遥感原理与应用（一）什么是遥感？
遙感原理與應用（一）什么是遙感？
一、遙感的基本概念
1.通用定義
? ? 遙感是在遠離探測目標處，使用一定的空間運載工具和電子、光學儀器，接受并記錄目標的電磁波特性，通過對電磁波特性進行傳輸、加工、分析和識別處理，揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。**
2.廣義遙感
? ? 廣義的遙感是指各種非直接接觸、遠離探測目標的技術，往往是通過間接手段來獲取目標狀態信息。例如，遙感主要根據物體對電磁波的反射和輻射特性來對目標進行信息采集，包括利用聲波、電磁場和地震波等。但在實際工作中，只有電磁波探測屬于遙感范疇。
? ? 大不列顛百科全書對遙感的定義為：
? 不直接接觸物體本身，從遠處通過探測儀器接受來自目標物體的信息（電場、磁場、電磁波、地震波），經過一定的傳輸與處理分析，以識別目標物體的屬性及其分布等特征的技術。遙感不僅可以將地球的大氣圈、生物圈、水圈、巖石圈作為觀察對象，也可以擴大到地球以外的外層空間。
3.狹義的遙感
? ? 狹義的遙感是指利用安裝在遙感平臺上的可見光、紅外、微波等各種傳感器，通過攝影、掃描等方式，從高空或遠距離甚至外層空間接收來自地球表層或地表以下一定深度各類地物發射或反射的電磁波信息，并對這些信息進行加工處理，進而識別出地表物體的性質和運動狀態。
? ? 遙感的基礎是電磁波，并由此判讀和分析地物目標和現象。因此，從電磁波的角度，狹義的遙感還可以看作是一種通過利用和研究物體反射或輻射電磁波的固有特性，達到識別物體及其環境的技術。
二、遙感的類型與特點
1.遙感的類型
①根據遙感平臺分類
? ? 遙感平臺是指搭載遙感傳感器的工具，主要包括人造地球衛星、航天飛機、無線電遙控飛機、氣球、地面觀測站等。下表中列出了遙感中常用到的平臺及高度和使用目的。根據遙感平臺的不同，遙感可分為地面遙感、航空遙感、航天遙感和航宇遙感。
| 靜止軌道衛星 | 36000km | 定點地球觀測 | 氣象衛星（FY-2、GMS等） |
| 圓軌道（地球觀測）衛星 | 500~1000km | 定期地球觀測 | Landsat、SPOT、MOS等 |
| 航天飛機 | 240~350km | 不定期地球觀測空間實驗 | |
| 超高度噴氣飛機 | 10~12km | 偵查、大范圍調查 | |
| 中低高度飛機 | 500~800m | 各種調查、航空攝影測量 | |
| 無線電遙控飛機 | 500m以下 | 各種調查、攝影測量 | 飛機、直升機 |
| 氣球 | 800m以下 | 各種調查 | |
| 吊車 | 5~50m | 地面實況調查 | |
| 地面測量車 | 0~30m | 地面實況調查 | 車載升降臺 |
? 地面遙感:將傳感器設置在地面平臺之上，常見的遙感平臺有車載、船載、手提、固定和高架的活動平臺，包括汽車、船艦、高塔、三腳架等。地面遙感是遙感的基礎階段。
? 航空遙感：將傳感器設置在飛機、飛艇、氣球上面。從空中對地面目標進行遙感。主要遙感平臺包括飛機、氣球等。
? 航天遙感：將傳感器設置在人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機、空間站、火箭上面，從外層空間對地物目標進行遙感。航天遙感和航空遙感一起構成了目前遙感技術的主體。
? 航宇遙感：將星際飛船作為傳感器的運載工具，從外太空對地-月系統之外的目標進行遙感探測。主要遙感平臺包括星際飛船等。（其實航天遙感調轉鏡頭對準地外天體也算航宇遙感了😂，不然火星和月球地形圖哪里來🤨）
②根據傳感器的探測波段分類
? ? 根據傳感器的所接受的電磁波譜（光譜）不同，可以分為以下5種：
(1)紫外遙感：探測波段在0.05~0.38μm，主要集中探測目標地物的紫外輻射量，目前對其研究較少。
(2)可見光遙感：探測波段在0.38~0.76μm，主要收集和記錄目標地物反射的可見光輻射能量，常用的傳感器有掃描儀、攝影機、攝像儀等。
(3)紅外遙感：探測波段在0.76~1000μm，主要收集和記錄目標地物輻射和反射的紅外輻射能量，常用的傳感器有掃描儀、攝影機等。
(4)微波遙感：探測波段在1mm~1m，主要收集和記錄目標地物輻射和反射的微波能量，常用的傳感器有掃描儀，雷達、高度計、微波輻射計等。
(5)多波段遙感：探測波段在可見光波段和紅外波段范圍內，把目標地物輻射的電磁輻射細分為若干窄波段，同時得到一個目標地物不同波段的多幅圖像。常用的傳感器有多光譜掃描儀、多光譜攝影機和反束光導管攝像儀等。
③按工作方式分類
(1)主動遙感：傳感器主動發射一定電磁能量并接受目標地物的后向散射信號的遙感方式，常用的主動遙感傳感器包括側視雷達、微波散射計、雷達高度計、激光雷達等。
**(2)被動遙感：**指傳感器不向目標地物發射電磁波，僅被動接受目標地物自身輻射和對自然輻射源的反射能量，因此被動遙感也被稱為他動遙感、無源遙感。
④按數據的顯示形式分類
? ? 根據數據的顯示形式不同，遙感可以分為成像遙感和非成像遙感。
**(1)成像遙感：**是指傳感器接受的目標電磁輻射信號可以轉換為圖像，電磁波能量分布以圖像色調深淺來表示，主要包括數字圖像和模擬圖像兩種類型。
**(2)非成像遙感：**是指傳感器接受的目標地物電磁輻射信號不能轉換成圖像，最后獲取的資料為數據或曲線圖，主要包括光譜輻射計、散射計和高度計等。
⑤按波段寬度和波譜連續性分類
? ? 按成像波段寬度以及波譜的連續性，可以劃分為高光譜遙感和常規遙感兩種類型。
**(1)高光譜遙感：**是利用很多狹窄的電磁波波段(波段寬度通常小于10nm)產生的光譜連續的圖像數據。
**(2)常規遙感：**又稱寬波段遙感，波段寬度一般大于100nm，且波段在波譜上不連續。例如，一個TM(thematic mapper，專題制圖儀)波段內只記錄一個數據點，而用機械可見光/紅外成像光譜儀（AVIRIS）記錄這一波段范圍的光譜信息需用10個以上數據點。
⑥按應用領域分類
? ? 宏觀上，按遙感的應用領域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感和海洋遙感等。
? ? 微觀上，從遙感的具體應用領域看，可分為資源遙感、環境遙感、林業遙感、漁業遙感、城市遙感、農業遙感、水利遙感、地質遙感、軍事遙感等。這里重點介紹以下資源遙感和環境遙感，其余領域之后我會發文專門講解。
(1)資源遙感：是指以地球資源作為調查研究對象的遙感方法和實踐。其中，調查自然資源狀況和監測再生資源的動態變化，是遙感技術應用的主要領域之一。利用遙感信息勘測地球資源，成本低、速度快，能有效克服自然界環境惡劣的影響，大大提高工作效率。
(2)環境遙感：是指利用各種遙感技術對自然與社會環境的動態變化進行監測、評價或預報。由于人口的增長與資源的開發、利用，自然社會環境都在發生變化，利用多源、多時相遙感信息能夠迅速為環境監測、評價和預報提供可靠的技術支撐。
⑦按空間尺度分類
? ? 根據遙感應用的空間尺度大小，遙感可以劃分為全球遙感、區域遙感和城市遙感等類型。
(1)全球遙感：是指利用遙感全面系統地研究全球性資源與環境問題，主要針對由于自然和人為因素造成的全球性環境變化以及整個地球系統行為。全球遙感是研究地球系統各組成部分之間的相互作用及發生在地球系統內的物理化學和生物過程之間的相互作用的一門新學科。
(2)區域遙感：是指以區域資源開發和保護為目的的遙感信息工程，主要針對區域規劃和專題信息提取的遙感行為。一般情況下，通常根據行政區劃和自然區劃范圍進行劃分。其應用性與人類的聯系更緊密。
(3)城市遙感：是指以城市生態環境作為主要調查對象的遙感工程。城市作為一個區域的物質流、能量流和信息流的樞紐中心，往往需要借助與遙感技術來對城市綠地、城市空間形態、城市熱島效應以及大氣污染等方面進行動態監測。
(4)激光遙感：是指運用紫外、可見光和紅外的激光器作為遙感儀器進行對地觀測的遙感技術，屬于主動式遙感。地面激光掃描儀和配套的專業數碼照相機融合了激光掃描和搖桿等技術，可以同時獲取三維點云和彩色數字圖像兩種數據，掃描精度達到5~10mm。激光遙感是高效率空間數據獲取方面的研究熱點所在，目前，廣泛應用于古代建筑重建與城市三維景觀、虛擬現實和仿真、資源調查和災害管理等方面。
2.遙感的特點
①遙感的優點
(1)空間覆蓋范圍廣闊，有利于同步觀測
(2)光譜覆蓋范圍廣，信息量大
(3)時效性強
(4)高空間分辨率
(5)高光譜分辨率
(6)高時間分辨率
? ? 除此之外，遙感還具有受地球限制條件少；經濟性（節省人力、物力、財力和時間），具有很高的經濟效益和社會效益；數據的綜合性，遙感影像是同一時間，大范圍上各種事物的形態與分布，全面解釋了地理事物之間的關聯性；遙感數據的可比性，由于遙感的整個系統都按照要求設計，新的傳感器和信息記錄都可向下兼容，所以其獲得的數據具有同一性和可比性。
②當前遙感技術的局限性
(1)遙感技術本身的局限性
(2)工作量大、周期長（全自動處理無所畏懼）
(3)現有遙感圖像處理技術不能滿足實際需要（部分，AI+遙感如今以及大大提高其利用效率）
(4)易受天氣條件影響（微波遙感除外）
(5)遙感數據共享和集成難度較大（遙感云計算完美解決）
ps:括號里不背
三、遙感過程與遙感技術系統
1.遙感過程
? ? 一個完整的遙感過程通常包括信息的收集、接受、存儲、處理和應用等部分。
? ? 遙感之所以能茍根據收集到的電磁波信息來識別地物目標，是因為有信息源的存在。信息源是遙感探測的依據，任何物體都具有發射、反射和吸收電磁波的特性，目標地物與電磁波之間的相互作用構成物體的電磁波特性。因此，遙感技術主要是建立在物體輻射和反射電磁波的原理之上。目標物體的電磁波特性由傳感器來獲取，通過返回艙或微波天線傳至地面接受站。地面接收站將接收到的信息進行存儲和處理，轉換成用戶可以使用的各種數據格式。用戶再按照不同的應用目的對這些信息進行分析處理，以達到遙感應用的目的。
? ? 下面重點介紹以下每個流程：
①信息收集
? ? 是指利用遙感技術裝備接受、記錄地物電磁波特性，并將接收到的地物反射或發射的電磁波轉化為電信號的過程。
②信息接受與存儲
? ? 傳感器將接收到的地物電磁波信息記錄在數字磁介質或膠片上。其中，膠片由人或回收艙送回地球，而數字磁介質上記錄的信息可以通過傳感器上攜帶的微波天線傳輸到地面接收站。衛星遙感影像的接存儲在衛星地面接收站完成。收集的數據通過數/模轉換變成數字數據。目前，遙感影像數據均以數字形式保存，且保存格式也趨于標準化和規范化。
③信息處理
? ? 信息處理是指運用光學儀器和計算機設備對衛星地面接收站接受的遙感數字信息進行信息的恢復、輻射和衛星姿態校正、投影變化以及解譯處理的全過程。其目的是通過對遙感信息的恢復、校正和解譯處理，降低或消除遙感信息的誤差，并依據用戶的需求從中識別并提取出所需的感興趣信息。
④信息應用
? ? 目前，遙感技術已經廣泛地應用于軍事、地圖測繪、地質礦產勘探、自然資源調查、環境監測以及城市規劃和管理等領域。農業部門獲取農作物的信息，測繪部門主要制作地形圖和4D產品，林業部門獲取林業的分布、蓄積量等信息，都有著各自領域獨特的應用規范。一般情況下，遙感應用的最基本方法就是將遙感信息作為地理信息系統的數據源，方便人們對其進行查詢、統計和分析等。
2.遙感技術系統
①遙感平臺系統
? ? 遙感平臺包括衛星、飛機、氣球、無人機、高塔、高架車等。不同高度遙感平臺可獲得不同面積、分辨率、特點和用途的遙感信息。在實際的遙感應用中，不同高度的遙感平臺既可以單獨使用，又可以相互配合使用，組成立體的遙感探測網。
②傳感器系統
? ? 遙感傳感器是指收集、探測并記錄地物電磁波輻射信息特性的儀器。目前最常見的傳感器有雷達、攝影機、掃描儀、攝像機、光譜輻射計等。除此之外，傳感器的性能直接制約著遙感數據質量和應用精度。（就像你的手機像素決定你的清晰度）
③數據的接受記錄和處理系統
? ? 數據的接受記錄和處理系統是指通過接受來自地面上各種地物的電磁波信號，同時收集各地面數據收集站發送的信息，將這兩種信息發回地面數據接收站（其實就是構建微分方程計算參數），并對接收到數據進行加工處理，已提供給不同的用戶。
? ? 下面介紹一下地面接收站和地面處理站。
(1)地面接收站：
對于衛星遙感而言，地面接收站主要以視頻傳輸的方式接受遙感信息。接受記錄的數據通常通過若干磁帶機記錄在高密度數字磁盤（HDDT）上，隨后送往地面處理站處理成可供用戶使用的數字磁盤和膠片等。地面接收站是由大型拋物面的主、副反射面天線和磁帶機組成，主要任務是搜索、跟蹤衛星，接受并記錄衛星遙感數據、遙測數據及衛星姿態數據。為了獲取這個范圍以外的遙感圖像信息，常采用中繼衛星實時發送的方式向地面接收站發送遙感信息。
? ? 地面接收站可以建立在衛星發射國，也可以建立在其他國家；中國遙感衛星地面站于1986年年底在北京建成并投入使用；其能接收以北京為中心，半徑約2400公里的地區，可接受覆蓋我國80%的地區。后為彌補空缺，先后增建了喀(ka)什(2008年)、三亞(2013年)接收站，形成了覆蓋全國的衛星地面接受站網格局。
(2)地面處理站
? ? 我國衛星圖像地面處理站設在北京市。遙感數據地面處理站主要是由計算機圖像處理系統和光學圖像處理系統組成。計算機處理系統以兩臺VAXII/780計算機和AP180陣列為核心，配有獨立的膠片成像計算機系統，完成數據輸入、分幅、快視、輻射校正和幾何校正。照相處理系統將上述膠片作進一步處理，生產多種類型的正負膠片、像片等產品。
? ? 計算機圖像處理系統通過由高密度數字磁帶上提供的星歷參數、輻射校準參數等對圖像進行幾何校正和輻射校正。幾何校正的主要目的是改正由于地球曲率、地球自轉、掃描角速度不均勻等造成的圖像幾何變形；輻射校正的目標是根據傳感器內部校準參數和地面遙感測試資料進行輻射亮度值的改正。
? ? 衛星遙感地面處理站除了進行遙感數據加工處理和生產之外，同時還是遙感數據管理和分發中心，處理好的不同等級的數據將會存入數據庫，并面向用戶服務，無論是商業個人還是政府部分所屬的遙感中心，這些部門利用遙感影像進行土地資源調查、林業資源調查、生態環境調查以及重點城市擴展情況監測、荒漠化監測、農作物估產、災害監測與評估等眾多領域。
④基礎研究和應用系統
? ? 遙感應用研究就是通過對遙感影像所反映的地物電磁波信息的分析、研究，已完成地球資源調查、環境分析和預測預報工作，為農林、地質、礦產、水電、軍事、測繪和國防建設等部門服務。因此遙感應用必須以切實的基礎研究做保證。目前，除了傳感器、測控和通信等方面的基礎研究外，還應加強衛星和航空遙感的模擬實驗遙感儀器設備的性能試驗、地物的波譜特性、遙感圖像解譯理論和應用理論等研究。
四、遙感發展史
? ? 略(沒啥意思，有需要再補充)
總結
以上是生活随笔為你收集整理的遥感原理与应用（一）什么是遥感？的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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