高光譜遙感技術(shù)研究進展

【摘 要】 遙感領域最重要的發(fā)展之一就是高光譜遙感的興起，它已成為國際遙感技術(shù)研究的熱門課題。高光譜遙感是一門綜合性、多學科交叉的技術(shù)，它逐漸被廣泛的應用在林業(yè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、土壤、海洋等領域。本文介紹了高光譜技術(shù)的主要發(fā)展歷程，以及在5個領域中主要應用方向，為了解高光譜提供依據(jù)。

【關鍵詞】 遙感技術(shù) 高光譜數(shù)據(jù) 發(fā)展 應用

引 言

遙感技術(shù)采用各種手段，利用各種傳感器來檢測這些信息，并通過分析這些特征來達到研究目標對象的目的。而高光譜成像技術(shù)和儀器的發(fā)展為遙感技術(shù)的發(fā)展開辟了新的前景。高光譜技術(shù)在我國近二十年迅速發(fā)展起來的全新遙感技術(shù)，它具有窄波段、多通道、及圖譜合一的優(yōu)點，以納米級的超高光譜分辨率和幾十或幾百個波段同一時間對地面目標成像，從而獲得連續(xù)的地物光譜信息。高光譜遙感與傳統(tǒng)遙感相比具有更強的地物識別與定量反演的能力，彌補了遙感在微觀層面的空缺。

高光譜遙感正在由實驗研究階段逐步轉(zhuǎn)向?qū)嶋H應用階段，而在技術(shù)發(fā)展方面則由以航空系統(tǒng)為主開始轉(zhuǎn)向于航空和航天高光譜分辨率遙感系統(tǒng)相結(jié)合的階段。目前為止，國際上已有40余套航空成像光譜儀處于運行狀態(tài)，在實驗、研究以及信息的商業(yè)化方面發(fā)揮著重要作用[1]。而作為國際遙感科學的研究前沿和熱點，高光譜遙感已廣泛的應用到許多學科領域。

1高光譜的發(fā)展

20世紀初，利用氣球和飛機作為遙感平臺，拉開了遙感技術(shù)的大幕;20世紀50年代末、60年代初，前蘇聯(lián)率先發(fā)射人造地球衛(wèi)星，相繼美國發(fā)射名為TIROS-1的首個氣象衛(wèi)星;20世紀70年代，美國發(fā)射了一系列的陸地資源衛(wèi)星Landsat和氣象衛(wèi)星[2]。之后，法國、加拿大以及中國等也先后發(fā)射各國的資源衛(wèi)星與氣象衛(wèi)星，開啟了航天遙感新的紀元。

高光譜遙感技術(shù)誕生于20世紀80年代，它是成像技術(shù)與光譜技術(shù)結(jié)合在一起，在對目標地物的空間特征成像的同時，對每個空間像元形成幾十乃至幾百個窄波段進行連續(xù)的光譜覆蓋，其特點是在特定的光譜區(qū)域以高光譜分辨率同時獲取連續(xù)的地物光譜圖像，高光譜遙感的顯著特點已經(jīng)成為連接遙感數(shù)據(jù)處理、地面測量、光譜模型和應用的強有力的工具。高光譜遙感的基礎是波譜學，早在20世紀初波譜學就被用于識別分子和原子的結(jié)構(gòu)。

高光譜遙感技術(shù)以高光譜分辨能力，高時間采樣頻率和大范圍同步成像等優(yōu)勢，為實現(xiàn)地物反演和地物狀況的準確估算創(chuàng)造了可能，達到在不同的時空尺度上精確、實時的獲取地面目標的數(shù)量、質(zhì)量的動態(tài)變化。因此，伴隨著高光譜傳感器的快速發(fā)展，高光譜遙感被廣泛的應用林業(yè)、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)等領域，并取得階段性的成效。

2高光譜的應用

2.1高光譜在林業(yè)中的應用。高光譜遙感具有超高的光譜分辨率，能夠識別光譜的細微變化，為研究植被光譜響應及物理機制提供支撐[3]。利用高光譜遙感提取植被的生理參數(shù)，包括葉面積指數(shù)、生物量等，了解植被的生理過程已成為當前研究植被的趨勢。植被高光譜遙感數(shù)據(jù)被廣泛的用于植被參數(shù)估算與分析、植被長勢監(jiān)測、估產(chǎn)及生物量估算等領域[8]。基于高光譜數(shù)據(jù)的混合光譜分解的方式可以提取森林郁閉度信息，全面地了解森林結(jié)構(gòu)和森林環(huán)境，為做好森林生態(tài)系統(tǒng)的管理工作提供支撐[4]。并且，高光譜數(shù)據(jù)采取多維光譜空間信息分析技術(shù)可以提取森林變化信息和監(jiān)測森林火災，有效保證森林資源管理的科學性。

2.2高光譜在農(nóng)業(yè)中的應用。高光譜遙感技術(shù)不僅能對目標成像，又能量測目標物的波譜特性。國外較早將高光譜遙感技術(shù)運用在農(nóng)業(yè)中，如美國農(nóng)業(yè)部（USDA）和國家航空航天局（NASA）等部門在1980年便開始了對全球多種糧食作物進行產(chǎn)量估算[5]。農(nóng)作物冠層與大多數(shù)地物一樣，屬非朗伯體，會表現(xiàn)出不同程度的各向異性特征，一般利用多角度遙感觀測以獲取作物冠層的多角度信息，提升作物生化參量的監(jiān)測和反演精度[6]。農(nóng)業(yè)中，高光譜遙感既可以很好的識別農(nóng)作物類型，也可以監(jiān)測農(nóng)作物長勢情況，還能反演農(nóng)作物的理化特性等，對農(nóng)作物的品質(zhì)、長勢和產(chǎn)量的預測及評估的需求是促進高光譜遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)的應用中蓬勃發(fā)展。

2.3高光譜在地質(zhì)中的應用。高光譜遙感具有地表地物豐富的光譜信息，在地質(zhì)中，可以根據(jù)不同巖石的光譜特征，運用圖像處理方法，對各種巖石類型信息進行提取，逐步實現(xiàn)高光譜遙感技術(shù)在地質(zhì)領域由定性向定量的轉(zhuǎn)變。巖類隨造巖礦物的不同，光譜曲線呈現(xiàn)區(qū)域性變化，但也具有局部的穩(wěn)定性和規(guī)律性。通過對研究區(qū)進行野外光譜特征測試，對比分析光譜特征，再利用計算機進行巖類識別與信息提取。

3小結(jié)

高光譜遙感的出現(xiàn)是遙感界的一場革命， 隨著對高光譜遙感技術(shù)的深入研究，學者在海量的高光譜遙感數(shù)據(jù)上面臨著波段選擇、特征提取以及如何更有效的對高光譜遙感信息提取等問題，并且發(fā)展相應的計算機軟硬件，以減少存儲空間的需要和數(shù)據(jù)處理的時間，提高存儲容量和處理速度是刻不容緩的。針對高光譜遙感影像在分類處理方面存在提升分類精度以及提高分類精度的挑戰(zhàn)。我國在高光譜遙感技術(shù)領域中起步較晚，雖然目前差距逐漸縮小，但是星載高光譜數(shù)據(jù)在研究某些地物目標仍不能滿足精度要求，提高傳感器的穩(wěn)定性、同步飛行參數(shù)獲取等以得到更好質(zhì)量的高光譜影像是今后必然發(fā)展趨勢。

【參考文獻】

[1] 白繼偉. 基于高光譜數(shù)據(jù)庫的光譜匹配技術(shù)研究[D].中國科學院研究生院（遙感應用研究所），2002.

[2] 唐延林，黃敬峰.農(nóng)業(yè)高光譜遙感研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].遙感技術(shù)與應用，2001（04）：248-251.

[3] 何理深，張超.濕地植被高光譜遙感技術(shù)應用研究[J].西南林業(yè)大學學報（自然科學），2018，38（06）：208-214.

[4] 申廣榮，王人潮.植被高光譜遙感的應用研究綜述[J].上海交通大學學報（農(nóng)業(yè)科學版），2001（04）：315-321.

[5] 姜奧.遙感技術(shù)在林業(yè)監(jiān)測中的應用[J].河南農(nóng)業(yè)，2018（32）：25-26.

[6] Singh R， Semmwal D P， Rai A， et al. Small area estimation of cropyield using remote sensing satellite data[J].International Journal of Remote Sensing，2002，23（1）：49-56.

作者簡介：張晗（1996—），女，漢族，重慶永川人，學生，碩士，單位：成都理工大學地圖學與地理信息系統(tǒng)專業(yè)，研究方向：3S技術(shù)與數(shù)字國土。