资源环境遥感

资源环境遥感

第一讲遥感概述

遥感技术是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术。它是在航空摄影测量的基础上，随着空间技术、电子计算机技术等当代科技的迅速发展，以及地学、生物学等学科发展的需要，发展形成的一门新兴的技术科学。

从以飞机为主要运载工具的航空遥感，发展到以人造地球卫星、宇宙飞船和航天飞机等为运载工具的航天遥感，大大地扩展了人们的观察视野及其观测领域，形成了对地球资源和环境进行探测和监测的立体观测体系，使地理学、环境科学等的研究和应用进入到一个崭新的阶段。

一.遥感的基本概念

遥感（Remote Sensing）,通常有广义和狭义的理解。

1. 狭义遥感的定义

所谓遥感，是指不需要与探测目标直接的接触，运用现代化的运载工具和仪器，从一定的距离获得目标物体的从紫外波段到微波波段的电磁波辐射特征信息，通过信息的接收、传输以及处理过程，依据不同目标物体所具有的不同辐射特征，来识别和区分目标物体的性质，并分析研究它们在空间上、时间上和成因上的相互关系及其变化规律的整个综合探测过程。

2. 研究内容

（1）研究地物电磁辐射特性：其中包括各类电磁辐射的空间分布特性和随时间变化的特性。

（2）研究遥感信息的探测手段和传输方式:

主要是研究遥感传感器。

（3）研究遥感信息的处理系统:提高信息质量。

（4）研究遥感信息的应用:努力产生明显的经济效益和社会效益。

所以遥感技术是多学科组成的综合性学科，是现代科学技术的一个重要组成部分。

二. 遥感技术的特性

遥感技术具有如下的主要特性：

1.空间特性（广）—其探测范围大，具有宏观、综合的特点，可以实施大面积的同步观测。进行资源和环境调查时，大面积的同步观测所取得的数据是最宝贵的。

例如：一张23cm X 23cm的1/3.5万的航空像片，能包括60多平方公里的面积；一张1/100万的陆地卫星像片，能包括185km X 185km的面积（34225平方公里），相当于整个海南岛的面积。

2.波段特性（多）—其探测波段从可见光向两侧延伸，信息量大，数据可比性强，扩大了人们的视野，使得对地球的观测和研究走向全天时和全天候。

例如：紫外波段可以监测水面的油膜污染；红外波段能够探测地表温度；微波波段具有穿透云层、冰层和植被的能力。

3.时相特性（多）—其对同一地区能够进行重复探测成像，而且获取信息的速度快，重访周期短，有利于动态监测研究，大大提高了观测的时效性。

例如：陆地卫星对同一地区的重访周期为18天/次和16天/次；极轨气象卫星的重访周期为2次/天；SPOT卫星的重访周期为26天/次。

4.收集资料特性（便）—其不受地面条件的限制，不受国界的影响，收集资料十分方便，便于进行全球性的研究。

例如：对于那些无人区、高山峻岭、悬崖峭壁、海洋、荒漠等人到不了的地区，都能获得遥感资料。

5.经济特性—其可以大大地节省人力、物力、财力和时间，传统方法是无可比拟的；而且其应用范围广，具有很高的经济效益和社会效益；其强大的生命力展现出广阔的发展前景。

例如：据有关资料统计表明，象美国的陆地卫星的经济投入与其取得的效益比为1：80还多。

6.局限性—目前，在地球遥感中，还有一部分的电磁波段有待进一步的开发与利用。

三. 遥感技术的分类

遥感的分类方法很多，主要有以下几种：

1.按运载工具分类—有地面遥感、航空遥感、航天遥感和航宇遥感等。

其中航宇遥感就是宇宙遥感或叫星际遥感，是指利用星际飞船（如我国的神舟1-6号飞船）进行宇宙空间的物理遥感和太阳系行星的遥感。

2.按传感器的工作波段分类—有紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感。

其中多波段遥感是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.按电磁波辐射源分类—也称按工作方式分类，主要有主动式遥感和被动式遥感两种。

所谓主动式遥感，就是指遥感仪器主动向目标物体发射一定波长的电磁波，然后接收目标物体反射回来的电磁波能量信息的方式（或是后向散射信号），如雷达遥感、闪光灯摄影等。

所谓被动式遥感，就是指不依靠人工辐射源，直接由遥感仪器接收目标物体自身发射或反射自然辐射源的电磁波能量信息的方式，如可见光摄影和扫描等。

4.按信息获取方式分类—可以分为图像方式和非图像方式两种。

前者是将接收到的电磁辐射能量信号转换成图像；后者不能将接收到的电磁辐射能量信号转换成图像，如电压、电流信号等。

需要指出的是，不管是摄影方式还是扫描方式，它们都属于成像方式的。

5.按遥感的应用领域分类—可以分为宇宙遥感（外层空间遥感）、地球遥感两大类。

其中地球遥感又可以具体到：资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、水文水资源遥感、城市遥感、海洋遥感、灾害遥感、旅游遥感、遥感考古、气象遥感以及军事遥感等。

四.遥感发展概况及其展望

“遥感”一词最早是由美国海军科学研究部的艾弗林.普鲁伊特（Evelyn.L.Pruitt，1960）提出来的，1962年在由美国密执安大学等组织发起的环境遥感国际科学讨论会上被正式采用。

此后在世界范围内，遥感作为一门新兴的独立学科，获得飞速的发展。但是，遥感的渊源则可追溯到很久远以前，它经历了几百年的历史和发展阶段。

1.世界遥感发展概况—就现代遥感技术而言，世界遥感的发展可以说是建立在20世纪20年代的航空摄影的基础上的，随着空间技术的发展，到60年代才形成一门新兴的综合性探测技术。按照遥感技术的发展和应用特点，大致可以分为以下4个阶段。

（1）初始阶段（1839—1937）—即第二次世界大战前夕的近100年间。

在此之前的意大利科学家伽利略研制的第一架望远镜（1608）对月球的首次观察，以及1794年的气球升空的最初侦察，都属于无记录的地面遥感方式，它不能将观察到的目标用图像记录下来，也称摄影初始阶段。

在此阶段中，运载工具主要是飞机和气球；判读仪器是立体镜和航空测图仪；遥感波段是可见光摄影；遥感应用主要是地形测绘和军事侦察。1839年，全世界的第一张摄影照片的诞生，表明进入了有记录的地面遥感和航空摄影阶段，所以又称航空摄影阶段。

（2）发展阶段（1937—1960）—在此20年间，由于军事上的需要，促进了遥感传感器的迅速发展。在此阶段中，运载工具增加了探测火箭；判读仪器增加了立体绘图仪、多倍投影仪和纠正仪；遥感波段扩展到紫外、红外以及激光、侧视雷达；遥感应用扩大到资源调查等方面。因此，此阶段又称航空遥感阶段。

（3）飞跃阶段（1960年代初至1980年代末）—1957年10月4日，前苏联第一颗人造卫星的发射成功，标志着人类从空间观测地球和探索宇宙奥秘进入了新的纪元。

1960年，美国宇航局发射了第一颗气象卫星“雨云一号”，1972年发射了第一颗陆地卫星，1978年发射了第一颗海洋卫星。20世纪已有5000余颗人造卫星升空，还有天空实验室、宇宙飞船和航天飞机等。

判读仪器又增加了大型的计算机处理系统，在全数字化、可视化、智能化和网络化方面有了很大的发展。遥感波段向多波段延伸，而且波段分割的越来越精细。

遥感应用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都起到重大作用，并产生了明显的经济效益和社会效益。此阶段又称航天遥感阶段。

（4）实用阶段（1990年代—）—在此阶段中，各种卫星平台继续在升空，全世界已建成200多个地面接收站，遥感资料可以全球共享。遥感仪器进一步拓展，研究出成像光谱仪，使得谱像合一。

处理方法和分析手段不断出新，如数据网络、数字地球的研究以及3S技术的集成等等。遥感应用领域在不断扩大，并在各个领域趋向于实用化。

（5）在地学和环境研究中的实用化—从以影像为基础的地学研究，向多时相、多数据源的信息融合分析以及从表象描述到内在的规律计量分析发展；从资源环境的静态分布研究向动态过程监测，并能预测、预报发展；从资源环境的定性调查、系列制图向3S辅助定量化调查与自动化制图发展。

2.我国遥感事业的发展概况及其特点

与世界遥感的发展史相比，我国的遥感技术起步时间比较晚，但是发展却相当快，大体上也可以分为4个阶段。

（1）1950年代—开展了航空摄影和应用工作，主要是采用可见光黑白摄影，进行国土资源调查，并辅助测绘部门进行地形图的测绘与编制。在地质、林业、铁路选线等方面也起到了一定的作用。