测绘学报综述排版

人类传递信息的主要媒介是语言和图像。据统计在人类接受的各种信息中视觉信息占80%，所以图像信息是十分重要的信息传递媒体和方式。图像传递系统包括图像采集、图像压缩、图像编码、图像存储、图像通信、图像显示这六个部分。在实际应用中每个部分都有可能导致图像品质变差，使图像传递的信息无法被正常读取和识别。例如，在采集图像过程中由于光照环境或物体表面反光等原因造成图像整体光照不均，或是图像采集系统在采集过程中由于机械设备的缘故无法避免的加入采集噪声，或是图像显示设备的局限性造成图像显示层次感降低或颜色减少等等。因此研究快速且有效地图像增强算法成为推动图像分析和图像理解领域发展的关键内容之一。图像增强处理是数字图像处理的一个重要分支。很多由于场景条件的影响图像拍摄的视觉效果不佳，这就需要图像增强技术来改善人的视觉效果，比如突出图像中目标物体的某些特点、从数字图像中提取目标物的特征参数等等，这些都有利于对图像中目标的识别、跟踪和理解。图像增强处理主要内容是突出图像中感兴趣的部分，减弱或去除不需要的信息。这样使有用信息得到加强，从而得到一种更加实用的图像或者转换成一种更适合人或机器进行分析处理的图像。图像增强的应用领域也十分广阔并涉及各种类型的图像。例如，在军事应用中，增强红外图像提取我方感兴趣的敌军目标；在医学应用中，增强X射线所拍摄的患者脑部、胸部图像确定病症的准确位置；在空间应用中，对用太空照相机传来的月球图片进行增强处理改善图像的质量；在农业应用中，增强遥感图像了解农作物的分布；在交通应用中，对大雾天气图像进行增强，加强车牌、路标等重要信息进行识别；在数码相机中，增强彩色图像可以减少光线不均、颜色失真等造成的图像退化现象。图像工程是一门综合学科，它的研究内容非常广泛，覆盖面也很大。从1996年起，《中国图像图形学报》上连续刊登了对图像工程文献统计分类的综述文章。根据各文献的主要内容将其分别归入图像处理、图像分析、图像理解、技术应用和综述5个大类，并在此基础上对国内15种有关图像工程的重要中文期刊进行了各期刊各类文献的统计和分析。选取的刊物名有:《CT理论与应用研究》、《测绘学报》、《电子测量与仪器学报》、《电子学报》、《电子与信息学报》、《计算机学报》、《模式识别与人工智能》、《数据采集与处理》、《通信学报》、《信号处理》、《遥感学报》、《中国生物医学工程学报》、《中国体视学与图像分析》、《中国图象图形学报》、《自动化学报》。从中我们挑选了2005年至2009年的统计数据：在2005年的112期上发表的2 734篇学术研究和技术应用文献中，属于图像工程领域的文献有656篇。在2006年的112期上发表的3013篇学术研究和技术应用文献中，属于图像工程领域的文献有711篇。在2007年的118期上发表的3312篇学术强究和技术应用文献中，属于图像工程领域的文献有895篇。在2008年的120期上发表的3359篇学术研究和技术应用文献中，属于图像工程领域的文献有915篇，2009年的134期上发表的3604篇学术研究和技术应用文献中，有1008篇属于图像工程领域的文献。这些统计数据显示，无论是论文总数还是选取总数都是逐年增长的。论文总数的增长表明刊物的不断发展，选取总数的增加表明图像工程的研究和应用的不断壮大。据统计从1995年至2009年，发表图像处理的文章总计2720篇，占图像工程总体的；发表图像分析的文章总计2434篇，占图像工程总体的；发表图像理解的文章总计1192篇，占图像工程总体的；发表技术应用文章1797篇，占图像工程总体的；发表综述评论文章74篇，占图像工程总体的，其中关于图像增强技术方面的文章增长率尤其较高。因此图像增强技术在今后一段时间内仍将是一个热点。影响图像质量清晰程度有很多因素，室外光照度不均匀会造成图像灰度过于集中；摄像头获得的图像经过数/模转换，线路传输时都会产生噪声污染，图像质量不可避免降低，轻者变现为图像伴有噪点，难于看清图像细节；重者图像模糊不清，连大概物体面貌轮廓都难以看清。因此，对图像进行分析处理之前，必须对图像进行改善，即增强图像。图像增强并不考虑图像质量下降的原因，只是将图像中感兴趣的重要特征有选择性的突出出来，同时衰减不需要的特征，目的就是提高图像的可懂度。图像增强的方法分为空域法和频域法两种，空域法是对图像中的像素点进行操作，用公式描述如下：g(x,y)=f(x,y)*h(x,y)其中是f(x,y)原图像；h(x,y)为空间转换函数；g(x,y)表示进行处理后的图像。频域法是间接的处理方法，是先在图像的频域中对图像的变换值进行操作，然后变回空域。例如,先对图像进行傅里叶变化到频域，再对图像的频谱进行某种滤波修正，最后将修正后的图像进行傅里叶反变化到空域，以此增强图像。可用图1来描述该过程。

昨日，北斗三号全球卫星导航系统建成暨开通仪式在北京举行，仪式上宣布了正式开通。

北斗导航定位系统的诞生背景

首先得从上世纪五十年代说起，苏联率先将第一颗人造卫星“斯普特尼克1号”送入太空，开启了人类的太空时代，美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室两位物理学家却通过对这颗苏联卫星轨道数据的研究提出了卫星定位系统最初的构想，打开了卫星导航时代的大门。

1964年，美国率先建成世界第一个卫星导航系统——由6颗卫星构成的“子午卫星系统”，1980年代美国又率先开建了世界第一个全球卫星导航系统——由24颗卫星构成的GPS系统。GPS作为美苏冷战的产物，真正显现出威力是在1990年的海湾战争中，此时苏联解体已成定局，而我国被其威力感到震撼。

配备GPS系统的精确制导武器在战争中的表现，给我国军方留下了深刻印象，开始意识到卫星导航系统的军用价值。

1993年发生的“银河号事件”，无疑又一次刺激了我国，再次为我国展示了卫星导航系统的重要性。

就在“银河号事件”的次年，我国政府批准了中国科学院院士、“两弹一星功勋奖章”获得者陈芳允的“双星定位系统”方案，正式启动北斗卫星导航系统建设。所谓的“双星定位系统”，1983年由陈芳允与合作提出，基于三球定位原理，采用两颗同步卫星进行定位，并同时进行通信。1989年，陈芳允团队通过通信卫星进行了双星定位实验，验证了双星定位技术的可行性。

从1989年双星定位技术获得验证，到1994年北斗卫星导航系统启动，时间跨度长达五六年，最大的原因恐怕并非技术问题而是经费问题，当时的中国太穷了。可以想象，如果没有海湾战争与“银河号事件”接踵而来的刺激，北斗卫星导航系统建设的启动恐怕还会延迟。

符合国情之路 “先区域、后全球”的“三步走”战略

在北斗卫星导航系统的建设中，我国遵循循序渐进的建设原则，将按照三步走的总体规划分分步实施，先从服务我国到亚太地区，最后至全球服务。那北斗三步走战略是哪三步？

第一步，1994年启动北斗卫星导航试验系统的建设，2000年形成区域有源服务能力，利用少量地球同步静止轨道卫星来完成试验任务，为北斗卫星导航系统的建设积累技术经验、培养专项人才，研制一些地面应用基础设施设备。

第二步，2004年启动北斗卫星导航系统的建设，到2012年，建成覆盖亚太区域的北斗卫星导航系统，具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时及短报文通信服务能力。

第三步，在今年，建成由5颗静止轨道和30颗非静止轨道卫星组网而成的全球卫星导航系统，具备全球无源服务能力。

北斗导航系统（BDS）与 GPS、 GLONASS、 Galileo对比

GPS/BDS /GLONASS/ Galileo的起源及特点

BDS： 我国自行研制的全球卫星导航系统，由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度米/秒，授时精度50纳秒。

GPS： 由美国国防部研制建立的一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统，能为全球用户提供低成本、高精度的三维位置、速度和精确定时等导航信息。GPS可以提供车辆定位、防盗、反劫、行驶路线监控及呼叫指挥等功能，要实现以上所有功能必须具备GPS终端、传输网络和监控平台三个要素。

GLONASS： 该系统最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划。1993年，俄罗斯开始独自建立本国的全球卫星导航系统，于2007年开始运营。当时只开放俄罗斯境内卫星定位及导航服务，到2009年，其服务范围已经拓展到全球，该系统主要服务内容包括确定陆地、海上及空中目标的坐标及运动速度信息等。

Galileo： 由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布。系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。卫星轨道高度约万公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。

北斗导航系统的优势

1.安全性能高

在北斗导航以前，我们经常使用的是美国的GPS卫星导航系统。使用GPS不仅每年都要向美国支付高额的服务费，而且定位导航的安全系数也不高。在前几年，媒体就曾经曝出，美国军方利用GPS监视各国军队获取情报的情况，所以我国使用自己的北斗卫星系统后就不用受制于人，安全系数将大大提高。

2.定位精度准

中国的北斗卫星导航由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星、27颗中地球卫星、3颗倾斜同步轨道卫星组成。卫星数目的提高，带来的将是定位精度和服务范围的提高。北斗卫星导航系统由于是中国自主研发运营的，势必会在国内优先。

3.三频信号

中国的北斗导航系统采用的是最新的三频信号方案，而美国的GPS采用的二频信号。三频信号能更好的消除高阶电离层延迟的影响，增强数据预处理能力，提高模糊度的固定效率，从而提高定位的可靠性。

4.有源定位和无源定位

有源定位是需要用户的接收机自己发射信号来与卫星通讯，无源定位则不需要，北斗定位二代采用的是无源定位。当用户的上空卫星数量很少时，仍然可以定位。目前，北斗卫星导航系统已经具备短报文通讯服务，这项功能在全球定位系统当中是一次技术的突破，美国的GPS只能是单向通讯，而中国的北斗已经实现了双向性的通讯功能，这一功能在处理重大事件中实用性相当高！

交通的应用

随着我国营运车辆越来越多,各类交通事故时有发生,给人民群众生命财产带来了巨大损失.其原因是多方面的,其中营运车辆驾驶人员不遵守道路交通安全法的违法行为(如超速、随意变道、长时间占用超车道、应急车道、随意停车等),是导致高速公路事故发生的重要因素。利用北斗卫星导航系统的高精度定位车道级导航系统,以加强对营运车辆驾驶行为的管控,解决交通执法难题,提高管理效率。

在地质测绘的应用

利用北斗导航定位技术研发通用型自然资源实地调查信息系统，具有兼容多种外业调绘、实现野外信息采集亚米级定位等优势。

中国地质环境监测院与清华大学共同研制的基于北斗一号卫星导航系统的滑坡实时监测系统，在四川雅安滑坡地区取得了很好的应用效果。

中国地质科学院地质力学研究所与清华大学合作开发了基于北斗一号卫星导航系统的青藏高原地应力实时监测系统。

在抗震救灾与应急指挥中的应用

在“”汶川地震后的抗震救灾工作中，北斗卫星导航系统发挥了重要的作用，保障了抗震救灾与应急指挥的顺利进行，充分体现了北斗导航定位系统在抗震救灾应用中的不可替代性。北斗卫星导航系统在“”抗震救灾中的应用主要有：①为“”抗震救灾的救援直升机提供了导航定位；②在地震造成通讯中断、道路损毁的情况下为抗震救灾提供可靠的通信保障，为灾区一线和指挥部建立了实时通信通道，把灾区的实时情况及时传回指挥部，在决策、搜救、医疗等过程中发挥了关键作用，为取得抗震救灾的伟大胜利奠定了决定性的基础；③为减灾防灾提供远程监测和灾情预警；④为社会大众提供公共应急信息服务。

在防汛应急抢险的应用

防汛应急抢险采用北斗接收机进行数据采集，包括精确的经纬度定位、当前时间（授时）；然后通过卫星通讯终端把相关数据通过报文传送到防汛指挥中心；防汛指挥中心利用该数据在地理信息系统（GIS）中进行定位，进而获得实时的汛情信息，从而能快速有效地进行应急抢险，将损失降到最低。

总结

北斗卫星定位导航系统作为世界上的4个卫星导航系统之一，在珠三角、环渤海、华中地区、长三角等地发展态势良好，目前已成功应用于测绘、水利、石油、渔业、矿业、农业、海洋运输、工业控制、森林防火、铁路运输、自主导航应用、公共安全等领域。

参考资料：

参考网址：

参考文献：

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