[科普中国]-遥感

解释

[remote sensing] 通过人造地球卫星上的遥测仪器把对地球表面实施感应遥测和资源管理的监视(如树木、草地、土壤、水、矿物、农家作物、鱼类和野生动物等的资源管理)结合起来的一种新技术。

使用空间运载工具和现代化的电子、光学仪器，探测和识别远距离研究对象的技术。

遥感，从字面上来看，可以简单理解为遥远的感知，泛指一切无接触的远距离的探测；从现代技术层面来看，“遥感”是一种应用探测仪器。

遥感是指一切无接触的远距离的探测技术。运用现代化的运载工具和传感器，从远距离获取目标物体的电磁波特性，通过该信息的传输、贮存、卫星、修正、识别目标物体，最终实现其功能（定时、定位、定性、定量）。

广义定义：遥远的感知，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。自然现象中的遥感：蝙蝠、响尾蛇、人眼人耳…

狭义定义：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，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。1

最早使用“遥感”一词的是美国海军局研究局的艾弗林.普鲁伊特（Evelyn.L.Pruitt,1960）。2

发展历程遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，成为一门实用的，先进的空间探测技术。33

萌芽时期无记录地面遥感阶段（1608-1838）：

1608年汉斯·李波尔赛制造了世界第一架望远镜

1609年伽利略制作了放大三倍的科学望远镜并首次观测月球

1794年气球首次升空侦察

为观测远距离目标开辟了先河，但望远镜观测不能把观测到的事物用图像的方式记录下来。

有记录地面遥感阶段（1839-1857）：

1839年达盖尔（Daguarre）发表了他和尼普斯（Niepce）拍摄的照片，第一次成功将拍摄事物记录在胶片上

1849年法国人艾米·劳塞达特（Aime Laussedat）制定了摄影测量计划，成为有目的有记录的地面遥感发展阶段的标志。

初期发展空中摄影遥感阶段（1858-1956）

1858年用系留气球拍摄了法国巴黎的鸟瞰像片

1903年飞机的发明

1909年第一张航空像片

一战期间（1914-1918）：形成独立的航空摄影测量学的学科体系

二战期间（1931-1945）：彩色摄影、红外摄影、雷达技术、多光谱摄影、扫描技术以及运载工具和判读成图设备。4

现代遥感1957年：前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星

20世纪60年代：美国发射了TIROS、ATS、ESSA等气象卫星和载人宇宙飞船

1972年：发射了地球资源技术卫星ERTS-1（后改名为Landsat Landsat-1），装有MSS感器，分辨率79米

1982年Landsat-4发射，装有TM传感器，分辨率提高到30米

1986年法国发射SPOT-1，装有PAN和XS遥感器，分辨率提10米

1999年美国发射 IKNOS，空间分辨率提高到1米

中国遥感事业1950年代组建专业飞行队伍，开展航摄和应用

1970年4月24日，第一颗人造地球卫星

1975年11月26日，返回式卫星，得到卫星像片

80年代空前活跃，六五计划遥感列入国家重点科技攻关项目

1988年9月7日中国发射第一颗 “风云1号”气象卫星

1999年10月14日中国成功发射资源卫星1

之后进入快速发展期--卫星、载人航天、探月工程等…5

物理基础振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。电磁波的波段按波长由短至长可依次分为:γ-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。

太阳作为电磁辐射源，它所发出的光也是一种电磁波。太阳光从宇宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过大气层时，会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同，因此它们对入射光的反射率也不同。各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱，通过对反射光谱的测定可得知物体的某些特性。1

系统组成遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成：

1、信息源 信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。

2、信息获取 信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。

3、信息处理 信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。

4、信息应用 信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有: 军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。551

技术特点遥感作为一门对地观测综合性科学，它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要，更有其它技术手段与之无法比拟的特点。

大面积同步观测（范围广）遥感探测能在较短的时间内，从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。这些数据拓展了人们的视觉空间，例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多平方千米。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。

时效性、周期性获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。

数据综合性和可比性、约束性能动态反映地面事物的变化 遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测，这有助于人们通过所获取的遥感数据，发现并动态地跟踪地球上许多事物的变化。同时，研究自然界的变化规律。尤其是在监视天气状况、自然灾害、环境污染甚至军事目标等方面，遥感的运用就显得格外重要。

获取的数据具有综合性 遥感探测所获取的是同一时段、覆盖大范围地区的遥感数据，这些数据综合地展现了地球上许多自然与人文现象，宏观地反映了地球上各种事物的形态与分布，真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等地物的特征，全面地揭示了地理事物之间的关联性。并且这些数据在时间上具有相同的现势性。3

获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。

经济社会效益获取信息受条件限制少。在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。

局限性目前，遥感技术所利用的电磁波还很有限，仅是其中的几个波段范围。在电磁波谱中，尚有许多谱段的资源有待进一步开发。此外，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以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证尚不可缺少。67

类型简单归类遥感技术的类型往往从以下方面对其进行划分：

根据工作平台层面区分：地面遥感、航空遥感（气球、飞机）、航天遥感（人造卫星、飞船、空间站、火箭）；

根据记录方式层面区分：成像遥感、非成像遥感；

根据应用领域区分：环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感等；

按传感器的探测范围波段分为：紫外遥感（探测波段在0.05~0.38微米）、可见光遥感（探测波段在0.38~0.76微米）、红外遥感（0.76~1000微米）、微波遥感（1毫米~1米）、多波段遥感；

按工作方式分为：主动遥感、被动遥感。

工作平台层面地面遥感，即把传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等；

航空遥感，即把传感器设置在航空器上，如气球、航模、飞机及其它航空器和遥感平台等；

航天遥感，即把传感器设置在航天器上，如人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、空间实验室等。

探测方式主动式遥感，即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波；

被动式遥感，即传感器不向被探测的目标物发射电磁波，而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。8

遥感波段分类紫外遥感，其探测波段在0.3～0.38um之间；

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。7

广泛应用当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。

为了提高对这样庞大数据的处理速度，遥感数字图像技术随之得以迅速发展。

遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。

遥感在地理学中的应用，进一步推动和促进了地理学的研究和发展，使地理学进入到一个新的发展阶段。

遥感信息应用是遥感的最终目的。遥感应用则应根据专业目标的需要，选择适宜的遥感信息及其工作方法进行，以取得较好的社会效益和经济效益。

遥感技术系统是个完整的统一体。它是建筑在空间技术、电子技术、计算机技术以及生物学、地学等现代科学技术的基础上的，是完成遥感过程的有力技术保证。1

地理数据获取遥感影像是地球表面的“相片”，真实地展现了地球表面物体的形状、大小、颜色等信息。这比传统的地图更容易被大众接受，影像地图已经成为重要的地图种类之一。

获取资源信息遥感影像上具有丰富的信息，多光谱数据的波谱分辨率越来越高，可以获取红边波段、黄边波段等。高光谱传感器也发展迅速，我国的环境小卫星也搭载了高光谱传感器。这些地球资源信息能在农业、林业、水利、海洋、生态环境等领域发挥重要作用。

应急灾害资料遥感技术具有在不接触目标情况下获取信息的能力。在遭遇灾害的情况下，遥感影像是我们能够方便立刻获取的地理信息。在地图缺乏的地区，遥感影像甚至是我们能够获取的唯一信息。在5.12汶川地震中，遥感影像在灾情信息获取、救灾决策和灾害重建中发挥了重要作用。海地发生强震后，已有多家航天机构的20余颗卫星参与了救援工作。9

自然灾害遥感我国已建立了重大自然灾害遥感监测评估运行系统，可以应用于台风、暴雨、洪涝、旱灾、森林大火等灾害的监测能力特别是快速图像处理和评估系统的建立，具有对突发性灾害的快速应急反应能力，使该系统能在几小时内获得灾情数据，一天内做出灾情的快速评估，一周内完成详实的评估。

例如在台风天，通过灾害遥感就可以准确的划分出受台风影响区域，通过气象预警发布有效信息，人们便可由此对农产品进行防护措施，降低损失。

农业遥感监测在农业方面，利用遥感技术监测农作物种植面积、农作物长势信息，快速监测和评估农业干旱和病虫害等灾害信息，估算全球范围、全国和区域范围的农作物产量，为粮食供应数量分析与预测预警提供信息。

遥感卫星能够快速准确地获取地面信息，结合地理信息系统(GIS）和全球定位系统（GPS）等其他现代高新技术，可以实现农情信息收集和分析的定时、定 量、定位，客观性强，不受人为干扰，方便农事决策，使发展精准农业成为可能，遥感影像可通过遥感集市云服务平台免费下载或订购的方式获取。其平台即可查询到高分一号、高分二号、资源三号等国产高分辨率遥感影像。

农业遥感基本原理：遥感影像的获取遥感影像的红波段和近红外波段的反射率及其组合与作物的叶面积指数、太阳光合有效辐射、生物量具有较好的相关性。通过 卫星传感器记录的地球表面信息，辨别作物类型，建立不同条件下的产量预报模型，集成农学知识和遥感观测数据，实现作物产量的遥感监测预报。同时又避免手工 方法收集数据费时费力且具有某种破坏性的缺陷。7

农业遥感精细监测的主要内容包括：
（1）多级尺度作物种植面积遥感精准估算产品；
（2）多尺度作物单产遥感估算产品；
（3）耕地质量遥感评估和粮食增产潜力分析产品；
（4）农业干旱遥感监测评估产品；
（5）粮食生产风险评估产品；
（6）植被标准产品集；

水质监测遥感我国的水污染问题越来越严重，随着工业化和城镇化的快速发展，江河湖泊面临这严峻的水质污染问题，这也带动了遥感技术在水质监测上的应用。

据中科院研究院介绍，我国拥有的水质监测及评估遥感技术是基于水体及其污染物质的光谱特性研究而成的。国内外许多学者利用遥感的方法估算水体污染的参数，以监测水质变化情况。

做法是在测量区域布置一些水质传感器，通过无线传感器网络技术可24小时连续测量水质的多种参数，用于提高水质遥感反演精度，使其接近或达到相关行业要求。

这种遥感技术信息获取快速、省时省力，可以较好的反映出研究水质的空间分布特征，而且更有利于大面积水域的快速监测。遥感技术无疑给湖泊环境变化研究带来了福音。101010

GIS核心组成遥感具有动态、多时相采集空间信息的能力，遥感信息已经成为GIS的主要信息源。8

发展趋势光谱域在扩展随着热红外成像、机载多极化合成孔径雷达和高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔径雷达技术的日益成熟， 遥感波谱域从最早的可见光向近红外、 短波红外、热红外、微波方向发展，波谱域的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波谱的特征峰值波长的宽域分布。

时间分辨率提高大、中、小卫星相互协同，高、中、低轨道相结合，在时间分辨率上从几小时到18天不等，形成一个不同时间分辨率互补的系列。92

空间分辨率随着高空间分辨力新型传感器的应用，遥感图像空间分辨率从1km、500m、 250m、80m、30m、20m、10m、5m发展到1m, 军事侦察卫星传感器可达到15cm或者更高的分辨率。空间分辨率的提高，有利于分类精度的提高， 但也增加了计算机分类的难度。

光谱分辨率高光谱遥感的发展，使得遥感波段宽度从早期的0.4μm(黑白摄影)、0.1μm(多光谱扫描)到5nm(成像光谱仪)，遥感器波段宽 ，遥感器波段宽度窄化，针对性更强，可以突出特定地物反射峰值波长的微小差异；同时，成像光谱仪等的应用，提高了地物光谱分辨力，有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性。

2D 到3D的测量机载三维成像仪和干涉合成孔径雷达的发展和应用，将地面目标由二维测量为主发展到三维测量。1

图像处理技术各种新型高效遥感图像处理方法和算法将被用来解决海量遥感数据的处理、 校正、融合和遥感信息可视化。1

遥感分析发展遥感分析技术从“定性”向“定量”转变，定量遥感成为遥感应用发展的热点。1

遥感提取技术建立适用于遥感图像自动解译的专家系统，逐步实现遥感图像专题信息提 取自动化。1