵活度高，快而准、智能化与数字化等方向发展，并持续为人类社会的发展贡献科技力量。