对地观测数据处理与分析研究进展

序言
    人类正面临着人口急剧增加、资源逐渐枯竭、环境日益恶化、灾害频繁发生、全球变暖等严
重社会和经济问题，这些问题的发现和解决需要实时的、动态的地球空间信息的支持，而对地
观测技术是实时获得动态地球空间信息的重要手段。
    我国科技发展中长期规划已将高分辨率对地观测系统和新一代卫星导航定位系统列入国
家重大专项。到2020年，国家计划投资几百亿元研究建设高分辨率对地观测系统，届时将有
多种对地观测卫星在轨运行，具有准实时、全天候获取各种空间数据的能力，并逐步形成集高
空间、高光谱、高时间分辨率和宽地面覆盖于一体的卫星(群)对地观测系统，获取大量的对地
观测数据。如何快速、有效地处理对地观测数据，自动提取空间信息，及时获得地学知识，充分
发挥对地观测系统的使用效能，是我们亟待解决的重大科学问题。
    对地观测数据获取与信息处理涉及地球科学、信息科学、空间科学和认知科学等众多领
域，需要通过多学科交叉聚集多领域的专家，深入研究地表物体的反射及散射特性、大气传输
模型、地物成像机理与波谱特性、地球空间要素关系模型、空间信息采样定律、地球空间信息
统一时空基准、遥感影像自动几何定位、地物目标自动识别、空间数据挖掘与知识发现以及空间
信息智能服务等一系列理论与方法。
    鉴于此，国家科技部于2005年批准立项，开展国家重点基础研究发展计划(973计划)项
目“对地观测数据一空间信息一地学知识转化机理”的研究，该项目拟解决对地观测系统的时空
基准与遥感成像模型、地球空间要素关系模型与空间信息表达、海量空间数据库中地学知识发
现及其机理等关键科学问题，从而揭示对地观测数据一空间信息一地学知识的转化机理。项目
首席科学家龚健雅教授和他带领的研究团队，代表了我国该领域年轻一代的中坚研究力量，他
们开展的这个项目的研究已经取得成果。《对地观测数据处理与分析丛书》将系统地总结这些
研究成果，为读者展现整个研究结果的全貌。
    21世纪是航天的世纪，随着我国航天技术的发展，中国必将从航天大国发展为航天强国。
“坐地日行八万里，巡天遥看一千河”，相信通过我国科学家群体的集体攻关，一定会形成我国
独立自主的对地观测数据获取、信息处理与知识发现的理论与方法体系，为实现空间数据获取
的天一空一地一体化，空间数据处理的自动化、定量化和实时化，空间信息分发与应用的网格化，
空间信息服务的大众化与智能化提供理论支撑，促进我国航天技术的发展，更好地为国家安
全、经济建设和创建和谐社会服务。
    李德仁
    2007年11月于武昌珞珈山
 前言

    依托武汉大学，联合中国科学院地理与资源科学研究所、北京大学、中国测绘科学研究院、
上海交通大学、北京邮电大学等国内相关研究的优势单位以及部分海外专家，我们组建了一个
具有较强实力、学科交叉的项目组，申报了国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“对地
观测数据一空间信息一地学知识转化机理”的研究，并于2005年获得了科技部的批准立项。
    项目获得批准立项，我们既感到欣慰，我们的研究基础和研究目标得到了专家和科技部管
理部门的认可，使得我们有机会联合起来，共同就对地观测数据处理与分析的理论与方法进行
系统而深入的研究，为我国高分辨率对地观测系统重大专项的实施和国际上遥感科学与技术
的发展贡献一份力量；同时又感到压力，因为向前探索的路总是艰难的。为了项目的顺利开
展，项目研究人员首先研究分析该领域当前的研究现状与存在的问题。2005年12月25日，
科技部领导、武汉大学领导、课题顾问、专家组成员、课题组组长和课题组全体成员一起在武汉
召开了项目启动会。经大家讨论，一致同意在综合分析研究现状与存在问题以及今后的研究
过程中，就本项目涉及的相关文献‘，建立一个文献检索和管理平台，对目前国内外已有的相关
研究工作的参考文献进行检索，提供一站式的文献索引平台和信息交流平台，为各个课题提供
参考文献服务。随着项目研究的不断进展，各个课题都积累了丰富的资料，通过消化吸收后，
对各个课题、专题的研究前沿有了比较全面和深刻的了解，并形成了初步的文字综述。在
2006年度的项目总结报告会上，大家一致同意，将这些综述进一步凝练，并且统一规划，齐集
成书，既可作为课题组相关人员的交流工具，也可以为本领域国内科研人员提供参考，更是对
地观测数据处理与分析丛书的开篇之作，统领整个丛书的结构，形成以本书为广度，以今后各
个课题研究成果形成的专著为深度的领域知识体。
    整个书稿由绪言和六个部分共21章组成。绪言由龚健雅执笔，综述了“对地观测数据一空
间信息一地学知识转化机理”项目的研究背景、目标、内容、范围，概述了本领域的国内外研究前
沿。**部分对地观测系统的时空基准与高精度定位由施闯负责，分为3章，分别是时空基
准、卫星定轨和定姿；第二部分卫星遥感成像几何物理模型由袁修孝负责，分为3章，分别是卫
星遥感成像机理与辐射校正、卫星遥感影像几何定位模型和基于有理多项式模型的几何求解；
第三部分遥感影像智能解译与目标识别由张继贤负责，分为5章，分别是智能解译的理论与方
法、高性能处理和高分辨率影像、高光谱影像及合成孔径雷达影像的处理；第四部分空间信息
集成与更新由龚健雅负责，分为4章，分别是分布式空间信息的集成方法、多时相空间信息变
化检测、多源遥感影像智能融合和时空数据模型及更新；第五部分空间数据挖掘和知识发现由
周成虎负责，分为3章，分别是地学信息图谱理论、空间数据挖掘和支持地理空间知识发现的
空间数据库技术；第六部分空间信息智能服务由李琦负责，分为3章，分别是空间信息服务集
成调度模型、空间本体和空间信息智能搜索。全书由龚健雅和吴华意审阅统稿。
    本书的完成凝聚了课题组全体成员的心血，大家反复讨论，滤除各章之间的重复部分，仔
  细推敲各章都没有顾及的空白。本书各章的内容定位在研究方向的综述，因此普通教科书中
的基础知识，不属于本书论述的内容。为了兼顾本书的可读性，各章前面都给出一段简短的导
读，以通俗的语言描述本章的内容，方便初入门人员的阅读。各章在*后都安排一个小结，总
结该方向研究的热点、存在的问题和发展趋势。
    感谢国家科技部对本项目的支持，虽然项目组成员有共同的研究兴趣，但本项目的支持使
得大家走在一起，为完成一个共同的目标而努力，也使得本书的完成成为可能。感谢项目的顾
问、专家组成员一直以来对项目进展的指导和关心，使得编者对本书的把握能够更加准确。感
谢武汉大学、武汉大学科技主管部门和武汉大学出版社，他们为本项目的开展和本书的出版提
供了便利的条件。*后感谢项目组的所有成员，大家的共同努力是本书能够完成的保证。
    本书是一本综述性的论著，书中大量引用了国内外同行的研究成果，在此，对相关作者一
并表示衷心的感谢。由于本书涉及的范围广、作者多，各个章节之间的协调工作量大，时间紧
迫，因此，书稿中难免存在疏漏之处，恳请读者不吝批评指正。
    龚健雅
    2007年儿月