遥感原理与应用（一）什么是遥感？

一、遥感的基本概念

1.通用定义

    遥感是在远离探测目标处，使用一定的空间运载工具和电子、光学仪器，接受并记录目标的电磁波特性，通过对电磁波特性进行传输、加工、分析和识别处理，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。**

2.广义遥感

    广义的遥感是指各种非直接接触、远离探测目标的技术，往往是通过间接手段来获取目标状态信息。例如，遥感主要根据物体对电磁波的反射和辐射特性来对目标进行信息采集，包括利用声波、电磁场和地震波等。但在实际工作中，只有电磁波探测属于遥感范畴。

    大不列颠百科全书对遥感的定义为：

不直接接触物体本身，从远处通过探测仪器接受来自目标物体的信息（电场、磁场、电磁波、地震波），经过一定的传输与处理分析，以识别目标物体的属性及其分布等特征的技术。遥感不仅可以将地球的大气圈、生物圈、水圈、岩石圈作为观察对象，也可以扩大到地球以外的外层空间。

3.狭义的遥感

    狭义的遥感是指利用安装在遥感平台上的可见光、红外、微波等各种传感器，通过摄影、扫描等方式，从高空或远距离甚至外层空间接收来自地球表层或地表以下一定深度各类地物发射或反射的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，进而识别出地表物体的性质和运动状态。

    遥感的基础是电磁波，并由此判读和分析地物目标和现象。因此，从电磁波的角度，狭义的遥感还可以看作是一种通过利用和研究物体反射或辐射电磁波的固有特性，达到识别物体及其环境的技术。

二、遥感的类型与特点

1.遥感的类型

①根据遥感平台分类

    遥感平台是指搭载遥感传感器的工具，主要包括人造地球卫星、航天飞机、无线电遥控飞机、气球、地面观测站等。下表中列出了遥感中常用到的平台及高度和使用目的。根据遥感平台的不同，遥感可分为地面遥感、航空遥感、航天遥感和航宇遥感。

地面遥感:将传感器设置在地面平台之上，常见的遥感平台有车载、船载、手提、固定和高架的活动平台，包括汽车、船舰、高塔、三脚架等。地面遥感是遥感的基础阶段。

航空遥感：将传感器设置在飞机、飞艇、气球上面。从空中对地面目标进行遥感。主要遥感平台包括飞机、气球等。

航天遥感：将传感器设置在人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机、空间站、火箭上面，从外层空间对地物目标进行遥感。航天遥感和航空遥感一起构成了目前遥感技术的主体。

航宇遥感：将星际飞船作为传感器的运载工具，从外太空对地-月系统之外的目标进行遥感探测。主要遥感平台包括星际飞船等。（其实航天遥感调转镜头对准地外天体也算航宇遥感了😂，不然火星和月球地形图哪里来🤨）

②根据传感器的探测波段分类

    根据传感器的所接受的电磁波谱（光谱）不同，可以分为以下5种：

(1)紫外遥感：探测波段在0.05~0.38μm，主要集中探测目标地物的紫外辐射量，目前对其研究较少。

(2)可见光遥感：探测波段在0.38~0.76μm，主要收集和记录目标地物反射的可见光辐射能量，常用的传感器有扫描仪、摄影机、摄像仪等。

(3)红外遥感：探测波段在0.76~1000μm，主要收集和记录目标地物辐射和反射的红外辐射能量，常用的传感器有扫描仪、摄影机等。

(4)微波遥感：探测波段在1mm~1m，主要收集和记录目标地物辐射和反射的微波能量，常用的传感器有扫描仪，雷达、高度计、微波辐射计等。

(5)多波段遥感：探测波段在可见光波段和红外波段范围内，把目标地物辐射的电磁辐射细分为若干窄波段，同时得到一个目标地物不同波段的多幅图像。常用的传感器有多光谱扫描仪、多光谱摄影机和反束光导管摄像仪等。

③按工作方式分类

(1)主动遥感：传感器主动发射一定电磁能量并接受目标地物的后向散射信号的遥感方式，常用的主动遥感传感器包括侧视雷达、微波散射计、雷达高度计、激光雷达等。

**(2)被动遥感：**指传感器不向目标地物发射电磁波，仅被动接受目标地物自身辐射和对自然辐射源的反射能量，因此被动遥感也被称为他动遥感、无源遥感。

④按数据的显示形式分类

    根据数据的显示形式不同，遥感可以分为成像遥感和非成像遥感。

**(1)成像遥感：**是指传感器接受的目标电磁辐射信号可以转换为图像，电磁波能量分布以图像色调深浅来表示，主要包括数字图像和模拟图像两种类型。

**(2)非成像遥感：**是指传感器接受的目标地物电磁辐射信号不能转换成图像，最后获取的资料为数据或曲线图，主要包括光谱辐射计、散射计和高度计等。

⑤按波段宽度和波谱连续性分类

    按成像波段宽度以及波谱的连续性，可以划分为高光谱遥感和常规遥感两种类型。

**(1)高光谱遥感：**是利用很多狭窄的电磁波波段(波段宽度通常小于10nm)产生的光谱连续的图像数据。

**(2)常规遥感：**又称宽波段遥感，波段宽度一般大于100nm，且波段在波谱上不连续。例如，一个TM(thematic mapper，专题制图仪)波段内只记录一个数据点，而用机械可见光/红外成像光谱仪（AVIRIS）记录这一波段范围的光谱信息需用10个以上数据点。

⑥按应用领域分类

    宏观上，按遥感的应用领域可分为外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感和海洋遥感等。

    微观上，从遥感的具体应用领域看，可分为资源遥感、环境遥感、林业遥感、渔业遥感、城市遥感、农业遥感、水利遥感、地质遥感、军事遥感等。这里重点介绍以下资源遥感和环境遥感，其余领域之后我会发文专门讲解。

(1)资源遥感：是指以地球资源作为调查研究对象的遥感方法和实践。其中，调查自然资源状况和监测再生资源的动态变化，是遥感技术应用的主要领域之一。利用遥感信息勘测地球资源，成本低、速度快，能有效克服自然界环境恶劣的影响，大大提高工作效率。

(2)环境遥感：是指利用各种遥感技术对自然与社会环境的动态变化进行监测、评价或预报。由于人口的增长与资源的开发、利用，自然社会环境都在发生变化，利用多源、多时相遥感信息能够迅速为环境监测、评价和预报提供可靠的技术支撑。

⑦按空间尺度分类

    根据遥感应用的空间尺度大小，遥感可以划分为全球遥感、区域遥感和城市遥感等类型。

(1)全球遥感：是指利用遥感全面系统地研究全球性资源与环境问题，主要针对由于自然和人为因素造成的全球性环境变化以及整个地球系统行为。全球遥感是研究地球系统各组成部分之间的相互作用及发生在地球系统内的物理化学和生物过程之间的相互作用的一门新学科。

(2)区域遥感：是指以区域资源开发和保护为目的的遥感信息工程，主要针对区域规划和专题信息提取的遥感行为。一般情况下，通常根据行政区划和自然区划范围进行划分。其应用性与人类的联系更紧密。

(3)城市遥感：是指以城市生态环境作为主要调查对象的遥感工程。城市作为一个区域的物质流、能量流和信息流的枢纽中心，往往需要借助与遥感技术来对城市绿地、城市空间形态、城市热岛效应以及大气污染等方面进行动态监测。

(4)激光遥感：是指运用紫外、可见光和红外的激光器作为遥感仪器进行对地观测的遥感技术，属于主动式遥感。地面激光扫描仪和配套的专业数码照相机融合了激光扫描和摇杆等技术，可以同时获取三维点云和彩色数字图像两种数据，扫描精度达到5~10mm。激光遥感是高效率空间数据获取方面的研究热点所在，目前，广泛应用于古代建筑重建与城市三维景观、虚拟现实和仿真、资源调查和灾害管理等方面。

2.遥感的特点

①遥感的优点

(1)空间覆盖范围广阔，有利于同步观测

(2)光谱覆盖范围广，信息量大

(3)时效性强

(4)高空间分辨率

(5)高光谱分辨率

(6)高时间分辨率

    除此之外，遥感还具有受地球限制条件少；经济性（节省人力、物力、财力和时间），具有很高的经济效益和社会效益；数据的综合性，遥感影像是同一时间，大范围上各种事物的形态与分布，全面解释了地理事物之间的关联性；遥感数据的可比性，由于遥感的整个系统都按照要求设计，新的传感器和信息记录都可向下兼容，所以其获得的数据具有同一性和可比性。

②当前遥感技术的局限性

(1)遥感技术本身的局限性
(2)工作量大、周期长（全自动处理无所畏惧）
(3)现有遥感图像处理技术不能满足实际需要（部分，AI+遥感如今以及大大提高其利用效率）
(4)易受天气条件影响（微波遥感除外）
(5)遥感数据共享和集成难度较大（遥感云计算完美解决）

ps:括号里不背

三、遥感过程与遥感技术系统

1.遥感过程

    一个完整的遥感过程通常包括信息的收集、接受、存储、处理和应用等部分。

    遥感之所以能苟根据收集到的电磁波信息来识别地物目标，是因为有信息源的存在。信息源是遥感探测的依据，任何物体都具有发射、反射和吸收电磁波的特性，目标地物与电磁波之间的相互作用构成物体的电磁波特性。因此，遥感技术主要是建立在物体辐射和反射电磁波的原理之上。目标物体的电磁波特性由传感器来获取，通过返回舱或微波天线传至地面接受站。地面接收站将接收到的信息进行存储和处理，转换成用户可以使用的各种数据格式。用户再按照不同的应用目的对这些信息进行分析处理，以达到遥感应用的目的。

    下面重点介绍以下每个流程：

①信息收集

    是指利用遥感技术装备接受、记录地物电磁波特性，并将接收到的地物反射或发射的电磁波转化为电信号的过程。

②信息接受与存储

    传感器将接收到的地物电磁波信息记录在数字磁介质或胶片上。其中，胶片由人或回收舱送回地球，而数字磁介质上记录的信息可以通过传感器上携带的微波天线传输到地面接收站。卫星遥感影像的接存储在卫星地面接收站完成。收集的数据通过数/模转换变成数字数据。目前，遥感影像数据均以数字形式保存，且保存格式也趋于标准化和规范化。

③信息处理

    信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对卫星地面接收站接受的遥感数字信息进行信息的恢复、辐射和卫星姿态校正、投影变化以及解译处理的全过程。其目的是通过对遥感信息的恢复、校正和解译处理，降低或消除遥感信息的误差，并依据用户的需求从中识别并提取出所需的感兴趣信息。

④信息应用

    目前，遥感技术已经广泛地应用于军事、地图测绘、地质矿产勘探、自然资源调查、环境监测以及城市规划和管理等领域。农业部门获取农作物的信息，测绘部门主要制作地形图和4D产品，林业部门获取林业的分布、蓄积量等信息，都有着各自领域独特的应用规范。一般情况下，遥感应用的最基本方法就是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，方便人们对其进行查询、统计和分析等。

2.遥感技术系统

①遥感平台系统

    遥感平台包括卫星、飞机、气球、无人机、高塔、高架车等。不同高度遥感平台可获得不同面积、分辨率、特点和用途的遥感信息。在实际的遥感应用中，不同高度的遥感平台既可以单独使用，又可以相互配合使用，组成立体的遥感探测网。

②传感器系统

    遥感传感器是指收集、探测并记录地物电磁波辐射信息特性的仪器。目前最常见的传感器有雷达、摄影机、扫描仪、摄像机、光谱辐射计等。除此之外，传感器的性能直接制约着遥感数据质量和应用精度。（就像你的手机像素决定你的清晰度）

③数据的接受记录和处理系统

    数据的接受记录和处理系统是指通过接受来自地面上各种地物的电磁波信号，同时收集各地面数据收集站发送的信息，将这两种信息发回地面数据接收站（其实就是构建微分方程计算参数），并对接收到数据进行加工处理，已提供给不同的用户。

    下面介绍一下地面接收站和地面处理站。

(1)地面接收站：

对于卫星遥感而言，地面接收站主要以视频传输的方式接受遥感信息。接受记录的数据通常通过若干磁带机记录在高密度数字磁盘（HDDT）上，随后送往地面处理站处理成可供用户使用的数字磁盘和胶片等。地面接收站是由大型抛物面的主、副反射面天线和磁带机组成，主要任务是搜索、跟踪卫星，接受并记录卫星遥感数据、遥测数据及卫星姿态数据。为了获取这个范围以外的遥感图像信息，常采用中继卫星实时发送的方式向地面接收站发送遥感信息。

    地面接收站可以建立在卫星发射国，也可以建立在其他国家；中国遥感卫星地面站于1986年年底在北京建成并投入使用；其能接收以北京为中心，半径约2400公里的地区，可接受覆盖我国80%的地区。后为弥补空缺，先后增建了喀(ka)什(2008年)、三亚(2013年)接收站，形成了覆盖全国的卫星地面接受站网格局。

(这里的图片不太合适展示)

(2)地面处理站

    我国卫星图像地面处理站设在北京市。遥感数据地面处理站主要是由计算机图像处理系统和光学图像处理系统组成。计算机处理系统以两台VAXII/780计算机和AP180阵列为核心，配有独立的胶片成像计算机系统，完成数据输入、分幅、快视、辐射校正和几何校正。照相处理系统将上述胶片作进一步处理，生产多种类型的正负胶片、像片等产品。

    计算机图像处理系统通过由高密度数字磁带上提供的星历参数、辐射校准参数等对图像进行几何校正和辐射校正。几何校正的主要目的是改正由于地球曲率、地球自转、扫描角速度不均匀等造成的图像几何变形；辐射校正的目标是根据传感器内部校准参数和地面遥感测试资料进行辐射亮度值的改正。

    卫星遥感地面处理站除了进行遥感数据加工处理和生产之外，同时还是遥感数据管理和分发中心，处理好的不同等级的数据将会存入数据库，并面向用户服务，无论是商业个人还是政府部分所属的遥感中心，这些部门利用遥感影像进行土地资源调查、林业资源调查、生态环境调查以及重点城市扩展情况监测、荒漠化监测、农作物估产、灾害监测与评估等众多领域。

④基础研究和应用系统

    遥感应用研究就是通过对遥感影像所反映的地物电磁波信息的分析、研究，已完成地球资源调查、环境分析和预测预报工作，为农林、地质、矿产、水电、军事、测绘和国防建设等部门服务。因此遥感应用必须以切实的基础研究做保证。目前，除了传感器、测控和通信等方面的基础研究外，还应加强卫星和航空遥感的模拟实验遥感仪器设备的性能试验、地物的波谱特性、遥感图像解译理论和应用理论等研究。

四、遥感发展史

    略(没啥意思，有需要再补充)