什么是遙感物理 遙感技術(shù)的核心技術(shù)

遙感的基本概念，遙感是什么？什么是遙感技術(shù)？遙感的物理基礎(chǔ)，什么是遙感呢？遙感可以干些什么？遙感技術(shù)的概念和遙感基本原理。

本文導(dǎo)航

• 遙感技術(shù)的概念和遙感基本原理
• 衛(wèi)星遙感是什么意思
• 遙感技術(shù)都有哪些特征
• 談?wù)剬?duì)遙感的認(rèn)識(shí)和理解
• 遙感技術(shù)作用
• 遙感技術(shù)的核心技術(shù)

遙感技術(shù)的概念和遙感基本原理

　　什么是遙感？

　　今年10月27日，“中國(guó)資源二號(hào)”衛(wèi)星順利進(jìn)入了太空，這顆由我國(guó)自行研制的第二顆傳輸型遙感衛(wèi)星將在太空?qǐng)?zhí)行國(guó)土資源普查、城市規(guī)劃、作物估產(chǎn)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)和空間科學(xué)試驗(yàn)等任務(wù)?！爸袊?guó)資源二號(hào)”衛(wèi)星的發(fā)射成功和穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)航天遙感技術(shù)登上新的發(fā)展階段。

　　這里說(shuō)到了遙感技術(shù)，什么是遙感？對(duì)普通老百姓來(lái)說(shuō)，似乎還有些陌生。我們請(qǐng)專(zhuān)家介紹遙感到底是怎么一回事？

　　中國(guó)工程院院士潘德?tīng)t解釋說(shuō)：遙感，就是從不同的角度、不同的高度探測(cè)地面目標(biāo)的特性，從目標(biāo)上可以分為陸地資源遙感、海洋遙感和氣象遙感，包括地面、海洋、大氣等，主要是對(duì)地面觀測(cè)。從高度上講有航空遙感和衛(wèi)星遙感，航空遙感的高度一般在3000米到5000米之間，衛(wèi)星遙感一般從500公里到900公里。按遙感的物理波段來(lái)分的話，又可以分為可見(jiàn)光遙感、紅外遙感和微波遙感。

　　遙感最主要的特點(diǎn)就是覆蓋范圍寬、頻率快、信息量大。比如用人的肉眼來(lái)觀察事物，一般都是從前后左右四個(gè)方向進(jìn)行，但遙感不一樣，它現(xiàn)在已經(jīng)能從200多個(gè)角度觀察某一個(gè)物體。用一個(gè)形象點(diǎn)的比喻，現(xiàn)在普遍使用的可見(jiàn)光遙感就像一個(gè)靈敏度和精度都非常高，而且覆蓋范圍也很大的照相機(jī)。

　　目前，遙感技術(shù)已在高科技領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。又如氣象衛(wèi)星在太空中俯瞰空間大氣的分布狀態(tài)，應(yīng)用可見(jiàn)光遙感、紅外遙感等遙感技術(shù)獲取相關(guān)的氣象信息，為天氣預(yù)報(bào)和氣候預(yù)測(cè)提供許多可靠的依據(jù)。（2002-10-31）

衛(wèi)星遙感是什么意思

我們常見(jiàn)的遙感是在一定的遙感平臺(tái)，搭載相機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)等設(shè)備，對(duì)地面進(jìn)行攝影，獲取地面影像，這個(gè)過(guò)程就是通常所說(shuō)的遙感。遙感平臺(tái)可分為航攝飛機(jī)平臺(tái)、無(wú)人機(jī)平臺(tái)或者衛(wèi)星平臺(tái)等

遙感技術(shù)都有哪些特征

遙感技術(shù)的萌發(fā)，起源于望遠(yuǎn)鏡和照相機(jī)的發(fā)明。第一次世界大戰(zhàn)出現(xiàn)了航空攝影，建立了能夠定位、定量的立體攝影測(cè)量學(xué)，改造了地圖測(cè)繪技術(shù)。第二次世界大戰(zhàn)出現(xiàn)了彩色航空攝影，擴(kuò)大了定性分析的可能性，為自然環(huán)境與資源考察打開(kāi)了新的局面。但是，受當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)技術(shù)條件的局限，能夠利用的電磁波主要是可見(jiàn)光。20世紀(jì)60年代初，遙感技術(shù)出現(xiàn)了飛躍。一方面，這是由于人造地球衛(wèi)星的發(fā)射；另一方面，也是由于紅外線與微波掃描成像技術(shù)的進(jìn)步，它們開(kāi)拓了人們的視野。紅外遙感能夠晝夜作業(yè)，凡是高于絕對(duì)零度（-273.15℃）的物體都有紅外線的輻射，在不能利用可見(jiàn)光的情況下，給人們展示出熱圖像，包括永遠(yuǎn)不見(jiàn)的月亮的背面。利用微波遙感，無(wú)論云層覆蓋、植被茂密的亞馬孫河熱帶雨林，還是千里冰封的南北兩極的基巖，都被揭露在人們的眼前，編制出版了1：100萬(wàn)的地形、地質(zhì)和資源地圖。目前的遙感技術(shù)，不僅從可見(jiàn)光譜段擴(kuò)展到了較長(zhǎng)的近紅外、遠(yuǎn)紅外和微波波段，也擴(kuò)展到了較短的紫外線、X和阿爾法射線。激光全息成像也正被引進(jìn)到遙感技術(shù)中來(lái)?？傊b感儀器的研制，已經(jīng)由單一波段增加到24個(gè)波段；由物理光學(xué)進(jìn)入到電子光學(xué)，由機(jī)械掃描發(fā)展到電荷耦合器陳列，由真實(shí)孔徑發(fā)展到合成孔徑。有了這些新一代的遙感儀器，人們能夠從一種物體中攝取各種電磁波信息，并同步記錄在一組磁帶或膠片上，這就大大提高了人們觀測(cè)和鑒別自然界復(fù)雜物體的可能性?？梢哉f(shuō)，空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人類(lèi)的活動(dòng)進(jìn)入了廣闊無(wú)垠的宇宙太空，正在改變著地學(xué)、天文學(xué)和其它一些學(xué)科的面貌。

談?wù)剬?duì)遙感的認(rèn)識(shí)和理解

振動(dòng)的傳播稱(chēng)為波。電磁振動(dòng)的傳播是電磁波。電磁波的波段按波長(zhǎng)由短至長(zhǎng)可依次分為:γ-射線、X-射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、微波和無(wú)線電波。電磁波的波長(zhǎng)越短其穿透性越強(qiáng)。遙感探測(cè)所使用的電磁波波段是從紫外線、可見(jiàn)光、紅外線到微波的光譜段。太陽(yáng)作為電磁輻射源，它所發(fā)出的光也是一種電磁波。太陽(yáng)光從宇宙空間到達(dá)地球表面須穿過(guò)地球的大氣層。太陽(yáng)光在穿過(guò)大氣層時(shí)，會(huì)受到大氣層對(duì)太陽(yáng)光的吸收和散射影響，因而使透過(guò)大氣層的太陽(yáng)光能量受到衰減。但是大氣層對(duì)太陽(yáng)光的吸收和散射影響隨太陽(yáng)光的波長(zhǎng)而變化。地面上的物體就會(huì)對(duì)由太陽(yáng)光所構(gòu)成的電磁波產(chǎn)生反射和吸收。由于每一種物體的物理和化學(xué)特性以及入射光的波長(zhǎng)不同，因此它們對(duì)入射光的反射率也不同。各種物體對(duì)入射光反射的規(guī)律叫做物體的反射光譜，通過(guò)對(duì)反射光譜的測(cè)定可得知物體的某些特性。

遙感技術(shù)作用

廣義地講，遙感是指不直接接觸地收集關(guān)于某一定對(duì)象的某種或某些特定的信息，從而了解這個(gè)對(duì)象的性質(zhì)。一般多指從人造衛(wèi)星或飛機(jī)對(duì)地面觀測(cè)，并以電磁傳播與接收技術(shù)，以收取目標(biāo)的訊息并加以進(jìn)行分析的技術(shù)。

簡(jiǎn)單理解，就像是在飛機(jī)或人造衛(wèi)星上，安裝一臺(tái)功能強(qiáng)大的照相機(jī)，通過(guò)圖像分析獲取想要得到的數(shù)據(jù)。

遙感可以做的事情：

1、觀測(cè)PM2.5。

就拿目前最受關(guān)注的霧霾治理工作來(lái)說(shuō)，從2013年1月1日起，我國(guó)對(duì)70多個(gè)城市開(kāi)展了PM2.5的監(jiān)測(cè)，同時(shí)運(yùn)用衛(wèi)星遙感技術(shù)，從空中監(jiān)測(cè)灰霾的影響范圍。

2、用于防災(zāi)減災(zāi)。

遙感衛(wèi)星可以用于各類(lèi)災(zāi)害應(yīng)急監(jiān)測(cè)和搶險(xiǎn)救災(zāi)信息支持，如地震、火山活動(dòng)、土砂災(zāi)害等。2014年8月3日，云南魯?shù)榘l(fā)生地震后，國(guó)家共調(diào)集國(guó)內(nèi)外18顆遙感衛(wèi)星，對(duì)地震災(zāi)區(qū)緊急成像，獲取魯?shù)榈卣饏^(qū)域衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)近百景，為抗震救災(zāi)發(fā)揮了巨大作用。

3、資源普查。

衛(wèi)星遙感技術(shù)可以用來(lái)普查地球資源，例如水、石油、天然氣、煤炭、金屬礦藏儲(chǔ)量。今年8月，我國(guó)又在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功將遙感衛(wèi)星二十號(hào)送入太空。它主要用于科學(xué)試驗(yàn)、國(guó)土資源普查、農(nóng)作物估產(chǎn)及防災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域。

4.、天氣預(yù)測(cè)、掌握海面溫度、海洋資訊。

如果沒(méi)有氣象衛(wèi)星，我們無(wú)法全面監(jiān)測(cè)大氣成分，無(wú)法做好氣象預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)；如果沒(méi)有海洋衛(wèi)星，我們很難解決赤潮等問(wèn)題；如果沒(méi)有陸地遙感衛(wèi)星，我們不能有效地監(jiān)測(cè)森林、沙漠等的變化情況。

5、考古研究。

遙感技術(shù)在我國(guó)的考古工作中運(yùn)用越來(lái)越多。在新疆的北庭古城、高昌古城，陜西的漢長(zhǎng)安城，河南的漢魏洛陽(yáng)故城、安陽(yáng)殷墟等很多古代遺址的考古工作中，遙感技術(shù)獲得的影像資料，為學(xué)者們發(fā)現(xiàn)遺跡現(xiàn)象、摸清遺址范圍和內(nèi)涵、了解遺址過(guò)去和當(dāng)下的保存狀況等工作，提供了很多有益的幫助。

6、農(nóng)作物生產(chǎn)預(yù)測(cè)。

衛(wèi)星遙感技術(shù)可以掌握全球耕地分布，監(jiān)測(cè)大宗作物的長(zhǎng)勢(shì)與估產(chǎn)。遙感技術(shù)的應(yīng)用，讓農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的獲取途徑發(fā)生重大變化，有了遙感技術(shù)，一個(gè)地區(qū)的糧食種植面積在衛(wèi)星照片上一目了然，大大提升了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

7、軍事。

遙感在軍事科學(xué)上的應(yīng)用是顯然的，因?yàn)榭梢赃h(yuǎn)距離地觀察目標(biāo)，而且可以獲得相對(duì)宏觀的分析數(shù)據(jù)。在軍事上，遙感可以對(duì)目標(biāo)國(guó)家和地區(qū)的資源狀況的監(jiān)視。監(jiān)視對(duì)方軍事部署和大規(guī)模的軍事移動(dòng)。在具體的作戰(zhàn)中，遙感可以幫助分析局部的地形、資源狀況，從而幫助己方進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)行動(dòng)的方案判斷。

遙感技術(shù)的核心技術(shù)

“遙感”（Remote Sensing）即從遠(yuǎn)處探測(cè)、感知物體。遙感技術(shù)的一般概念是：從不同高度的遙感平臺(tái)（Platform）上，使用各種傳感器（Sensor），接收和記錄來(lái)自地球表層各類(lèi)地物發(fā)射或反射的各種電磁波信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行加工處理和分析，從而對(duì)不同的地物及其屬性進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測(cè)和識(shí)別的綜合技術(shù)。

眾所周知，世界上所有絕對(duì)溫度大于零度的物體，都能夠反射、發(fā)射和吸收電磁波。不同物體由于其物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造以及物理和化學(xué)性質(zhì)的差異，決定了它們對(duì)不同波長(zhǎng)的電磁波的響應(yīng)敏感程度的差異。也就是說(shuō)，不同的物體，它們對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波的發(fā)射、反射和吸收規(guī)律不同；即便是同一種類(lèi)的物體，由于其所處自然狀態(tài)的不同或是處于不同的地理環(huán)境，所表現(xiàn)出來(lái)的這種規(guī)律也不同。這種規(guī)律就是地物的波譜特性。圖19-1表示幾種植物的波譜特性，圖19-2表示同一種農(nóng)作物不同自然狀態(tài)所表現(xiàn)出來(lái)的波譜特性。除此之外，自然界中大多數(shù)物體都具有一定的幾何形態(tài)和紋理結(jié)構(gòu)。所以，通過(guò)上述地物波譜特性的研究，將遙感儀器探測(cè)到的不同地物的電磁波信息與之比較，就能區(qū)分和鑒別地物的種類(lèi)及其屬性特征。這就是遙感所采用的基本原理。

從理論上講，對(duì)整個(gè)電磁波波段都可以進(jìn)行遙感，但實(shí)際上電磁波輻射在空中傳輸過(guò)程中，大氣對(duì)其有明顯的選擇性吸收和散射作用（我們將電磁波輻射在大氣傳輸過(guò)程中損耗較小，透射率較高的波段稱(chēng)為大氣窗口）。由于“大氣窗口”效應(yīng)和探測(cè)技術(shù)水平限制，目前遙感技術(shù)只利用了有限的幾個(gè)波段（窗口），其中最重要的波段如下。

可見(jiàn)光（0.39～0.76 μm）和近紅外（0.76～2.5 μm）波段。這是地物對(duì)太陽(yáng)輻射的強(qiáng)反射波段，所用的傳感器主要是照（攝）相機(jī)或多波段掃描儀等。

圖19-1 幾種植物的波譜特性

圖19-2 同一農(nóng)作物不同自然狀態(tài)的波譜特性

中紅外（3～5 μm）波段。主要接收地物對(duì)太陽(yáng)輻射的反射能量和自身的熱輻射能量，所用的傳感器主要是紅外掃描儀等。

熱紅外（8～14 μm）波段。主要接收地物自身的熱輻射能量，所用的傳感器主要是熱紅外掃描儀等。

微波（8～1000 mm）波段?？煞譃橹鲃?dòng)和被動(dòng)兩種接收方式。主動(dòng)式微波傳感器通常包括側(cè)視雷達(dá)、散射計(jì)和高度計(jì)；被動(dòng)式微波傳感器采用微波輻射計(jì)，包括掃描成像和非掃描成像等類(lèi)型。