文档介绍：项目名称:
对地观测数据-空间信息-地学知识的转化机理
首席科学家:
龚健雅武汉大学
起止年限:
依托部门:
教育部中国科学院
一、研究内容
围绕对地观测数据—空间信息—地学知识转化过程中的关键科学问题展开研究。通过研究统一时空基准的对地观测遥感影像成像机理,提出对地观测系统的高精度定位理论以及遥感成像几何物理模型一体化求解方法;通过深入研究基于地理要素及其关系的空间信息反演模型,提出遥感信息解译和目标识别的智能化方法、多源空间信息整合与动态更新的理论和方法;通过探讨从对地观测数据和空间信息中发现地学知识的机制,提出空间数据挖掘与地学知识发现理论以及网格环境下空间信息智能服务模式。
本项目研究涉及基础科学问题,包括地学时空数据认知、各种卫星遥感影像成像机理、对地观测数据与地学知识的转换理论、地学知识的表达规则等;关键算法,包括遥感卫星精确定轨定姿算法、多传感器时间精密同步算法、卫星遥感影像RPC参数整体求解算法等;应用示范,城市空间信息应急反应辅助决策系统。项目的研究涉及六个方面:
对地观测系统的时空基准与高精度空间定位
面向对地观测数据精确处理的重大需求,研究对地观测系统中天地一体化、静动态一体化的优化参考框架,建立完善的对地观测系统定轨定姿的理论、方法与技术,为满足对地观测数据的认知、空间信息反演和地学知识发现,提供精密、连续和统一的基准保障,为深入、细致地研究和理解复杂的“地球”解释提供可靠的数值依据。主要研究内容为:
1)对地观测系统的时空基准
分析不同空间大地测量技术手段的观测模型、解算参数类型及基准定义等特性,研究不同技术在原始观测量、法方程及最终结果等不同层面进行组合的优越性和可行性;分析不同观测系统间的系统性误差,推导相应的平差模型,确定优化组合模式。研究建立统一的时空基准所需要的描述参数、公式和模型的协议,以及协议所涉及的相关理论和方法,建立基于我国自主北斗导航卫星系统的国家地基-空基-天基一体的时空参考基准的基础理论和方法,并研究相应的算法和软件。
2)中低轨遥感卫星精确定轨
研究不同高度、不同类型卫星的精化摄动力模型;分析我国北斗二代、GPS、GLONASS、Galileo和SLR定位的观测值模型,研究对多系统组合定轨方法,形成多数据源融合的可行性方案及相应的质量控制措施;建立可用于实时和事后处理的中低轨卫星精密定轨处理系统。
3)中低轨遥感卫星精密定姿
利用星敏感器摄取的星像图,研究星敏感器观测视场里的有效观测星与导航星表中恒星的自动匹配方法,快速提取与之唯一匹配的天体;根据星图获取时刻计算匹配天区的坐标,建立计算星敏感器姿态以及卫星姿态的算法;开发可用于实时处理的中低轨卫星精密定姿软件平台。
遥感几何物理成像模型与一体化求解方法
卫星遥感所获取的对地观测数据主要是数字影像,而影像是由地物辐射经过大气层后被传感器接收所形成,由于遥感平台的运动、地球的转动等一系列因素的影响使影像在几何上产生变形,在灰度上产生衰减。为了能从对地观测数据中精确提取所需要的地理空间信息,必须对所获取的遥感影像进行精确几何纠正和辐射校正。重点研究内容如下:
1)卫星遥感成像几何物理模型
以线阵推扫式高分辨率遥感影像为对象,研究卫星影像成像机理,利用卫星系统参数建立影像与对应地物的严格几何关系模型;定量研究地球大气对电磁波信号和光信号的吸收及散射引起的信号衰减几何与物理成像模型,建立影像辐射校正模型。
2)卫星遥感影像几何与物理参数一体化求解
研究将遥感影像几何关系模型与辐射校正模型进行组合的理论和方法,根据影像坐标及其灰度建立有理多项式模型(RPC),并用RPC取代严格成像模型。根据地面控制场、辐射定标场、遥感平台及大气等关联条件,研究RPC参数的整体解法和优化算法,以及利用地面控制点提高RPC参数精度的算法。
3)RPC参数分离与遥感影像辐射校正
研究RPC参数的物理意义,将其严格区分为几何改正与辐射校正两部分;研究利用辐射校正参数对遥感影像实施辐射校正的理论与方法,以及将分离出的几何改正参数随影像提供最终用户的标准。
4)利用RPC参数从遥感影像提取空间信息
研究利用RPC几何改正参数直接从遥感影像(单幅影像、立体影像)提取空间信息的理论和方法以及质量控制措施;探索利用影像位置及其灰度所构建的一体化方程反演地物目标的几何与物理特性,为利用对地观测技术解决地物目标的地点、性质、变化三大任务奠定理论基础。
高性能遥感影像网格计算与智能处理
对地观测系统是一个多传感器的集成平台,所获取的数据源自不同的传感器,为提取所需要的信息,需要研究各种传感器影像数据的几何物理特征,提取地理要素及其空间关系。本项内容的研究重点是: