遥感卫星

关键词： 人造卫星 数据资料 遥感技术 航天技术

遥感卫星（精选十篇）

遥感卫星 篇1

2010年7月12日,印度用一枚火箭成功将五颗卫星送入预定轨道,其中的一颗新型高分辨率遥感卫星——制图卫星-2B (Cartosat-2B)最为引人注目,分辨率达0.8m。对此,《印度时报》称,随着制图卫星-2B的成功发射,印度在太空中有10颗遥感卫星(包括四颗测绘卫星——制图卫星-1,2,2A,2B),它们使印度在监控边境活动方面具备了优势,对某个特定的地理区域在每48小时内“重访”一次。

空间分辨率优于1m的卫星可用于军事侦察。制图卫星-2B不仅分辨率高,还具有在26°范围内可操纵的特性,所以在移动过程中仍能对某物体进行长时间监控,增强了印度卫星的"重访"能力，并确保了服务的持续性。2005年发射的制图卫星-1可能再过一年就结束它的使命了,制图卫星-2B的发射升空确保了服务不会间断。

近年来,印度遥感卫星(IRS)-1C.ID,P2,P3,P4,P5,P6,P7等先后升空,使印度成为世界卫星遥感大国,已陆续向美国、日本和中国等国出售“印度遥感卫星”的数据,并为研制侦察卫星奠定了基础。

二、印度遥感卫星发展迅速

1.早期发展历程

为了加强地球资源的勘察、开发与管理,印度于1975年4月用苏联火箭发射了第一颗自制的卫星“阿里亚哈塔”(Aryabhata),进行了遥感试验。于1979和1981年先后发射了巴斯卡拉-1和2 (Bhaskara-1,2)。巴斯卡拉-2卫星采用自旋稳定方式,运行在高500km的近圆轨道,质量436kg,寿命一年。印度科学家利用它收集的数据,绘制了土地利用、森林、地质、地貌和积雪覆盖专题图。星上微波辐射计的数据在气象和海洋学等方面得到了广泛应用。在发射“巴斯卡拉”卫星的同时,印度于1979,1980,1981和1983年用自己的卫星运载器-3火箭发射了四颗“罗希尼”(Rohini)系列卫星;除第一颗发射失败外,其余三颗均获得了成功。从1982年起,印度开始研制改进型“罗希尼”卫星系列。直到1994年5月4日发射取得了成功。“罗希尼”卫星用途各异,有X射线天文学卫星,也有超高层大气物理学卫星。

上述卫星均采用了苏联的技术,带有试验性质,为后来发展打下良好基础。

2.研制实用卫星

为了独立发展空间遥感技术,印度空间研究组织从1978年起开始制定“印度遥感卫星”计划,并在1982年得到了印度政府的批准。1988年3月17日,印度第一颗自制的实用遥感卫星印度遥感卫星-1A用苏联的东方号火箭发射成功。该星重975kg,运行在904km的太阳同步轨道上。印度遥感卫星-1B于1991年8月29日由苏联的东方号火箭发射升空。印度遥感卫星-1A的设计寿命为3年,但通过地面控制人员的精打细算,节省使用星上燃料,使该星的实际工作寿命超过了7年。

1995年12月28日,印度用俄罗斯闪电号火箭发射了首颗第二代遥感卫星印度遥感卫星-1C,1997年9月29日发射了与它相同的印度遥感卫星-1D。这两颗第二代卫星采用了许多新技术,能提供连续性数据、更高的空间分辨率、更大的光谱覆盖区和立体图像,并有重访能力。星上单谱段全色相机空间分辨率为5.8m,幅宽为70km,且其镜头垂直轨迹方向±26°可控,因而能缩短重访周期和进行立体观测。因为印度遥感卫星-1C遥感器中的推进式自动搜索干扰振荡器采用了双控制式扫描技术,所以它能提供连续的扫描线条,最大限度地延长了对地面物体的拍照时间,确保了图像的质量和保真度。

印度遥感卫星-1A,1B给用户提供的高质量数据产品,已使印度建立的国家自然资源管理系统能不断收入卫星遥感数据。而印度遥感卫星-1C,1D上的遥感器与其他卫星(覆盖不同电磁波谱区)结合使用,则产生了新的应用领域。利用短红外谱区的数据,能提供有关水灾和虫害的实用信息,从而进行更有效的农业管理;使用高分辨率数据可建立详尽的具有数字地形模型的数字式图形数据库,解决工程上的一些复杂问题;综合利用印度遥感卫星-1C上各相机的独特性能(全色相机的高分辨率、线性成像自扫描相机的多光谱特征和宽视场相机的高重复性)还提高了农作物估产的准确性,改进了农作物长势监测及分类工作。

简言之,印度第二代遥感卫星具有空间及光谱分辨率高,光谱覆盖范围宽,重访频率高,能立体观测成像以及有在轨记录能力等特点,曾被称为“皇冠上的宝石”。

3.小型卫星发展

为了配合本国“极地卫星运载火箭”(PSLV)的研制,印度还研制了较轻的印度遥感卫星-P系列小型单遥感器卫星。1994年10月15日,印度首次用自制的“Σ极轨卫星运载火箭”成功发射了印度遥感卫星-P2,1996年3月21日又把印度遥感卫星-P3送入太空。1999年5月25日升空的印度遥感卫星-P4 (又叫海洋卫星-1——OceanSat-1)用于获取海洋数据。2003年10月17日,印度的“极轨卫星运载火箭”又把重1360kg的印度遥感卫星-P6 (又叫资源卫星-1——Resourcesat-1)射入817km高的太阳同步轨道,是用“极轨卫星运载火箭”发射的最重卫星。根据设计,该卫星每天绕轨道运行14圈,预计寿命为5年,可获得5.8m分辨率的多谱段数据。印度官方说,这颗卫星是印度迄今为止最成熟的遥感卫星,它能延续提供那些寿命已到期的遥感卫星的服务,进一步扩展了遥感卫星的应用领域,特别是在农业、自然灾害管理以及土地和水资源等方面的应用。

2005年5月5日发射的印度遥感卫星-P5 (也叫制图卫星-1)是印度首颗具备立体成像能力的卫星,使印度遥感卫星进入了一个新阶段,提高绘制地图的精确性,同时进行资源评估和灾难监测,对印度的制图和城镇规划具有重要意义。印度遥感卫星-P5专用于高级制图,其卫星数据现正在用于绘图、改进地籍制图、土地利用和地理信息系统(GIS),使印度置身于世界上具备专有卫星测绘能力的领先队伍中。其卫星图像和印度遥感卫星-P6卫星拍摄的多频谱波段图像相结合有可能在世界市场上提供最好的卫星成像和遥感数据产品。它还能准确及时地监视印周边国家的导弹试验及发射情况并可提供清晰的图像。随着印度遥感卫星-P5卫星的发射,印度军事航天将被注入更大的潜力。

2007年1月10日发射的印度遥感卫星-P7 (又叫制图卫星-2)是“印度遥感卫星”系列的第12颗卫星。其卫星数据对于国家精细制图具有很高的价值,可用于土地清册、城乡基础结构发展、土地信息和地理学信息系统。它还是一颗能进行大气、海洋及气候观测的综合卫星,装有高度计、微波辐射计和散射计、热红外辐射计等,对全球大气及海洋环境进行综合观测。

4侦察卫星亮相

其实,制图卫星-1,2都属于军民两用的卫星。印度很早就开始筹划研制侦察卫星,以期成为亚洲军事航天大国。由于第二代”印度遥感卫星”采用了较先进的技术,故能满足用户的多种需求,包括用于军事目的。如把印度遥感卫星-1C的轨道高度降至200～400km,其全色相机的分辨率就可达2.5～5m。印度军方于1996年就接管了印度遥感卫星-1C的使用权,以便监测邻国在靠近印度边界部署的核弹和弹道导弹。可以说,印度遥感卫星-1C是一颗具有明显军事潜力的遥感卫星,能侦获军事目标的优质图像。

与印度遥感卫星-1C相比,印度遥感卫星-1D更是具有真正意义的印度国产军民两用遥感卫星,其星载3部照相机发回的图像质量较高,能够准确清晰地执行测绘任务。

1999年夏季,印巴两国在克什米尔地区爆发的大规模武装冲突后,印度加快了专用侦察卫星的研发步伐。

印度于2001年10月22日成功发射首颗试验型侦察卫星——“技术实验卫星”。该星采用民用“印度遥感卫星”的基本结构,分辨率1m。它在轨道上演示和验证了用于印度未来卫星的一些技术。这些技术包括姿态和轨道控制系统、大转矩反作用轮、新型最优化反应控制系统和一个单组元推进剂储箱、轻质量卫星结构、固态记录仪、X频段相控阵天线、改进型卫星定位系统、微小型跟踪和指令(TTC)和电源系统以及双镜共轴(two-mirror-onaxis)照相机光学系统。该星还携带了一台全色照相机用于遥感实验,其任务是为印度军方提供印度海岸和印中、印巴边境的区域地图。

美国GIS开发网透露,配有高性能遥感器的”技术实验卫星”曾为美国对阿富汗的反恐怖战争做了最新的独家报道,而美国著名的有线电视网(CNN)无法做到这一点。有关人士向《印度快报》透露,该星发回了坎大哈与喀布尔详细地形图片,以及美国进攻阿富汗的快照影像。有关专家指出,这颗侦察卫星有可能在未来被用作电子战,干扰敌方雷达和其他侦察设备的“太空平台”。

出于战略和安全原因,印度官员拒绝就那些影像及其包含的内容透露更多信息,但可以肯定,“技术实验卫星”覆盖了全球超过60%的地区,并定时传送图片。印度一直在与阿富汗境内的美国地面部队共享该卫星收集的战略信息数据。

在伊拉克战争中,“技术实验卫星”也窥视了伊拉克战区。从2002年12月开始,“技术实验卫星”大部分时间是在伊拉克及其附近的上空转悠。印度方面说战区的大部分军事行动都被星上相机尽收眼底,该相机由印度自己制造,可以拍摄地面上的细节(如部队运动、帐篷和车辆)。

在伊拉克战争中,印度对“技术实验卫星”进行了两项试验。第一,验证卫星是否能够定位得足够好,以便能够获得必要的信息。飞过一个地方是一回事,而让卫星在一个地方上空呆一会儿是另外一回事。第二,用卫星获得某些武器系统使用效果的细节。卫星可以在打击前后分别拍摄图片来看毁坏的情况。

这颗卫星每天至少绕地球轨道转14次,在2～3天内重新观测地球表面同一地区一次。其设计寿命为3年,此后将被更先进的卫星所代替。该星由印度国防情报局局长负责管理。

虽然2008年4月28日上天的印度遥感卫星-P8 (也叫制图卫星-2A)与制图卫星-2性能一样,但它是为印度军方单独定制的,可使印度有能力对邻国所有的核试爆地点、导弹发射井位置以及部队的集结进行密切监视,如监视印中边境和印巴边境的兵力部署、中巴导弹活动情况。该卫星空间分辨率约为0.7～1m,幅宽约为9.6km,并具有45°斜视能力,具有很灵活的机动作战能力,一旦需要随时可以变轨,从不同高度和角度,对一些重要目标实施纵深拍照,包括导弹阵地和机场等目标。

印军认为有必要组建侦察卫星网,它由三颗照相侦察卫星组成。为此,印度在2009年和2010年分别发射两颗经过改进的照相侦察卫星,一颗是雷达成像侦察卫星——雷达卫星-2,另一颗光学成像侦察卫星——制图卫星-2B。这样,印度的太空侦察网包括三颗新型照相侦察卫星,初步具备对邻国进行定期侦察的能力。为了使侦察范围覆盖整个南亚乃至全球,侦察效果更好、更稳定,印度还决定在近些年发展由至少6颗照相侦察卫星组成的卫星侦察网,届时其分辨率也将提高到0.5m。据报道,印度计划在其“十一五年”(2007—2012)计划发射11颗各种类型的照相侦察卫星。

5.遥感卫星近况

2009年4月20日,一枚印度“极轨卫星运载火箭”成功发射了雷达卫星-2 (RISAT-2)。它是印度第一颗雷达卫星,不过是从以色列购买的,质量为300kg,运行轨道距地面550km,能拍摄到自行车大小的物体,可全天候、全天时工作,用于监控印度边境,检查越境活动,帮助安全部队打击渗透和恐怖主义活动,提高印度的侦察能力,同时加强对地质灾害的监测。

2009年9月23日,印度海洋卫星-2上天。其质量为960kg,使用寿命约为5年,是印度第16颗遥感卫星(其中有9颗仍在轨运行),用于替换1999年5月升空的印度海洋卫星-1,重访周期为2天。它可跟踪海洋生物和鉴别潜在渔区的综合型卫星;协助预报海事趋势和海岸带研究,为天气预报和气象研究提供支持。

2010年7月12日升空的制图卫星-2B,空间分辨率达0.8m,幅宽9km。该卫星主要用于地理测绘以促进印度的基础设施建设和城市规划,但西方媒体普遍认为,它同样可以用于军事监控目的。在此之前,印度已经发射了制图卫星-2,2A,随着制图卫星-2B的成功发射,印度的卫星已经可以对整个印度的国土进行有效覆盖了。

三、未来计划简介

印度目前拥有全球最大的遥感卫星星座,其“印度遥感卫星”系列还被认为为是世界上最好的民用遥感卫星系列之一,主要用于农业、森林、矿山、渔业和环境监测等,以及为位于全球多个地点的地面站所提供的遥感数据产品,卫星数据产品目前在市场中很受欢迎。现在,印度正研制更先进的印度遥感卫星-2,它将用于一体化进行全球气候、海洋和大气探测,以及用于军事目的。

印度计划在未来几年内为部分发展中国家发射一颗名为TWSAT的小型遥感卫星。该星除了将向选定的孟加拉、尼泊尔、斯里兰卡、印尼、马来西亚、毛里求斯和马尔代夫等国传送图像外,印度空间研究组织还计划在全国安装50个用户终端,接收来自该卫星的数据。TWSAT卫星重90kg,其中有效载荷约为20kg,由印度空间研究组织建造。

印度空间研究组织现正在制造首颗雷达卫星——雷达卫星-1,质量为1750kg,计划于近年使用“极轨卫星运载火箭”发射。它将装载合成孔径雷达(SAR),为印度提供测绘图像的灵活性。印度空间研究组织卫星中心负责人表示:“这是一颗非常复杂的卫星,我们正在采用一种全新的方法制造雷达天线。雷达天线将由500多个蔟合成。”这颗雷达成像卫星大约要花费35亿卢比,而在西方国家制造相同的卫星则需要10亿多美元。据印度空间研究组织透露,与以往有所不同的是,其复杂的图像数据管理工作将由卫星来完成,以前这项工作是在地面完成的。其合成孔径雷达有1副基于收发模块体系结构的平面主动阵列天线,质量为900kg,尺寸为6m×2m。有自己的照明源,在成像时不必依靠日光。该卫星采用了160×4Mb/s的数据处理系统、0.3N·m的反作用轮、合成孔径雷达天线展开机构、70V的动力平台、合成孔径雷达天线和双极化相控阵天线的热控系统。

为了满足未来遥感卫星的要求,印度也计划发展新技术,如:JPEG数据压缩、镍氢蓄电池、姿态和轨道测定系统、半球共振陀螺仪、红外扫描装置、低温冷却器、热红外辐射计、高稳定平台、微波探测器和分光计热辐射平衡仪等。

印度和法国正在联合研制“热带云”(MeghaTropiques)卫星,并将在分析卫星数据方面开展合作。

印度还和法国就SARAL对地观测卫星计划签署谅解备忘录,合作研制SARAL卫星。其总体目标是精确而且反复对海平面高度、重要海浪高度和风速进行全球测量,它将用于应用海洋学和气象学的发展。在该任务中,法国航天局负责提供有效载荷舱,包括AltiKa高度计、DORIS,LRA,Argos-3数据收集系统及有效载荷数据接收和处理元器件;印度空间研究组织负责卫星平台、发射和运营。

四、成功经验多多

1.走进消化吸收自造之路

人多地广、经济落后的印度,其遥感卫星发展速度如此之快,主要是国家重视,把它摆在优先发展的高技术领域,并有较多的经费支持。由于经济滞后,所以印度政府首先把有限的资金用于对国民经济有重要价值和推动作用的遥感卫星和通信气象卫星上,然后再逐渐扩展。印度认为从遥感卫星应用中所获得的收益比花在这方面的投资总额要多得多。

印度发展遥感卫星业一开始就明确为印度经济持续发展服务。因此,他们采取了“先卫星、后火箭”的航天战略。以便通过卫星应用先行,使国民经济有关部门切身体会到空间技术对促进经济、文教和科技等事业发展的好处,从而带动全国各行业的发展。

印度航天成功的另一个原因是印度在发展航天工业过程中根据国情选择了一条既强调自主精神,又广泛争取外援的道路。其航天技术开始时靠引进,而后从卫星到运载火箭都逐步转向仿制乃至完全自行研制,并具有鲜明的特点,如“印度卫星”就是世界上少有的既可通信又能气象观测的多用途卫星。其遥感卫星上的CCD相机是从法国汤姆逊公司引进,同时自己也在研制。日本、巴西和韩国现在也像印度一样,按照“租卫星→买卫星→自行研制外国发射→自行研制自行发射”这一过程发展空间事业。

近些年,印度又与美国、以色列、欧洲航天局和加拿大等商讨了航天合作之事,有的已签署协议,目的是开拓新的航天领域。

印度政府鼓励私营企业参与,并积极开展国际合作,在大量引进外资和外国航天技术,且注重消化吸收自造的基础上,印度已逐步形成了有民族特色的航天工业体系。

其总体发展走的是一条寓军于民的道路,即通过对民用航天工业的大力扶植,不断扩大其军用潜力与能力,同时注重军事专用航天系统的开发与研制。

2.重视卫星应用

印度发展遥感卫星事业的最大特点是遥感卫星的研制和卫星遥感应用技术的开发并举,所以进展迅速,技术先进,有的已达到和接近国际先进水平。

多年来,全球遥感影像市场一直被诸如法国“斯波特”等类型的卫星所垄断。从2005年起,印度遥感卫星-P5,P7也能提供高质量的商业图像产品,推动地理信息系统、数字地形模型、地藉制图和陆地使用等方面的应用。

印度很重视遥感卫星的应用,用它为国家的重点目标服务,即提供连续可操作的服务,以便对国家的自然资源进行管理。利用遥感卫星数据解决实际问题已成了印度航天政策的一大特点。例如,很多印度渔民是按卫星数据的指导出海打鱼的,使沿海渔民的捕捞量成倍增加;通过卫星遥感图像,农村打井成功率由原来的50%提高到90%。

卫星数据的广泛应用又进一步增强了印度利用航天技术解决紧迫问题的决心。印度现有五个地区遥感中心,负责研究使用卫星数据确定矿藏的位置、土壤需要脱盐的程度和适合播种哪些农作物等。印度还建立了国家自然资源管理系统,把航天官员与遥感数据用户有机地联系在一起。

据印度bharat-rakshak网站报道,印度空间研究组织在全国建立了25个村庄资源中心,通过遥感卫星,向农村人口提供具有地区特性的信息(诸如土地使用、土地覆盖、土壤与地下水勘探的信息)。它还能在当地农民和农业科学家之间实现在线互动,讨论与农作物相关的问题,并向渔民提供关键信息,如海况和浪高。村庄资源中心也可通过语音和视频链接使不同节点的人之间的交流便利化。此外,村庄资源中心将向遥远地区的人们通告政府的各项计划、农业制度、基于气象的行动计划、水土保持的专业建议。印度空间研究组织已经与著名的IT企业签署了建立这些村庄资源中心的备忘录。

现在,印度空间研究组织又确定一个“面向专题”的卫星发展方针,即每项卫星计划都要明确专为国家的某一基础设施服务,例如教育、卫生、减灾、扶贫等,同时也要开发旨在促进科学进步和国际合作的航天计划。

2004年,印度空间研究组织已发射了一颗“教育卫星”,并向政府建议研制发射名为“农业星”的遥感卫星,用于监测农作物的收成,评估谷物产量,该组织还提出了用于远程医疗的“卫生星”。这些专题卫星可能在近年内发射。

印度空间研究组织还把几百项航天技术转让给许多中小公司,使他们开辟了新天地。

3.积极开拓产业

大力发展产业化对印度航天有巨大促进作用。印度积极参与国际航天市场的竞争,例如,向国外出售遥感卫星数据、出租转发器等。在20世纪90年代,一幅某一特定地区的普通遥感卫星图像价格为75美元;一幅高清晰度卫星图像价格为1800美元;一幅法国“斯波特”卫星的数字图像价格为2600美元;一幅美国“陆地卫星”的主题图像(如能显示矿物分布的图像)价格达600美元。印度的卫星图像质量与美国、法国相当,但价格却低得多,因而已成为第三世界国家的热门货。

印度曾与美国一家遥感卫星公司签订一项合同,后者接收印度在2005年之前送入轨道的10颗遥感卫星的图像。这家美国公司认为,印度遥感卫星-1C卫星的分辨率比美国陆地卫星-5的好,与法国斯波特-5卫星处于同一水平。它还具有偏天底观测能力,回访周期为4天,所提供的精度为l.lkm的农作物图片优于美国“诺阿”气象卫星先进甚高分辨率辐射计(AVHRR)提供的图片。

印度的遥感系统已逐步成为商业影像界的最高水平计划之一。为实现印度的全球商业地球观测计划构想,印度Antrix公司与美国空间成像公司(SI)签定了价值200万美元协议,将其销售及市场协议延长到2010年,允许美国空间成像公司在印度以外的全球范围独家销售印度遥感卫星-P5,P6,1C,1D共四颗遥感卫星数据。印度国内获取和销售这些卫星数据由印度国家遥感局负责。在过去8年中,美国空间成像公司曾通过19个地面站成功地接收了印度遥感卫星-1C和1D卫星数据。空间成像公司还提供可以访问包括印度遥感卫星-P6在内的“印度遥感卫星”星群的国际地面站。

4.建立健全体系

集中统一领导是印度航天发展的另一条成功经验。其航天工业由政府总理领导,下设空间委员会和空间部.空间部下设空间研究组织、卫星计划办公室、国家自然资源管理系统、国家遥感局、国家大气层雷达监测系统和物理研究所。

其空间委员会的主席、空间部部长和印度空间研究组织主席由一人身兼三职,这样有利于提高办事效率。

印度空间研究组织是印度最主要的国家航天研究与发展机构,成立于1969年,总部设在班加罗尔,主要研制火箭、卫星,并负责组建火箭发射场和卫星跟踪测控网等。该组织下设8个主要中心,分别负责航天技术发展和航天应用研究。经过40多年的建设,印度现已形成门类齐全、基础雄厚的航天工业体系。

印度航天部门重视综合协调,避免重复建设。例如,他们统一接收国外卫星图像,统一培训有关人员等,这样就节约了大量资金。

在发展航天工业的过程中,印度建立起了完善的航天器的地面配套设施,包括遥测跟踪和指令网络、卫星控制中心、地面站和遥感中心等,形成了规模庞大的信息数据处理网络,并拥有多个卫星地面站。

此外,针对卫星的使用和指控权,以及对卫星情报的管理,印度军方还成立了多个独立或与地方联合的办公室机构。

总之,印度遥感卫星乃至航天的成功经验对其他发展中国家的航天是有启示的。

摘要：印度遥感卫星目前共有4个系列,其中印度遥感卫星-1是陆地卫星类,印度遥感卫星-P是专用卫星系列,印度遥感卫星-2是海洋和气象卫星系列,印度遥感卫星-3是雷达卫星系列。现在,印度主要研制、发射和应用的是印度遥感卫星-1,P两个系列。虽然印度经济条件也有限,但它利用有限的资金重点发展了对国民经济有重要影响的遥感卫星系统,走过了一条成功的发展道路。其主要特点有三个:印度遥感卫星发展重视应用,把实现国家需要作为发展目标:把积极争取外援与自主发展相结合:走系列化,由民转军的发展道路。

基于卫星遥感的城市热岛分析 篇2

利用4月至7月的卫星遥感资料,采用Surfer软件分析了咸阳“城市热岛”年际变化及特征.结果表明:利用气象卫星遥感监测城市热岛现象是可行和有效的,咸阳市具有明显的热岛效应,春季是一年中热岛发展最强的`季节,热岛效应有明显的日变化,市中心商业区热岛效应最强,并明显受地理环境的影响,其影响范围是咸阳市城区面积的1.63～1.86倍.

作 者：徐军昶 王勇 Xu Junchang Wang Yong 作者单位：陕西省咸阳市气象局,71 刊 名：气象 ISTIC PKU英文刊名：METEOROLOGICAL MONTHLY 年，卷(期)： 32(6) 分类号：P4 关键词：卫星遥感   Surfer软件   热岛效应

高分四号卫星创遥感卫星最高成就 篇3

“在地球同步轨道进行遥感观测，此前国际上还没有高分辨率卫星的安排。”国家国防科技工业局重大专项工程中心主任、高分专项工程总设计师童旭东说。目前的遥感卫星大多运行在太阳同步轨道，在距离地面数百公里高度围绕地球旋转，要重复经过同一地点，最快也得三四天，这并不能满足所有需求。比如发生火灾，普通遥感卫星看一次要隔几天，如何监控灾情进展？

高分四号卫星总指挥兼总设计师李果介绍，高分四号在地球同步轨道随地球一起旋转，相对地面位置静止不动，可实现对同一位置的持续观测，就像太空中的监视器。借助这一特点，高分四号可实现对各类灾害的宏观监测，也能用于观测台风形成过程，研究其机理等。

虽然“目光”能覆盖1/3个地球，但高分四号的相机并非“广角”，而更类似于“长焦”。而且卫星的机动性可以弥补视野的不足。李果解释说：“它就在我们头顶悬着，如果本来正看着天津，云南出事了，几秒钟就能把镜头调过去。”

长焦镜头带来的好处是，高分四号的光学分辨率达到了50米。国际上在地球同步轨道运行的遥感卫星多为气象卫星，分辨率基本在公里级。50米分辨率的同类卫星暂无先例。高分四号卫星相机分系统负责人练敏隆表示，这样的分辨率有助于提高气象预报的准确度，以及对小环境、多变气候的预测。“比如目前的气象预报能针对北京某个区，未来有可能精确到某条街道。”

高分四号的一大创新是兼具可见光和红外对地观测。李果表示，如果天气不好，可见光探测会受到影响，红外探测则不然，比如对火灾，即使光学探测器被云层挡住，红外探测器还可以透过云层感知温度变化。

练敏隆介绍，高分四号红外探测器的温度分辨率达0.1度以内，通过长期数据积累，可在多个领域发挥作用。比如地震预测一直是难题，但高分四号可持续监控地壳温度，积累其发展变化规律，如果地壳温度出现波动，只要符合温度曲线并进入拐点，就能做出预警。类似的方式也能用于对雪灾等预报。

卫星遥感技术进行电力线路设计分析 篇4

卫星遥感技术是现代新技术的重要组成部分之一, 是指通过装在卫星上的传感器接收地面上目标物体反射的电磁波, 然后对收集的数据资料进行分析处理, 获取对象的信息。1957年10月4号苏联的第一颗人造卫星发射成功后, 航天技术进入了迅猛发展的时期, 成为各个国家科技水平、工业能力和综合国力的重要标志。卫星的应用主要分为卫星定位导航、卫星遥感、卫星通讯三个方面。卫星遥感作为其中一个重要的组成部分, 集中了空间、光学、电子、地学和计算机通信等学科的最新科研成果, 越来越广泛的被应用在各行各业中。按照监测对象来说, 卫星遥感技术的应用主要在以下的几个方面:资源遥感、环境遥感、大气遥感和测绘遥感。电力设计应用到的主要是测绘遥感, 通过卫星传输过来的遥感图像对地表情况作出更形象的了解, 以便技术人员作出最合理优化的线路设计。

2 传统的电力线路设计

传统的电力线路设计一般都是有经验的专业设计工程师根据相关原则选择出一条最合适的路线, 主要包括以下几点:尽可能的走直、短的线路, 把成本降到最低;安排线路走向上尽可能的避开村庄或者建筑物, 以免增加拆迁成本或者给村民造成打扰;需要与别的地物交叉跨越的线路得考虑跨度和走向, 以免增加施工的难度和架设的成本;线路塔杆的架设必须避开重要地物, 比方说输油管道之类;线路塔杆的架设处地质条件应该符合要求。设计流程一般有如下几点:设计人员在纸质的1∶5000的地形图上大概选择;根据大致选择出来的路径到实地考察勘探, 如果不符合设计要求, 就必须修改之前的设计;沿着大致选择出的路径航空摄影;航测外控测量、选线、内业加密、对交叉跨越和房屋进行统计、测量平断面等;设计排定杆的位置;技术人员到现场复核定位, 然后才可以设计施工图。

根据上面的设计原则和设计流程我们不难看出, 电力线路设计的基础是空间的地理信息, 传统方法都是以一定比例尺的地图进行粗选, 然后在此基础上利用航空测量来细化, 但是以前的地形图不能完全的反应出当时的地面现状, 而且很不直观, 最后设计人员只能沿线寻找最合适的线路, 这样会耗费大量的人力、物力和财力。

3 应用卫星遥感技术设计电力线路方法和流程

现在我们电力线路设计一般采用卫星遥感影像设计, 基本步骤如下:1) 数据的预处理;2) 遥感影像精确纠正;3) 图像的镶嵌和接边;4) 图像的融合;5) 线路的设计;6) 野外勘测;7) 线路的设计和修改;8) 线路设计结果的输出。

下面具体介绍一下卫星遥感影像技术设计电力线路的流程。

3.1 数据预处理

控制点数据、DEM和遥感影像的预处理都属于数据预处理。进行数据预处理首先需要对采集到的影像进行检查, 把影像的整体质量进行确认, 然后再利用遥感影像。

检查主要包括看影像光学影像则需要观察图像上云彩覆盖的面积是不是太大, 是否有我们所掌握的技术不能修正的缺陷。除此之外还要依据所采用的软件几何纠正模型, 选出合适的影像数据产品, 根据设计需要来对卫星影像进行处理, 把所需要的地物特征突出表示。

3.2 卫星遥感影像的精确纠正

遥感影像获取的时候可能会因为传感器和搭载平台以及地形起伏还有地球曲率等不能克服的影响, 往往容易造成影像的几何畸变, 如果想要把影像放入我们的制图坐标系统当中, 改正这些畸变。就要对这些卫星影像进行几何纠正。卫星遥感的影像的几何纠正主要有以下两个步骤:1) 通过纠正之后图像的位置来反算, 得出该图像在待纠正的图像相应像素上的位置;2) 计算纠正后的图像的像素灰度值。如果反算过来的像素位置落在原像素上, 则把该像素的灰度值设为纠正后的图像灰度值, 如果反算过来的像素位置不落在原像素上, 就要依据待纠正的影像相邻的像素进行内插。不同类型的影像都需要采用不同的几何纠正的模型, 通过控制点来精算纠正模型的参数。如地形起伏较大, 而且又要求非常高的几何精度, 这就需要用DEM哎改正地形起伏所导致的投影差, 以达到精确纠正卫影像的目的。

3.3 图像的接边和镶嵌

由于电力线路跨越的区域一般都长条状, 所以会经常超一个景的影像覆盖范围, 而我们要做成成能覆盖整条线路的大个影像, 就需要把多个影像镶嵌处理。图像的镶嵌进行之前, 先要对要处理的影像进行接边的处理, 从而保证不同的影像间存在几何位置一致性, 同时还要把色调进行匹配处理, 保证镶嵌后的影像色调的协调一致。

3.4 图像的融合

有的传感器获取的数据几何分辨率高, 有的传感器获取的卫星遥感图像光谱的分辨率高, 有的传感器获取的遥感图像光谱的信息丰富等等, 不同传感器获得的待处理影像有不同的特点。而且光谱分辨率、几何分辨率都对地质条件的解释与地面上物体的判读有重大意义, 所以需要综合不同的影像几何与光谱的信息, 融合各个图像。

图像的融和即对几何配准完毕的非同源或者同源的图像, 采用相关的数学模型对图像来进行处理, 有着多种方法, 如:小波变换和加权还有主分量变换和边缘增强以及彩色变换等方法, 具体采用哪种办法要依据所要融合的图像具体的情况决定。

3.5 线路的设计

卫星遥感图像经过了融合处理和几何纠正以后, 不仅提供了大量的实时的地面物体的信息, 同时还提供了准确精密的几何位置信息, 专业的线路设计人员就可以合其它的辅助类信息、规范等, 以此为基础来进行线路设计了。通过地质条件的分析和地面物体的判断就可以分析出能确定的线路转角的位置, 并且用矢量形式在卫星遥感影像上标注, 根据图像的几何分辨率和对地面房屋以及交叉或者跨越的物体进行分析、统计并设计出最优化的方案。

4 应用卫星遥感技术进行电力线路设计的优势

想用传统方法实现我们现在对电力线路设计所有要求是非常困难的, 如果想设计出一条最优化的线路, 必须要对该线路所经过的区域地理面貌和地面物体以及地质情况非常的熟悉了解。利用覆盖面大, 对地表情况真实拷贝的卫星传感技术在地理线路的设计规划中起到了非常好的辅助作用。利用卫星遥感技术进行电力线路设计很大程度上提高了电力线路设计的质量, 并且有效的降低了成本。

参考文献

[1]庄逢甘, 陈述彭主编.2006遥感科技论坛[M].北京:中国宇航出版社, 2006.

[2]王润生.遥感地质技术发展的战略思考[J].国土资源遥感, 2008.

[3]付德安.电力线路设计应用与探讨[J].广东科技, 2011.

遥感卫星巧解地表资源 篇5

遥感卫星是通过装置在卫星上的遥感器获取地表物体的各种电磁特性形成图像，这种图像类似按照一定的比例缩小了地面的模型。它客观、真实地记录了地表的景观综合特征和地物的个体特征。遥感卫星依据观测的主要目标不同，分为气象卫星、资源卫星、海洋卫星。

人们根据地物的电磁特性设计了不同的遥感器，放在卫星上观测陆地。用观测获得的信息再进行物理特征和几何特性的校正，然后通过解译而获得地表的资源环境状况。在遥感图像上不同的地物，有不同的影像特征，从而总结出识别这些地物的解译标志；相同的地物在不同地区、不同时间，本身的结构、组成、大小、分布有所不同，其解译标志也不一样。解译标志分为直接标志和间接标志。直接标志是地物的本身特性表现出来的影像特征，例如，地物的形状、大小、色调、纹理、阴影等；间接标志是指与地物的属性有内在联系的表像，通过分析相关影像特征的表像能推断其地物的性质。例如：根据有些地区农村的居民地种有密集的护宅树或竹林的特点，在图像解译中，见到农作物中分布有集团式的树林，则大多代表农村居民点，从太空观测，树冠遮挡了大部分的建筑。集团式的树林就成为了农村居民地的间接解译标志。又如一些农村的公路和水渠往往有两旁行树所覆盖。行树往往成为解译水渠和农村大道的间接标志。直接标志与间接标志是一个相辅相成的概念，在应用中确定一个地物是什么或什么类型，往往要两种或两种以上的直接标志和间接标志互相印证才能确定。

利用遥感图像解译地物时，一般需要收集该地区的前人有关成果和科学积累的资料与图件作为参考资料，其中最关键的是要有相关地形图，遥感图像与地形图进行对照，对准确地分析和推断地物目标和类型，能提供重要的间接信息。

建立解译标志是识别地物的重要环节，它的真实性是通过局部典型地区进行实地验证而获得的。如果遥感工作者对于该地物在实地的状况一无所知，只在室内建立解译标志是不可能完善的。对于人们难以到达的地区，根据类似的自然地理地区的特征，建立解译标志也是可以的，这必须要有经验较丰富的遥感应用人员解译。

根据解译标志解译所需要的内容时，同时要考虑到，遥感数据的空间分辨率，资料接收时间，调查区的物候历（各种地物主要是生物，在不同季节表现出的不同特征）状况，选择不同的假彩色合成方案（不同方案，地物色彩与色调不同）。为使图像中各地物表像差别加大，在制作合成图像过程中，一般都采用各种光学图像增强方法。遥感数据的空间分辨率，决定了数据图像放大的比例尺，放大倍率过大会出现模糊或方格，象元在图像上的尺寸大小要适应人眼睛的分辨率。这些对于进行目视解译是很重要的，否则对于图像真实表达的内容会产生误解。

目视解译往往可以借助仪器，这些仪器主要用来对图像与其它资料图件对比观察，对图像进行量测、转绘等。遥感图像解译的最终应用成果，是地物的专题信息和分类信息、图件、统计成果、精度评价、效益分析等，从而提供应用者客观的资源环境信息与数据、图件。

计算机数字图像处理技术是将包括光学、激光、雷达等遥感器获取的辐射值（DN值）或象元值数据，或经过数字化的摄影胶片数据，进行计算机各种运算与处理，达到识别各种地表物体和分类的目的。这些处理包括图像恢复性处理（校正各种有误差的或错误的信息），对图像进行增强处理（以突出需要的信息）。这些计算机图像的处理工作有利于建立正确的解译标志。计算机图像处理的另一重要功能是对遥感数字图像进行分类处理，分类方法包括监督分类与非监督分类两种。在农业、林业、水利、土地利用、城市、环境、生态、灾害等调查监测方面已发挥了重要作用。

我国卫星海洋遥感监测技术的发展 篇6

海洋面积约占地球表面积的71%, 在整个地球环境变化中起着非常重要的作用。围绕着海洋资源开发、海洋环境安全和海洋权益维护, 各国开展了新一轮的以高科技为依托的海洋军事, 海洋资源和科技的竞争, 由此也就促进了卫星海洋遥感高新技术的快速发展。我国东临太平洋, 大陆海岸线18000多公里, 6500多个面积在500平方米以上的沿海岛屿, 岛屿岸线约14000多公里, 约300万km2海域的专属经济区。由于卫星遥感具有大范围、高频度和实时观测的优势, 对我国进一步发展海洋经济具有非常重要的现实意义。

二、海洋遥感卫星的类别

1957年10月4日前苏联发射了人类历史上第一颗人造地球卫星, 标志着遥感新时期的开始。至今世界各国共发射了各种人造地球卫星已超过3000颗, 其中大部分为军事侦察卫星 (约占60%) , 用于科学研究及地球资源探测和环境监测的有气象卫星系列、陆地卫星系列、海洋卫星系列、测地卫星系列、天文观测卫星系列和通讯卫星系列等。通过不同高度的卫星及其载有的不同类型的传感器, 不间断地获得地球上的各种信息。

至今, 国际上发射的海洋遥感卫星, 大致可以分3类:

1. 海洋水色卫星

海洋遥感的主要目的是测量海水中叶绿素与悬浮泥沙等的浓度及其分布监测海洋中的水色浓度分布, 可以掌握海洋初级生产力的分布、海洋渔业以及养殖业资源状况和环境质量, 同时也可以正确估算水土流失, 维护港口河道安全等, 为海洋资源合理开发和利用提供科学依据。如美国的Sea WIFS、MODIS, 日本的OCTS、GLI, 印度的MOS、OCM, 韩国的OSMI、KGOCI, 中国的COCTS等。

2. 海洋地形卫星

主要用于探测海洋表面拓扑, 即海平面高度的空间分布。此外, 还可探测海水、有效波高、海面风速和海流等。由美法合作于1992年8月发射的Poseidon以及JASON-1/2、Laser ALT-1/2等。

3. 海洋动力环境卫星

主要用于探测海洋动力环境要素, 如海面风场、海浪场、海流场和海冰等, 此外还可获得海洋污染、浅水水下地形、海平面高度等方面信息。如:欧空局 (ESA) 于1991年7月和1995年4月发射的ERS-1/2, 以及Seasat、Envisat-1、RADARSAT-1/2、Quick SCA等。

三、我国海洋遥感监测现状

我国的卫星遥感海洋监测起步于20世纪80年代, 当时利用接收的美国NOAA极轨气象卫星和日本GMS静止气象卫星遥感数据, 监视我国沿海的台风活动和每年冬季的渤海海冰。经过近30年的发展, 特别是2002年5月和2007年4月我国发射了具有自主知识产权的HY-1A和HY-1B卫星以后, 我国的卫星遥感海洋监测进入了一个崭新时代, 使我国从此进入空间遥感海洋观测时代。现在HY-1B卫星正在太空稳定运行, 为我们提供了非常宝贵的连续全球海洋监测数据, 使我国跻身美、饿、法、日等世界海洋观测能力强国之列。

为接收处理海洋卫星遥感监测数据, 国家海洋局在北京建设了功能较为完备的、具有多种卫星数据接收处理能力的HY-1卫星地面应用系统, 下辖北京、三亚和牡丹江三个卫星地面接收站, 在杭州建有一套卫星地面接收处理系统, 北海分局、东海分局和南海分局等单位也建有卫星数据接收站。

1. 沿海海洋水质遥感监测

20世纪90年代以来, 随着流域污染物排海量的增加, 河口及其邻近海域环境的变化, 使得近海生物的多样性降低, 海洋资源和环境的承载力下降等;另一方面, 生态环境的衰退、服务功能的下降与可持续利用能力的降低, 已成为制约沿海经济持续发展的重要因素。针对我国沿海水质环境恶化, 灾害 (富营养化、赤潮和污染等) 频发, 水体服务功能下降和持续利用能力降低, 每年国家海洋局组织沿海各级海洋行政主管部门对我国管辖海域水环境质量现状和趋势进行海洋常规监测, 消耗大量的人力、物力、财力资源。而这种常规现场监测方法也仅是海洋站点、航次剖线的测量, 一年只能得到一张全国水质沿海的水质图, 无法满足大面积沿海水质环境实时动态监测、评价和服务决策的需求;由此相继实施了国家海洋局组织的国家公益专项“基于HY-1B等海洋水色卫星的沿海水质实时监测和速报业务体系”以及国家863项目“海岸海洋环境HY-1B等海洋水色卫星测量沿海水质参数定量化遥感模型和水质分类技术, 实现了从光化物质遥感到非光化物质遥感的跨越, 填补了我国沿海水质遥感监测的空白。

2. 海岸带遥感监测

海岸带位于陆地和海洋相互交绥的过渡地带, 各种环境要素和资源构成一个有机的整体。我国海岸线总长约3.5万千米, 为世界上海岸线最长的国家之一。海岸带生态系统健康是实现社会经济可持续发展的基础, 是提高人民生活质量和生活环境的重要保证。它可以满足人们多种需求, 有效保护和改善环境, 为动植物提供栖息场所, 为人类提供食品、能源和游憩场所。我国沿海地区是经济发展最迅速的区域, 其面积占全国的14%, 沿海11个省、自治区、直辖市人口总数约为5.5亿, 占全国的40%, GDP总产值占全国的60%以上。使用卫星遥感监测技术, 可以获取大面积、实时动态的监测数据, 为海岸带资源的开发、利用和管理提供强有力的监测信息服务。目前正在实施的我国近海海洋综合调查与评价, 就是充分利用高分辨率遥感数据进行中国最大规模的海岸带遥感调查与研究, 调查内容涉及海岸带中的海岸线、潮间带、植被、航道、旅游区、海洋保护区、滨海湿地, 海岸带地貌要素的类型、面积、长度与分布及海岸线变迁等。以其全面系统地掌握我国海洋带资源分布、开发利用现状和潜力, 满足海岸带规划、管理、保护和合理利用的需要, 实现海岸带环境资源有效保护和开发的协调发展。

我国自主海洋卫星资料处理技术提升, 海洋卫星资料的融合重构技术、新领域拓展应用技术等方面近10年来取得长足进展, 开始步入国际先进行列。为大力发展海洋科学技术, 提高海洋环境探测、资源开发和权益维护, 我国将在今后10年中逐步形成海洋水色、动力、监视和新型遥感器试验等4个海洋卫星系列。这些卫星的研制和发射, 以及卫星遥感监测应用系统的建立, 将对建立健全我国全天候的海洋立体监测网, 为我国的经济建设和国防建设提供重要的技术和信息支撑。

参考文献

[1]潘德炉, 龚芳, 我国卫星海洋遥感应用技术的新进展[J], 杭州师范大学学报, 2011, 1:vol.10, no.1

[2]谢文君, 陈君, 海洋遥感的应用与展望[J], 海洋地质与第四纪地质, 2001, 2 (13) :123-128

[3]王爱明, 等, 海洋监视监测SAR卫星任务初步分析[J], 遥感技术与应用, 2007, 2 (22) :162-165

地球观测卫星遥感图像处理技术研究 篇7

1 遥感图像数据的特征

在人造卫星、宇宙飞船等上面安装着各种传感器,随着新型传感器的开发,计算机性能的提高,大范围地观察地球环境的遥感技术近年发展快速.遥感图像的特征是: ①图像尺寸极大;②所得到的图像是在多个光谱波段上测得的多光谱图像;③如果传感器的灵敏度给定,就可以转换为辐射亮度值;④利用频谱放射亮度,能够提取地球环境有关的各种信息.

针对不同的观测目的,目前已开发出了应用于遥测的各类传感器,有观测地面反射光谱的可视近红外传感器,观测地表温度的热红外传感器,透过云层观测地面的微波传感器等等.微波传感器中包括直接观测地面的微波辐射和先发射激励脉冲再观测地面反射这两种雷达传感器.另外,还可根据观测目的灵活选用传感器的地面分辨率,即用低分辨率传感器(地面分辨率为数公里)监测全球性的地球环境,用高分辨率传感器(地面分辨率为10~30 m)监测地区性的环境.

在分析由不同的传感器所得到的图像时,对于不同的传感器性能,必须选用与之相应的处理算法.介绍了在Landsat卫星上安装的MSS(multi-spectral scanner,多光谱扫描器)传感器和TM(thematic mapper,专题绘图)传感器等,探讨了以地球环境监测为目的,由高分辨率可视近红外传感器得到的多光谱图像数据的基本处理方法.

2 主要的地球观测卫星

最早的地球观测卫星是1972年美国NASA发射的Landsat-1.Landsat-1安装了多光谱扫描器,它有从波段1到波段4的4个不同的波长,用于观测地球表面反射光的光谱.Landsat-1最早用事实证明了地球环境监测卫星遥感技术的有效性.另外,它还为世界遥测研究者廉价地提供Landsat图像数据,为此而开发的各种多光谱图像处理算法也很快地发展起来.

Landsat卫星上安装的MSS传感器是振动旋转镜以机械扫描方式采集光信息的.一次扫描的扫描角度为11°,在地面上对应的扫描幅宽为185 km.由扫描镜采集的光用棱镜分为4个光谱波段,每个光谱波段有6个,合计24个CCD元件配置在棱镜后面,由此接收光信号.将进入CCD元件的光转变为电压,经A/D转换器量化为7 bit(128灰度级)的数字量,存储在数据记录仪中,当卫星靠近地面某个接收机构时,将在此之前存储的数据发送回地面.

卫星自北向南移动,MSS仅在与卫星前进方向相垂直方向上(由西向东)反复扫描,结果就可获得二维图像数据.Landsat MSS传感器的地面分辨率在正下方处为79 m ( 当观测角度为θ时,地面分辨率为79 m/cosθ). 对地面79 m×79 m的小区域反射的辐射亮度值在相应波段上进行积分,所获得的能量与MSS上多光谱图像数据序列中响应的某一个像素灰度值成正比.

此后又连续发射了一系列Landsat卫星,现在正在使用的是Landsat-5.Landsat-4及Landsat-5上的MSS与另几个卫星上的MSS有相同的机械扫描方式,但安装了性能更高的TM传感器.TM传感器的地面分辨率约为30 m, 灰度级提高到8 bit(256个灰度级), 另外光谱波段数也增加到7个波段.一幅MSS图像尺寸约为2 300×2 300像素,而

TM提高了地面分辨率,它的整幅图像尺寸约为

6 100×6 100像素,且本身尺寸也变得很大.表1列出了Landsat中MSS和TM传感器的性能[1].

3 遥感信息处理

遥感图像具有两大特点:一是信息量大,二是图像信息中存在着噪声和失真.为了节省遥感信息的存储容量,提高数据传输效率,需要对遥感信息进行编码压缩.为了去除噪声必须运用图像处理的方法进行预处理.多光谱扫描仪在录取图像的过程中产生误差和几何畸变失真.为了补偿这些失真,必须利用计算机进行校正,包括辐射量的校正、大气干扰的校正、几何校正等.因而遥感信息处理的框图如图1所示[2].

3.1 辐射量的校正

当检测器的输入信号与输出信号为线性关系时,检测器是比较理想的,但是,对于由许多检测元件构成的检测器,即使各个元件的敏感特性是线性的,其系数也会不同,因而检测器就很难具有理想的性能.卫星上安装的检测器是由许多CCD元件构成的,随这些元件的敏感特性不同,输出信号中会产生不同的偏离现象,对这些输出信号偏移量进行校正称为辐射量校正.在进行辐射量校正时,了解获得图像数据的CCD元件在传感器中具体的几何排列以及扫描方式等有关内容是有必要的.

3.2 大气层干扰的校正

卫星是从大气层外面观测大气所包围的地球表面的,所以入射到传感器中的辐射亮度除目标的直接发射以外,还有和地面不发生作用,经大气粒子反复散射和吸收,以及到达传感器的途径中的辐射亮度,又经目标周围地面反射,再同大气粒子发生散射的周围辐射亮度成分.将直接辐射亮度成分以外的辐射量除去,将地面各个目标变换成具有固有光谱反射率的图像,这就是大气干扰的校正. 大气层中存在氧、臭氧、氮等分子,这些分子相对于纬度和季节的不同,存在一定程度上的稳定性,所以在清澈干净的大气状态下所拍卫星图像,可以作为地球标准大气的模型,这样一来就可以实现大气干扰的校正了.但是,一般情况下,大气层中除大气分子外,还存在相互之间发生大量散射和吸收的悬浮颗粒和水蒸气.悬浮颗粒和水蒸气随空间和时间的变化都很大,它们存在大气中时,大气干扰的校正就比较困难.但是,对卫星同步的大气观测数据和清洁大气状态下所拍卫星图像,用下面的方法进行校正.

从目标上部的大气入射到传感器中的辐射亮度可以用目标的反射率和周围的平均反射率近似地表示.即

${\rm I}{}_{{\rm T}}=(s\overline{A}+t)A{}_t+(p-s)\overline{A}{}^2+(q-t)\overline{A}+r$

这里,p,q,s,r,及t为辐射系数,是关于太阳的入射角、观测角、大气的光学厚度等的函数.如果利用大气模型或卫星同步的大气观测数据,就可以计算它们的值.

3.3 几何校正

卫星图像中的几何畸变,具体地表现为图像中各个像素在图像坐标系中的排列,与这些像素所对应的地面目标点在地球坐标系上的排列不同.重新排列卫星图像中各个像素,使其与地图相符的操作称为几何校正.造成卫星图像几何畸变的原因有:①传感器内部引起的失真;②传感器外部引起的失真两种.对于前者,与光学系统、元件排列的差异、扫描镜扫描速度的变化等有关.而后者,与平台姿势、地球的自转和曲率、卫星轨道的倾角、地形的起伏等有关.当有数千公里的观测宽度时,如气象卫星“向日葵”号、NOAA卫星等,对于地球曲率的影响几何畸变很大,所以校正是不可缺少的.

4 遥感图像的应用

4.1 地质遥感图像处理与应用

地质遥感工作有进行地貌、地物特征信息的研究,进行地球物理与化学特征光谱的测定与分析,并进行矿区岩类和矿区构造的识别的研究.有了这些基础研究工作,再运用遥感图像进行目视解释和人机交互解释,就可制成地质遥感的分类图样本.特别是在大范围的地质勘探工作方面,国内外均取得了重要成果.

4.2 森林遥感图像处理与应用

在国内外许多森林管理部门均已建立了遥感系统,定期地利用遥感卫星资料分析森林样本、森林长势.在管理部门的60多项指标中的一些指标可以从遥感图像资料上获得,因而构成了森林的遥感信息库.这个庞大遥感信息库对于管理部门制定砍伐、种植、保护、抗虫灾害等方案均具有重大意义.

4.3 国土资源遥感图像处理与应用

在农业资源的开发利用方面,应用遥感技术进行农作物估产,诸如小麦、水稻、玉米、大豆的长势及产量预测.对于大片草场的调查与监测,对于生态环境,对于畜牧业均是非常重要的.遥感图像对于大面积的草原的观测尤其显示出它的优越性,估计草的长势及产量和草场潜力.国土自然灾害的监测,遥感技术又是大有作为,大面积的洪涝灾害和干旱,遥感图像提供了准确的信息,对于抗灾、救灾发挥了重要的作用.

4.4 海洋遥感图像处理与应用

在海洋遥感的应用上有下面重要的方面:海浪观测,它涉及到航海及海洋渔业、海岸变迁、海岸河口研究、海滩利用、海洋石油及其他海洋资源;海洋水文,水温,海洋动力学研究;海洋环境污染监测等.

5 展 望

如果用现场调查和土地资源利用图等来分析卫星遥感图像的光谱分类,对于海洋和山川等均匀开阔区域的分类精度达到90%以上,城市部分等各种对象搀杂在一起的小区域的分类精度停留在40%~60%以下.主要原因可能是:①现场调查和土地资源利用图的分类项目是由人决定的,这些分类项目和对象光谱分类项目未必一致.②在几个对象掺杂的区域,由各个目标物反射的光谱信号混合在一起后输入到卫星传感器,彼此之间存在相互影响.目前,正在研究用神经网络技术对图像类别进行分类,它的精度比光谱分类精度有所提高.现在卫星传感器和图像处理技术在提取全球性地理环境信息中可以说还是比较有效的,但在区域环境监测要求精度较高和制作土地资源利用图时,还不能达到直接使用的阶段. 提高分类精度的关键不是提高图像处理技术,而应该提高卫星传感器的光谱分辨率和地面分辨率.现在卫星传感器仅有可视·红外波长范围的几个波段且地面分辨率为10~30 m,未来的卫星将安装几十到几百个波段的可视·红外传感器和地面分辨率为数米的传感器.可以肯定,由于卫星传感器所取得的数据量扩大了很多,在卫星遥测数据处理技术中,会更多地采用数据压缩、解压的方法.另外,光谱波段数显著增加,每个目标物有多个观测波段,必须开发搜索最佳波段组合的分析方法,也可以预料将会有更高级的技术进行光谱分类.

参考文献

[1]谷口庆治.数字图像处理[M].北京:科学出版社,2002.

遥感卫星 篇8

高压电力线路设计就是按照一定的原则规划一条从电厂到变压站之间最优的输电线路。按照电力线路设计要求, 设计一条优化的线路要求对线路跨区内的地貌、地物和地质情况非常了解, 传统的方法要实现这点是非常困难的。遥感图像是地表的真实拷贝, 具有覆盖面大、数据现势和信息直观等特点, 其光谱信息可以反映地质特征, 在电力线路的规划中可以起到很好的辅助作用。利用高分辨率遥感影像进行线路设计能够大大地提高线路设计的效率和质量。在高压输电线路设计工程中, 地形变化相对缓慢, 利用已有的DEM (数字高程模型) 数据建立3维模型, 进行通视性分析、弧垂分析以及受力分析, 则可以大大减少成本。

1 传统电力线路设计方法

高压电力线路的设计是由专业的设计人员根据一定原则选择一条最佳路径, 其主要原则如下。

(1) 要求线路尽可能地短、直, 降低工程成本; (2) 线路走向一定范围内不能有村庄和建筑物, 尽量避开建筑物, 减少拆迁成本; (3) 线路与其他地物进行交叉跨越时需要考虑走向和跨度, 减少架设成本和施工难度; (4) 塔杆架设要避开一些重要的地物, 如输油管道等; (5) 塔杆架设处的地质条件要符合要求等。

传统的设计流程如下。

(1) 设计人员在1∶5万的旧地形图上粗选。 (2) 根据粗选的路径到实地踏勘, 如不符合要求, 修改设计; (3) 沿粗选的路径进行航空摄影。 (4) 进行航测外控测量、内业加密、选线、测量平断面、对房屋和交叉跨越进行统计等大量工作。 (5) 设计排定杆位。 (6) 现场定位、复核, 然后转入设计提供施工图的内业阶段。

从上面的流程可以看出, 线路设计是以空间地理信息为基础的, 在传统的设计方法中是以中、小比例尺地形图为基础进行粗选, 在粗选的基础上利用现势的航空像片进行摄影测量处理来达到细化、优化方案的目的。但成图时间较早的地形图缺乏现势性, 不能反映设计时的地面现状, 而且不直观, 幅图的大小有限, 使得设计人员只能在沿线路约30 km宽的范围内寻找最优线路。如果先对影像进行处理, 用遥感影像代替地形图则可以克服地形图的不足。遥感影像比地形图更现势、直观, 同时具备地形的量测能力;遥感影像幅面宽, 如一景SPOT图像能够覆盖60×60 km2的范围, 而一景TM图像能覆盖185×185 km2的范围, 这样设计人员的视野更开阔, 设计更合理;采用融合等特殊技术对现代高分辨率遥感影像进行处理, 在地物判断能力上比航空影像更强。因此, 采用遥感影像进行电力线路粗选可以达到粗选和细化相结合的目的, 如果确实需要, 再采用其他方式对某些专题进行细化设计, 这样可以减少设计工作量和成本。

2 应用遥感影像设计电力线路的方法和流程

应用遥感影像设计电力线路的流程见图1。

2.1 数据预处理

数据的预处理包括遥感影像、DEM和控制点数据的预处理。在利用遥感影像之前需要对影像进行检查, 确认影像的整体质量, 即影像是否存在现有技术不能修正的辐射缺陷, 如果是光学影像还要考虑图像上云的覆盖面积是否太大等。另外, 还要根据所采用的软件的几何精纠正模型, 选用适当级别的卫星影像数据产品。根据应用的需要对影像进行辐射增强等方面处理, 突出感兴趣的地物特征。

2.2 遥感影像精纠正

遥感影像在获取时由于搭载平台、传感器、地球曲率和地形起伏等影响往往会造成影像几何畸变, 为了改正这些畸变, 同时把影像纳入到特定的制图坐标系统中, 就需要进行影像几何纠正。遥感影像几何纠正包括两个步骤: (1) 计算新图像上相应像素的位置, 一般采用已知纠正后图像的位置反算该像素在待纠正图像上的位置。 (2) 计算纠正后图像上像素的灰度值, 如果反算到待纠正图像上的像素位置正好落在像素上, 就取该像素的灰度值为纠正后图像的灰度值, 否则要根据待纠正图像上的相邻像素来内插。不同类型的遥感影像采用不同的几何纠正模型, 纠正模型参数需要通过控制点来精确解算, 如果地形起伏比较大, 同时几何精度要求又比较高, 还需要通过DEM来改正地形起伏引起的投影差, 以达到对遥感图像进行精纠正的目的。

2.3 图像接边和镶嵌

电力线路的一个明显特点就是跨越区域成狭长条带状, 常常超出一景影像覆盖的范围, 这就需要对多景影像进行镶嵌处理, 形成能够覆盖整个线路的大影像。在进行图像镶嵌前, 为了保证不同影像之间几何位置的一致性, 需要对影像进行接边处理;同时为了使得镶嵌后的影像在色调上协调一致, 还要进行色调匹配处理。

2.4 图像融合

不同的传感器获取的影像具有不同的特点, 例如有的获取的数据的几何分辨率高, 有的获取的遥感图像光谱分辨率高, 光谱信息丰富等。在电力线路设计中几何分辨率和光谱信息对地物判读和地质条件解译有着重要的意义。为了综合不同影像的几何和光谱优势信息, 采用图像融合技术进行处理。

图像融合就是对几何配准好的同源或非同源图像, 应用一定的数学模型对相应的像素进行处理, 形成一幅能够反映融合前不同图像优势信息的图像, 目前常用的方法有:加权、小波变换、彩色变换, 主分量变换和边缘增强等融合方法, 融合方法的选用要根据应用目的和图像的具体情况来决定。

2.5 线路设计

经过几何纠正和融合处理后的遥感图像, 不仅提供了精确的几何位置信息, 同时还提供了现势、丰富的地物信息, 以此为地理基础结合其他辅助信息、规范和设计人员的专业知识就可以进行线路设计。通过地物判读和地质条件分析可以确定线路的转角位置, 并以矢量形式标注在遥感影像上。根据图像几何分辨率对房屋和交叉跨越进行统计和分析, 从多个设计方案中优化筛选。对室内判断有疑问的地物, 进行野外实地重点踏勘, 然后修改、优化设计方案。为了从整体的角度来优化设计方案, 将遥感影像和线路设计方案叠加在DEM上进行3维仿真模拟, 沿着设计线路飞行, 直观表现线路的整体情况。

3 500 k V某变线路设计实践

3.1 工程概况

500 kV某变线路东西跨越约100 km, 该地区地形图成图时间较早, 地物更新较多, 而且湖泊众多, 给选线带来很大的困难。根据设计需要本项目采用2011年4月份30 m和5 m地面分辨率的TM多光谱影像和IRS全色影像, 影像数据现势性很强, 能够很好地反映地面的实际情况。收集线路区域1∶1万地形图和1∶5万DEM作为影像处理的基础数据。本次工程设计的电力线路分为东西走向的两个路径方案比选, 线路东西跨越98.85 km, 南北跨越34.62 km。使用TM影像与IRS影像进行融合获取的, 几何分辨率为5 m的成果影像能够进行选线。

为了与传统的选线方法进行对比, 先在地形图上进行线路初选, 并将其放样到遥感影像上, 再根据影像上的地物状况, 修改电力线路上不合理的线路转角, 最终选择出一条最佳的电力输电线路。

3.2 影像几何纠正

本项目中地形图是纸质的, 为了方便计算机处理和提供工作效率, 先把地形图进行扫描, 然后对扫描后的地形图进行分块精纠正, 改正地形图的几何畸变, 生成数字栅格地图 (DRG) , 从DRG上选取控制点对影像进行几何纠正。考虑到沿线山区比较多, 地形起伏比较大, 为了改正影像上由于地形起伏引起的投影差, 在影像几何纠正中需要采用DEM, 在使用DEM数据前要对原始DEM数据进行格式转换、拼接等处理。为了改正遥感影像的几何畸变, 并将其纳入到指定的制图坐标系统中, 需要对遥感影像进行几何纠正处理。为了顾及地形起伏的影响, 对TM数据采用结合DEM信息的多项式纠正方案;IRS卫星数据, 结合其成像特点, 采用项目组研制的特殊方法进行处理。

3.3 接边

因为IRS影像部分区域影像质量较差。根据影像的实际质量, 在IRS影像接边时作了接边区的取舍, 尽量选择影像质量较好的部分。

3.4 融合

为了综合IRS卫星影像高分辨率信息和TM影像丰富的光谱信息, 我们采用影像融合技术进行处理, 获取融合二者优势信息的高分辨率遥感图像。

根据IRS卫星图像和TM图像的特点, 分别采用加权、彩色变换、主分量变换和边缘增强等融合方法。比较4种融合结果, 发现边缘增强融合方法效果最佳, 融合后的图像目视效果最好, 颜色保持得很好。

3.5 选线

经过上述处理后的遥感影像不仅具有精确的几何位置信息, 而且还有丰富的地物表现信息, 在此基础上结合线路设计规范和要求, 进行线路设计。对线路经过区域附近的地质条件、地物和交叉跨越等进行判断、统计和分析, 确定优化的转角点位置。本项目中为了充分利用遥感影像覆盖面宽的特点, 本着优中选优的思想, 线路分为南北两个方案, 最终南方案18个转角点, 北方案20个转角点。根据其他资料和初步野外踏勘结果, 整个选线过程中先后进行了3次大范围的线路路径优化。图2中黑线为第3次线路设计的南北两个线路路径方案图, 两线路起点和终点重合。经过实地勘测最终采用了北线路方案。 (如图2)

3.6 三维飞行模拟

把经过处理的遥感影像和设计的线路图叠加在相应的DEM上, 用3维的方式对设计结果进行模拟。沿着线路飞行, 可以直观、整体地感受到线路完成后的效果, 对于线路的整体优化有着重要的参考作用。通过沿线的3维飞行, 设计者能够形象具体地判断路线设计合理性。电力线路3维飞行效果如图3所示。

4 结论

现代遥感技术和影像处理技术的发展, 大大拓宽了遥感技术应用的范围。本文提出的应用高分辨率遥感影像进行电力线路设计方案, 在500 kV该变线路设计实践中取得了良好的社会和经济效益。同传统设计方法相比大幅度节省了工程成本, 效率也比传统方式高得多, 设计的线路也更为合理, 优化效果更好。

经过处理的遥感影像光谱信息丰富, 分辨率高, 可以分辨出房屋、道路、河流、沟渠、池塘等大量信息, 这样进行方案选择就有了科学的依据。本工程根据影像优化路径, 将原来在1∶50000地形图中预先选择的路径作了较大改动, 避开新增房屋多处, 预计比原方案减少拆迁30%。

信息现势性是遥感影像重要的优势之一, 符合地面实际情况的地理信息是我们作出正确、合理设计的基础, 在线路设计时通过对线路经过区域实际情况的正确掌握, 可以对交叉跨越地物进行合理的避让, 减少成本和不必要的损失。在本工程中利用卫星影像判读出路径走向附近有一条长达几十公里的白色、灰色条带, 根据搜集到的资料分析不是道路, 可能是国家西气东输工程的管道, 因此在选线时注意调整避让, 在初步设计踏勘时, 现场利用手持式GPS测量检查确认是天然气管道, 经过调整路径成功避开。

上述分析和工程实践表明, 通过正确的方法和技术可以把遥感影像应用于电力线路设计中, 而且效果明显优于传统方法。随着遥感技术和影像处理技术的发展, 其优势会更加突出、明显。

摘要：本文基于笔者从事电力线路勘查设计的相关工作经验, 以卫星遥感技术在电力线路设计的中应用为研究对象, 论文首先分析了电力线路设计的原则和方法, 进而探讨了电力线路设计的方法和流程, 最后, 笔者结合500kV某线路设计的工程实践进行了分析, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：卫星遥感,电力线路设计

参考文献

[1]廖世淼.卫星遥感在电力线路勘查中的应用流程分析[J].科技资讯, 2012 (12) .

遥感卫星 篇9

遥感卫星是对地观测卫星的一种。遥感卫星绕地球轨道运行, 通过其携带的各类有效载荷采集覆盖范围内的目标信息, 实时或事后将数据传回地面进行处理应用。遥感卫星采集到的信息对农业、工业、科研和国防等领域都有着重要的意义。

遥感卫星对地观测任务规划就是在目标特性、卫星有效载荷特性、卫星平台及载荷使用要求等多种约束条件下, 依据一定的优化准则, 确定卫星任务工作序列、工作模式以及地面资源的工作计划, 实现卫星及地面资源的优化分配, 达到最大化满足用户需求和资源有效利用的目的。遥感卫星任务规划具有信息种类多、信息量大和约束条件复杂等特点, 在任务规划过程中呈现出明显的组合爆炸特性, 是一种复杂的组合优化问题。为了能够充分利用星地资源并提高任务规划效率, 需要在卫星地面系统工程中建立更加智能化的卫星任务规划系统[1]。

卫星任务规划系统作为卫星地面应用的重要组成部分, 得到了各国卫星应用机构的高度重视, 目前已经建立了多个卫星任务规划系统, 包括: ASPEN[2]、GREAS[3]、ASTER[4]和STK/Scheduler[5]等。但上述各系统均存在如下特点和不足:

1均采用紧耦合软件架构, 可扩展性和可移植性不强;

2均是针对特定卫星进行任务规划, 无法满足多类型遥感卫星特有的约束和规划需求。

针对上述问题, 本文面向遥感卫星使用约束及任务需求的特点, 着重完成了2个方面的工作: 1建立了一种基于SOA的遥感卫星任务规划系统框架, 形成了灵活的松耦合的软件架构; 2设计了基于专家系统的任务数据过滤与工作模式推理以及基于智能调度算法的任务规划2个阶段流程。最后, 通过一个应用实例对任务规划过程进行分析和验证。

1 RS4BS 框架

遥感卫星任务规划系统设计需要满足 以下原则:

1可扩展性, 系统需具备针对不同类型的卫星工作参数和使用约束进行任务规划的能力。

2分布异构性, 系统需具备支持局域网内多用户访问、共享规划资源的能力;

3可维护性, 系统需具备通过较小的修改代价完成对系统功能和服务的升级, 实现对用户需求变化的适应能力。

Service Oriented Architecture ( SOA) 是一种面向服务应用程序体系结构[6], 架构设计目标是以服务为基础, 实现软件系统不同模块之间的松耦合。与传统的系统架构相比, SOA具有如下特点:

1独立的功能实体, SOA不但重点强调架构中提供服务的功能实体具有完全独立自主能力, 而且强调实体具有自我管理和恢复的能力;

2松耦合性, SOA各服务间的接口采用基于一种通用的消息传递方式, 它可以适应不同的软硬件平台;

3可扩展性, SOA系统可以通过添加新服务进行升级。

目前, SOA的实现主要采用CORBA2、WSDL3和服务代理注册等3种方式。其中Web服务和服务代理注册方式是主要的实现方案[7]。Web服务是基于一定标准的分布式应用构件, 具体地说, Web服务为在线应用及相互通信定义了一个标准化的机制, 基于Web协议和XML标准为应用整合提供了一个跨平台、可扩展的框架, 具有移植性好, 耦合松散等特点[8]。

SOA架构的技术特性、基于Web服务的实现方案与遥感卫星任务规划系统的设计原则相符合, 因此本文基于SOA架构来构建遥感卫星任务规划系统 ( Remote Sensing Satellites Scheduling System Basedon SOA, RS4BS) , 该系统包含服务端与客户端两部分, 其结构可以分为: 业务表示层、服务接口层、服务组合层、基础服务层、系统资源层和企业服务总线6部分, 其体系结构如图1所示。

1业务表示层是用户与系统的交互接口, 通过业务表示层, 对服务端的实现细节进行屏蔽, 用户通过客户端以业务处理的方式与后台服务之间进行交互。

2服务接口层是服务端在客户端的映射, 它屏蔽了后台服务的访问细节, 自动根据系统所定义的服务接口描述生成服务访问代码, 实现服务接口的序列化操作。

3服务组合层是业务逻辑抽象出的具体流程。基础服务在服务组合层被发现或者直接静态绑定, 而编排到服务流程中。根据服务所实现功能的不同, 服务可分为交互服务和后台服务。交互服务需要等待用户交互界面的数据输入和控制, 才能进一步被流程引擎推进; 而后台服务无用户交互行为的阻塞, 可以由流程引擎直接推进。

4基础服务层是系统应用开发的关键, 它通过对已经抽象出来的原子服务进行实现, 原子服务的集合应该是完备的, 即可以保证所有的实际业务都可以通过对原子服务的组合实现。

5系统资源层[9]是遥感卫星任务规划系统的业务环境, 包括硬件资源、网络环境、操作系统和数据库等。

6企业服务总线是服务交互的中介, 主要包括消息队列、流程实例和服务引擎。由于本SOA构架是基于消息机制, 所以消息队列是服务交互消息的缓存队列, 而服务引擎则按照一定规则检索消息队列, 来调度对应的流程实例启动相关服务。

2 RS4BS 系统关键技术

为提高获取目标数据的精确性, 卫星对地观测任务需要根据目标特性和环境条件设置相应的工作模式和工作参数。同时, 卫星观测任务需求集里面可能存在许多无效数据 ( 如超过有效观测时间和观测能力的任务) , 需要进行过滤; 另一方面, 观测任务在时间、空间和频段的覆盖性上均有要求, 且约束条件复杂, 因此可归结为一类复杂的组合优化问题。

针对上述特点, 在系统设计中引入专家系统和智能优化算法, 将卫星任务规划按照2个步骤进行处理: 首先对提交的观测任务使用专家系统进行过滤与工作模式推理, 然后再基于有效的智能优化算法进行任务规划。

2. 1 专家系统任务过滤与模式推理

CLIPS是由美国航空航天管理局 ( NASA) 开发的一种基于规则的通用专家系统开发工具, 具有推理效率高、通用性强和可移植性好的特点, 在航天领域中得到广泛应用。基于CLIPS的卫星任务规划专家系统框架如图2所示。

基于CLIPS的专家系统的核心部分是知识库、数据库和专家系统内核 ( 推理机) , 其外围部分是知识获取、推理解释、数据处理和语法转换。其中知识库存放任务规划的求解知识, 包括任务规划的规则和相关事实; 数据库主要存放初始任务信息、资源信息和由专家系统内核推理过程中自动产生的中间数据; 专家系统内核基于CLIPS推理引擎实现其推理功能, 负责知识的运用[10]。专家系统的引入可有效提高卫星任务规划系统的扩展性与维护性, 用户可以通过积累的任务规划经验, 增加或修改过滤与推理规则来满足后续增加的任务需求。专家系统具体任务包括:

1过滤无效的卫星任务。综合考虑一次任务规划的时间范围、参与规划的卫星及地面资源以及卫星有效载荷能力等约束, 总有一部分提交到系统中的任务是无法被完成的, 称为本次规划的无效任务。通过在专家系统中设置相应的过滤规则剔除这些无效任务, 提高后续任务规划的效率。例如设置如下规则来剔除无效任务:

IF ( 需求时间不在规划时间段内) , THEN过滤该任务;

IF ( 需求覆盖范围超过卫星覆盖范围 ) , THEN过滤该任务;

IF ( 需求工作模式超出卫星有效载荷能力 ) , THEN过滤该任务。

2推理确定有效载荷工作模式和参数。根据先验知识在专家系统内设定针对不同目标特性而设置有效载荷工作模式和参数的推理规则及其限制条件, 专家系统根据推理规则推导出针对特定目标的工作模式和参数集合。例如设置如下规则进行推理:

IF ( 需求工作模式未设置) THEN工作模式为默认模式;

IF ( 需求观测时间处于夜间) THEN工作模式为非光照条件下的工作模式。

2. 2 任务规划算法

任务规划算法为任务规划内的各遥感卫星资源分配合适的卫星观测任务, 在满足卫星使用约束的条件下使得综合收益最大化。卫星任务规划作为一个复杂的组合优化问题, 任务规划算法多采用智能启发式方法。本系统在设计中采用的遗传算法是模拟自然界生物繁衍、进化过程的启发式算法, 广泛应用于复杂的函数极值问题、组合优化问题和规划调度问题等问题的求解[11]。卫星任务规划所使用的遗传算法流程包含问题编码、初始种群、交叉变异、频段分配以及解修正等多个节点[12], 处理过程如图3所示。

2. 2. 1 问题编码

在卫星任务规划系统的算法设计中采用等长扩展二进制编码构造染色体, 对参与任务规划的每颗卫星的观测任务进行编码, 所有卫星的编码合并构造成染色体。

2. 2. 2 适应值函数

遥感卫星对地观测过程需要考虑任务需求对目标的空域、时域以及频域的覆盖度。空域覆盖度是指卫星观测任务覆盖的区域占原始需求中所要求区域的百分比, 可表示为:

时域覆盖度是指卫星观测任务覆盖的有效时间占原始需求中所要求观测时间的百分比, 可表示为:

频域覆盖度指的是卫星观测任务所使用的频段占原始需求中所要求频段的百分比, 可表示为:

式中, SpaceA reaj、Time Periodj和Freq Spanj分别对应第i个目标第j次观测任务在空域、时域和频域上的有效值; ki为本次任务规划针对目标i的观测总数;w ( i) 为目标优先级。

遗传算法适应值函数设计为空域、时域和频域覆盖度的加权和, 可表示为:

式中, α、β、γ为权值, 在任务规划开始前由规划人员根据本次任务规划需求确定。

2. 2. 3 初始种群生成算法

初始种群采用随机算法生成, 在所需规划的任务集合和工作模式集合中随机选择可满足需求的观测任务和针对该任务的工作模式。

2. 2. 4 选择算子设计

选择算子采用精英解保持的轮盘赌选择算法。父代种群中的各染色体遗传到子代种群的概率与其适应值大小成正比。可以按照适应值大小优先选择若干染色体作为精英解直接选入到子代种群中。

2. 2. 5 交叉与变异算子设计

针对多星多任务规划问题编码特点, 交叉算子采用多点交叉算子。多点交叉算子在每颗卫星的观测任务序列中随机选择一个交叉点基因进行交叉操作。变异算子采用单点随机变异方式, 通过随机邻域搜索的方法改变一个观测任务的选择状态和工作模式, 待变异个体采用随机选择方式产生。

2. 2. 6 频段分配方法

频段分配算法为各个卫星观测任务分配遥感频段范围。为了满足任务需求中对目标观测频段的覆盖要求, 在每次观测任务的频段分配中, 需要考虑有效载荷可使用的频段集合、目标要求观测频段以及历史观测频段, 优先在当前工作模式下的可用频段集合中选择历史观测任务尚未采用的频段。

2. 2. 7 约束修正算法

对进行交叉和变异后子代种群中产生的不可行解, 需要进行约束调整, 将不可行解转化为可行解即松弛的解修正。按照一般的遥感卫星载荷使用要求, 在系统设计中重点考虑的卫星及载荷的使用约束包括: 单次开机时长约束、任务切换时间约束、存储容量约束、单天工作次数约束和单天开机时长约束等。

在进行约束调整时需要考虑对适应值函数、算法搜索空间以及消耗时间的影响。在算法迭代过程中, 通过使用随机松弛的解修正方法, 保证了足够大的算法搜索空间和较少的迭代时间。

3 系统应用分析

根据上述架构设计思路和关键技术分析, 在研究过程中设计实现了相应的任务规划实验系统, 并通过一个应用实例对试验系统的运行情况进行了分析。该实例中输入数据包括10颗卫星、3个地面接收站和32个对地观测需求; 设置的规划时间段为3天, 规划目标为需求满足度优先。

首先采用人机交互的方式将卫星观测任务输入系统, 客户端读取观测任务数据进行消息格式转化, 并通过HTTP协议将转化后的观测任务数据发送到服务端; 服务端接收数据后存储到消息队列, 根据事先设定的工作流程激活任务规划算法模块进行规划计算, 计算完成后, 将结果返回客户端进行规划结果和需求对照显示。规划结果按照卫星进行分别显示, 每颗卫星显示的主要内容包括目标编号、观测任务编号、开关机时段、工作模式和参数等; 需求对照显示内容包括每个目标的观测任务分解情况、专家系统过滤情况和规划安排情况。最终给出算法适应值结果, 本实例运行结果如表1所示。

从任务规划实验系统的运行情况和运行结果分析可以看出, 按照设定的规划目标, 所有需求均得到满足。分析结果表明, 基于SOA架构的任务规划框架可以满足用户对卫星任务规划的需求, 专家系统的引入可以有效地解决在不同约束条件下对任务的过滤, 通过预先剔除无效任务, 达到提高后续规划算法的运行效率的目的。

4 结束语

结合目前的研究基础和应用需求, 在下一步拓展研究内容, 主要工作将集中于: 1建立任务规划算法服务库, 算法服务库能够包括遗传算法、贪婪算法和禁忌搜索算法等常规任务优化算法, 并具有一定的扩充能力。系统可根据不同资源的任务规划需求, 从算法库中选择相应算法服务进行任务规划计算; 2引入HLA架构, 提升系统对不同型号遥感卫星的兼容性。

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遥感卫星三号拨雾升空 篇10

21分钟后，西安卫星测控中心传来的数据表明，星箭成功分离，卫星准确进入预定轨道。至此，2007年我国宇航发射任务圆满完成。

長征四号丙火箭和遥感卫星三号均是以航天科技集团公司八院为主研制的。长征四号丙火箭从“长征四号乙”改进而来，是一种常温液体火箭，其三级发动机具有二次启动能力。该型号的火箭已于去年4月27日实现了首飞，本次发射是其更名之后的首飞。为了提高系统的可靠性，本次发射中，火箭外安系统采用了改进设计的安全指令接收机。为了对抗低温环境，火箭的整流罩部分和一、二级发动机舱段都穿上了厚厚的“棉衣”。同时，他们还选用了一种更耐低温的反推火箭。

遥感卫星三号主要用于科学试验、国土资源普查、农作物估产和防灾减灾等领域。该卫星由八院抓总研制，航天科技集团公司五院、中国科学院、中国电子科技集团公司等单位承担了部分设备的研制工作。