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遥感技术
remote sensing
从空间远距离检测地球表面物体所辐射或反射的电磁波强度及其在空间和时间上的分布，以获取大气、陆地或海洋环境信息的技术。遥感技术也包括用雷达等探测大气和云雾的物理特性，用声纳探测鱼群和测量海底地形和对星际空间的探测等。各种地物因种类和环境条件不同，都有不同的电磁波辐射或反射特性（见）。检测地物和环境辐射的或反射的电磁波的仪器称为。装载遥感器的工具，称为。利用遥感系统（图1[ 遥感系统组成及工作原理简图]）收集的遥感信息，能提供地物或地球环境的各种丰富资料。遥感技术是一门综合性的科学技术，它包括研究各种地物的电磁波谱特性，研制各种遥感器和遥感平台以及研究遥感信息记录、传输、接收、处理方法和分析解释技术。它还涉及在农林、水文、地质、气象、海洋、城市、工程建设和环境保护等各个学科领域中的应用。遥感技术的核心内容是信息获取、存储、传输和处理技术，与电子学和计算机技术有密切的关系。
发展简史 早在19世纪中叶就有人试验从气球上拍摄地面照片。在两次世界大战期间，空中摄影广泛用于军事侦察。30年代，人们开始研究彩色、彩红外和多光谱摄影技术。这些技术在50年代以后已获得实际应用。60年代初，美国密执安大学研制成实用的红外和多光谱扫描仪，提供了新的遥感手段，遥感技术逐步从军事侦察应用为主发展成为地球资源勘察和环境监测的重要手段。在可见光和红外波段遥感技术发展的同时，微波遥感技术自60年代以来也有很大进展。微波辐射计已广泛用于测量大气含水量、海水海冰和地物微波辐射强度以及北极冰区亮度温度分布。70年代初，高分辨力机载合成孔径雷达从军用扩展到民用以后，微波遥感技术得到了更快的发展。第一颗人造卫星发射成功以后出现了空间遥感技术,首先用于气象观测。1960年以来,美国、苏联、日本和欧洲航天局发射了多种气象卫星。这些卫星发送的遥感图像，不仅在气象观测方面而且在地球环境观测中都具有重大的应用价值。美国国家航空航天局在60年代末开始进行以地球资源勘察和地球环境观测为主要目的的“陆地卫星”（LANDSAT）计划,在70年代陆续发射了18天覆盖地球一遍的“陆地卫星”1、2、3号;在80年代初期又相继发射了16天覆盖地球一遍的“陆地卫星”4、5号，从而获得周期性的遥感图像。同时，微波遥感技术在卫星遥感中也占有重要位置并得到迅速发展。1962年，美国首次用双通道微波辐射计测量金星表面温度。微波辐射计是多种气象卫星上的重要仪器。1978年美国发射的“海洋卫星”上装有四种微波遥感器，其中包括合成孔径雷达、多波段扫描成像微波辐射计、微波散射计和微波高度计。它们所获得的数据和图像表明卫星载微波遥感器在地质海洋等领域具有很大的应用潜力。1983～1984年，美国两次发射的航天飞机上的成像雷达(SIR-A和SIR-B)也取得了重要的成果。
中国自50年代开始运用航空测量技术，70年代中期发展遥感技术，已研制成多种可见光、红外和微波遥感器,并应用于国民经济的许多领域,取得显著的效益。中国利用“陆地卫星”取得的图像和计算机兼容磁带，扩大了遥感技术的应用中国国家遥感中心(CNRSC)与世界各国的遥感组织进行了多方面的国际技术合作。
地物波谱和遥感器 大气对不同波长的电磁波有不同的透射特性，只有若干波段范围可供遥感应用。这些波段称为大气窗口。遥感技术中常用的波段有紫外、可见光、 近红外、 热红外以及毫米和厘米波的微波波段（图2[ 大气窗口和遥感技术中常用的电磁波波段]）。在紫外、可见光和近红外波段，常用的遥感器有空中摄影测量用照相机、多光谱照相机、电视摄像机、电荷耦合器件扫描仪和多光谱扫描仪等。在红外波段，通常采用红外辐射计和多光谱扫描仪（见）。在微波波段，通常采用微波辐射计、微波散射计、微波扫描辐射计、微波高度计、真实孔径和合成孔径侧视雷达等（见）。接收物体本身辐射的电磁波或反射的自然光的遥感器，称为无源（被动式）遥感器，如空中摄影测量用的照相机、多光谱扫描仪、微波辐射计等。接收由自身发射的并由地物反射回来的电磁波的遥感器，称为有源(主动式)遥感器，如侧视雷达、散射计和高度计等。遥感器有时还可分为成像的和非成像的两类。成像式遥感器用来获取地表电磁波辐射或反射强度在空间分布的图像，照相机、各种扫描仪和成像雷达等都属于这一类。非成像式遥感器用来获取特定点或剖面的数据，微波辐射计、散射计及激光和微波高度计等皆属此类。
彩红外摄影机、多光谱照相机、多光谱扫描仪、侧视雷达和微波辐射计是用得较多的遥感器。彩红外摄影是利用底片对不同波段，特别是近红外波段的感光特性来获取地物信息的。多光谱图像能反映地物在不同电磁波波段的反射强度，可根据地物的波谱特性识别出各种地物类别。例如,图3[
利用多光谱图像并根据地物波谱特性区分地物示意图]中 、和波段的光谱图像可以区分植被、土壤和水体。图4[ “陆地卫星”多光谱扫描仪使用的 4个波段以及对地物类别的区分]为几种地物的电磁波强度在“陆地卫星”多光谱扫描仪等4、5、6、7波段中的反映。多光谱扫描仪有较精细的波段范围和较高的信噪比，可以工作在可见光、近红外和红外波段，广泛用于航空和航天遥感。
微波辐射计是最早使用的微波遥感器。它能获取各种地物在微波波段自身的热辐射能量。此能量的大小与物体的温度和其他性质，特别是物体表面的性质密切相关，并且是按波长分布的。多波段扫描成像微波辐射计是应用很广的微波遥感器。
侧视雷达是另一种重要的遥感器，它从空中侧向发射电磁波束并接收从地面反射回来的电磁波。地物因介电常数、湿度和粗糙度等不同，反射的电磁波的强度也不同，因而能形成雷达图像上的灰阶。雷达发射的电磁波能穿过云层获取地表图像，能在白天、黑夜和云层覆盖条件下工作，称为全天候遥感器。在干燥地区，它能穿透一定深度的地表反映浅层地下构造。合成孔径雷达能提高遥感器的方位（角）分辨力，可以用较短的天线获得较高分辨率的图像，而且分辨率高低与飞行高度无关，因而在航空和航天遥感中都得到广泛的应用。发射和接收不同极化方向的雷达波并使用不同的波段，可以得到多种雷达图像，这有利于目视解译和计算机分类识别。
遥感平台 飞机、气球、人造卫星和航天飞机等都可用作遥感平台。飞机是最常用的一种遥感平台。用飞机作为平台的遥感技术称为航空遥感。航空遥感使用的飞机有的是只能装载简单的遥感器的单发动机小型飞机和无人驾驶飞机，有的是能装载多种复杂遥感器系统的大型飞机。飞行高度可从几百米到2万米,因而能获取多种不同比例尺的遥感图像，具有很大的灵活性。航空遥感从70年代就已投入商业性服务。
气球虽然最早用于空中摄影，但是在50年代后期才开始用作遥感平台的试验。到70年代，漂浮气球的高度已达5万米以上,载重可达数吨。它已成为大气、天文和高空观测的一种重要手段。漂浮气球的缺点是运动方向受高空气流影响而不能控制。
人造卫星可用作外层空间的遥感平台。气象卫星、“陆地卫星”和“海洋卫星”都是不同类型的。在正常情况下，遥感卫星可以在轨道上运行数年。卫星获取的遥感图像数据可以通过无线电波传输到地面。因此，地面上可得到周期性的数据，为地球环境的动态观测和数据更新提供丰富的资料。
遥感卫星的地面控制和数据传输 为了使卫星能在轨道上正常运行和地面上能够接收卫星发送的遥感图像数据，需要有专门的地面控制和接收台站，即。当卫星进入这些台站的工作范围时，即向这些台站发送遥测和遥感图像数据。这些台站将遥测数据传输到运行控制中心；运行控制中心通过通信网将遥感图像数据转发到数据中心，经处理成为计算机兼容磁带或图片提供用户使用。运行控制中心还通过这些台站向卫星发送遥控指令，以便纠正卫星的运行姿态和轨道参数，指示遥感器开启和关闭的时间（地点）等。
遥感图像处理 为了满足各种不同的应用要求，需要对遥感器获取的原始图像进行处理。常用的处理方法有光学的和电子学的两种，而以电子技术中的计算机数字处理为最重要。处理的主要内容有图像整饰、几何纠正和镶嵌、特征提取和分类以及各种专题处理。
图像整饰的作用是改善图像的质量。例如，扩大图像的对比度,使图像锐化而显得更为清晰;进行辐射校正，去除因干扰而造成的图像上的斑点或条纹等。遥感器本身的性能不良、遥感平台的姿态和速度的变化以及地球曲率等因素都会造成遥感图像的几何畸变，这就需要进行几何纠正。当遥感图像与各种投影的地图配合使用时，还要进行投影变换或对几幅图像进行镶嵌处理。在实际应用中常常需要提取图像的特征（如反映植物长势的植被指数和地质构造的线性形迹等），区分地物类别和进行专题制图等。与光学处理相比，计算机图像处理的工作方式灵活，重复性好，处理速度快，可以获得高质量、高几何精度的图像。通过数字处理，遥感图像可以为建立和更新地理环境信息库提供数据，是一种重要的信息资源。
参
考书目
和清夫、土屋清等：《リモ一トセンシング》，朝店，京，1976。
Robert N.Colwell,Manual of Remote Sensin,2nd ed., AmericanSociety of Photogrammetry,Falls Church,1983.
FloydF.Sabins,Jr., Remote Sensin,Principles and Interpretation, W.H. Freemanand Co., San Francisco,1978.
杨世仁
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