1.2 新型航空遥感数据产品
所谓数据产品，是指与数据产品规范一致的数据集或数据集系列（GB/T 17694—2009）。因此，航空遥感数据产品即可定义为：利用航空遥感的数据生产得到的与数据产品规范一致的数据集或数据集系列。本书中的新型航空遥感数据产品（以下简称产品），具体是指以通过航空高光谱技术、倾斜摄影技术和航空激光雷达技术获得的遥感数据产品。
当前，中国的遥感应用已由实验走向业务化运行和产业化，并在众国民经济建设和国防建设各行业中得到广泛重视和应用，其中航空遥感技术在近年来取得了巨大进步，特别是以航空高光谱技术、倾斜摄影技术和机载激光雷达技术为代表的新型航空遥感技术在数据获取、数据处理与产品生产、产品应用等方面的持续发展，要求航空遥感数据产品的生产过程及其产品形式、内容等方面必须遵循既定的生产技术和流程，以满足产品规模化和标准化的生产、发布、移植、交换、集成和共享等应用的需求。
1.2.1 航空高光谱产品
1.2.1.1 产品定义
高光谱技术是指在电磁波谱的可见光、近红外、中红外和热红外波段范围内，获取波谱分辨率高于百分之一波长达到纳米数量级，光谱通道数多达数十甚至数百的遥感技术（GB/T 14950—2009）。航空高光谱产品是指以航空飞行器为平台，以机载高光谱成像仪采集数据，并经过标准化产品生产流程处理得到的高光谱影像产品。
1.2.1.2 数据源
自1983年世界上第一台高光谱成像仪AIS-1（Aero Imaging Spectrometer - 1）在美国喷气推进实验室研制成功以来，至今全球已有大约50多套高光谱成像仪投入使用（叶发旺等，2011），高光谱遥感在对地观测领域发挥了巨大作用。与其他遥感手段相比，高光谱遥感停留在航空数据获取阶段的时间要更长一些，目前投入使用最多、应用最为成功的也是基于航空平台的高光谱成像仪（岳跃民等，2008）。如美国的机载可见/红外成像光谱仪AVIRIS（Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer）、HYDICE（Hyperspectral Digital Imagery Collection Experiment）、SEBASS（Spatially Enhanced Broadband Array Spectrograph System），澳大利亚的HyMap（Hyperspectral Mapper）、加拿大的CASI（Compact Airborne Spectrographic Imager）和AHI（Airborne Hyperspectral Imager）、欧空局的APEX（Airborne Prism Experiment）等。自20世纪末开始，我国也逐步开展了航空高光谱成像仪的研制，如中科院上海技物所研制的机载推帚式高光谱成像仪PHI（Push-broom Hyperspectral Imager）和实用型模块成像光谱仪OMIS（Operative Modular Imaging Spectrometer）和宽视场高光谱成像仪WHI（Wide FOV Hyperspectral Imager）等。
1.2.1.3 产品优势
与航天高光谱产品相比，航空高光谱产品的优势主要体现在以下三个方面。
（1）空间分辨率高
由于成像光谱仪技术的限制，遥感影像不得不在空间分辨率和光谱分辨率间进行权衡，高光谱影像通常以牺牲空间分辨率为前提保证较高的光谱分辨率。如美国EO-1卫星上搭载的高光谱成像仪Hyperion可在0.4～2.5μm的光谱范围内以30m的空间分辨率获得220个波段的数据，而美国的机载可见/红外成像光谱仪AVIRIS在光谱范围相同、波段数目相同的前提下将空间分辨率提高到20m。
（2）数据获取灵活
航天高光谱遥感受卫星轨道等因素的影响，不能按照指定的时间对指定的区域进行成像和观测，对于幅宽较窄的高光谱影像而言，航天遥感的这一缺点更加明显。特别是在自然灾害监测、环保监测、地面同步实验、指定时相数据获取等对时效性要求较强的应用领域而言，航空高光谱遥感甚至成为了唯一的现实选择。
（3）精度更高
一般而言，航空高光谱数据的辐射精度和几何精度均优于航天高光谱数据。辐射精度方面，尽管对于特定的高光谱成像仪而言，反映其总体辐射性能的信噪比（Signal to Noise Ratio， SNR）是固定的，但对于遥感数据获取而言，SNR部分受到太阳高度角、大气衰减和散射、地物地表反射率等外部因素的影响，而航空高光谱数据由于获取高度较低，受到大气衰减和散射影响更小，且地物地表反射率更为真实，导致航空高光谱的SNR一般高于航天高光谱的SNR，因而航空高光谱数据应用在矿物制图、氮浓度监测等方面的精度均优于航天高光谱数据。几何精度方面，航天高光谱数据获取的高度决定了其几何定位精度受地球曲率、大气折射等因素的影响程度大于航空高光谱数据，因而同一个地物在航空高光谱遥感数据中具有更为真实的位置、形状等几何信息。
1.2.1.4 产品应用
由于航空高光谱数据能以较高的空间分辨率获取地物详细而精确的光谱信息，在诸多领域中已经取得了较好的应用效果（高晓惠，2013）。
（1）地质调查应用
岩矿识别、矿物丰度制图及找矿勘查是高光谱应用的最主要研究方向和最率先应用领域。高光谱数据在地质学方面的应用获得了巨大成功。到目前为止，国内外很多机构基于航空高光谱遥感数据的矿物诊断性吸收特征，开展了矿物识别、矿物填图等方面的研究。20世纪80年代，Goetz利用世界上第一台航空成像光谱仪AIS的数据在美国内华达州进行了矿物识别研究。2010年，Mars等利用 AVIRIS 数据进行加利福尼亚州和内华达州山区的矿物调查。中国国土资源航空物探遥感中心利用 HyMap 高光谱数据在新疆东天山地区开展矿物识别。核工业北京地质研究院的研究人员利用加拿大ITRES 公司的 CASI/SASI航空高光谱测量系统进行了铀矿化蚀变矿物填图相关研究。
（2）植被与生态应用
成像光谱数据可定量研究植被、土壤、大气的组成成分，并应用在生态环境梯度制图、光合作用色素含量提取、植被干物质信息提取、植被生物多样性监测、土壤属性反演、植被和土地覆盖精细制图、遥感数据同化等方面（岳跃民等，2008）。植被方面，如浦瑞良和宫鹏基于导数光谱分析和相关分析方法开展树种识别、叶面积指数预测方面的研究（浦瑞良，宫鹏，1997），Hirano等利用AVIRIS高光谱遥感影像结合光谱数据库，采用光谱角填图方法对湿地植被进行分类（Hirano et al.， 2003）；土壤方面，李海英研究了利用AVIRIS等高光谱遥感数据获取土壤全氮、有机质、砂粒、粉粒、粘粒含量等土壤属性的基础理论（李海英，2007）；大气方面，如加拿大的Schanzer和Staenz等利用AVIRIS数据的光谱匹配和波段比值研究了大气中水汽含量的反演方法。
（3）海洋及内陆水体监测
高光谱遥感具备感知水色水质变化、水温变化、叶绿素和浮游生物含量变化、水体的生态变化的能力，可用于水体污染、河口海岸的泥沙含量监测等应用。中科院遥感应用研究所研究人员利用MAIS成像光谱数据，制作了澳大利亚达尔文市海水叶绿素浓度分布图。Jupp利用CASI数据进行了光学水质监测、浅水区测深等方面的研究。马毅对基于航空高光谱的赤潮发现、识别、信息提取算法进行了研究。
（4）军事应用
高光谱遥感具备获得目标精细光谱的能力，通过进一步分析得到目标的化学组成，可用于目标侦查、化学武器使用调查、武器打击效果评估等军事领域。军事目标侦查方面，利用军事目标与伪装材料的光谱差异，分离出目标光谱并进行目标识别和定位；化学武器使用调查方面，高光谱数据能够区分物质的化学成分，可用于芥子气、氯气等毒气的使用规模和范围的调查；军事打击效果评估方面，可分析打击前后战场目标的损毁情况，评估本次军事打击效果。
1.2.2 真正射影像产品
（1）产品定义
真正射影像（True Digital Orthophoto Map， TDOM）是将正射影像纠正为垂直视角的影像产品。真正射影像应对隐藏部分（如各种地物、地形、植被等的倾斜投影）采用相邻相片修正或人为处理制作，消除地形和建筑物、桥梁等地物的高度投影差（CH/T 9015—2012， 2012），也有人称之为严格正射影像。显然，真正射影像产品的定义是在“正射影像”基础上加“垂直视角”约束衍生而来的。所谓正射影像（Digital Orthophoto Map， DOM），是指消除因相片倾斜和地形起伏的影响获得的地面正射投影的影像；所谓“垂直视角”，是指视线与地面垂直的视线角度。
真正射影像与正射影像的区别为，真正射影像不仅需要去除由相片倾斜和地形起伏造成的地面目标投影变形的影响，还需要去除建筑物、桥梁等地物的高度投影差，且需要对阴影、地物遮挡等区域进行修正处理。真正射影像在当前的尺度下，用户所需求的地物能够满足正确的正射投影关系，影像能发挥应有的功能，并满足一定程度上的视觉美感，影像的分辨率越高，真正射影像的要求也越高，需要满足上述要求的地物范围也越广（王潇，2009）。
由于航天遥感影像的空间分辨率有限，在传统的正射校正过程中将建筑物视为地表的一部分，直接采用数字高程模型（Digital Elevation Model， DEM）校正由于透视成像和地形起伏导致的影响变形（耿则勋等，2010）。近年来，随着甚高分辨率航天遥感影像的出现，特别是大重叠度、高分辨率航空遥感影像的出现，使得在正射校正过程中进一步考虑对建筑物倾斜、遮挡和阴影区域的处理成为可能，真正射影像的概念应运而生。随着2006年《中国测绘学科发展蓝皮书》中提到“真正射影像”的概念，这种全新的影像产品逐渐引起普遍的关注。
（2）数据源
真正射影像产品的生产主要利用遥感影像和高程数据开展。遥感影像一般包括由有人航空遥感飞机或无人机获取的高分辨率、大重叠度光学遥感影像，常见的有人航空遥感飞机上搭载的相机包括DMC和UCD/UCX等大面阵框幅式相机、ADS40等三线阵推扫式相机等。高程数据一般包括数字表面模型（Digital Surface Model， DSM）和数字建筑物模型（Digital Building Model， DBM），DBM可利用数字摄影测量工作站通过人机交互获取，或利用航空影像、机载激光扫描系统LiDAR（Light Detection And Ranging）点云数据获取，DSM可由LiDAR点云数据或影像匹配获取（许彪，2012）。
（3）产品优势
目前航空遥感已经能够获取小于 0.1m分辨率的遥感影像，建筑物、桥梁等人工地物目标在影像上清晰可见，若在正射校正中不考虑这些目标，势必会导致DOM中出现建筑物倾斜、遮挡等问题，若将GIS矢量数据与DOM数据叠加，则会出现道路矢量线横穿建筑物、建筑物矢量轮廓无法与其自身影像套合等问题，严重时将导致DOM失去地理参考价值，不足以作为基础底图使用。
真正射影像产品保持了直视角度的地表景观，很好地解决了城市区域大比例尺正射影像中建筑物倾斜、遮挡、阴影等问题，以及由这些问题衍生的影像拼接困难、接边区域过渡不自然、高大建筑对其他地表地物的遮挡等问题，因而不仅具有地形图的特点，而且包含了丰富的纹理信息，具有精度高、信息丰富、直观真实等优点，可作为数字城市、环境监测、应急响应等应用的基础底图和输入数据。
1.2.3 三维数字模型产品
1.2.3.1 产品定义
广义的三维数字模型又称数字沙盘、数字沙盘系统等，它通过三维建模模拟出一个三维的物体、场景或效果。本文中的三维数字模型特指三维地理信息模型（three-dimensional model on geographic information，简称三维模型），它能可视化反映相关地理要素在立体空间中的位置、几何形态、表面纹理及其属性等信息，包括各种地上主要地理信息的外部及地下空间，不含地上各建（构）筑物地理信息内部（CH/T 9015—2012）。
1.2.3.2 产品优势
传统的地图是通过符号和注记在二维平面上表现地表的各种自然和人文事物。随着计算机信息科学技术的发展和计算机图形学的进步，以二维平面地图/专题图、沙盘模型、三维动画展示为载体表达的静态地物信息已渐渐无法满足人们对沉浸性、交互性、构想性的需求，而基于虚拟现实技术构建的三维数字模型产品由于其显著优势得到了人们的青睐。
（1）直观的信息表达
二维GIS系统中，二维平面地图经过抽象得到，在低维空间中对现实的三维世界进行隐喻和晦涩的信息编码/解译，并不能完全被读者接受，影响信息与人的沟通与交流（刘玉洁，2014）。而三维数字模型产品尊重原始数据，具有直观的可视化效果，相比较于二维地图，减少了信息表达时所涉及的数据量，且信息传达速度较快（Tiede and Lang， 2010）。
（2）交互性和沉浸性
在三维数字模型产品中，人们能够在一个模拟的三维环境中，用动态交互的方式对建筑或某个区域进行全方位多角度的观察和欣赏，产生身临其境的全方位视觉感受。同时，也可以从不同于平常的角度和距离来观察场景，获得与现实生活不一样的体验，还可以切换多种运动模式，如行走、飞行等，自由控制线路，全方位多角度的观看全部场景或者某个特定建筑物。
1.2.3.3 产品应用
三维数字模型产品在城市规划建设、城市应急反应与危机处理、旅游、移动通信、环境规划与分析、辅助导航等方面有着十分广阔的应用领域，特别是在空间信息的社会化服务中，基于三维数字模型产品的应用都有着越来越明显的优越性和不可替代性。
（1）在城市规划管理中的应用
刘玉洁基于城市规划相关理论和方法，以及城市设计相关理论、要素、基本方法和设计内容等，在三维模型的基础上进行三维空间量测、日照分析、通视分析和控高分析等。陆童在发展城市建设及旅游、保护自然环境需求的前提下，依据三维模型对研究区城市的功能结构布局进行了规划。赵晓辉从三维地形和三维城市模型的构建着手，探讨吉林省数字图书馆三维场景模型的构建方法在城市化建设理念下的三维动画技术的应用问题。
（2）在采矿设计和虚拟矿山中的应用
肖汉金、刘红、陈静波等基于勘探钻孔数据和地形测量数据建立了宝日希勒露天煤矿的三维矿山模型，并将该模型应用露天矿的采掘计划制定、采剥场验收测量、储量估算等业务工作中。王志刚等建立了大红山铜矿的矿床三维数字模型并将其应用于采切工程设计和爆破设计中（王志刚等，2005）。王军等建立了云南金顶矿床的三维空间实体模型，并基于该模型对矿区矿物的空间分布情况进行了分析（王军，2005）。
（3）在遗产保护中的应用
中科院遥感地球所建立了国际自然与文化遗产空间技术中心（HIST），HIST利用遥感、建模等技术对吴哥窟进行了监测和保护，并在丝绸之路沿线开展了考古研究。周明全等对文化遗产数字化保护方面的新技术和新进展进行了系统总结，内容涵盖了文化遗产的数字化建模、虚拟修复、辅助管理、数字展示等（周明全等，2011）。刘江涛等建立了三星堆一号祭祀坑的三维模型，打破了传统的依靠文献记载及图片、照片的方式，建立的三维模型可进行场景的漫游以及进行网上发布，使更多的人们了解古文化遗产。