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什么是RS(遥感)

2013-07-02 14:49:25 来源: 测绘网
聊聊

 
一、RS的定义
      “遥感,顾名思义,就是遥远地感知。人类通过大量的实践,发现地球上每一个物体都在不停地吸收,发射信息和能量,其中有一种人类已经认识到的形式电磁波,并且发现不同物体的电磁波性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和基发射的电磁波,从而提取这些物体的信息,完成远距离识别物体。遥感的实现还需要遥感平台,像卫星、飞机、气球等,它们的作用就是稳定地运载传感器。当在地面试验时,还会用到地面像三角架这样简单的遥感平台。针对不同的应用和波段范围,人们已经研究出很多种传感器,探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后,要经过一系列复杂的处理,才能提供给不同的用户使用。

二、RS发展史 
       遥感作为一种空间探测技术,至今已经经历了地面遥感、航空遥感和航天遥感三个阶段。广义的讲,遥感技术是从19世纪初期(1839年)出现摄影开始的。19世纪中叶(1858年),就有人使用气球从空中对地面进行摄影。1903年飞机问世以后,便开始了可称为航空遥感受的第一次试验,从空中对地面进行摄影,并将航空像应用于地形和地图制图等方面。可以说这揭开了当今遥感技术的序幕。
       随着无线电电子技术、光学技术和计算机技术等的发展,20世纪中期,遥感技术有了很在发展。遥感器从第一代的航空摄影机,第二代的多光谱摄影机、扫描仪,很快发展到第三代固体描仪(CCD);遥感器的运载工具,从收音机很快发展到卫星、宇宙飞船和航天飞机,遥感光谱从可见光发展到红外和微波,遥感信息的记录和传输从图像的直接传输发展到非图像的无线电传输。
       在这期间,我国遥感技术的发展也十分迅速,我们不仅可以直接接收、处理和提供和卫星的遥感信息,而且具有航空航天遥感信息采集的能力,能够自行设计制造像航空摄影机、全景摄影机、红外线扫描仪、多光谱扫描仪、合成孔径侧视雷达等多种用途的航空航天遥感受仪器和用于地物波谱测定的仪器。而且,进行过多次规模较大的航空遥感受试验。
      近十几年来,我国还自行设计制造了多种遥感信息处理系统。如假彩色合成仪,密度分割仪,TJ-82图像计算机处理系统,微机图像处理系统等。

三、RS技术的应用
     遥感技术包括传感器技术,信息传输技术,信息处理、提取和应用技术,目标信息特征的分析与测量技术等。
     遥感技术依其遥感仪器所选用的波谱性质可分为:电磁波遥感技术,声纳遥感技术物理场(如重力和磁力场)遥感技术。电磁波遥感技术是利用各种物体/物资反射或发射出不同特性的电磁波进行遥感的。其可分为可见光、红外、微波等遥感技术,按照感测目标的能源作用可分为:主动式遥感技术和被动式遥感技术。按照记录信息的表现形式可分为:图像方式和非图像方式。按照遥感器使用的平台可分为:航天遥感技术、航空遥感技术、地面遥感技术。按照遥感的应用领域可分为:地球资源遥感技术、环境遥感技术、气象遥感技术、海洋遥感技术等。
     常用的传感器:航空摄影机(航摄仪)、全景摄影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪(Multi SpectralScanner ,MSS)、专题制图仪(ThematicMapper,TM)、反束光导摄像管(RBV)、HRVHigh Resolution Visible range instruments)扫描仪、合成孔径侧视雷达(Sid-Looking Airborne Radar , SLAR)。
     常用的遥感数据有;美国陆地卫星(LandsatTMMSS遥感数据,法国SPOT卫星遥感数据,加拿大Radarsat雷达遥感数据。遥感技术系统包括;空间信息采集系统(包括遥感平台和传感器),地面接收和预处理系统(包括辐射校正和几何校正),地面实况调查系统(如收集环境和气象数据),信息分析应用系统。
    遥感应用:陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等。目前,主要的遥感应用软件是PCIERMapper ERDAS
 
四、遥感原理
      振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。电磁波的波段按波长由短至长可依次分为:Y-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。太阳作为电磁辐射源,它所发出的光也是一种电磁波。太阳光从宇宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过大气层时,会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响,因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:紫外、可见光和近红外波段。地面上的任何物体(即目标物),如大气、土地、水体、植被和人工构筑物等,在温度高于绝对零度(即0°K=-273.16)的条件下,它们都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性。当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时,地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同,因此它们对入射光的反射率也不同。各种物体对入射光的反射的规律叫做物体的反射光谱遥感探测正是将遥感仪器所接受到的目标物的电磁波信息与物体的反射光谱相比较,从而可以对地面的物体进行识别和分类。这就是遥感所采用的基本原理。

五、遥感的分类
      为了便于专业人员研究和应用遥感技术,人们从不同的角度对遥感作如下分类: 
1按搭载传感器的遥感平台分类根据遥感探测所采用的遥感平台不同可以将遥感分类为:地面遥感,即把传感器设置在地面平台上,如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等;航空遥感,即把传感器设置在航空器上,如气球、航模、飞机及其它航空器等;航天遥感,即把传感器设置在航天器上,如人造卫星、宇宙飞船、空间实验室等。
2按遥感探测的工作方式分类根据遥感探测的工作方式不同可以将遥感分类为:主动式遥感,即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波,然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波;被动式遥感,即传感器不向被探测的目标物发射电磁波,而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。
3按遥感探测的工作波段分类根据遥感探测的工作波段不同可以将遥感分类为:紫外遥感,其探测波段在0.3 0.38um之间;可见光,其探测波段在0.38 0.76um之间;红外遥感,其探测波段在0.76 14um之间;微波遥感,其探测波段在1mm 1mm之间;多光谱遥感,其探测波段在可见光与红外波段范围之内,但又将这一波段范围划分成若干个窄波段来进行探测。高光谱遥感是在紫外到中红外波段范围内,并且也将这一波段范围划分成许多非常窄且光谱连续的波段来进行探测。
4按遥感探测的应用领域分类根据遥感探测的应用领域,从宏观研究角度可以将遥感分类为:外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等;从微观应用角度可以将遥感分类为;军事遥感、地质遥感、资源遥感、环境遥感、测绘遥感、气象遥感、水文遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、灾害遥感及城市遥感等。

六、遥感技术的特点 
遥感作为一门对地观测综合性技术,它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要,更有其它技术手段与之无法比拟的特点。

     遥感技术的特点归结起来主要有以下三个方面:

1 探测范围广、采集数据块 
      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情况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。这种先进的技术手段传统的手工作业相比是不可替代的。 

2 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,遥感的运用就显得格外重要。 

3 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。并且这些数据在时间上具有相同的现势性。

七、卫星与遥感技术 
      1957年,第一颗人造卫星升空,标志着人类进入了太空时代。1968年,美国阿波罗﹣8宇宙飞行器发送回了第一个地球影像,从此,人类开始以全新的视角来重新认识自己赖以生存的地球。基于军事方面的考虑,各主要航天大国相继研制出各种以对地观测为目的的遥感卫星,并逐步向商用化转移。随着计算机技术、光电技术和航天技术的不断发展,卫星遥感技术正在进入一个能快速、及时提供多种对地观测海量数据的新阶段及应用研究的新领域。
一)国外主要遥感卫星 
 1、美国资源卫星   
        美国于1961年发射了第一颗实验型极轨气象卫星,到70年代,在气象卫星的基础上研制发射了第一代试验型地球资源卫星(陆地﹣1、2、3)。这三颗卫星上装有返束光导摄像机和多光谱扫描仪MSS,分别有3个和4个谱段,分辨率为80m。各国从卫星上接收了约45万幅遥感图像。
 
      80年代,美国分别发射了第二代试验型地球资源卫星(陆地﹣4、5)。卫星在技术上有了较大改进,平台采用新设计的多任务模块,增加了新型的专题绘图仪TM,可通过中继卫星传送数据。TM的波谱范围比MSS大,每个波段范围较窄,因而波谱分辨率比MSS图像高,其地面分辨率为30m(TM6的地面分辨率只有120m)。陆地-5卫星是1984年发射的,现仍在运行。
      90年代,美国又分别发射了第三资源卫星(陆地﹣6、7)。陆地-6卫星是1993年发射的,因未能进入轨道而失败。由于克林顿政府的支持,1999年发射了陆地﹣7卫星,以保持地球图像、全球变化的长期连续监测。该卫星装备了一台增强型专题绘图仪ETM+,该设备增加了一个15m分辨率的全色波段,热红外信道的空间分辨率也提高了一陪,达到60m。美国资源卫星遥感影像对应的实际地面面积均为185km×185km,16天即可覆盖全球一次。 

2、法国遥感卫星        
     继1986年以来,法国先后发射了斯波特-1、2、3、4对地观测卫星。斯波特﹣1、2、3采用832km高度的太阳同步轨道,轨道重复周期为26天。卫星上装有两台高分辨率可见光相机(HRV),可获取10m分辨率的全遥感图像以及20m分辨率的三谱段遥感图像。这些相机有侧视观测能力,可横向摆动27°,卫星还能进行立体观测。斯波特﹣4卫星遥感器增加了新的中红外谱段,可用于估测植物水分,增强对植物的分类识别能力,并有助于冰雪探测。该卫星还装载了一个植被仪,可连续检测植被情况。斯波特﹣5是新一代遥感卫星,其分辨率更高,即将向全时间提供服务。

3、加拿大雷达卫星﹣1 
      加拿大雷达﹣1于1995年发射,它标志着卫星微波遥感技术的重大进展。雷达卫星﹣1除了有一个地面卫星数据接收站外,卫星上还栽有磁带记录器,可覆盖全球。该卫星为地面分辨率、成像行宽和波束入射角提供了更宽的选择范围。除陆地及海洋应用外,其重要任务一是对南极大陆提供第一个完全的高分辨率卫星覆盖,二是对全球产生多次卫星覆盖。

4、“奋进”号航天飞机 
      美国国家航空航天局(NASN)的“奋进”号航天飞机于2004年2月发射成功。该飞机上装有一X波段合成孔径雷达和一个C波段梭动成像雷达。其中一个雷达上装有一根碳纤维复合材料制成的60m长的波段天线,天线伸向机身外,与另一雷达构成一个视角。两个雷达从不同位置聚焦到地面,即航天飞机雷达地形测绘可获取地球的立体影像。

5、依科诺斯   
      依科诺斯卫星是美国Spaceimage公司于1999年9月发射的高分辨率商用卫星,卫星飞行高度680km,每天饶地球14圈,星上装有柯达公司制造的数字相机。相机的扫描宽度为11km,可采集1m分辨率的黑白影像和4m分辨率的多波段(红、绿、蓝、近红外)影像。由于其分辨率高、覆盖周期短,故在军事和民用方面均有重要用途。

(二)我国遥感卫星 
      中国和巴西联合研制的中巴地球资源卫星即资源一号卫星,于1999年10月14日发射成功。经过在轨测试后转入应用运行阶段。由北京、广州和乌鲁木齐三个地面接收站接收该卫星获取的我国境内的遥感数据。所接收影像的地面分辨率分别有19.5m、78m、256m等三种。资源二号卫星现已在轨运行,这将会为我国遥感事业的发展以及在国民生活中的应用提供地面分辨率更高的卫星影像。