研究背景

 新闻资讯     |      2020-01-24 07:26

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  一门学科在不同的发展阶段总是具有相应的研究特点。地球科学作为一门古老的科学,经过了从综合研究到部门研究再到综合研究的长期发展过程。这种发展轨迹既是现实应用的需要,也是不同阶段学科发展水平的必然。资源、环境、人口是事关全人类发展的问题,要求进行综合的、从区域到全球的多尺度综合研究,这对现代地球科学的发展提出了新的要求。空间科学、信息科学以及计算机技术的发展为地球科学的发展提供了新的机遇,从而产生了一门新兴的交叉学科:地球信息科学。其中地理信息系统作为一种采集、存储、管理、分析和显示空间定位信息的一种技术,是地球信息科学的核心技术之一。陈述彭院士指出:地理信息系统的出现是近40年来地理学发展中的一个革命性事件。同时,现代地球科学大范围、多尺度和动态研究的特点,使遥感成为最有价值的地理信息系统的信息源。因此,如何从遥感数据中提取高精度的信息,是遥感研究和应用中的核心问题之一。如何表达、评价及如何降低所提取信息的不确定性是重要的研究方面之一。

  遥感信息提取中的不确定性是当前遥感研究的一个热点。人们总是希望从遥感数据中提取的信息完全客观准确地反映实际情况,但由于自然环境的复杂性,以及自然环境与遥感波谱相互作用的复杂性,从传感器记录的光谱信号中提取的关于地表的信息中,总是存在不确定性,因此,在使用从遥感数据得到的专题图或某一地表参数的分布信息时,需要了解这些信息的不确定性。

  空间数据的不确定性是评价空间数据质量的最主要方面。地理空间数据的质量对数据生产者和用户来说都是一个非常重要的考虑因子,它可以使数据生产者正确描述他们的数据符合生产规范的程度,也是用户决定数据是否符合他们应用目的的依据。同时,当这些信息作为地理信息系统数据源,在地理信息系统中经过各种操作或进行各种模型运算,并最终为决策支持服务时,数据源中的不确定性会在每一步操作和模型运行中传播,使模型运行的结果具有不确定性,从而使决策具有不确定性。要评价模型输出以及决策中的不确定性,必须首先评价数据源的不确定性。因此,研究从遥感数据中提取的信息的不确定性具有重要和现实的意义。

  多尺度是遥感信息的一个基本特征。现有的遥感数据的空间分辨率包括从0.61 m到数十公里,可以从多个空间尺度进行对地遥感观测。不同空间分辨率的遥感数据所包含的地表信息的详尽程度不同。同时,地表景观本身具有多尺度的层次组织结构。从遥感数据中提取不同尺度层次的景观特征的信息需要不同空间尺度(空间分辨率)的遥感数据。根据所研究的目标,选择合适的空间分辨率的遥感数据可以提高信息提取的精度,降低分析结果的不确定性。一般高空间分辨率的遥感数据含有更多的信息,但并不是空间分辨率越高,信息提取的精度越高,百事彩票登录不确定性越低。就遥感数据土地覆被分类来说,分类精度和地表覆被类型单元的大小有关,过高的空间分辨率反而会降低分类精度。从这个意义上,研究尺度因子在遥感信息提取中的作用,尺度与不确定性的定性和定量关系,百事彩票网址下载以便选择合适的空间分辨率的遥感数据,不但可以降低信息提取的不确定性,而且还可以排除选择数据时的盲目性,并降低数据成本。

  另一方面,现有的地球观测系统中的遥感器只能提供若干个离散的尺度(空间分辨率)的遥感数据,而不是连续变化尺度上的数据。但在实际应用中,常常需要特定空间分辨率的数据,而现有的遥感传感器并不能提供这样空间分辨率的数据。这种情况下,就需要对现有空间分辨率的数据进行尺度转换,以满足不同应用的需求。百事彩票网址下载因此,如何对遥感数据(或者,更广义地,空间数据)进行尺度转换,就成为一个重要的研究问题。

  遥感信息的尺度问题研究是当前国内外的研究热点。国外至少在20世纪70年代末期就开展了相关领域的研究。我国已在这一领域开展了许多研究工作。由李小文院士主持的我国重点基础研究项目(973项目)“地球表面时空多变要素的定量遥感理论及应用”中,“在像元尺度上,以研究尺度效应和尺度转换理论为核心,检验与反演目标参数有关的基本物理概念、定理、定律的适用性”被列为总体目标和要解决的关键科学问题之一。此外,一系列关于遥感中尺度问题的国际会议也相继召开并出版了相关文集。例如,1993年在法国召开的热红外遥感尺度问题国际会议,尺度问题被认为是空间对地观测中的主要挑战;1997年召开了遥感和GIS中的尺度问题国际会议;1996年召开了关于利用遥感信息进行水文学中尺度转换的国际会议。2001年7月在中国黄山召开的第一届国际热红外遥感会议上,尺度问题被列为最主要的讨论主题之一。

  遥感信息的不确定性和尺度问题绝不是独立存在的问题。遥感数据的空间尺度(空间分辨率)是影响遥感信息提取不确定性的重要因素,要提取高精度的信息,需要选择合适空间分辨率的遥感数据。同时,在遥感信息不确定性的评价过程中,需要考虑从遥感数据中提取的信息与参考数据空间尺度的差异。例如,当以点位观测数据验证遥感信息提取的精度时,常常需要对点位观测信息进行尺度扩展。