第1章緒論
1.1遙感基本概念
遙感技術(shù)是20世紀60年代興起的一門新興探測技術(shù)，它根據(jù)電磁波理論，利用各種傳感儀器對遠距離目標所反射或
輻射的電磁波能量進行接收、轉(zhuǎn)換、處理，并*終形成可視圖像，實現(xiàn)對地物目標進行探測和識別的一種綜合技術(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，這也標志著航天遙感的開始。經(jīng)過幾十年
的迅速發(fā)展，已經(jīng)形成了對地球資源和環(huán)境進行探測和監(jiān)測的立體觀測體系，而且在測繪、環(huán)境生態(tài)保護、災(zāi)害監(jiān)
測、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)濟效益和顯著的社會效
益，為人類社會與生態(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，就是遙遠地感知。遙感(remote sensing)通常被認為是在不接觸物體的
情況下，對其屬性或狀態(tài)進行探測。另外一種解釋，認為“遙”是一個空間概念，而“感”是一個信息處理系統(tǒng)，則
遙感技術(shù)是一種非接觸的測量和識別技術(shù)。例如，人眼就是天生的遙感系統(tǒng)，當人眼觀看遠處物體時，就是一種生
物遙感;普通的照相機照相、天文望遠鏡觀測星空、各種航拍和衛(wèi)星成像，都屬于遙感的范疇。人類通過大量的實
踐，發(fā)現(xiàn)地球上每一個物體都在不停地吸收、反射或輻射信息和能量，其中有一種人類已經(jīng)認識到的形式——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)這個原理來探測地表物體對電磁波的某種反映，從而
提取這些物體的信息，完成遠距離識別物體。例如，當大興安嶺森林火災(zāi)發(fā)生時，由于著火的樹木溫度比沒有著火
的樹木溫度高，它們在電磁波的熱紅外波段會輻射出比沒有著火的樹木更多的能量，如果此時正好有一個載著熱紅
外波段傳感器的衛(wèi)星經(jīng)過大興安嶺上空，由于著火的森林在熱紅外波段比沒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)域就會比沒有著火的森林區(qū)域更亮。同樣，如果此時有雷達成像傳感器經(jīng)過上
空，能獲得相應(yīng)的雷達圖像，著火區(qū)域和沒著火區(qū)域的色調(diào)也不一樣，因為它們的后向散射特性不同。這樣，我們可
以通過衛(wèi)星影像判斷森林著火情況，對災(zāi)害進行實時監(jiān)測，并及時評估災(zāi)害損失和調(diào)整指揮抗災(zāi)救災(zāi)實施過程。
對遙感的定義有不同的表達形式，其中，廣義定義指的是遙遠地感知，泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場
、力場、機械波(聲波、地震波)等的探測。狹義定義是指應(yīng)用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電
磁波特性記錄下來，通過轉(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技術(shù)。目前，一種比較
簡明的定義是:從不同的高度平臺，如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機和空間站等
，通過傳感器對地表物體的電磁波信息進行收集，然后將這些信息進行傳輸、處理和判讀分析，從而達到對物體進
行識別和監(jiān)測的全過程。
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)用到某個專業(yè)領(lǐng)域，就構(gòu)成了一個遙感技術(shù)系統(tǒng)，如圖1.1所示。一個完整的遙感
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)——任何地物目標都具有發(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
與電磁波的復雜相互作用，便構(gòu)成了地物目標的電磁波特性，它是遙感探測的物理依據(jù)。
信息獲取——主要由傳感器及其平臺來完成。傳感器是接收和記錄地物目標電磁波特征的儀器，如照相機、攝像
機、紅外成像儀、高光譜成像儀、合成孔徑雷達、輻射計和散射計等。搭載傳感器的載體稱為遙感平臺(remote
platform)，如地面三腳架、遙感車、氣球、有人/無人機、衛(wèi)星和航天飛機等。平臺按高度不同，可分為地面平臺
、航空平臺和航天平臺。這三種平臺有各自的特點和用途，既可單獨使用，又可聯(lián)合使用，根據(jù)實際的需要，可以組
成不同層次的立體觀測系統(tǒng)。
信息接收與傳輸——傳感器接收到地物目標的電磁波信息后，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飛機或衛(wèi)星上的微波天線傳輸給地
面的接收站進行處理。
信息處理——主要靠硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)來完成。硬件系統(tǒng)包括工作站(計算機)、顯示設(shè)備、大容量存儲設(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、圖像融合、分類、分析和輸出模塊等。
信息應(yīng)用——通過遙感技術(shù)獲取地物目標電磁信息的目的是應(yīng)用。這項工作由各專業(yè)人員根據(jù)不同的應(yīng)用需要來
進行。在應(yīng)用過程中，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
目前，遙感分類的方式有多種，還沒有一個完全統(tǒng)一的標準。根據(jù)遙感的定義，常見的分類方式有以下幾種。
1.按搭載傳感器的遙感平臺分類
根據(jù)遙感探測器所采用的遙感平臺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)置在地面平臺上，通常離地面的距離不超過150m，如車載、船載、手提、固定或活動的
高架平臺等。
航空遙感:又稱機載遙感，是指把傳感器設(shè)置在航空器上，如氣球、航模、飛機及其他航空器等。航天遙感的特點
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，往往還用來做各種遙感實驗和校正工作。缺點
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的飛行器上。臨近空間是對海拔20~100km空間范圍的一個通用
性稱謂。臨近空間位于“空”和“天”之間，即位于飛機所能達到的**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、空間平臺相比具有明顯的優(yōu)勢，與航空平臺相比，它提供的覆蓋范圍更寬，可以長時間駐留，
生存能力強;與空間軌道平臺相比，則可以進行分辨率更高且針對特定地區(qū)的覆蓋探測。另外，由于臨近空間的大
氣平穩(wěn)，不像對流層那樣具有復雜的氣流和氣候變化，而且大氣稀薄且雜質(zhì)成分少，無云霧等阻擋，適合電磁波的傳
播。臨近空間飛行器有高空氣球、飛艇、空天飛機和高速無人機等。
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、空間實驗室等。它的優(yōu)點是成
像高度高、宏觀性好、可重復觀測，平臺不受天氣、地形和國界等自然因素和條件的限制。缺點是平臺的機動性
較差。
2.按遙感對象分類
按遙感的對象可分為宇宙遙感和地球遙感。
宇宙遙感:主要是探測宇宙中的天體和其他物質(zhì)的遙感，如探測月球和火星表面的照片。
地球遙感:是對地球和地球上的物體進行探測的遙感。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)查研究對象的遙感。調(diào)查全球自然資源狀況和監(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，有利于克服自然界惡劣環(huán)境的限制，減少勘測投資的盲目
性。以地球表層環(huán)境為對象的遙感稱為環(huán)境遙感。環(huán)境遙感是利用各種遙感技術(shù)，對自然與社會環(huán)境的動態(tài)變化
進行監(jiān)測或做出評價與預報的統(tǒng)稱。由于人口的增長與資源的開發(fā)和利用，以及自然與社會環(huán)境隨時都在發(fā)生變
化，利用遙感多時相、周期短的特點，可以迅速為環(huán)境監(jiān)測、評價和預報提供可靠依據(jù)。
3.按電磁波段分類
按成像所利用的電磁波譜段可分為紫外遙感、可見光/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行地物探測的遙感，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*短波長的實用遙感。這種輻射只是可見光波長的紫外部分。地球表面的一些材料，如巖石、
礦物和熒光，通過紫外輻射時可發(fā)出可見的光照射。
可見光/反射紅外遙感:是指利用可見光波段、紅外波段和短波紅外波段進行探測的遙感，波段范圍為0.38~2.5μm
。其中，在0.38~0.76μm是人眼可見的波段，從0.76~2.5μm為反射紅外波段，雖然人眼不能直接看見，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。它們共同的特點是:輻射源是太陽。這兩個波段只反映地物對
太陽輻射的反射，所以可以根據(jù)地物反射率的差異來獲得其相關(guān)的信息，都可以用攝影方式和掃描方式對觀測區(qū)域
成像。
熱紅外遙感:是指利用中、遠紅外波段進行地物探測的遙感，波段范圍為2.5~1000μm。熱紅外遙感通常是通過紅
外敏感元件，探測物體的熱輻射能量，顯示目標的輻射溫度或熱場圖像的遙感技術(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行地物探測的遙感，波段范圍為1~1000mm。微波遙感通過接收地物發(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，對地物進行探測、識別和分析。微波遙感的特點是對云層
、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、全天候工作。
4.按應(yīng)用空間尺度分類
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)境問題的遙感統(tǒng)稱。
區(qū)域遙感:是以區(qū)域資源開發(fā)和環(huán)境保護為目的的遙感信息工程，它通常按行政區(qū)域區(qū)劃(國家、省區(qū)等)、自然區(qū)
域區(qū)劃(如長江流域、黃河流域等)和經(jīng)濟區(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)查研究對象的遙感工程。
5.按接收電磁波輻射性質(zhì)分類
遙感按接收的電磁輻射的性質(zhì)分為主動式遙感和被動式遙感。
主動式遙感:又稱有源遙感，通過遙感器主動向地物目標發(fā)射一定形式的電磁波，并由遙感器接收被研究物體反射
或者散射回來的電磁波，進而推斷目標的情況。
被動式遙感:又稱無源遙感，指用遙感器直接接收被觀測物體自己發(fā)射或者反射電磁輻射，在自然中太陽是一個非
常重要的輻射源。
6.按遙感媒介分類
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(如重力和磁力場)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。
物理場遙感:是以重力場、磁力場、電力場等為媒介的遙感。
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
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)測遙感、空間遙感和軍事遙感等。
1.1.4遙感的特點
遙感作為一門對目標物體進行探測的綜合性技術(shù)，它的出現(xiàn)和發(fā)展既是人類認識和探索自然界的客觀需要，又具有
其他探測技術(shù)手段與之無法比擬的特點。遙感技術(shù)的特點歸納起來主要有以下幾個方面。
1.探測范圍廣，采集數(shù)據(jù)快
遙感可獲取大范圍數(shù)據(jù)資料。遙感用于航攝飛機飛行高度為10km左右，陸地衛(wèi)星的軌道高度可達910km左右，可及
時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
況;一幅陸地衛(wèi)星TM圖像，其覆蓋面積可達34225km2;一幅星載SAR圖像的覆蓋面積也可達到1萬多km2。由此可見遙
感技術(shù)可以實現(xiàn)遠距離、大范圍的對地宏觀觀測，這對地球資源和環(huán)境分析極為重要。
遙感探測能在較短的時間內(nèi)，從空中乃至宇宙空間對大范圍地區(qū)進行對地觀測，并從中獲取有價值的遙感數(shù)據(jù)。這
些數(shù)據(jù)拓展了人們的視覺空間，為宏觀地掌