第1章緒論
1.1遙感基本概念
遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代興起的一門(mén)新興探測(cè)技術(shù)，它根據(jù)電磁波理論，利用各種傳感儀器對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)所反射或
輻射的電磁波能量進(jìn)行接收、轉(zhuǎn)換、處理，并*終形成可視圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)地物目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)和識(shí)別的一種綜合技術(shù)
。遙感技術(shù)*初以航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)，自1972年美國(guó)成功發(fā)射**顆地球資源衛(wèi)星并獲取了大量地球表面衛(wèi)星
圖像后，遙感技術(shù)就開(kāi)始在世界范圍內(nèi)得到了迅猛的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，這也標(biāo)志著航天遙感的開(kāi)始。經(jīng)過(guò)幾十年
的迅速發(fā)展，已經(jīng)形成了對(duì)地球資源和環(huán)境進(jìn)行探測(cè)和監(jiān)測(cè)的立體觀測(cè)體系，而且在測(cè)繪、環(huán)境生態(tài)保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)
測(cè)、地質(zhì)勘探、水文、氣象、農(nóng)林業(yè)和軍事等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的社會(huì)效
益，為人類(lèi)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展提供了非常重要的技術(shù)保障。
1.1.1什么是遙感
如果從字面上理解，“遙感”，顧名思義，就是遙遠(yuǎn)地感知。遙感(remote sensing)通常被認(rèn)為是在不接觸物體的
情況下，對(duì)其屬性或狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)。另外一種解釋，認(rèn)為“遙”是一個(gè)空間概念，而“感”是一個(gè)信息處理系統(tǒng)，則
遙感技術(shù)是一種非接觸的測(cè)量和識(shí)別技術(shù)。例如，人眼就是天生的遙感系統(tǒng)，當(dāng)人眼觀看遠(yuǎn)處物體時(shí)，就是一種生
物遙感;普通的照相機(jī)照相、天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)星空、各種航拍和衛(wèi)星成像，都屬于遙感的范疇。人類(lèi)通過(guò)大量的實(shí)
踐，發(fā)現(xiàn)地球上每一個(gè)物體都在不停地吸收、反射或輻射信息和能量，其中有一種人類(lèi)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的形式——電磁
波，并且發(fā)現(xiàn)不同物體的電磁波特性是不同的。遙感就是根據(jù)這個(gè)原理來(lái)探測(cè)地表物體對(duì)電磁波的某種反映，從而
提取這些物體的信息，完成遠(yuǎn)距離識(shí)別物體。例如，當(dāng)大興安嶺森林火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于著火的樹(shù)木溫度比沒(méi)有著火
的樹(shù)木溫度高，它們?cè)陔姶挪ǖ臒峒t外波段會(huì)輻射出比沒(méi)有著火的樹(shù)木更多的能量，如果此時(shí)正好有一個(gè)載著熱紅
外波段傳感器的衛(wèi)星經(jīng)過(guò)大興安嶺上空，由于著火的森林在熱紅外波段比沒(méi)著火的森林輻射更多的電磁能量，在獲
得的遙感衛(wèi)星影像中，著火的森林區(qū)域就會(huì)比沒(méi)有著火的森林區(qū)域更亮。同樣，如果此時(shí)有雷達(dá)成像傳感器經(jīng)過(guò)上
空，能獲得相應(yīng)的雷達(dá)圖像，著火區(qū)域和沒(méi)著火區(qū)域的色調(diào)也不一樣，因?yàn)樗鼈兊暮笙蛏⑸涮匦圆煌�。這樣，我們可
以通過(guò)衛(wèi)星影像判斷森林著火情況，對(duì)災(zāi)害進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)評(píng)估災(zāi)害損失和調(diào)整指揮抗災(zāi)救災(zāi)實(shí)施過(guò)程。
對(duì)遙感的定義有不同的表達(dá)形式，其中，廣義定義指的是遙遠(yuǎn)地感知，泛指一切無(wú)接觸的遠(yuǎn)距離探測(cè)，包括對(duì)電磁場(chǎng)
、力場(chǎng)、機(jī)械波(聲波、地震波)等的探測(cè)。狹義定義是指應(yīng)用探測(cè)儀器，不與探測(cè)目標(biāo)相接觸，從遠(yuǎn)處把目標(biāo)的電
磁波特性記錄下來(lái)，通過(guò)轉(zhuǎn)換、處理和分析，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測(cè)技術(shù)。目前，一種比較
簡(jiǎn)明的定義是:從不同的高度平臺(tái)，如高塔、氣球、飛機(jī)、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)和空間站等
，通過(guò)傳感器對(duì)地表物體的電磁波信息進(jìn)行收集，然后將這些信息進(jìn)行傳輸、處理和判讀分析，從而達(dá)到對(duì)物體進(jìn)
行識(shí)別和監(jiān)測(cè)的全過(guò)程。
1.1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)
把遙感技術(shù)與方法理論結(jié)合并應(yīng)用到某個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，就構(gòu)成了一個(gè)遙感技術(shù)系統(tǒng)，如圖1.1所示。一個(gè)完整的遙感
技術(shù)系統(tǒng)通常由以下幾部分組成:遙感信息源;信息獲取;信息接收與傳輸;信息處理;信息應(yīng)用。
遙感信息源(地物目標(biāo))——任何地物目標(biāo)都具有發(fā)射、反射和吸收電磁波的性質(zhì)，都是遙感的信息源。地物目標(biāo)
與電磁波的復(fù)雜相互作用，便構(gòu)成了地物目標(biāo)的電磁波特性，它是遙感探測(cè)的物理依據(jù)。
信息獲取——主要由傳感器及其平臺(tái)來(lái)完成。傳感器是接收和記錄地物目標(biāo)電磁波特征的儀器，如照相機(jī)、攝像
機(jī)、紅外成像儀、高光譜成像儀、合成孔徑雷達(dá)、輻射計(jì)和散射計(jì)等。搭載傳感器的載體稱為遙感平臺(tái)(remote
platform)，如地面三腳架、遙感車(chē)、氣球、有人/無(wú)人機(jī)、衛(wèi)星和航天飛機(jī)等。平臺(tái)按高度不同，可分為地面平臺(tái)
、航空平臺(tái)和航天平臺(tái)。這三種平臺(tái)有各自的特點(diǎn)和用途，既可單獨(dú)使用，又可聯(lián)合使用，根據(jù)實(shí)際的需要，可以組
成不同層次的立體觀測(cè)系統(tǒng)。
信息接收與傳輸——傳感器接收到地物目標(biāo)的電磁波信息后，記錄在數(shù)字磁介質(zhì)或膠片上。膠片由人或回收艙送
到地面接收站，然后進(jìn)行回收處理，而數(shù)字磁介質(zhì)上記錄的信息則可以直接通過(guò)飛機(jī)或衛(wèi)星上的微波天線傳輸給地
面的接收站進(jìn)行處理。
信息處理——主要靠硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)來(lái)完成。硬件系統(tǒng)包括工作站(計(jì)算機(jī))、顯示設(shè)備、大容量存儲(chǔ)設(shè)備、
圖像輸入輸出設(shè)備等。軟件系統(tǒng)主要包含以下功能:數(shù)據(jù)輸入模塊、幾何校正模塊、輻射校正模塊以及圖像變換
、圖像增強(qiáng)、圖像融合、分類(lèi)、分析和輸出模塊等。
信息應(yīng)用——通過(guò)遙感技術(shù)獲取地物目標(biāo)電磁信息的目的是應(yīng)用。這項(xiàng)工作由各專業(yè)人員根據(jù)不同的應(yīng)用需要來(lái)
進(jìn)行。在應(yīng)用過(guò)程中，也需要大量的信息處理和分析，如不同傳感器信息的融合、同傳感器不同時(shí)相信息的融合，
以及遙感與非遙感信息的結(jié)合等。
1.1.3遙感分類(lèi)
目前，遙感分類(lèi)的方式有多種，還沒(méi)有一個(gè)完全統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)遙感的定義，常見(jiàn)的分類(lèi)方式有以下幾種。
1.按搭載傳感器的遙感平臺(tái)分類(lèi)
根據(jù)遙感探測(cè)器所采用的遙感平臺(tái)不同可以將遙感分為地面遙感、航空遙感、臨近空間遙感和航天遙感。
地面遙感:是指把傳感器設(shè)置在地面平臺(tái)上，通常離地面的距離不超過(guò)150m，如車(chē)載、船載、手提、固定或活動(dòng)的
高架平臺(tái)等。
航空遙感:又稱機(jī)載遙感，是指把傳感器設(shè)置在航空器上，如氣球、航模、飛機(jī)及其他航空器等。航天遙感的特點(diǎn)
是靈活、影像清晰、分辨率高，并已形成了完整的理論和應(yīng)用體系，往往還用來(lái)做各種遙感實(shí)驗(yàn)和校正工作。缺點(diǎn)
是飛行器受到氣候的影響比較大。
臨近空間遙感:是指把傳感器裝置在臨近空間活動(dòng)的飛行器上。臨近空間是對(duì)海拔20~100km空間范圍的一個(gè)通用
性稱謂。臨近空間位于“空”和“天”之間，即位于飛機(jī)所能達(dá)到的**位置和低軌道衛(wèi)星軌道之間的區(qū)域。臨
近空間飛行器與航空、空間平臺(tái)相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，與航空平臺(tái)相比，它提供的覆蓋范圍更寬，可以長(zhǎng)時(shí)間駐留，
生存能力強(qiáng);與空間軌道平臺(tái)相比，則可以進(jìn)行分辨率更高且針對(duì)特定地區(qū)的覆蓋探測(cè)。另外，由于臨近空間的大
氣平穩(wěn)，不像對(duì)流層那樣具有復(fù)雜的氣流和氣候變化，而且大氣稀薄且雜質(zhì)成分少，無(wú)云霧等阻擋，適合電磁波的傳
播。臨近空間飛行器有高空氣球、飛艇、空天飛機(jī)和高速無(wú)人機(jī)等。
航天遙感:又稱星載遙感，是指把傳感器設(shè)置在航天器上，如人造衛(wèi)星、宇宙飛船、空間實(shí)驗(yàn)室等。它的優(yōu)點(diǎn)是成
像高度高、宏觀性好、可重復(fù)觀測(cè)，平臺(tái)不受天氣、地形和國(guó)界等自然因素和條件的限制。缺點(diǎn)是平臺(tái)的機(jī)動(dòng)性
較差。
2.按遙感對(duì)象分類(lèi)
按遙感的對(duì)象可分為宇宙遙感和地球遙感。
宇宙遙感:主要是探測(cè)宇宙中的天體和其他物質(zhì)的遙感，如探測(cè)月球和火星表面的照片。
地球遙感:是對(duì)地球和地球上的物體進(jìn)行探測(cè)的遙感。地球遙感主要包括資源遙感和環(huán)境遙感。資源遙感是以地
球資源作為調(diào)查研究對(duì)象的遙感。調(diào)查全球自然資源狀況和監(jiān)測(cè)再生資源的動(dòng)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(cè)地球資源，成本低、速度快，有利于克服自然界惡劣環(huán)境的限制，減少勘測(cè)投資的盲目
性。以地球表層環(huán)境為對(duì)象的遙感稱為環(huán)境遙感。環(huán)境遙感是利用各種遙感技術(shù)，對(duì)自然與社會(huì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化
進(jìn)行監(jiān)測(cè)或做出評(píng)價(jià)與預(yù)報(bào)的統(tǒng)稱。由于人口的增長(zhǎng)與資源的開(kāi)發(fā)和利用，以及自然與社會(huì)環(huán)境隨時(shí)都在發(fā)生變
化，利用遙感多時(shí)相、周期短的特點(diǎn)，可以迅速為環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和預(yù)報(bào)提供可靠依據(jù)。
3.按電磁波段分類(lèi)
按成像所利用的電磁波譜段可分為紫外遙感、可見(jiàn)光/反射紅外遙感、熱紅外遙感和微波遙感。電磁波譜圖如圖
1.2所示。
紫外遙感:是指利用紫外波段進(jìn)行地物探測(cè)的遙感，波段范圍為0.05~0.38μm。在大多數(shù)情況下，紫外線或光譜的
紫外線部分是具有*短波長(zhǎng)的實(shí)用遙感。這種輻射只是可見(jiàn)光波長(zhǎng)的紫外部分。地球表面的一些材料，如巖石、
礦物和熒光，通過(guò)紫外輻射時(shí)可發(fā)出可見(jiàn)的光照射。
可見(jiàn)光/反射紅外遙感:是指利用可見(jiàn)光波段、紅外波段和短波紅外波段進(jìn)行探測(cè)的遙感，波段范圍為0.38~2.5μm
。其中，在0.38~0.76μm是人眼可見(jiàn)的波段，從0.76~2.5μm為反射紅外波段，雖然人眼不能直接看見(jiàn)，但其信息能
被特殊遙感器所接收，如高光譜遙感和超光譜遙感。它們共同的特點(diǎn)是:輻射源是太陽(yáng)。這兩個(gè)波段只反映地物對(duì)
太陽(yáng)輻射的反射，所以可以根據(jù)地物反射率的差異來(lái)獲得其相關(guān)的信息，都可以用攝影方式和掃描方式對(duì)觀測(cè)區(qū)域
成像。
熱紅外遙感:是指利用中、遠(yuǎn)紅外波段進(jìn)行地物探測(cè)的遙感，波段范圍為2.5~1000μm。熱紅外遙感通常是通過(guò)紅
外敏感元件，探測(cè)物體的熱輻射能量，顯示目標(biāo)的輻射溫度或熱場(chǎng)圖像的遙感技術(shù)的統(tǒng)稱。在常溫(約300K)下，地
物熱輻射的絕大部分能量都位于此波段，因此，在此波段上地物的熱輻射能量大于太陽(yáng)的反射能量。熱紅外遙感具
有晝夜工作能力。
微波遙感:是指利用微波波段進(jìn)行地物探測(cè)的遙感，波段范圍為1~1000mm。微波遙感通過(guò)接收地物發(fā)射的微波輻射
能量，或接收遙感儀器本身發(fā)出的電磁波束的回波信號(hào)，對(duì)地物進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別和分析。微波遙感的特點(diǎn)是對(duì)云層
、地表植被、松散沙層和干燥冰雪具有一定的穿透能力，又能夜以繼日地全天時(shí)、全天候工作。
4.按應(yīng)用空間尺度分類(lèi)
按應(yīng)用空間尺度遙感可分為全球遙感、區(qū)域遙感和城市遙感。
全球遙感:全面系統(tǒng)地研究全球性資源與環(huán)境問(wèn)題的遙感統(tǒng)稱。
區(qū)域遙感:是以區(qū)域資源開(kāi)發(fā)和環(huán)境保護(hù)為目的的遙感信息工程，它通常按行政區(qū)域區(qū)劃(國(guó)家、省區(qū)等)、自然區(qū)
域區(qū)劃(如長(zhǎng)江流域、黃河流域等)和經(jīng)濟(jì)區(qū)域區(qū)劃。
城市遙感:以城市環(huán)境、生態(tài)環(huán)境作為主要調(diào)查研究對(duì)象的遙感工程。
5.按接收電磁波輻射性質(zhì)分類(lèi)
遙感按接收的電磁輻射的性質(zhì)分為主動(dòng)式遙感和被動(dòng)式遙感。
主動(dòng)式遙感:又稱有源遙感，通過(guò)遙感器主動(dòng)向地物目標(biāo)發(fā)射一定形式的電磁波，并由遙感器接收被研究物體反射
或者散射回來(lái)的電磁波，進(jìn)而推斷目標(biāo)的情況。
被動(dòng)式遙感:又稱無(wú)源遙感，指用遙感器直接接收被觀測(cè)物體自己發(fā)射或者反射電磁輻射，在自然中太陽(yáng)是一個(gè)非
常重要的輻射源。
6.按遙感媒介分類(lèi)
遙感技術(shù)依其遙感儀器所選用的波譜性質(zhì)可分為電磁波遙感技術(shù)、聲吶遙感技術(shù)、物理場(chǎng)(如重力和磁力場(chǎng))遙感
技術(shù)和地震波遙感技術(shù)。
電磁波遙感:是以電磁波為信息傳播媒介的遙感。
聲吶遙感:是以聲波為信息傳播媒介的遙感。
物理場(chǎng)遙感:是以重力場(chǎng)、磁力場(chǎng)、電力場(chǎng)等為媒介的遙感。
地震波遙感:是以地震波為媒介的遙感。
7.按不同應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi)
按應(yīng)用的目的和意圖不同，遙感可分為環(huán)境遙感、城市遙感、農(nóng)業(yè)遙感、海洋遙感、地質(zhì)遙感、林業(yè)遙感、氣象
遙感、災(zāi)害監(jiān)測(cè)遙感、空間遙感和軍事遙感等。
1.1.4遙感的特點(diǎn)
遙感作為一門(mén)對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè)的綜合性技術(shù)，它的出現(xiàn)和發(fā)展既是人類(lèi)認(rèn)識(shí)和探索自然界的客觀需要，又具有
其他探測(cè)技術(shù)手段與之無(wú)法比擬的特點(diǎn)。遙感技術(shù)的特點(diǎn)歸納起來(lái)主要有以下幾個(gè)方面。
1.探測(cè)范圍廣，采集數(shù)據(jù)快
遙感可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料。遙感用于航攝飛機(jī)飛行高度為10km左右，陸地衛(wèi)星的軌道高度可達(dá)910km左右，可及
時(shí)獲取大范圍的遙感信息。例如，一幅大小為23cm×23cm，比例尺為1:35000的航拍照片，可反映出60km2的地面實(shí)
況;一幅陸地衛(wèi)星TM圖像，其覆蓋面積可達(dá)34225km2;一幅星載SAR圖像的覆蓋面積也可達(dá)到1萬(wàn)多km2。由此可見(jiàn)遙
感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大范圍的對(duì)地宏觀觀測(cè)，這對(duì)地球資源和環(huán)境分析極為重要。
遙感探測(cè)能在較短的時(shí)間內(nèi)，從空中乃至宇宙空間對(duì)大范圍地區(qū)進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)，并從中獲取有價(jià)值的遙感數(shù)據(jù)。這
些數(shù)據(jù)拓展了人們的視覺(jué)空間，為宏觀地掌