是蓬勃發展起來的新興技術領域。它集中了、計算機、通訊和地球科學、生物學等學科的最新成就，在地球系統科學、資源與環境科學以及農業、林業、地質、水文、城市與區域開發、海洋、氣象、測繪等科學和國民經濟的重大發展，發揮著越來越大的作用。 遙感、地理信息系統技術和最近發展起來的全球定位技術，導致了地球科學的研究範圍、內容、性質和方法的巨大變化，標誌著地球科學的一場革命。
基本介紹
- 中文名：遙感和地理信息系統
- 發展時間：70年代
- 領域：空間、電子、光學等
- 影響：為地球科學提供了全新的研究手段
- 發展趨勢1：綜合對地觀測系統的建立
- 2：一體化
- 3：高速大容量遙感數據處理系統建設
優勢作用,發展趨勢,多媒體技術,主要研究,
優勢作用
和傳統的對地觀測手段相比，它的優勢表現在：提供了全球或大區域精確定位的高頻度巨觀影象，從而揭示了岩石圈、水圈、氣圈和生物圈的相互作用和相互關係，促進了地球系統科學的誕生；擴大了人的視野，從可見光發展到紅外、微波等波譜範圍，加深了人類對地球的了解；在遙感與地理信息系統基礎上建立的數學模型為定量化分析奠定了基礎；同時，還實現了空間和時間的轉移：空間上野外部分工作轉移到實驗室；時間上從過去、現在的研究發展到在三維空間上定量地預測未來。遙感技術正在改變著地球科學研究的進程。
環境與資源是地球科學的主要套用研究領域，也是以遙感技術為核心的對地觀測技術最具有套用潛力的領域之一。我國正面臨著日益嚴重的環境與資源問題，本世紀末到下世紀初，將是我國環境與資源問題最為尖銳的時期，如果處理不好，必將影響到國民經濟的持續發展。因此，遙感技術已被列為國家90年代國民經濟發展的35項關鍵技術之一。遙感技術在解決我國資源與環境問題、促進國民經濟持續發展的作用是：
（1）為制定國民經濟發展計畫提供資源與環境動態基礎數據。
(2）為國家重大的資源、環境突發性事件提供及時準確的監測評估數據，保證國家對這些重大問題作出正確、快速的反應。
（4）為國家的重要經濟領域提供信息服務。
遙感套用的綜合性是其重要的技術特徵和技術優勢。遙感技術在地質礦產和水資源的勘探，森林，草場資源調查與評價，海洋漁場調查，城市的規劃，氣象，海洋預報等領域均發揮著重要作用。它的技術發展將推動國民經濟各領域信息技術進步，更好地為國家發展決策服務。
發展趨勢
在衛星遙感套用方面，空間技術、信息技術和計算機技術的發展，推動了遙感技術的進步。遙感影像的空間分辯力和光譜分辯力的明顯提高，擴展了它的套用領域；計算機運算速度和容量成數量級的增加、資料庫技術和網路技術的發展和人工智慧的套用為分析處理大數據量的遙感和地理數據創造了條件。所有這些都為遙感信息系統的實用化奠定了技術基礎。數學模型作為聯繫遙感、地理信息系統與實際套用之間的紐帶，處於十分重要的位置，發揮了極為重要的作用。遙感與地理信息系統的發展趨勢表現在以下幾個方面。
遙感技術套用實踐表明，服務於資源與環境監測的對地觀測系統是由航天、航空、地面觀測台站網路等系統組成的，具有提供定位、定性、定量數據能力的綜合性技術系統。同時，這個系統應當是一個全天候、全方位的綜合系統，這樣才有可能對地球物理場、生物、地理、化學過程進行比較全面的調查研究，從而為資源開發、環境保護、區域經濟協調和持續發展提供系統的科學數據和信息服務。
地理信息系統需要套用遙感資料更新其資料庫中的數據；而遙感影像的識別需要在地理信息系統支持下改善其精度並在數學模型中得到套用。兩者之間存在著密切的相互依存關係。但在目前的技術水平下，這種關係受到制約，主要有兩方面的原因：一是受衛星解析度和識別技術所限，遙感圖像計算機識別的精度還不能滿足更新較大比例尺專題圖的要求；二是遙感圖像與常用的地理信息系統的不同的數據結構妨礙了數據間的傳輸。
展望今後十年，新一代衛星影像的分辨力將有大幅度提高；在專家系統支持下，計算機識別精度也將有明顯的改善；同時，從遙感圖像具有的棚格數據結構向地理信息系統常用的矢量數據結構的轉換已取得明顯進展，新的數據結構不斷出現，有的達到實用化水平。因此，遙感與地理信息系統一體化已是可以看到的前景。那時，再也不需要重複遙感圖像一目視解譯一編圖一數位化進入地理信息系統的模式，整個過程將為計算機處理所代替，套用實時遙感數據的數學模型將得以運行。
遙感、全球定位系統和地理信息系統一體化技術，又稱三s技術（RS、GPS、Gis)，隨著美國用於全球定位系統的24顆衛星在1993年6月最終全部發射成功已提到日程。全球定位系統的組合技術系統為遙感對地觀測信息提供了準實時或實時的定位信息和地面高程模型；遙感對地觀測的海量波譜信息為目標識別及科學規律的探測提供了定性或定量數據；遙感、全球定位系統、地理信息系統的一體化將使地理信息系統具有獲取準確、快速定位的現實遙感信息的能力，實現資料庫的快速更新和在分析決策模型支持下，快速完成多維、多元複合分析。因此，三5技術將最終建成新型的地面三維信息和地理編碼影像的實時或準實時獲取與處理系統，形成快速、高精度信息處理流程，對遙感技術發展具有深遠的意義。
當前，急待解決遙感地面套用系統建設較衛星研製和發射投入薄弱、時間滯後的問題。
環境與資源遙感監測特點要求遙感數據處理系統必須有較高的處理速度、處理能力和精度。 80年代以衛星圖像目視解譯為基礎的大區域綜合調查需要3年左右時間完成，和傳統調查方法相比，這已經是很大的進步； 90年代以資源與環境動態監測為目標，這個周期必須縮短到一年而災害評估、農作物估產等定量環境和資源遙感工程，則更需要數小時和數天內完成。在數據處理分析精度方面，考慮到資源與環境動態監測中要查清的季度、年度變化本身數值很小，因此對精度的要求更為嚴格，需要穩定在90%以上，直至達到95%，這是傳統的計算機識別沒有達到的目標。同時，未來空間遙感技術發展將導致感測器空間解析度、光譜解析度的大幅度提高，這些感測器投入運行的結果將使衛星圖像的數據量和計算機處理運算量大幅度增加。據初步統計， 90年代末期，遙感衛星的數據量將增加100～400倍，計算機處理的運算量將增加1000～17000倍。目前需要百萬次級計算機解決的圖像識別問題，將需要由10億次～170億次計算機完成。上述處理速度、精度和處理能力問題如不解決，將造成大量遙感數據積壓，處於數據爆炸狀態，無法發揮遙感技術所具有的巨觀、快速和綜合的優勢。因此，以解決上述問題為目標，建設遙感數據處理系統勢在必行。在系統設計中，定量化遙感是重要的方向，主要通過絕對輻射校正研究解決（包括遙感器絕對定標和建立目標的地物波譜與遙感數據的相關模型）。此外，在處理技術方面，要解決多元、多維複合分析的智慧型化處理，以及新型感測器數據分析處理技術等關鍵問題。
神經網路計算機和專家系統將對高速大容量遙感與地理信息系統數據處理系統建設提供強有力的支持。神經網路計算機是儘可能模擬人腦——超級信息處理系統的產物。它試圖解決現代計算機無法根本解決的一些技術問題，例如對各種圖像信息的快速準確的識別。造成這些問題的原因是現代計算機在馮·諾伊曼體系下，按符號/邏輯規則順序串列運算，它不具備、人腦的智慧性、時空整合、思維聯想等功能。儘管在現代計算機中人工智慧獲得了套用，但仍無法準確模擬人腦的思維活動。若採用神經網路，利用其全並行處理、自適應學習、聯想功能等特點，解決計算機視覺、模式識別等待大數據量、信息特別複雜的問題，表現出明顯優於傳統計算機方法的優勢，從而解決遙感圖像識別和遙感及地理信息系統數據的綜合分析等問題。
專家系統已在遙感圖像識別實驗中得到套用，但遠遠沒有達到實用階段。當前一些遙感套用科學工作者開發了一批專家系統軟體，但還很不成熟。應當指出，計算機研究人員已開發了一批專家系統開發工具，從理論完整性和實用性以及人力的投入上都遠遠超過了套用工作者開發的專家系統。因此，對於遙感和地理信息系統套用科學家來說，正確的途徑不是良己獨立開發專家系統，而是從眾多的已開發的專家系統開發工具中選取適合於地球科學套用的模式，賦予地球科學內容，特別是在認真科學地總結專家知識的基礎上建立知識庫應是地球科學工作者研究和套用專家系統的正確方向。
地理信息系統技術發展
地理信息系統已是遙感套用的不可分割的組成部分，它將以更有效地支持數學模型為目標，在結構上進行調整。
（1）面向目標的設計思想
現有的地理信息系統具有較滿意的輸入、編輯、查詢的展示空間信息的功能，但這些系統在執行空間分析的模型化方面有局限性。主要原因是不同的套用模型使用不同於地理信息系統的數據結構，使得地球科學套用人員不得不花費更多的時間去解決計算機的問題，而不是解決地球科學問題。面向目標的結構和語言在過去的十年中，在程式語言、系統分析的設計、計算機輔助工程、計算機輔助設計和管理、資料庫管理系統中得到越來越多的套用，它將允許將空間數據類型加到語言中，它所定義的新的一級目標作為以前定義目標的擴展，可以減少數據的冗餘。因而，它在地理信息系統中有著廣闊的前景。
（2）計算機並行處理技術
當前，地球科學分析對計算機運算量有了越來越大的要求。這主要是因為遙感與地理信息系統中套用的數學分析模型將面對日益膨脹的地理信息系統構成的大型空間資料庫、對全球研究的日益濃厚的興趣、決策系統對快速回響的迫切需要。因此，順序處理已不能滿足極大量的數據運算要求，取而代之的將是並行處理技術，以更大幅度提高運算速度。
（3）新型的地理信息系統數據結構
當前，普遍認為基於矢量與基於柵格的數據結構都有局限性，數據結構的改造勢在必行，方向是把矢量與柵格數據結構的優點結合起來。現在提出的線性四叉樹的一元數據結構，R樹結構，都有待進一步研究，並在實際中套用。
遙感與地理信息系統中數學模型的進展
（1）數學地理模型的專業化研究
（2）基於數據結構理論的模型開發
在過去乃至當前，數學地理模型研究更多偏向於模型的建立、數理方程的求解，而對模型的可移植性、有效性等不夠重視，模型的數據與代碼分開。新一代數學地理模型將把代碼與數據結合考慮，共存於模型之中，讓數據引導代碼，代碼處理數據。
（3）通用化數學分析模型的研製
隨著數字分析技術的發展和計算機功能的提高，通過進一步的理論概括和概化，形成以處理數字數據為主體的通用化數學地理模型。例如以研究時間進程為主要對象的時序分析模型系統的建立，以模擬地理現象二維或三維空間分布特徵為對象的面模擬模型。七些通用化的分析模型將進一步改善現有地理信息系統軟體的分析功能。
（4）數學地理模型工具的建立
為了便於數學地理模型的推廣套用，提高模型的分析水平，數學地理模型工具的建立將是未來研究的一個方向，包括專業化的地理模型語言，具有智慧型化水平的模型管理系統。它們既可以作為獨立體存在，也可與遙感和地理信息系統有機的結合為一起。
多媒體技術
多媒體技術是計算機的下一場革命。今後幾年內，多媒體將是PC機上最普及的人機接口，而圖形用戶接口將結束其歷史使命。今後多媒體用戶接口將會出台並廣泛套用。多媒體計算機集聲、圖、文於一體，集電視、錄相、光碟存儲、電子印刷和計算機通信之大成，多媒體技術性必將得到廣泛套用的大趨勢構成90年代的時代特徵。多媒體技術和資料庫、通信技術、專家系統、知識信息處理相結合可開發更好的具有一定智慧型的決策支持系統。建立面向對象的多媒體資料庫更有效的綜合利用多媒體信息為決策服務。這都將在遙感和地理信息系統設計與實現方面引起革命性變化。
主要研究
（1）遙感信息傳輸與成像機理研究
通過對地球表面各圈層物質，即岩石圈、水圈、生物圈和大氣圈物質與電磁波輻射之間相互作用所表現出來的一系列特徵及其在時間和空間上的展布與延伸；通過物理基礎模型的建立和地學規律的結合，數學算法及計算機信息處理技術的發展，達到深入研究地球表層物質的類型，識別屬性，區分類型，分析其時空動態變化及數量的目的。因此，以地表物質與電磁波輻射相互作用為主線，以及所產生的電磁波在各個區域，如可見光、近紅外和短波紅外、熱紅外，微波等的反射、透射、吸收發射和散射為基礎，建立電磁波遙感信息在大氣、水體、岩石圈土壤中的傳輸模型，研究遙感信息在大尺度空間分異和時間序列上的動態變化，在光譜維的延伸上研究成像光譜信息與地球科學特徵的定量關係，在微波遙感方面研究其成像機理及識別地物的能力。
（2）遙感、全球定位系統一體化研究
通過研製基於成像感測器數據，雷射掃描測距數據，全球定位。系統數據和飛機姿態數據的三維信息獲取與實時處理的實用化系統，實現高速（提高1～2個數量級），無地面控制點直接獲取已相互準確匹配的DEM和地球科學編碼影像。同時，完成星載成像光譜信息獲取與快速處理技術系統預研工作。
（3）高速大容量遙感數據處理系統研究
（4）地理信息系統研究
