人人都能给地球拍大片

　　遥感技术通过传感器对物体的电磁波的辐射、反射特性，可以在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标。或许你会觉得遥感技术很神秘，而遥感数据很机密。的确，传统遥感数据以及产品需要依赖测绘遥感专业人士根据一定的标准和流程生产获取。但是近年来互联网通信技术的迅速发展以及智能移动设备的快速普及使遥感技术由专业化逐渐走向大众化。

　　

　　这就好比拍摄视频，以前需要专业设备和专业技术人员，而在智能手机和新媒体高度发达的今天，人人都可以拍摄、上传和共享视频。遥感的大众化包括数据采集大众化、数据处理工具大众化和数据使用的大众化，而数据采集的大众化则是公众可以通过泛在遥感平台进行数据采集。

　　

　　借助泛在平台，获取众源影像

　　

　　在遥感数据采集阶段，随着传感器不断进步与发展，各种廉价且固定的泛在遥感平台和数据采集的设备得到广泛普及，包括小型无人机、穿戴式智能设备或便携式传感器等。这些简单便携的设备方便人们获取各种数据和信息，推动数据采集大众化发展。基于此，志愿者地理信息（Volunteerd Geographic Information，VGI）、众源地理数据（crowd sourcing geographic data，CSGD）等概念孕育而生并得到相关领域专家的广泛关注。这种数据的提供者使用智能手机、智能手环、平板电脑等配备了GPS接收机的设备记录数据，利用互联网完成标注和上传功能。

　　

　　VGI及CSGD的核心思想符合地理信息系统未来发展方向，且满足当前社会背景下对数据时效性的要求，为建立高时效性、低成本的地理信息数据系统提供了新的解决思路。众源影像是志愿者地理信息中的一种，是指由大众使用智能手机或普通数码相机等消费级设备拍摄，并通过互联网共享的带有地理信息的数字影像，它的出现为多尺度地理信息的获取提供了更加广泛的数据源。美国华盛顿大学的GRAIL课题组使用网络上的图像，成功完成了著名的“一日重建罗马”工程，使得众源影像这类非专业观测的影像数据获得大家广泛关注。

　　

　　众源影像的概念听起来让人兴奋，但是仍然面临不少挑战。例如在数据质量方面，由于缺乏社区规范约束，质量参差不齐；在数据覆盖上，以景点、热门风景居多，并不全面；在数据范围上，主要为地面获取，视野有限。如果能够将众源影像从地面平台，进一步拓展到更高的平台，将可以进一步发挥众源影像的应用价值。下面介绍两种新型的泛在平台对地观测方式，民航客机平台志愿者遥感和城市天际线对地观测。

　　

　　民航客机志愿者遥感

　　

　　作为现代社会一种主流的交通手段，民航客机是许多旅客在长途出行中首选的交通工具。根据统计，目前全球范围内每日飞行的航班班次高达15万，民航航线连接了200多个国家或地区的1700多个机场。密集的航班数量以及丰富的航线为志愿者遥感提供了一个优秀的平台。民航客机平台志愿者遥感是一种新型的遥感数据采集方法，该方法基于手持摄像机从靠窗座位拍摄的地球观测图像，通过计算机视觉处理算法生成正射影像。通过民航客机作为遥感平台，一方面可以充分发挥志愿者遥感在数据时效性上的优势，为对地观测提供及时的信息。另一方面，丰富的航线保证了志愿者遥感能够尽可能地覆盖大部分城市，提供大部分地区的对地观测数据。

　　

　　

　　

　　通过该方式获取遥感数据具有三大显著优势：

　　

　　一是重访周期短——每天密集的飞行航班，在航线覆盖区可以实现以小时为单位的数据获取周期。

　　

　　二是获取成本低——智能手机的极大普及、手机摄像技术的提升，以及民航客机手机使用的政策放宽，使得民航客机上靠窗乘客很容易获取到质量较高的航空遥感图片，极大降低数据获取成本。

　　

　　三是抗云层干扰——与卫星相比，民航客机的飞行高度较低，不同观测位置云层在影像上的遮挡范围不一样，因而通过对不同位置拍摄的影像进行叠加，可以消除部分云层的影响。

　　

　　民航客机平台志愿者遥感可满足诸多常见对地观测任务要求。以洪涝灾害制图为例，洪涝期间，往往伴随云层覆盖，传统的光学遥感，卫星很难获取有效的遥感观测数据。但使用民航客机遥感方法，经过一系列处理手段，能够获取拍摄区域三维点云和去除云层干扰的正射影像图，达到很好的去云效果，从而有效监测洪涝灾害情况。在夜光遥感经济监测方面，以新冠疫情为例，通过在民航客机上获取的研究区手机照片，生成夜光遥感影像，通过兴趣点（pointsof interest，POI）密度图，与疫情前获取的珞珈一号夜光遥感影像进行对比，从而能够快速评估疫情对经济的影响，服务疫情后的城市精细管理和经济恢复。在光污染监测应用研究方面，利用民航客机遥感获取高分辨率数据，结合兴趣点数据，可以对光污染来源及特征进行分析，弥补传统夜光遥感分辨率的不足。

　　

　　城市天际线对地观测

　　

　　伴随着改革开放和城市化进程的加快，我国的很多大中型城市开始进行摩天大楼的建设，目前我国的摩天大楼数量已经达到700座左右，约占全球总数的一半。这些摩天大楼重塑了城市天际线，也为遥感对地观测提供了绝佳的平台。

　　

　　城市天际线平台对地观测系统是一种创新型的遥感技术，它以城市中超高层建筑作为遥感平台，以高清CCD数码相机等遥感设备作为传感器，集成自动化控制、摄影测量、数字图像处理以及“3S”等技术，经过遥感数据处理过程，获取实时动态的标准化遥感产品，可广泛用于智慧城市建设、土地利用变化监测、灾害以及公共安全监测、海洋环境监测、交通信息实时监测、交通管理、经济等领域。

　　

　　

　　深圳市平安金融中心大厦可观测范围与观测实景

　　

　　在城市监测应用领域，卫星遥感的使用还是遇到了很多难以解决的问题，例如卫星重访时间长、受云层干扰大、高分影像价格昂贵。很多近海区域容易受天气影响，可用的遥感数据会大大减少。例如深圳市每年仅能获取4景左右有效的陆地卫星（Landsat）影像数据，很难对城市进行实时动态的监测，无法满足对城市精细化管理的需求。

　　

　　随着国内城市中摩天大楼的快速增长，城市天际线中的这些超高层建筑可以成为城市遥感的新观测平台。与其他遥感平台相比较，以城市天际线作为遥感平台有着诸多无可比拟的优势：

　　

　　首先，其经济成本低廉——城市天际线中的超高层建筑都是现有的建成设施，不需要增加成本用于遥感平台的建设，只需要传感器布设的成本投入，与卫星和飞机等遥感平台相比，在经济成本方面具有显著优势。

　　

　　其次，传感器布设维护容易——城市天际线平台对传感器限制少，工作环境也更加安全稳定，基本不会受传感器荷载重量、工作温度、续航时间等方面的限制；城市天际线平台更容易到达，方便工作人员对传感器进行更新维护，增强了传感器的稳定性，数据传输也更加容易和快速。

　　

　　第三，不受云层干扰——城市天际线平台的高度大都低于云层，虽然偶尔也会被低于几百米的积云和碎积云遮挡，但往往这个高度的云层移动也比较快速，可以通过叠加处理得到去云的清晰数据，因此基于城市天际线平台可以有效地避免云层影响，获取不受云层干扰的数据。

　　

　　第四，便于实时观测——由于城市天际线平台是固定于地面之上，因此没有重访周期，可以进行实时的城市遥感观测数据采集，采集频率远超无人机平台和卫星平台。

　　

　　第五，观测范围广——城市天际线中超高层建筑的高度大多数都超过300米，普通的消费级无人机和一般的交通监控探头很难达到这个高度，城市天际线平台的高度具备遥感领域远距离观测的特点，在观测覆盖范围方面比地面和无人机平台更具有优势。

　　

　　

　　

　　基于城市天际线对地观测获取的遥感数据，由于具备实时性，在公共安全、智慧交通、地理测绘、国防军事等领域都有广泛应用前景。例如，基于城市天际线遥感视频数据，可进行车辆运动信息提取，实现车辆计数和车速估算，在智慧交通领域发挥作用。与传统方法及无人机交通流量观测相比，城市天际线对地观测采集范围更广，时间更长，实时性更强，平台状态更稳定，且在管制与成本方面受限制小，是一种非常有潜力的城市交通信息监控遥感观测方式。

　　

　　

　　

　　总之，在遥感技术不断发展的今天，不仅在技术上不断创新，更要发挥大众的力量，获取更多更及时的数据。都说“众人拾柴火焰高”，相信随着大众参与遥感，这些技术会有更强的生命力和更深的根基，进而为生产生活提供更优质的服务。(作者：汪驰升）