什么是遥感

遥感即“遥远的感知”,在遥远的地方,感测目标物的“信息”,通过对信息的分析研究,确定目标物的属性及目标物之间的关系。例如,人的眼睛识别物体的过程就是一种遥感过程,靠物体的色调、亮度,以及物体的形状、大小等信息,来判定物体的属性;蝙蝠能发射超声波,并用接收到的回波来判断障碍物的距离、方位和属性。

目前,对遥感比较一致的定义是:在远离被测物体或现象的位置上,使用一定的仪器设备,接收、记录物体或现象反射或发射的电磁波信息,经过对信息的传输、加工处理及分析与解译,对物体及现象的性质及其变化进行探测和识别的理论与技术。

现代遥感技术就是模仿自然界中的遥感现象和过程而产生的,是一个接收、传送、处理和分析遥感信息,并最后识别目标的复杂技术过程。现代遥感技术系统一般由四部分组成:遥感平台、传感器、遥感数据接收与处理系统、遥感资料分析解译系统。

遥感技术的类型根据使用的平台不同,遥感技术分为地面遥感、航空遥感(飞机、气球)和航天遥感(人造卫星、飞船、空间站、火箭);根据传感器所接收的电磁波谱,遥感技术分为紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多光谱遥感;根据传感器所接收的能量来源,可以把遥感技术分为主动和被动遥感两种;根据遥感资料的显示形式、获得方式和波长范围等综合指标,遥感技术分为图像方式遥感和非图像方式遥感两种类型体系;根据应用领域可分为环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感等。

遥感能做什么

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,广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。

在军事方面的应用。遥感技术最先是从军事发展起来的,现在有许多技术方法和仪器设备仍处在领先地位,但不向民用部门推广。它在军事上的作用,在于可以进行立体侦察,及实地获取敌区的情报,如利用红外遥感识别伪装、军事侦察等。

在地学方面的应用。遥感为地质、地理、环境科学等方面的勘测提供了新的手段和最新资料,为地球宏观规律的研究、地球环境的监测和评价、自然资源的开发利用创造了有利条件。在地质方面可以很好地应用于地质构造、岩石种类的鉴定以及矿床勘探等;海洋方面可以利用遥感测定海岸地形、浅海海底地貌、海流边界、方向、流速、海面温度、浮游生物区和物量、盐分、水质等;水文方面可以进行水资源、湖泊、河流的探测,利用卫星影像可测出雪盖面积、分布范围、雪线高度,分析冰川的动态进退,监测海冰运动等。

在环境方面的应用。利用遥感技术可以进行水污染、大气污染、地表污染的监测;利用遥感随时监视断裂活动和地面变化,可为地震预报提供依据;通过遥感可以收集到放在火山口里的自动记录仪器记录的许多有关火山活动的信息,经过分析可做出预报。

在测绘方面的应用。遥感在测绘中的应用开始很早,现在已发展到了应用专门的卫星或卫星上放置专门的测绘传感器,制作地形图、校正更新现有地图、制作影像地图、制作专题地图。

在农业方面的应用。遥感技术在农业方面的应用很广泛,有人认为农业是遥感的最大用户,也是遥感的最大受益者,特别是对一些发展中国家和国土面积较大的国家作用尤为明显,可进行资源调查、资源监测、作物估产、病虫害监测预报、生产管理等。

遥感技术特点

遥感作为一门综合性对地观测技术,它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要,更有其他技术手段与之无法比拟的特点。

大面积同步观测。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,为宏观地掌握地面事物的现状创造了极为有利的条件,同时也为宏观地研究自然现象和规律提供了宝贵的第一手资料。其先进的技术手段是传统的手工业不可比拟的。

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,遥感的作用就显得格外重要。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。并且在时间上具有相同的现势性。

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。

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。

遥感发展历程

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。发展至今,大体经历了常规航空摄影、航空遥感和航天遥感三个阶段。

常规航空摄影阶段。1826 年摄影技术的发明标志着遥感技术的诞生。但在 1839 年以前主要是进行地面摄影。1903 年飞机的发明,为航空摄影创造了条件,同年,第一张航空像片诞生。一战期间(1914—1918 年)形成了独立的航空摄影测量学科体系,航空摄影正式问世。初期,航空摄影主要用于摄影测量和军事,后来资料应用逐渐向民用部门发展,像片判读技术开始出现并得到迅速的发展。2000 年至今,数字航空摄影发展迅猛,并逐步取代胶片航空摄影成为主要手段。

航空遥感阶段。20 世纪 30 年代起,航空像片除用于军事外,被广泛应用于地学领域中,以认识地理环境和编制各种专题地图。二战期间(1931—1945 年),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得到飞速发展,在国民经济的各个领域,尤其是环境科学、地质学、地理学、农学、林学以及军事侦察方面的应用,取得了很大的成绩,成为对自然资源考察和研究的一个重要手段和基本工具。

航天遥感阶段。随着空间技术的发展,1957年苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星,从此,遥感平台从飞机发展到了卫星和飞船。20 世纪 60年代初开始,相继发射了陆地卫星、气象卫星、海洋卫星等系列卫星,同时,在传感器方面,继红外片后,多光谱相机、多波段扫描仪、微波辐射计、合成孔径侧视雷达、电视摄像仪等新型传感器陆续问世,使得遥感技术由航空遥感发展到了航天遥感阶段。在获得遥感资料的技术迅速发展的同时,遥感资料的分辨率和精度也不断提高,遥感图像的分析解译与资料处理技术也取得了飞跃进步,遥感理论的研究获得了重大成就,资料被广泛应用于各个领域,并取得了显著成就。

我国遥感技术发展。20 世纪 30 年代,我国在极少数城市进行过航空摄影,系统的遥感技术发展始于 20 世纪 50 年代初期,主要是引进常规航空摄影技术,进行了大面积航空摄影,并开始航测成图和航空像片的综合利用,到了 60 年代航空摄影与航空像片的应用已形成了一套完整的体系。20 世纪70 年代以来,随着国际遥感技术的飞速发展,我国开始引进和研究现代遥感技术,发展到现在,已形成了包括气象、海洋、资源和环境四大卫星系列在内的遥感系统,为我国的遥感科学事业提供了大量的可靠数据源。

如今,无人机航空摄影作为传统航空摄影测量手段的有力补充,处于火热上升与快速发展阶段。无人机机动灵活的特点,不仅能够大幅提升地质调查应急保障服务能力,而且在测量、构建数字中国、监测地理国情、提升社会管理效能等方面发挥了积极作用。其中,中国国土资源航空物探遥感中心针对国土资源、地质灾害调查等低空遥感应急监测的需求,将低空遥感无人机、现场遥感数据处理设备和卫星通信系统集成在一辆静中通车上,研发了 8M 带宽具备遥感采集、现场处理和远程数据传输等功能的远程卫星数据传输链路,开发了一套低空遥感数据并行处理系统,具有广阔应用前景。

遥感发展趋势

目前,世界范围内遥感技术的发展趋势表现在以下几个方面:

一是进行地面、航空、航天的多层次综合遥感,建立地球环境星观测网络,系统地获取地球表面不同分辨率的遥感图像数据。二是传感器向电磁波谱全波段覆盖,立体遥感,器件固体化、小型化,高分辨力,高灵敏度与高光谱方向发展。

三是遥感图像信息处理实现光学 - 电子计算机混合处理及实时处理,图像处理与地学数据库结合,建立遥感信息系统,引进人工神经网络、小波变换、分形技术、模糊分类与专家系统等技术与理论,进行自动分类与模式识别。

四是加强地物波谱形成机制与遥感信息传输理论研究,建立地物波谱与影像特征的关系模型,以实现遥感分析解译的定量化和精确化。

五是遥感、地理信息系统与全球定位系统相互依存,共同发展,构成一体化的技术体系,以期广泛地应用于资源开发利用、环境治理评估、区域发展规划、市政工程建设与交通安全管理等领域,成为资源环境、地球科学、测绘勘探、农业和水利部门开展工作的重要技术方法和辅助决策手段。

(作者:郑雄伟 作者单位:中国国土资源航空物探遥感中心)