第一章 绪论

第1章绪论

1.遥感的基本概念

广义上理解，遥感泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。

狭义上理解，遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析来揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。

2.遥感系统的组成

（1）目标物的电磁波特性

任何目标物都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥感的信息源。目标物与电磁波的相互作用，构成了目标物的电磁波特性，它是遥感探测的依据。

（2）信息的获取

①传感器或遥感器：是接收、记录目标物电磁波特征的仪器。

②遥感平台：遥感平台是装载传感器的平台，主要有地面平台、空中平台、空间平台。

（3）信息的接收

①记录信息的介质：传感器接收到目标地物的电磁波信息，记录在数字磁介质或胶片上。

②接收方式：a.胶片由人或回收舱送至地面回收。b.数字磁介质上记录的信息通过卫星上的微波天线传输给地面的卫星接收站。

（4）信息的处理（遥感信息的传输与处理）

地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息，需要进行信息恢复、辐射校正、卫星姿态校正、投影变换等一系列的处理，再转换为通用数据格式或模拟信号，才能被用户使用。地面站或用户还可根据需要，进行几何精校正处理和专题信息处理、分类等。

（5）信息的应用（遥感信息的分析与应用）

遥感获取信息的目的是应用，这项工作由各专业人员按不同的应用目的进行。在应用过程中，也需要大量的信息处理和分析。遥感技术是一个综合性的系统，它涉及航空、航天、光电、物理、计算机和信息科学以及诸多的应用领域。

3.遥感的特点

（1）大面积的同步观测：大面积的同步观测可以提供最佳的获取信息的方式，且不受地形阻隔等限制。遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围就越大，容易发现地球上一些重要目标物空间分布的宏观规律。

（2）时效性：遥感探测，尤其是空间遥感探测，可以在短时间内对同一地区进行重复探测，从而发现地球上许多事物的动态变化，大大提高了观测的时效性。

（3）数据的综合性和可比性：

①遥感探测获得的地物电磁波特性数据综合地反映了地球上许多自然、人文信息。

②由于新的传感器和信息记录都可向下兼容，使遥感数据具有可比性。

（4）经济性：遥感探测的费用投入与所获取的效益，与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。

（5）局限性

①在电磁波谱中，尚有许多谱段的资源有待进一步开发。

②已经被利用的电磁波谱段对许多地物的某些特征还不能准确反映，还需要发展高光谱分辨率遥感，并配合使用遥感以外的其他手段。

补充（1）空间特点：宏观，大范围获取数据资料。如Landsat-TM 185×185, SPOT 60×60;

（2）光谱特点：多谱段，如紫外线、可见光、红外线、微波等；技术手段多样，可获取海量信息。 

（3）时间特点：实时、周期性，动态监测，快速更新监控范围数据。如Landsat16天, Spot 26天, NOAA1/2天。

（4）应用领域广泛，经济效益高。

4.遥感信息的特点

①遥感信息的准确、客观性②遥感信息的实时性③遥感信息的周期性④遥感信息的多样性

5.遥感的类型

（1）按遥感平台分类

①地面遥感的传感器设置在地面平台上。

②航空遥感的传感器设置于航空器上。

③航天遥感的传感器设置于环绕地球运行的航天器上。

④航宇遥感的传感器设置于星际飞船上。

（2）按传感器的探测波段分类

①紫外遥感：探测波段在0.05～0.38μm之间。

②可见光遥感：探测波段在0.38～0.76μm之间。

③红外遥感：探测波段在0.76～1000 μm之间。

④微波遥感：探测波段在1mm～1m之间。

⑤多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。

（3）按工作方式分类

①主动遥感：由探测器主动发射一定能量的电磁波并接收目标的后向散射信号。

②被动遥感：的传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和反射自然辐射源的能量。

（4）按数据的表示方式分类

①成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成数字或模拟图像。

②非成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。

（5）按波段宽度及波谱的连续性： 

①高光谱遥感：利用很多狭窄的电磁波波段（波段宽度通常小于10nm）产生光谱连续的图像数据。

②常规遥感：宽波段遥感，波段宽度一般大于100nm,波段在波谱上不连续。

（6）按遥感的应用领域分类

①从大的研究领域分类：可分为外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等。

②从具体应用领域分类：可分为资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、气象遥感、水文遥感、城市遥感、工程遥感及灾害遥感、军事遥感等，还可以划分为更细的研究对象进行各种专题应用。

③按应用空间尺度分类 可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。

6.现代遥感技术发展现状

①多国发射卫星的局面已经形成。

②高分辨率小型商业卫星发展迅速

③雷达卫星遥感日益受到青睐

④高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容

⑤遥感应用不断深化，卫星遥感技术的产业化发展

⑥地理信息系统的发展与支持

7.海量数据处理的关键问题及其可能的解决办法

问题：供需矛盾；目前遥感的基础理论很不成熟，缺乏对遥感数据的地学理解；新应用需要的有效信息匮乏（监控作物生长需要LAI\Cab等，目前遥感所能提供的VI\CWSI等难以满足农学、生态学模型的需求；大气动力学模型（GCM）需要下垫面的温度、反照率、粗糙度等参数，目前遥感所能提供的相关参数难以满足精度的要求）。

办法：多发卫星提高分辨率(1m)，2nm高光谱、600波段；遥感数据的地学理解、定性到定量；多学科交叉；深化基础理论研究，遥感应用分析模型。

8.现代遥感技术发展趋势

(1)多样化的遥感平台并存不同高度和用途的卫星形成对地球和宇宙空间的多角度、多周期观测。航空遥感逐渐业务化。

(2)新型传感器不断涌现，向更高分辨率方向发展，微波遥感和高光谱遥感迅速升温。

(3)全数字化、可视化、智能化和网络化的遥感信息处理、信息提取、模式识别、数据融合。

(4)遥感信息定量化研究传感器性能指标分析与评价、大气参量计算与大气订正、目标信息反演等。

(5) 3S技术综合集成,遥感应用的实用化、商业化、国际化趋势。

9.遥感研究需解决的问题    

①海量数据：有效存储、管理、使用。

②数据融合与压缩、识别。

③定量遥感、新型数据处理。

④国际合作。

⑤高分辨率影像问题。

10.卫星遥感技术的产业化发展

（1）卫星遥感技术蕴藏巨大的产业化前景

地物在遥感图像上形成各种信息是一个复杂的过程，这个过程是由人类生活的真实地表空间的复杂性、千变万化性和成像过程的复杂性共同决定的。

遥感影像中包含的信息具有宏观性、多样性、综合性、周期性、量化等特点，决定了遥感影像中包含着人类生产活动各个研究和应用领域所需要和感兴趣的信息。

（2）卫星遥感技术发展的不平衡性需要加速产业化

多空间、多光谱以及多时间尺度的海量卫星遥感数据的获取技术已经形成，但卫星遥感信息的应用则相对发展滞后。

遥感成像过程在保留了总体信息，压缩了细节信息，又加入了噪音，减少了信息量，使遥感影像上所携带的信息量不足表达遥感数据到信息的转换。

（3）遥感数据良好和深入的应用需要的信息和知识

遥感信息和相关的处理技术；应用领域的专业信息和相关技术及知识；借鉴其他领域先进的信息技术。

11.遥感发展的主要表现方面

除航空遥感已成业务化外，航天平台也已成系列。不同高度、不同用途的卫星构成了对地球和宇宙空间的多度角、多周期的遥感观测平台。

①探测的波段范围不断延伸，波段的分割愈来愈精细，从单一谱段向多谱段、高光谱发展。

②成像雷达所获取的信息也向多频率、多角度、多极化、多分辨率的方向发展。

③激光测距与遥感成像的结合使得三维实时成像成为可能。

④各种传感器的空间分辨率的提高，使航天遥感与航空遥感的界限变得模糊。

⑤数字成像技术的发展，打破了传统摄影与扫描成像的界限。

⑥多种探测技术的集成日趋成熟。

①大容量、高速度的计算机与功能强大的专业图像处理软件的结合成为主流，这些软件本身也在不断完善以适应遥感技术的发展。

②在信息提取、模式识别等方面也不断引入相邻学科的信息处理方法，丰富了遥感图像处理内容。

③结构信息的处理和多源遥感数据及遥感与非遥感数据的融合也得到重视和发展。

遥感应用方面经过近30多年的发展，遥感技术已广泛渗透到国民经济的各个领域，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设起到重大作用。

12.遥感技术的应用

遥感技术作为空间信息技术，目前已经广泛用于国民经济各领域，作为应用部门重要的信息来源，取得了良好的经济效益和社会效益。下面就主要应用领域作一简单介绍。

在农业方面，遥感主要应用于农作物类型的区分、种植面积的估算、农作物长势和病虫害的动态监测、作物估产，以及土地资源和土壤肥力监测等。

在林业方面，遥感主要应用于森林、草场资源清查、评价和开发利用，以及森林、草场的火灾和病虫害等灾害的动态监测。

利用遥感资料普查资源可以提高精度、降低成本、并大大缩短了调查的时间成本。

有了遥感手段，可先从分析研究地区的遥感资料入手，然后有重点的选择若干点进行野外观察与验证，不仅大大减少了野外工作量，节省人力、物力，还加快了速度、提高了精度。

卫星图像视域广阔，真实地反映各种地质现象间的关系，为显示大型的区域构造、区域构造单元间的空间关系以及进行大区域甚至全球区域地质研究创造了极为有利的条件。

在矿产资源调查方面，遥感资料应用于成矿条件的地质分析，指导矿产普查勘探的方向，预估矿区的发展前景。

在工程地质、水文地质、石油地质以及地震地质等方面，遥感资料在地质构造分析和工程开发方面都得到广泛地应用。如大型水利工程、核电站、路网、城市规划等。

遥感资料在水文学方面的应用范围是很广泛的，如水资源调查、水资源动态研究、冰雪研究以及海洋研究等。

利用遥感可查清大江、大河的源头及水流的特点、泥沙状况、河流变迁等，进行洪水灾害监测、调查和损失评估、预报与评价，调洪管理；利用不同年份的遥感影像，对比研究河流、湖泊、水库的演变过程和规律。

海洋应用方面，目前遥感技术已被成功地应用在海面温度、叶绿素含量、盐度、海洋渔业、海流、波浪和潮汐等海洋学各要素的测量中。遥感还为开发利用海洋渔业资源提供帮助。

卫星图像也已经在较大范围的海岸带地质地貌分类、滩涂面积、海岸线长度量算、与海洋相互作用的研究、海岸带资源开发等研究领域得到应用。

目前世界许多国家都应用遥感监测大气污染、土地污染、赤潮、海洋污染以及各种污染导致的破坏和影响。另外遥感对于监测各种环境变化，如城市化、沙漠化、土地退化、盐渍化、环境污染等问题都能起到其独特的作用。

航空摄影测量早已成为地形图测绘的主要方法，业已发展成为比较系统的学科。而新的航天遥感技术的发展使测绘科学耳目一新。目前有许多国家以航空像片、卫星图像或其他遥感图像为基本资料，制成各种影像地图。遥感数据已被广泛地运用于专题地图的编绘制作。遥感影像信息量丰富、时效性强，各专业都可利用。应用遥感信息制作各种专题地图，成本低、时间少、质量高。遥感在测绘与制图方面的应用将大有用武之地。

遥感技术作为地理学研究的现代化手段之一，不仅能迅速获得大量丰富的第一手地理空间信息和定量数据，而且能及时准确地提供分析结果与制图；不仅能获得区域信息，而且能获得全球信息。这些为地理学各领域的研究提供了有利基础，便于进行定性与定量、静态与动态、整体与局部、过程与模式等研究。遥感图像提供的区域综合信息的优势，便于地理学分析区域自然和社会信息之间的联系、变化和发展规律。遥感技术在地理学的应用，也开拓了地理学研究的新领域，如遥感考古、城市规划、旅游规划、环境规划等。