[科普中国]-遥感探测

简介遥感探测

遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。遥感探测即利用遥感技术进行各项信息的探测收集。

遥感方程在大部分遥感方法中，测值是被遥感量发出的信号沿空间的积分，遥感问题就是积分方程(或泛函方程)的反演问题。虽然各个具体遥感问题对应于具体的一个泛函方程，但它们有共同性，用统一的概念和方法进行研究，对发展遥感理论来说是有很大好处的。我们建议用“遥感方程”一词统称这些方程。这样一来，大部分遥感理论问题就归结为对各种典型的遥感方程进行深人的数学物理分析。而就实用上说，遥感问题中最重要的是通道选择、反演求解以及误差估计等。这些问题的解决也正好需要对遥感方程进行深入的定性和定量的分析研究。

研究遥感方程的适定性有根本性的意义。如果遥感方程的解具有存在和唯一性，且对侧值误差是稳定的，则利用相应的遥感方法可以较准确地求出被遥惑的最;反之，该遥惑方法将具有局限性，还需引人适当的补加条件才可能作真正有效的遥感

典型探测种类光学遥感探测

光学遥感图像虽然有时会被云层遮盖，但以中分辨率成像光谱仪(MODIS)为代表的中分辨率光学遥感器，其图像覆盖范围大、时间分辨率高、数据公开免费等优势成为研究的重要数据来源。1

卫星大气成分遥感观测

卫星大气成分遥感观测是指搭载在卫星平台上的传感器通过接收电磁波，从观测到的光谱中提取大气成分含量、高度等物理信息，卫星观测数据具有全球覆盖、精度高、时间序列长等特点。2

遥感探测植物病虫害基本原理应用遥感技术监测植物病虫害，主要通过以下3条途径：

应用遥感手段探测病虫害对植物生长造成的影响，跟踪其发生演变状况，分析估算灾情损失：

应用遥感手段监侧病虫害草生地，即虫源或寄主基地的分布及环境要素变化来推断病虫害爆发的可能性，：

应用遥感技术直接研究害虫及寄主的活动行为。

病虫害对植物生长造成的影响主要有两种表现形式，一为植物外部形态的变化，一为植物内部的生理变化。外部形态变化特征有落叶、卷叶，叶片幼芽被吞噬，枝条枯萎，导致冠层形状起变化。生理变化则可能表现于叶绿素组织遭受破坏，光合作用，养分水分吸收、运输、转化等机能衰退。但无论是形态的或生理的变化，都必然导致植物光谱反射与辐射特性的变化，从而使遥感图象光谱值发生变异，在高分辩、大比例尺遥感图象上有时还可以直接识辨出遭受病虫害袭击的异化影象，有时甚至可以看到害虫副产品如蚂蚁堆、昆虫蜜露等物的存在。3

成功实例六、七十年代，美国、加拿大的大面积山核桃树遭受蛀根虫和蚜虫危害，前者蛀食树根，使枝叶丧失水分、养分供应而逐条枯死后者蚕食山核桃树叶，使树叶开始变黄，逐渐变为深褐色，以至掉叶成光干枝权。欧洲曾发生红蜻危害桃园的灾难。这种小虫专门吸取桃树叶片中的液汁，破坏叶绿素组织，使叶色逐渐失绿，严重时呈古铜色甚或银白色。这些受害果园在航空拍摄的彩红外片上都可以清楚看出它们与健康果园不同的影象红色明显减退，树冠外貌参差不齐，有时还可看到枯干枝条所反映的手指状图形。

有些果树害虫如危害柑桔的黑实蝇、粉纷虫，会在果树上分泌蜜露。这些蜜露成为烟祥真菌的寄生媒介，而烟霉则会使柑桔树叶变黑发亮，改变其光谱特性，从而在航空遥感图象上清楚地反映出来。线虫、根腐病等果树病虫害也会引起植物外形及其光谱特性的变化，均为应用航空遥感进行监侧的成功实例。3

环境要素的遥感分析植物病虫害的发生一般都与昆虫有关。昆虫或者就是直接的肇事者，或者是某种病毒、虫卵的携带与传布者。这些作为植物病虫害源的昆虫都有各自的生理生态习性也就是说，它们的产生、繁衍以至大爆发，都需具备一定的环境条件，其中最重要的是寄主植物的存在与分布，以及雨盆，湿度和气温等这些环境要素大多可运用遥感技术，包括气象卫星数据来分析判断。

例如70年代曾经肆虐非洲大陆，造成非洲农牧业惨重损失的沙漠草原飞蝗，革生于干早地区中地势比较低湿的草甸或草甸草原地段，那里土壤水分状况较好，而且表土比较疏松，易于产卵孵化，孵化出的幼虫有鲜嫩的草甸植物或荒漠中的短命植物做食料。如果这年春夏之交，雨量比较充沛，气温回升较高，蝗虫就会迅速大量繁殖，吃完了擎生地附近的植物之后，成群结队往外迁移。所过之处遮天蔽日，一切可供食用的农作物、牧草，甚至树叶都会一扫而光所以运用遥感技术识别蝗虫草生地，监测蝗虫幼虫喜食的短命植物、草甸植物的长势，并配合气象条件的分析，就可及早测报蝗虫虫害爆发的可能性，指导蝗虫防治工作有针对性地开展，减少和避免盲目性。在非洲和澳大利亚都积累了成功的经验。3

活动行为的遥感监测植物害虫的个体一般均较细小，应用一般被动式遥感器很难捕捉到它们的存在信息。可是运用人工主动向目标物发射微波束，然后根据目标反射回来的微波特征而识别物体的主动遥感器—雷达，则可直接探测体型达到一定程度的害虫，特别是监测密集群体的活动行为效果更好。微波在无线电波中波长最短，被地物反射的性能好，易于聚成较窄的波束，近似直线传布，不受高空电离层的反射，特别是能穿透云雾，可全天侯、全天时作业。对那些喜在夜间或早晚出来活动的害虫，更是目前唯一的有效探测手段。

目前用于研究昆虫行为的雷达波长为3.2厘米。对于体型较大的昆虫个体进行探侧的最大距离为1.5~2公里。密集群体的探测距离则可达数十公里。

雷达识别昆虫目标，监测昆虫活动行为通常分两步进行首先应区分昆虫回波还是鸟、编蝠或降雨的回波，然后对昆虫回波进行深入分析，以确定昆虫的种类。第一步通常比较容易，因为降水的漫射回波与昆虫的离散回波差异很大昆虫的飞行速度与翅膀振动频率也明显不同于鸟类、蝙蝠等飞行动物。第二步识别不同的昆虫种类则相当困难、复杂，因为不同类昆虫的翅膀振动频率范围往往有部分重叠，从而造成回波特征的混淆。所以雷达识别昆虫种类在很大程度上还需依赖其它辅助手段，如空中诱捕，起飞地的地面采样等此外，近年发展的垂直观测雷达可以利用旋转转化装置探测昆虫的不同体形，为昆虫识别提供了另一个重要标志这种设备对于探测沿飞机航向分布的昆虫特别有利。

目前监测昆虫活动行为的雷达有地面雷达与机载雷达之分。地面雷达探测距离有限，而机载雷达则可跟踪昆虫飞行。具有很大的应用潜力。3

大气成分遥感探测获得长期稳定的大气成分数据对监测大气环境、预测全球变化至关重要。传统的地面观测虽然精度高，但单个站点的代表能力有限，并且在海洋、森林、极地上空站点稀疏，无法获得全球覆盖的观测数据。而卫星观测能够在保证观测精度的条件下，弥补传统观测的不足，获得实时全球大气成分数据。卫星大气成分遥感观测是指搭载在卫星平台上的传感器通过接收电磁波，从观测到的光谱中提取大气成分含量、高度等物理信息，卫星观测数据具有全球覆盖、精度高、时间序列长等特点。20世纪70年代至今，已有大量的大气成分遥感卫星产品。

为了进行更高时间分辨率的大气成分遥感观测，目前欧洲、美国、韩国都提出了利用静止卫星进行痕量气体观测的计划。2