遥感(RS)系统综述
“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特性是不同的。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其发射的电磁波,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。
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)出现摄影术开始的。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。
随着声音技术、无线电电子技术、光学技术和计算机技术的发展,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扫描仪(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,遥感谱从可风炮发展中国家到红外和微波,遥感信息的记录和传输从图像的直接传发展到非图像的无线电传输;而图像元也从地面80m*80m,30m*30m,20*20m,10m*10m,6m*6m。
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、多炮谱扫描仪、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。
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/物质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 Spectral Scanner,MSS)、专题制图仪(Thematic Mapper,TM)、反束光导摄像管(RBV)、HRV(High Resolution Visible range instruments)扫描仪、合成孔径侧视雷达(Side-Looking Airborne Radar,SLAR)。
常用的遥感数据有:美国陆地卫星(Landsat)TM和MSS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PCI、ERMapper和ERDAS。
遥感(Remote Sensing)作为一门综合技术是美国学者在1960年提出来的。为了比较全面地描述这种技术和方法,E.L.Pruitt把遥感定义为“以摄影方式或以非摄影方式获得被探测目标的图像或数据的技术”。从现实意义看,一般我们称遥感是一种远离目标,通过非直接接触而判定、测量并分析目标性质的技术。因遥感技术的应用领域非常广泛,所以在这种强大动力的驱使下遥感得到了极大的关注和高速发展。
自世纪初莱特兄弟发明人类历史上第一架飞机起,航空遥感就开始了她在军事上的应用,此后,航空遥感在地质、工程建设、地图制图、农业土地调查等方面得到了广泛应用。二次世界大战中,由于伪装技术的不断提高。促使军事遥感出现了彩色、红外和光谱带照像等技术。
多光谱摄影技术是航空遥感的重要发展,从20世纪60年代最早采用的多像机型传感器多光谱摄影,到稍后的多镜头型传感器多光谱图像获取,人们把多光谱特征用到了地形、地物判别上。
卫星遥感把遥感技术推向了全面发展和广泛应用的崭新阶段,从1972年因第一颗地球资源卫星发射升空以来。美国、法国、俄罗斯、欧空局、日本、印度、中国等国都相继发射了众多对地观测卫星,现在,卫星遥感的多传感器技术,已能全面覆盖大气窗口的所有部分,光学遥感可包含可见光、近红外和短波红外区,以探测目标物的反射和散射热红外遥感的波长可从8微米到14微米,以探测目标物的发射率和温度等辐射特征,微波遥感的波长范围从1mm到100cm ,其中被动微波遥感主要探测目标的散发射率和温度,主动微波遥感通过合成孔径雷达探测目标的反向散射特征。微波遥感实现了全天时、全天候的对地观测,雷达干涉测量采用两付天线同时成像或一付天线相隔一定时间重复成像,并利用同名像点的相位差测定地面目标的3维坐标,高精度可达5-10m,差分干涉测量测定相对位移量的精度可达厘米至毫米级。大大提高了自动获取数字高程模型的精度。
随着传感器技术、航空航天技术和数据通讯技术的不断发展,现代遥感技术已经进入一个能动态、快速、多平台、多时相、高分辨率地提供对地观测数据的新阶段。
光学传感器的发展进一步体现为高光谱分辨率和高空间分辨率特点,高空间分辨率已达纳米级,波段数已达数十甚至数百个。目前已发射和将发射的部分商用高分辨率卫星系统如下图。
微波遥感的发展进一步体现为多极化技术、多波段技术和多工作模式。
为协调时间分辨率和空间分辨率这对矛盾,小卫星群计划将成为现代遥感的另一发展趋势,例如,可用6颗小卫星在2-3天内完成一次对地重复观测,可获得高于1m的高分辨率成像光谱仪数据。除此之外,机载和车载遥感平台,以及超低空无人机载平台等多平台的遥感技术与卫星遥感相结合,将使遥感应用呈现出一派五彩缤纷的景象。
摘自《地理信息系统世界》