遥感原理与应用（一）什么是遥感？
遙感原理與應(yīng)用（一）什么是遙感？
一、遙感的基本概念
1.通用定義
? ? 遙感是在遠(yuǎn)離探測目標(biāo)處，使用一定的空間運(yùn)載工具和電子、光學(xué)儀器，接受并記錄目標(biāo)的電磁波特性，通過對電磁波特性進(jìn)行傳輸、加工、分析和識別處理，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。**
2.廣義遙感
? ? 廣義的遙感是指各種非直接接觸、遠(yuǎn)離探測目標(biāo)的技術(shù)，往往是通過間接手段來獲取目標(biāo)狀態(tài)信息。例如，遙感主要根據(jù)物體對電磁波的反射和輻射特性來對目標(biāo)進(jìn)行信息采集，包括利用聲波、電磁場和地震波等。但在實(shí)際工作中，只有電磁波探測屬于遙感范疇。
? ? 大不列顛百科全書對遙感的定義為：
? 不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過探測儀器接受來自目標(biāo)物體的信息（電場、磁場、電磁波、地震波），經(jīng)過一定的傳輸與處理分析，以識別目標(biāo)物體的屬性及其分布等特征的技術(shù)。遙感不僅可以將地球的大氣圈、生物圈、水圈、巖石圈作為觀察對象，也可以擴(kuò)大到地球以外的外層空間。
3.狹義的遙感
? ? 狹義的遙感是指利用安裝在遙感平臺上的可見光、紅外、微波等各種傳感器，通過攝影、掃描等方式，從高空或遠(yuǎn)距離甚至外層空間接收來自地球表層或地表以下一定深度各類地物發(fā)射或反射的電磁波信息，并對這些信息進(jìn)行加工處理，進(jìn)而識別出地表物體的性質(zhì)和運(yùn)動狀態(tài)。
? ? 遙感的基礎(chǔ)是電磁波，并由此判讀和分析地物目標(biāo)和現(xiàn)象。因此，從電磁波的角度，狹義的遙感還可以看作是一種通過利用和研究物體反射或輻射電磁波的固有特性，達(dá)到識別物體及其環(huán)境的技術(shù)。
二、遙感的類型與特點(diǎn)
1.遙感的類型
①根據(jù)遙感平臺分類
? ? 遙感平臺是指搭載遙感傳感器的工具，主要包括人造地球衛(wèi)星、航天飛機(jī)、無線電遙控飛機(jī)、氣球、地面觀測站等。下表中列出了遙感中常用到的平臺及高度和使用目的。根據(jù)遙感平臺的不同，遙感可分為地面遙感、航空遙感、航天遙感和航宇遙感。
| 靜止軌道衛(wèi)星 | 36000km | 定點(diǎn)地球觀測 | 氣象衛(wèi)星（FY-2、GMS等） |
| 圓軌道（地球觀測）衛(wèi)星 | 500~1000km | 定期地球觀測 | Landsat、SPOT、MOS等 |
| 航天飛機(jī) | 240~350km | 不定期地球觀測空間實(shí)驗(yàn) | |
| 超高度噴氣飛機(jī) | 10~12km | 偵查、大范圍調(diào)查 | |
| 中低高度飛機(jī) | 500~800m | 各種調(diào)查、航空攝影測量 | |
| 無線電遙控飛機(jī) | 500m以下 | 各種調(diào)查、攝影測量 | 飛機(jī)、直升機(jī) |
| 氣球 | 800m以下 | 各種調(diào)查 | |
| 吊車 | 5~50m | 地面實(shí)況調(diào)查 | |
| 地面測量車 | 0~30m | 地面實(shí)況調(diào)查 | 車載升降臺 |
? 地面遙感:將傳感器設(shè)置在地面平臺之上，常見的遙感平臺有車載、船載、手提、固定和高架的活動平臺，包括汽車、船艦、高塔、三腳架等。地面遙感是遙感的基礎(chǔ)階段。
? 航空遙感：將傳感器設(shè)置在飛機(jī)、飛艇、氣球上面。從空中對地面目標(biāo)進(jìn)行遙感。主要遙感平臺包括飛機(jī)、氣球等。
? 航天遙感：將傳感器設(shè)置在人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)、空間站、火箭上面，從外層空間對地物目標(biāo)進(jìn)行遙感。航天遙感和航空遙感一起構(gòu)成了目前遙感技術(shù)的主體。
? 航宇遙感：將星際飛船作為傳感器的運(yùn)載工具，從外太空對地-月系統(tǒng)之外的目標(biāo)進(jìn)行遙感探測。主要遙感平臺包括星際飛船等。（其實(shí)航天遙感調(diào)轉(zhuǎn)鏡頭對準(zhǔn)地外天體也算航宇遙感了😂，不然火星和月球地形圖哪里來🤨）
②根據(jù)傳感器的探測波段分類
? ? 根據(jù)傳感器的所接受的電磁波譜（光譜）不同，可以分為以下5種：
(1)紫外遙感：探測波段在0.05~0.38μm，主要集中探測目標(biāo)地物的紫外輻射量，目前對其研究較少。
(2)可見光遙感：探測波段在0.38~0.76μm，主要收集和記錄目標(biāo)地物反射的可見光輻射能量，常用的傳感器有掃描儀、攝影機(jī)、攝像儀等。
(3)紅外遙感：探測波段在0.76~1000μm，主要收集和記錄目標(biāo)地物輻射和反射的紅外輻射能量，常用的傳感器有掃描儀、攝影機(jī)等。
(4)微波遙感：探測波段在1mm~1m，主要收集和記錄目標(biāo)地物輻射和反射的微波能量，常用的傳感器有掃描儀，雷達(dá)、高度計、微波輻射計等。
(5)多波段遙感：探測波段在可見光波段和紅外波段范圍內(nèi)，把目標(biāo)地物輻射的電磁輻射細(xì)分為若干窄波段，同時得到一個目標(biāo)地物不同波段的多幅圖像。常用的傳感器有多光譜掃描儀、多光譜攝影機(jī)和反束光導(dǎo)管攝像儀等。
③按工作方式分類
(1)主動遙感：傳感器主動發(fā)射一定電磁能量并接受目標(biāo)地物的后向散射信號的遙感方式，常用的主動遙感傳感器包括側(cè)視雷達(dá)、微波散射計、雷達(dá)高度計、激光雷達(dá)等。
**(2)被動遙感：**指傳感器不向目標(biāo)地物發(fā)射電磁波，僅被動接受目標(biāo)地物自身輻射和對自然輻射源的反射能量，因此被動遙感也被稱為他動遙感、無源遙感。
④按數(shù)據(jù)的顯示形式分類
? ? 根據(jù)數(shù)據(jù)的顯示形式不同，遙感可以分為成像遙感和非成像遙感。
**(1)成像遙感：**是指傳感器接受的目標(biāo)電磁輻射信號可以轉(zhuǎn)換為圖像，電磁波能量分布以圖像色調(diào)深淺來表示，主要包括數(shù)字圖像和模擬圖像兩種類型。
**(2)非成像遙感：**是指傳感器接受的目標(biāo)地物電磁輻射信號不能轉(zhuǎn)換成圖像，最后獲取的資料為數(shù)據(jù)或曲線圖，主要包括光譜輻射計、散射計和高度計等。
⑤按波段寬度和波譜連續(xù)性分類
? ? 按成像波段寬度以及波譜的連續(xù)性，可以劃分為高光譜遙感和常規(guī)遙感兩種類型。
**(1)高光譜遙感：**是利用很多狹窄的電磁波波段(波段寬度通常小于10nm)產(chǎn)生的光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)。
**(2)常規(guī)遙感：**又稱寬波段遙感，波段寬度一般大于100nm，且波段在波譜上不連續(xù)。例如，一個TM(thematic mapper，專題制圖儀)波段內(nèi)只記錄一個數(shù)據(jù)點(diǎn)，而用機(jī)械可見光/紅外成像光譜儀（AVIRIS）記錄這一波段范圍的光譜信息需用10個以上數(shù)據(jù)點(diǎn)。
⑥按應(yīng)用領(lǐng)域分類
? ? 宏觀上，按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感和海洋遙感等。
? ? 微觀上，從遙感的具體應(yīng)用領(lǐng)域看，可分為資源遙感、環(huán)境遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、城市遙感、農(nóng)業(yè)遙感、水利遙感、地質(zhì)遙感、軍事遙感等。這里重點(diǎn)介紹以下資源遙感和環(huán)境遙感，其余領(lǐng)域之后我會發(fā)文專門講解。
(1)資源遙感：是指以地球資源作為調(diào)查研究對象的遙感方法和實(shí)踐。其中，調(diào)查自然資源狀況和監(jiān)測再生資源的動態(tài)變化，是遙感技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域之一。利用遙感信息勘測地球資源，成本低、速度快，能有效克服自然界環(huán)境惡劣的影響，大大提高工作效率。
(2)環(huán)境遙感：是指利用各種遙感技術(shù)對自然與社會環(huán)境的動態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測、評價或預(yù)報。由于人口的增長與資源的開發(fā)、利用，自然社會環(huán)境都在發(fā)生變化，利用多源、多時相遙感信息能夠迅速為環(huán)境監(jiān)測、評價和預(yù)報提供可靠的技術(shù)支撐。
⑦按空間尺度分類
? ? 根據(jù)遙感應(yīng)用的空間尺度大小，遙感可以劃分為全球遙感、區(qū)域遙感和城市遙感等類型。
(1)全球遙感：是指利用遙感全面系統(tǒng)地研究全球性資源與環(huán)境問題，主要針對由于自然和人為因素造成的全球性環(huán)境變化以及整個地球系統(tǒng)行為。全球遙感是研究地球系統(tǒng)各組成部分之間的相互作用及發(fā)生在地球系統(tǒng)內(nèi)的物理化學(xué)和生物過程之間的相互作用的一門新學(xué)科。
(2)區(qū)域遙感：是指以區(qū)域資源開發(fā)和保護(hù)為目的的遙感信息工程，主要針對區(qū)域規(guī)劃和專題信息提取的遙感行為。一般情況下，通常根據(jù)行政區(qū)劃和自然區(qū)劃范圍進(jìn)行劃分。其應(yīng)用性與人類的聯(lián)系更緊密。
(3)城市遙感：是指以城市生態(tài)環(huán)境作為主要調(diào)查對象的遙感工程。城市作為一個區(qū)域的物質(zhì)流、能量流和信息流的樞紐中心，往往需要借助與遙感技術(shù)來對城市綠地、城市空間形態(tài)、城市熱島效應(yīng)以及大氣污染等方面進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。
(4)激光遙感：是指運(yùn)用紫外、可見光和紅外的激光器作為遙感儀器進(jìn)行對地觀測的遙感技術(shù)，屬于主動式遙感。地面激光掃描儀和配套的專業(yè)數(shù)碼照相機(jī)融合了激光掃描和搖桿等技術(shù)，可以同時獲取三維點(diǎn)云和彩色數(shù)字圖像兩種數(shù)據(jù)，掃描精度達(dá)到5~10mm。激光遙感是高效率空間數(shù)據(jù)獲取方面的研究熱點(diǎn)所在，目前，廣泛應(yīng)用于古代建筑重建與城市三維景觀、虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真、資源調(diào)查和災(zāi)害管理等方面。
2.遙感的特點(diǎn)
①遙感的優(yōu)點(diǎn)
(1)空間覆蓋范圍廣闊，有利于同步觀測
(2)光譜覆蓋范圍廣，信息量大
(3)時效性強(qiáng)
(4)高空間分辨率
(5)高光譜分辨率
(6)高時間分辨率
? ? 除此之外，遙感還具有受地球限制條件少；經(jīng)濟(jì)性（節(jié)省人力、物力、財力和時間），具有很高的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；數(shù)據(jù)的綜合性，遙感影像是同一時間，大范圍上各種事物的形態(tài)與分布，全面解釋了地理事物之間的關(guān)聯(lián)性；遙感數(shù)據(jù)的可比性，由于遙感的整個系統(tǒng)都按照要求設(shè)計，新的傳感器和信息記錄都可向下兼容，所以其獲得的數(shù)據(jù)具有同一性和可比性。
②當(dāng)前遙感技術(shù)的局限性
(1)遙感技術(shù)本身的局限性
(2)工作量大、周期長（全自動處理無所畏懼）
(3)現(xiàn)有遙感圖像處理技術(shù)不能滿足實(shí)際需要（部分，AI+遙感如今以及大大提高其利用效率）
(4)易受天氣條件影響（微波遙感除外）
(5)遙感數(shù)據(jù)共享和集成難度較大（遙感云計算完美解決）
ps:括號里不背
三、遙感過程與遙感技術(shù)系統(tǒng)
1.遙感過程
? ? 一個完整的遙感過程通常包括信息的收集、接受、存儲、處理和應(yīng)用等部分。
? ? 遙感之所以能茍根據(jù)收集到的電磁波信息來識別地物目標(biāo)，是因?yàn)橛行畔⒃吹拇嬖凇Ｐ畔⒃词沁b感探測的依據(jù)，任何物體都具有發(fā)射、反射和吸收電磁波的特性，目標(biāo)地物與電磁波之間的相互作用構(gòu)成物體的電磁波特性。因此，遙感技術(shù)主要是建立在物體輻射和反射電磁波的原理之上。目標(biāo)物體的電磁波特性由傳感器來獲取，通過返回艙或微波天線傳至地面接受站。地面接收站將接收到的信息進(jìn)行存儲和處理，轉(zhuǎn)換成用戶可以使用的各種數(shù)據(jù)格式。用戶再按照不同的應(yīng)用目的對這些信息進(jìn)行分析處理，以達(dá)到遙感應(yīng)用的目的。
? ? 下面重點(diǎn)介紹以下每個流程：
①信息收集
? ? 是指利用遙感技術(shù)裝備接受、記錄地物電磁波特性，并將接收到的地物反射或發(fā)射的電磁波轉(zhuǎn)化為電信號的過程。
②信息接受與存儲
? ? 傳感器將接收到的地物電磁波信息記錄在數(shù)字磁介質(zhì)或膠片上。其中，膠片由人或回收艙送回地球，而數(shù)字磁介質(zhì)上記錄的信息可以通過傳感器上攜帶的微波天線傳輸?shù)降孛娼邮照尽Ｐl(wèi)星遙感影像的接存儲在衛(wèi)星地面接收站完成。收集的數(shù)據(jù)通過數(shù)/模轉(zhuǎn)換變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。目前，遙感影像數(shù)據(jù)均以數(shù)字形式保存，且保存格式也趨于標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。
③信息處理
? ? 信息處理是指運(yùn)用光學(xué)儀器和計算機(jī)設(shè)備對衛(wèi)星地面接收站接受的遙感數(shù)字信息進(jìn)行信息的恢復(fù)、輻射和衛(wèi)星姿態(tài)校正、投影變化以及解譯處理的全過程。其目的是通過對遙感信息的恢復(fù)、校正和解譯處理，降低或消除遙感信息的誤差，并依據(jù)用戶的需求從中識別并提取出所需的感興趣信息。
④信息應(yīng)用
? ? 目前，遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于軍事、地圖測繪、地質(zhì)礦產(chǎn)勘探、自然資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測以及城市規(guī)劃和管理等領(lǐng)域。農(nóng)業(yè)部門獲取農(nóng)作物的信息，測繪部門主要制作地形圖和4D產(chǎn)品，林業(yè)部門獲取林業(yè)的分布、蓄積量等信息，都有著各自領(lǐng)域獨(dú)特的應(yīng)用規(guī)范。一般情況下，遙感應(yīng)用的最基本方法就是將遙感信息作為地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源，方便人們對其進(jìn)行查詢、統(tǒng)計和分析等。
2.遙感技術(shù)系統(tǒng)
①遙感平臺系統(tǒng)
? ? 遙感平臺包括衛(wèi)星、飛機(jī)、氣球、無人機(jī)、高塔、高架車等。不同高度遙感平臺可獲得不同面積、分辨率、特點(diǎn)和用途的遙感信息。在實(shí)際的遙感應(yīng)用中，不同高度的遙感平臺既可以單獨(dú)使用，又可以相互配合使用，組成立體的遙感探測網(wǎng)。
②傳感器系統(tǒng)
? ? 遙感傳感器是指收集、探測并記錄地物電磁波輻射信息特性的儀器。目前最常見的傳感器有雷達(dá)、攝影機(jī)、掃描儀、攝像機(jī)、光譜輻射計等。除此之外，傳感器的性能直接制約著遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量和應(yīng)用精度。（就像你的手機(jī)像素決定你的清晰度）
③數(shù)據(jù)的接受記錄和處理系統(tǒng)
? ? 數(shù)據(jù)的接受記錄和處理系統(tǒng)是指通過接受來自地面上各種地物的電磁波信號，同時收集各地面數(shù)據(jù)收集站發(fā)送的信息，將這兩種信息發(fā)回地面數(shù)據(jù)接收站（其實(shí)就是構(gòu)建微分方程計算參數(shù)），并對接收到數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，已提供給不同的用戶。
? ? 下面介紹一下地面接收站和地面處理站。
(1)地面接收站：
對于衛(wèi)星遙感而言，地面接收站主要以視頻傳輸?shù)姆绞浇邮苓b感信息。接受記錄的數(shù)據(jù)通常通過若干磁帶機(jī)記錄在高密度數(shù)字磁盤（HDDT）上，隨后送往地面處理站處理成可供用戶使用的數(shù)字磁盤和膠片等。地面接收站是由大型拋物面的主、副反射面天線和磁帶機(jī)組成，主要任務(wù)是搜索、跟蹤衛(wèi)星，接受并記錄衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、遙測數(shù)據(jù)及衛(wèi)星姿態(tài)數(shù)據(jù)。為了獲取這個范圍以外的遙感圖像信息，常采用中繼衛(wèi)星實(shí)時發(fā)送的方式向地面接收站發(fā)送遙感信息。
? ? 地面接收站可以建立在衛(wèi)星發(fā)射國，也可以建立在其他國家；中國遙感衛(wèi)星地面站于1986年年底在北京建成并投入使用；其能接收以北京為中心，半徑約2400公里的地區(qū)，可接受覆蓋我國80%的地區(qū)。后為彌補(bǔ)空缺，先后增建了喀(ka)什(2008年)、三亞(2013年)接收站，形成了覆蓋全國的衛(wèi)星地面接受站網(wǎng)格局。
(2)地面處理站
? ? 我國衛(wèi)星圖像地面處理站設(shè)在北京市。遙感數(shù)據(jù)地面處理站主要是由計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)和光學(xué)圖像處理系統(tǒng)組成。計算機(jī)處理系統(tǒng)以兩臺VAXII/780計算機(jī)和AP180陣列為核心，配有獨(dú)立的膠片成像計算機(jī)系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)輸入、分幅、快視、輻射校正和幾何校正。照相處理系統(tǒng)將上述膠片作進(jìn)一步處理，生產(chǎn)多種類型的正負(fù)膠片、像片等產(chǎn)品。
? ? 計算機(jī)圖像處理系統(tǒng)通過由高密度數(shù)字磁帶上提供的星歷參數(shù)、輻射校準(zhǔn)參數(shù)等對圖像進(jìn)行幾何校正和輻射校正。幾何校正的主要目的是改正由于地球曲率、地球自轉(zhuǎn)、掃描角速度不均勻等造成的圖像幾何變形；輻射校正的目標(biāo)是根據(jù)傳感器內(nèi)部校準(zhǔn)參數(shù)和地面遙感測試資料進(jìn)行輻射亮度值的改正。
? ? 衛(wèi)星遙感地面處理站除了進(jìn)行遙感數(shù)據(jù)加工處理和生產(chǎn)之外，同時還是遙感數(shù)據(jù)管理和分發(fā)中心，處理好的不同等級的數(shù)據(jù)將會存入數(shù)據(jù)庫，并面向用戶服務(wù)，無論是商業(yè)個人還是政府部分所屬的遙感中心，這些部門利用遙感影像進(jìn)行土地資源調(diào)查、林業(yè)資源調(diào)查、生態(tài)環(huán)境調(diào)查以及重點(diǎn)城市擴(kuò)展情況監(jiān)測、荒漠化監(jiān)測、農(nóng)作物估產(chǎn)、災(zāi)害監(jiān)測與評估等眾多領(lǐng)域。
④基礎(chǔ)研究和應(yīng)用系統(tǒng)
? ? 遙感應(yīng)用研究就是通過對遙感影像所反映的地物電磁波信息的分析、研究，已完成地球資源調(diào)查、環(huán)境分析和預(yù)測預(yù)報工作，為農(nóng)林、地質(zhì)、礦產(chǎn)、水電、軍事、測繪和國防建設(shè)等部門服務(wù)。因此遙感應(yīng)用必須以切實(shí)的基礎(chǔ)研究做保證。目前，除了傳感器、測控和通信等方面的基礎(chǔ)研究外，還應(yīng)加強(qiáng)衛(wèi)星和航空遙感的模擬實(shí)驗(yàn)遙感儀器設(shè)備的性能試驗(yàn)、地物的波譜特性、遙感圖像解譯理論和應(yīng)用理論等研究。
四、遙感發(fā)展史
? ? 略(沒啥意思，有需要再補(bǔ)充)
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的遥感原理与应用（一）什么是遥感？的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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