浅述卫星遥感及几个图像处理平台发展

黄江桃

摘 要：卫星遥感是对地探测的一种重要手段，能够获取地物的光谱信息和位置大小等几何信息，可用于地理信息数据采集与更新、地图制图等。卫星遥感具有无国界限制、受限条件少、大面积、速度快周期短等特点，经过专业的遥感图像处理平台处理后的遥感影像，可以应用于国防和国民经济等方面。

关键词：卫星遥感、图像处理平台、PCI、PIE、Easy-Sat

前言：20世纪80年代以来，我国相继发射系列遥感卫星，伴随着卫星遥感技术的日新月异，人类已经进入天空地一体的全方位全天候对地观测的时代。随着遥感技术的进步与应用的推广，遥感技术与国防安全、城市建设、环境监测等领域的关系越发紧密。多来源、多种类、多尺度的遥感大数据，对遥感图像处理系统平台的要求越来越高，也推动着遥感图像处理技术的发展。本文结合工作实际，浅述卫星遥感的发展及现状和几个图像处理平台的发展。

一、卫星遥感的发展及现状

1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星PS-1，1960年4月1日，美国第一颗遥感卫星TIROS-1气象卫星进入轨道。国外遥感卫星先后经历了Landsat、SPOT、IKONOS、QuickBird、IRS、ALOS、WorldView、GeoEye等。SPOT卫星具有邻轨立体观测能力，IKONOS、QuickBird、WorldView、GeoEye空间分辨率均能达到亚米级，WorldView-3全色星下点分辨率达到0.31米。国内，1970年4月24日我国第一顆人造地球卫星——东方红一号升空，此后的几十年间，陆续发射了国土资源普查卫星、北京一号、环境系列、资源3系列、高分系列、吉林一号、珠海一号、珞珈一号等卫星，包括高光谱卫星、高分光学卫星、雷达卫星、红外卫星、视频卫星、夜光遥感卫星等。总体而言，分辨率由低到高，功能趋于多样化。

二、几个遥感图像处理平台发展现状

遥感图像处理对象一般是0级的原始影像产品或是经过系统辐射校正的1级产品，国内外均有专业的遥感图像处理软件。国外软件常用的有PCI、ERDAS、ENVI等。PCI Geomatic软件是加拿大PCI公司开发的多功能软件系统，融遥感、GIS、制图为一体，支持多种不同硬件平台，功能模块丰富，操作灵活简便。PCI GXL（ Geoimaging Accelerator，地理成像加速器）是PCI公司面向海量影像自动化生产提出的新一代解决方案产品，GXL系统是分布式的处理系统，是一个开放的体系架构，可以和用户的数据存储系统结合搭建形成数据存储、数据处理和分发为一体的完整系统。进行图像处理时，GXL系统根据用户处理的数据量和需求，自动有效地进行负载分配，利用GPU快速图形运算能力以及多任务并行分布式处理的特点，大大提高了工作效率。GXL模块中包含PROSDK二次开发工具包，支持用户进行二次开发，用户可以编写自己的算法模块然后插入GXL。ERDAS是美国ERDAS公司开发的专业遥感图像处理与地理信息系统软件，具有先进的图像处理技术，友好灵活的用户界面和操作方式，以模块化的方式提供给用户，包括数据预处理、专题制图、图像解译、空间建模等模块，用户根据自己的应用需求、资金情况合理地选择不同功能模块及其组合。ERDAS二次开发方法主要有基于空间建模工具的二次开发方法、基于C toolkit的二次开发方法和基于EML语言的客户化方法[2]。ENVI是美国ITT Visual Information Solutions公司的旗舰产品，由遥感领域的科学家采用IDL开发的一套功能强大的遥感图像处理软件，覆盖了图像数据的输入/输出、定标、图像增强、纠正、正射校正、镶嵌、数据融合以及各类变换、信息提取、图像分类等功能和工具，界面灵活，操作简单。底层的IDL语言可以帮助用户轻松地添加、扩展ENVI的功能，甚至开发定制自己的专业遥感平台。

国内遥感图像处理软件有通用遥感图像处理系统IRSA、PIE、Easy-Sat等。IRSA是遥感图像处理的系列软件，历经多个版本。IRSA集遥感图像原理和GIS功能与一体，其主要功能包括图像浏览、基本处理、纠正、镶嵌、融合、分类、解译、地形仿真、光谱处理等遥感图像处理的通用功能，是一套全中文界面、高效率、多功能的专业遥感图像处理软件。PIEOrtho是一款北京航天宏图信息技术股份有限公司自主开发的遥感图像处理软件，提供面向多源、多载荷（光学、雷达、高光谱）的遥感图像处理、辅助览译及信息提取功能，是一套高度自动化、简单易用的遥感工程化应用平台[3]。Easy-Sat卫星影像快速处理系统，是面向卫星影像快速生产推出的新一代解决方案，主要包括五大模块：稀少控制点的卫星影像区域网平差定向与纠正模块、卫星影像全色与多光谱影像自动配准融合、影像自动匀光匀色、镶嵌编辑与分幅处理、成果精度质量检查。

三、现存问题与发展趋势

现阶段，我国“风云”、“资源”、“高分”等系列卫星已进入业务化运行阶段，初步具备全天时全天候观测能力，遥感卫星应用体系初步建成。但距离国际领先水平尚有差距。

在卫星遥感方面，我国自主研发的高分辨率遥感卫星尚少，在高分辨率遥感数据的获取上，目前很大程度上仍依赖国外卫星数据，对空间发分辨要求高的行业和项目国产遥感影像不能完全满足，还需购买国外遥感数据。在遥感数据的应用方面，应用推广支撑体系不完善，应用链条不健全，产业化程度较低，数据和资源缺乏共享机制。随着国外Flock小卫星星座、Skysat小卫星星座的发射以及BlackSky计划的提出，国内吉林一号、珠海一号、珞珈一号等小卫星的发射，卫星的发展呈现“小”的趋势。体积小、重量轻、多星组网是未来卫星发展的一个趋势。建立多功能、多轨道、多星系统组成的空间基础设施，建成天地协调配套的卫星地面应用系统，形成完整、连续、长期稳定运行的天地一体化系统[4]。对地观测卫星地面系统和应用体系不断完善，应用领域深化拓展，应用水平日益提升，应用效益持续提高[5]。

在遥感图像处理平台方面，国外遥感图像处理平台发展起步较早，在功能上也相对完善和稳定，我国也有自主研发的遥感图像处理系统，但整体水平仍较落后，特别是在全面性、二次开发能力等方面。随着卫星影像幅面的增大以及空间分辨率的提高，影像数据量越来越大，高分辨率的影像，融合后的单景影像可以达到十几乃至几十G的数据量，目前，国内外的遥感图像处理平台仍缺乏对大数据量影像的快速读取和处理的能力。遥感图像处理涉及多个环节，如镶嵌、裁切、融合、匀色等，现行的遥感图像处理平台可能只是在某一方面表现出色，但做不到面面俱到，于是催生了很多具有针对性的软件或工具的诞生，来解决影像处理过程中的痛点和难点，如支持大数据量遥感影像读取和存储的PS插件、沃韦匀光匀色模块等。

今后，随着我国天空地一体化的对地观测系统的完善，卫星遥感数据也会越来越丰富，数据量也越来越大，对遥感图像处理平台提出新的挑战。在遥感图像处理平台方面，目前的各个系统和平台可以说是各有优点，在实际的作业过程中，通常是多个系统软件并用，取长补短。在处理速度上，优化硬件、优化算法、软硬件结合、分布式处理、提高机器算力等一些方法也会应用到遥感图像处理系统中，从而能够适应大数据量的遥感影像的处理需求。

参考文献：

[1]赵忠明，高连如，陈东，岳安志，陈静波，刘东升，杨健，孟瑜.卫星遥感及图像理平台发展[J].中国图象图形学报，2019，24（12）：2098-2110.

[2]刘俊杰，贾永红，柯美忠.Erdas Imagine二次开发与客户化方法研究[J].地理空间信息，2003（04）：29-30+33.

[3]廖通逵，任芳，王小华.新一代国产遥感图像处理软件PIE5.0[J].卫星应用，2018（11）：66-67.

[4]徐福祥.中国卫星工程的成就与展望[J].航天器工程，2001（03）：4-8.

[5]《2016中国的航天》白皮书[J].中国航天，2017（01）：10-17.

[6]王宾伟.Easy-Sat在天绘一号卫星数字正射影像制作中的应用[J].测绘技术装备，2017，19（01）：58-59.

[7]鄭立中，陈秀万.中国卫星遥感与定位技术应用的现状和发展[C].中国气象学会.第十三届全国遥感技术学术交流会论文摘要集.中国气象学会：中国地质学会，2001：12.