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遥感是一门科学还是一门技术?

  发表时间:2017年07月07日  点击数:118 次

  本文根据MaoLin Chen博士的精彩回答,对于遥感的认识进行探讨。

  首先研究一下题目。遥感是门科学还是技术,种种回答各有不同。现在想想,技术还是科学似乎也不那么重要,倒是讨论本身反而更为有趣。无论是什么,我们所从事的工作大概都不会变化。

  看题目所属的分类,好像把遥感仅局限在了“遥感图像处理”这样一个范畴,其实遥感的领域远比这要广,我就把我所知的遥感一点点给大家拆解一下。

  再看“科学与技术”的区分,以数学为例,数学算是基础科学了吧,但也有应用数学这个分支。从这种角度出发,所以我更赞同遥感兼具科学与技术的属性。

  看之前的回答,好像宏观的东西更多一些,我就在遥感领域更多细微和的地方发一些个人的看法,同时说一下遥感中偏“科学”的一面。

 

  遥感的概念很多,不同的学者在各自的学术论文中都给出过或详细或简单的定义,但大致离不开“遥远的感识与认知”(个人感性上的一个总结)。从这些年个人总结来看,我认为遥感包括传感器与平台的制作与集成、数据的采集与处理、不同领域的应用三个方面。

  1.遥感数据

  要说遥感,首先要从遥感数据开始,要说数据,肯定要从坐标系说起,因为没有坐标系,大量的数据只会增加麻烦。而坐标系也是这个遥感能称之为科学的一个地方,因为这是对大到地球小到区域的一个模拟。

  在遥感中,地球被拟合为一个椭球,进而基于这个椭球体有了多种坐标系。我国常用的托球模型包括WGS84、CNG2000、西安80和北京54,而每个坐标系下都有三种坐标(直角坐标、投影坐标、大地坐标也即经纬度),投影包括高斯投影、克鲁克投影等,都是根据某种情况下的最小误差而进行的精确转换。而不同的椭球也有七参数模型作为支撑。除了这些公用坐标系外,每个地区都有局部坐标系。

  什么?你说这些东西都很成熟了,已经没什么要研究的了吧。那我可以给你说,去年我们院一个师兄的博士论文就是做的不同坐标系之间的误差传递以及控制问题,而且做了五年,答辩时和一个答辩老师“吵架”吵的真是激情四射啊!你要说他们就是个技术人员,他们估计肯定有意见。在遥感领域下的坐标系及其误差这个领域里,很多科研人员一直在致力于对地球这个真实世界用坐标来做更精确的描述,同时在发现和减小这个描述误差上也在孜孜不倦的进行探求。从这个角度,我认为遥感可以称作是一门“拟合地球的科学”。

  2.遥感数据都有什么

  我所知道的包括卫星影像(高分、高光谱数据等,都是指的产品级数据而非原始数据)、航拍影像(光学影像为主,辅以IMU、GPS数据,后两者简单的说就是告诉你飞机在哪里、是躺着还是趴着的数据)、点云数据(机载、无人机和地面都有,KINECT等采集的深度数据也能算)、雷达数据(SAR、INSAR数据以及平台轨迹数据)、GPS数据等等。就从这些数据的处理方法上来讨论下遥感到底是不是科学吧:

  以卫星遥感影像预处理为例。卫星影像从原始数据到大家在网上看到的那样要经过很多步骤,包括辐射校正、大气校正、几何校正、匀光匀色、图幅拼接等过程(这些好像不是严格前后关系,我有点记不清了)。

  就说辐射和大气校正,原理啥的不多说,要改正这些影响就要考虑太阳高度角、日地距离、地形、大气折射、散射和吸收、气压、大气成分(水、氧、二氧化碳等等等等)、还有电磁波本身的特性等等等等,需要很复杂的模型。

  你可以说这些东西属于其它领域,但你也不能说遥感领域没有这些东西,而其实遥感领域是有很多人在研究这些东西的。

  以定量遥感为例。其大概含义就是通过遥感信息去推算实际地表的地学和生物信息。不说中间的推导模型如何建立,但就其目的来说,已经是在用自己的手段和方法去描述推测和描述真实的地表状况了,也涉及到不同地物的波谱特性。

  说到定量遥感,联想起我一个在清华做博士的哥们的例子(与定量遥感无关),他们小组也一直使用的DNDC模型,通过多种参数和指标预测预测陆地生态系统中碳和氮的生物地球化学行为。

  这些工作都试图在用自己的方法找出现实世界生物、地学和其它物质的一些规律,你可以说这些工作是地学、是生物学、是环境学,但也不能否认它们确实也是遥感的一部分吧,也不能否则遥感确实是一门在用自己的努力去“模拟地球的科学”吧。

  以误差处理为例。上面只是说到了坐标系中的误差,其实在遥感领域中(或者说测绘领域;毕竟遥感领域是测绘的二级学科,不过领域内的不少院士一直在为推动遥感成为一级学科而努力),误差处理也是一门单独的学问。

  说到误差处理,我首先想到的不是高深的公示,而是一个有意思的定理——“测不准定律”,其实在量测现实世界时,也是成立的。

  物理学关于不确定性的讨论不胜枚举,同样在遥感领域关于不确定性的讨论也是非常多,论着有香港理工大学史文中老师的《空间数据与空间分析不确定性原理》等很多本,而学术论文就更多了。其中讨论了很多关于空间数据不确定性的内容、位置模糊性的问题等等,我并不做这方面的研究,所以也没法更详细展开了。

  但我想说的是,上世纪海森堡对于量子测不准的思考和讨论无疑具有很重要的意义和先驱性,是物理科学史中很重要和出名的一环,那遥感人对于空间测量和空间数据不确定性的思考以及为此做出的努力如果在外行人看来很微不足道,难道连科学都不能算么?

  说的有点远,对于实际测量中的误差,遥感的先辈们也是提出很多的模型去处理,以摄影测量为例,前交模型、后交模型、航带法、光束法等等,都是处理空间数据的经典模型,而在摄测发展的进程中也不断有学者提出改进的甚至新的数据处理模型。

  这些可以说就是数学的推导和证明,你可以说这主要是数学的功劳,但无可否认这也正是遥感领域的一部分

 

  遥感的领域太多了,像图像处理、计算机视觉这块大家相对熟知的我就不说了。遥感不同领域的研究太多了,再挨个写数据这块感觉就像是列流水账了-.-,就不提了。

  3.遥感的应用

  这个真的太广了,这里就是遥感技术属性的方面了。在灾害预防、农业信息、军事应用、智慧城市、考古、城市规划管理等方面,遥感应用太广了,就不提了。

  PS:遥感的东西就说这些吧,我个人觉得毕竟现在做研究的人少,做应用的人多,所以可能持遥感是一门技术观点的人偏多,因此我就主要从做科研的角度谈谈自己对遥感是不是科学的认识。

  看到有人提到GIS(其实遥感和GIS结合是非常紧密的,希望不要给大家两者相去甚远的错觉),也可以顺便发表下自己的看法,毕竟自己本科也是专门学GIS的,后来慢慢做到遥感这块了。

  我个人还是认为GIS是当的起一门科学的。不知道Goodchild那些前辈们是怎么想的,我觉得单看Waldo Tobler的“地理学第一定律”,就可以看出GIS人对空间和地球是有着源远流长的思考和研究的。

  已故院士李小文曾经在博客上推荐过一篇文章叫《地理学第一定律之争及其对地理学理论建设的启示》。单看这篇文章里面GIS人的着眼点,我个人就觉得GIS是当的起GIScience的称呼的。

  出处:测绘之家(转发不代表本站体观点)

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