地球空間信息獲取的方法

于思研

(黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

1 空間大地測量技術

空間大地測量是實現大地測量學科各種目標的最主要的技術手段，其作用體現在影響著大地測量學科今后的發(fā)展方向以及學科的地位?？臻g大地測量技術不緊包含衛(wèi)星重力探測技術，而且還涵蓋GPS、激光測距以及基長基線干涉測量等眾多方面。激光測距屬于絕對定位技術，并且具有很高的精度，其主要貢獻有以下幾點:

1)建立了全球地心參考系。

2)精確的測定了地球的自轉參數以及潮汐與非潮汐變化。

3)測定了地球質心運動以及地球的平均引力場。

4)有效的監(jiān)測了地球重力場的長波時變量以及測高衛(wèi)星的軌道確定與校準。

基長基線干涉測量通常用于測定長基線，而且此中技術還可以有效的監(jiān)測全球板塊運動與測定地球自轉運動的變化［1］。

隨著GPS 不斷的發(fā)展與進步以及中國北斗衛(wèi)星的發(fā)射成功，全球定位系統(tǒng)在未來將會有更為廣闊的發(fā)展空間。其發(fā)展的方向主要包括以下幾點:

1)GPS 硬件與軟件技術的更新與完善。

2)GPS 干涉或是虛擬干涉技術應用范圍的擴大。

3)GPS 氣象學的深入發(fā)展。

4)高精度靜態(tài)測量與動態(tài)GSP 技術在各行各業(yè)的應用。

5)空基與星基GPS 技術發(fā)展空間的擴展。

2 海洋測繪技術

海洋測繪技術越來越受到人們的重視，它是人們從事海洋活動以及海洋高新技術發(fā)展的基礎。生活中為了滿足人們對海洋空間的利用、資源的合理開發(fā)以及對海洋災害的實時監(jiān)測與預防等需要，在未來的一段時間內海洋測繪將會是測繪事業(yè)中一個重要的發(fā)展方面。

海洋重力場精細結構探測、水下工程測量控制與放樣、海底地形圖測繪、海洋測繪垂直基準、海洋空間技術等將成為現階段測繪科技重點發(fā)展或解決的關鍵技術。

3 地球重力探測技術

地球重力場的探測一直是地球科學與空間科學中非?；钴S的一個方面。因此地球重力測量在未來仍將是獲取高分辨率、高精度重力數據的最常用的方式之一，衛(wèi)星重力場探測技術的成功應用使得用衛(wèi)星探測高精度地球重力場進入了一個嶄新的時代，衛(wèi)星跟中衛(wèi)星和衛(wèi)星重力梯度測量必然成為21世紀初物理大地測量新的研究熱點［2］。

低——低衛(wèi)星跟蹤技術、衛(wèi)星重力梯度技術與衛(wèi)星測高技術將成為今后衛(wèi)星重力探測技術的主要發(fā)展方向。

以衛(wèi)星定軌的特點來說，高——低衛(wèi)星跟蹤方式中低軌衛(wèi)星如果想要提高定軌精度，那么對環(huán)境因素的改善是必不可少的，因此對于精度的提高有著一定的瓶頸。然而低——低衛(wèi)星跟蹤方式是把幾乎在同一軌道面得相對靜止的兩顆衛(wèi)星之間的基線作為直接觀測量，因為它對衛(wèi)星軌道的絕對位置不是很敏感，所以對定軌精度的要求不高，假如用GPS對其進行跟蹤，因為衛(wèi)星之間基線隨時間的變化量很小，可采用GPS 干涉技術來提高基線觀測的精度以及有效采樣率，所以說低——低衛(wèi)星跟蹤方式在某些方面其發(fā)展空間非常廣闊。當然，從成本上來看低——低衛(wèi)星要比高——低衛(wèi)星要高，而且其設備利用率也較低，這些也將成為系統(tǒng)開發(fā)中的制約因素。

4 遙感技術

在未來的一段時間內，遙感技術的發(fā)展將會極為迅猛，主要體現在兩個方面:首先，傳感器向多波段、多角度、多載波與空間、時間、分辨率不斷提高的方向發(fā)展。其次，發(fā)展靈活性強、投入少收益高的小衛(wèi)星群計劃等方面，于此同時大力發(fā)展與之相匹配的信息提取以及數據處理方面的技術手段與理論。具體涵蓋一下幾點:

1)大力發(fā)展遙感的數值仿真理論與方法，以更深層次作為基礎，理解以及詮釋定量遙感信息可以反映出的豐富內涵。

2)在闡明電磁波與復雜環(huán)境和背景相互作用機理的基礎上，創(chuàng)建與之相對的數學物理模型，使得傳統(tǒng)的統(tǒng)計相關分析模式可以得到巨大的突破。

3)將遙感技術與地學分析的需求兩者充分的結合在一起，并且加入計算機視覺與信號處理等方面最新的成果，以此來推動完善信息壓縮與融合、地物目標提取識別等關鍵性技術，最大程度的發(fā)掘極化、相位、頻率、振幅以及幾何特性等多方面的信息。

5 現有測繪技術的集成化與自動化

選用測繪技術的不同，其所獲取信息的側重點也不盡相同，通常都具有一定的片面性。因此將不同類型的測繪技術相互組合，不僅能夠獲取更多的測繪信息，增加信息的可靠性，而且在信息相互融合的過程中可以挖掘出更加豐富的知識，進而為推進改善各種測繪技術提供科學依據。所以說，測繪技術的集成將會成為未來測繪科學發(fā)展的一個主要方向。例如:GPS/InSAR 組合技術。

InSAR 技術的應用由于受到衛(wèi)星定軌精度以及大氣傳播延遲等因素的影響，因此很難獲得高精度的DEM，而且單獨的DInSAR 技術也不適用于大面積地表變化以及長時間跨度的地殼慢形變監(jiān)測。尤其是SAR 差分干涉的慢變形監(jiān)測，要求SAR 圖像能夠維持長時間的相關性，這就需要所監(jiān)測的區(qū)域具有植被少且地表干燥的特點，這些是一般地區(qū)很難滿足的，所以說，此項技術不能對陸地下沉、板塊的緩慢變形等進行有效的監(jiān)測。

采用GPS 技術來監(jiān)測地殼的變形運動是目前的一個熱門，每個國家都投入大量的資金用來布設GPS 監(jiān)測網。GPS 技術的特點是只能監(jiān)測單點的地殼運動，為了提高地殼運動監(jiān)測的空間分辨率，則需要布設更多數量的GPS 監(jiān)測點，高昂的費用限制了GPS 對地殼微變形的監(jiān)測能力。

將InSAR 技術與GPS 技術進行組合可以充分的發(fā)揮出兩者的優(yōu)勢并進行互補:

1)利用此兩項技術生成的DEM 能夠有效提高干涉區(qū)域SAR 像點的斜距以及視角的估計精度。

2)兩項技術的融合可以增強干涉相位的信噪比，進而叩打干涉區(qū)面積，改善地形恢復的精度以及效率。

3)采用橫跨不同干涉圖之間GPS 基線的變形，能夠建立區(qū)域性高精度的地標變化基準，從而構造不同差分干涉區(qū)之間高精度的相對運動關系，且允許差分干涉區(qū)之間出現空白區(qū)域。

4)采用實時GPS 大氣反演技術，能夠在很大程度上減少大氣傳播延遲對SAR 相位觀測的影響。由此可見，測繪技術的集成化有著巨大的優(yōu)勢，其發(fā)展將會使測繪行業(yè)更加的科學化。

綜上所述，對地球空間信息的獲取是測繪科學的基礎，其方式多種多樣，且都具有各自的特色。相信在未來將會更加的精確、完善。

［1］李德仁，李清泉．論地球空間信息技術與通信技術的集成［J］．武漢大學學報:信息科學版，2001，26(01):1 －7．

［2］張慧慧．地球空間信息及其獲取技術［J］．科技視界，2013(34):290．