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遥感技术概述         ★★★★

遥感技术概述

作者:闵涛 文章来源:闵涛的学习笔记 点击数:572 更新时间:2010/6/23 22:58:04

  遥感就是遥远地感知。传说中的“千里眼”、“顺风耳”就具有这样的能力。人类通过大量的实践,发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量,其中有一种人类已经认识到的形式――电磁波,并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。

  广义而言,遥感(Remote Sensing)泛指各种非直接接触的,远距离探测目标的技术。对目标进行采集主要根据物体对电磁波的反射和辐射特性,利用声波,引力波和地震波等,也都包含在广义的遥感之中。

  通常人们所认为的遥感的概念是指:从远距离,高空,以至外层空间的平台(Platform)上,利用可见光、红外、微波等遥感器(Remote Sensor),通过摄影、扫描等各种方式,接收来自地球表层各类地物的电磁波信息,并对这些信息进行加工处理,从而识别地面物质的性质和运动状态的综合技术。

  远距离感测地物环境反射或辐射电磁波的仪器,叫做遥感器,照相机、扫描仪等即属于此类。装载遥感器的运载工具,叫做遥感平台,如飞机、飞艇和人造卫星等。

  遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线结目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功,大大推动了遥感技术的发展。

  现代遥感技术是以先进的对地观测探测器为技术手段,对目标物进行遥远感知的整个过程。由于只有电磁波遥感技术可以将地面目标信息转换成图像。所以现代遥感技术主要指电磁波遥感,致于重力、磁力、地震波和声波等探测技术,一般不列入现代遥感技术之中。现代遥感技术的基本作业过程是:在距地面几公里、几百公里甚至上千公里的高度上,以飞机、卫星等为观测平台,使用光学、电子学和电子光学等探测仪器,接收目标物反射、散射和发射来的电磁辐射能量,以图像胶片或数字磁带形式进行记录,然后把这些数据传送到地面接收站。最后将接收到的数据加工处理成用户所需要的遥感资料产品。

  遥感技术所使用的电磁波谱主要为紫外、可见光、红外和微波等谱段。

  现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统,其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多,主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成象光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如卫星)传回地面站。信息处理设备包括彩色合成仪、图象判读仪和数字图象处理机等。

  生活中拍摄的照片一样,遥感像片同样可以"提取"出大量有用的信息。从一个人的像片中,我们可以辨别出人的头、身体及眼、鼻、口、眉毛、头发等信息。遥感像片(图像)一样可以辨别出很多信息,如水体(河流、湖泊、水库、盐池、鱼塘等)、植被(森林、果园、草地、农作物、沼泽、水生植物等)、土地(农田、林地、居民地、厂矿企事业单位、沙漠、海岸、荒原、道路等)、山地(丘岭、高山、雪山)等等;从遥感图像上能辨别出较小的物体如:一棵树、一个人、一条交通标志线、一个足球场内的标志线等。大量信息的提取,无疑决定了遥感技术的应用是十分广阔的,据统计,有近30个领域、行业都能用到遥感技术, 如陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等。

  由于遥感技术是从人们一般不能站到的高度去"拍照",故从宏观视野上,也有着人力所不能及的优势。

  一、遥感的分类

  ①按遥感平台的高度分类大体上可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感。

  航天遥感又称太空遥感(space remote sensing)泛指利用各种太空飞行器为平台的遥感技术系统,以地球人造卫星为主体,包括载人飞船、航天飞机和太空站,有时也把各种行星探测器包括在内。

  卫星遥感(satellite remote sensing)为航天遥感的组成部分,以人造地球卫星作为遥感平台,主要利用卫星对地球和低层大气进行光学和电子观测。航空遥感泛指从飞机、飞艇、气球等空中平台对地观测的遥感技术系统。

  地面遥感主要指以高塔、车、船为平台的遥感技术系统,地物波谱仪或传感器安装在这些地面平台上,可进行各种地物波谱测量。

  ②按所利用的电磁波的光谱段分类可分为可见反射红外遥感,热红外遥感、微波遥感三种类型。

  可见光/反射红外遥感,主要指利用可见光(0.4-0.7微米)和近红外(0.7-2.5微米)波段的遥感技术统称,前者是人眼可见的波段,后者即是反射红外波段,人眼虽不能直接看见,但其信息能被特殊遥感器所接受。它们的共同的特点是,其辐射源是太阳,在这二个波段上只反映地物对太阳辐射的反射,根据地物反射率的差异,就可以获得有关目标物的信息,它们都可以用摄影方式和扫描方式成象。

  热红外遥感,指通过红外敏感元件,探测物体的热辐射能量,显示目标的辐射温度或热场图象的遥感技术的统称。遥感中指8-14微米波段范围。地物在常温(约300K)下热辐射的绝大部分能量位于此波段,在此波段地物的热辐射能量,大于太阳的反射能量。热红外遥感具有昼夜工作的能力。

  微波遥感,指利用波长1-1000毫米电磁波遥感的统称。通过接收地面物体发射的微波辐射能量,或接收遥感仪器本身发出的电磁波束的回波信号,对物体进行探测、识别和分析。微波遥感的特点是对云层、地表植被、松散沙层和干燥冰雪具有一定的穿透能力,又能夜以继日地全天侯工作。

  ③按研究对象分类,可分为资源遥感与环境遥感两大类。

  资源遥感:以地球资源作为调查研究的对象的遥感方法和实践,调查自然资源状况和监测再生资源的动态变化,是遥感技术应用的主要领域之一。利用遥感信息勘测地球资源,成本低,速度快,有利于克服自然界恶劣环境的限制,减少勘测投资的盲目性。

  环境遥感:利用各种遥感技术,对自然与社会环境的动态变化进行监测或作出评价与预报的统称。由于人口的增长与资源的开发、利用,自然与社会环境随时都在发生变化,利用遥感多时相、周期短的特点,可以迅速为环境监测。评价和预报提供可靠依据。

  ④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。

  全球遥感:全面系统地研究全球性资源与环境问题的遥感的统称

  区域遥感:以区域资源开发和环境保护为目的的遥感信息工程,它通常按行政区划(国家、省区等)和自然区划(如流域)或经济区进行。

  城市遥感:以城市环境、生态做为主要调查研究对象的遥感工程。

  二、遥感技术包括的技术

  遥感技术包括传感器技术,信息传输技术,信息处理、提取和应用技术,目标信息特征的分析与测量技术等。  

  遥感技术依其遥感仪器所选用的波谱性质可分为:电磁波遥感技术,声纳遥感技术,物理场(如重力和磁力场)遥感技术。

  电磁波遥感技术是利用各种物体/物质反射或发射出不同特性的电磁波进行遥感的。其可分为可见光、红外、微波等遥感技术。按照感测目标的能源作用可分为:主动式遥感技术和被动式遥感技术。按照记录信息的表现形式可分为:图像方式和非图像方式。按照遥感器使用的平台可分为:航天遥感技术,航空遥感技术、地面遥感技术。按照遥感的应用领域可分为:地球资源遥感技术,环境遥感技术,气象遥感技术,海洋遥感技术等。

  ①遥感常用的传感器

  常用的传感器:航空摄影机(航摄仪)、全景摄影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪(Multi Spectral Scanner,MSS)、专题制图仪(Thematic Mapper,TM)、反束光导摄像管(RBV)、HRV(High Resolution Visible range instruments)扫描仪、合成孔径侧视雷达(Side-Looking Airborne Radar,SLAR)。

  ②常用的遥感数据

  常用的遥感数据有:美国陆地卫星(Landsat)TM和MSS遥感数据,法国SPOT卫星遥感数据,加拿大Radarsat雷达遥感数据。

  ③遥感技术系统

  遥感技术系统包括:空间信息采集系统(包括遥感平台和传感器),地面接收和预处理系统(包括辐射校正和几何校正),地面实况调查系统(如收集环境和气象数据),信息分析应用系统。

  ④图象处理

  遥感影像通常需要进一步处理方可使用,用于该目的的技术称之为图象处理。图象处理包括各种可以对像片或数字影像进行处理的操作,这些包括图象压缩、图象存储、图象增强、处理、量化、空间滤波以及图象模式识别等。还有其它更加丰富的内容。

  目前,主要的遥感应用软件是ilwis、PCI、ERMapper和ERDAS。

  ⑤遥感应用范围

  遥感技术广泛用于军事侦察、导弹预警、军事测绘、海洋监视、气象观测和互剂侦检等。在民用方面,遥感技术广泛用于地球资源普查、植被分类、土地利用规划、农作物病虫害和作物产量调查、环境污染监测、海洋研制、地震监测等方面。遥感技术总的发展趋势是:提高遥感器的分辨率和综合利用信息的能力,研制先进遥感器、信息传输和处理设备以实现遥感系统全天候工作和实时获取信息,以及增强遥感系统的抗干扰能力。


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