遥感系统的遥感(RS)简介

遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，到21世纪初遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。

遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。 1．可获取大范围数据资料。遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而，可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多km2。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。

2．获取信息的速度快，周期短。由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。

3．获取信息受条件限制少。在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。

4．获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。

遥感技术所获取信息量极大，其处理手段是人力难以胜任的。例如Landsat卫星的TM图像，一幅覆盖185km×185km地面面积，象元空间分辨率为30m，象元光谱分辨率为28位的图，其数据量约为6000×6000=36Mb。若将6个波段全部送入计算机，其数据量为：

36Mb×6=216Mb

为了提高对这样庞大数据的处理速度，遥感数字图像技术随之得以迅速发展。

到21世纪初，遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。

遥感（Remote Sensing），从广义上说是泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过仪器（传感器）探测和接收来自目标物体的信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。

通常遥感是指空对地的遥感，即从远离地面的不同工作平台上（如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等）通过传感器，对地球表面的电磁波（辐射）信息进行探测，并经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。

当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。

遥感在地理学中的应用，进一步推动和促进了地理学的研究和发展，使地理学进入到一个新的发展阶段。

遥感信息应用是遥感的最终目的。遥感应用则应根据专业目标的需要，选择适宜的遥感信息及其工作方法进行，以取得较好的社会效益和经济效益。

遥感技术系统是个完整的统一体。它是建筑在空间技术、电子技术、计算机技术以及生物学、地学等现代科学技术的基础上的，是完成遥感过程的有力技术保证。 --以上海市第三轮航空遥感调查为例

在人类即将告别20世纪，并迈步跨入21世纪之际，上海市人民政府要求: 对20世纪末的上海城市发展状况，作一次全面的航空遥感调查，这是继1988年和1994年前两轮航空遥感调查之后的上海市第三轮航空遥感调查。本次航空遥感调查的目的是：运用现代信息技术手段，将20世纪末的上海城市发展状况，以数字化的形式真实、详细地记录下来，建立相应的遥感影像资料数据库，并对这些数据充分加以分析和利用，以便为未来的上海城市发展提供信息服务和决策参考。

（一）基本概念

遥感一词来源于英语“Remote Sensing”，其直译为“遥远的感知”，时间长了人们将它简译为遥感。遥感是20世纪60年代发展起来的一门对地观测综合性技术。自20世纪80年代以来，遥感技术得到了长足的发展，遥感技术的应用也日趋广泛。随着遥感技术的不断进步和遥感技术应用的不断深入，未来的遥感技术将在我国国民经济建设中发挥越来越重要的作用。 关于遥感的科学含义通常有广义和狭义两种解释: 广义的解释: 一切与目标物不接触的远距离探测。 狭义的解释: 运用现代光学、电子学探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析、解译揭示出目标物本身的特征、性质及其变化规律。

（二）系统的组成

遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成：

1、信息源 信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。

2、信息获取 信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。

3、信息处理 信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。

4、信息应用 信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有: 军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。 为了便于专业人员研究和应用遥感技术，人们从不同的角度对遥感作如下分类: 1、按搭载传感器的遥感平台分类 根据遥感探测所采用的遥感平台不同可以将遥感分类为: 地面遥感，即把传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等；航空遥感，即把传感器设置在航空器上，如气球、航模、飞机及其它航空器等; 航天遥感，即把传感器设置在航天器上，如人造卫星、宇宙飞船、空间实验室等。 2、按遥感探测的工作方式分类 根据遥感探测的工作方式不同可以将遥感分类为: 主动式遥感，即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波; 被动式遥感，即传感器不向被探测的目标物发射电磁波，而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。 3、按遥感探测的工作波段分类 根据遥感探测的工作波段不同可以将遥感分类为: 紫外遥感，其探测波段在03～038um之间; 可见光，其探测波段在038～076um之间; 红外遥感，其探测波段在076～14um之间; 微波遥感，其探测波段在1mm～1m之间; 多光谱遥感，其探测波段在可见光与红外波段范围之内，但又将这一

遥感技术的特点

遥感作为一门对地观测综合性技术，它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要，更有其它技术手段与之无法比拟的特点。遥感技术的特点归结起来主要有以下三个方面: 1、探测范围广、采集数据快 遥感探测能在较短的时间内，从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。这些数据拓展了人们的视觉空间，为宏观地掌握地面事物的现状情况创造了极为有利的条件，同时也为宏观地研究自然现象和规律提供了宝贵的第一手资料。这种先进的技术手段与传统的手工作业相比是不可替代的。 2、能动态反映地面事物的变化 遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测，这有助于人们通过所获取的遥感数据，发现并动态地跟踪地球上许多事物的变化。同时，研究自然界的变化规律。尤其是在监视天气状况、自然灾害、环境污染甚至军事目标等方面，遥感的运用就显得格外重要。 3、获取的数据具有综合性 遥感探测所获取的是同一时段、覆盖大范围地区的遥感数据，这些数据综合地展现了地球上许多自然与人文现象，宏观地反映了地球上各种事物的形态与分布，真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等地物的特征，全面地揭示了地理事物之间的关联性。并且这些数据在时间上具有相同的现势性。

国外卫星有：

WorldView 1/2/3，GeoEye1/2，RapidEye,IKONOS,QuickBird,Spot5,Spot6,Landsat-5

TM,Landsat-7 ETM+,Landsat-8 ALI,Pleiades,Alos,terrasar-x,radarsat-2,

全美锁眼卫星全系列(1960-1980)，印度Cartosat-1(又名IRA-P5)

国内卫星有: HJ-A/B CCD,ZY-02-C,ZY-3,CBERS-3/4,天绘系统,高分系列,资源系列等

地质遥感（RS:Remote Sensing）方法始于20世纪40年代，当时主要是利用大、中比例尺的航空进行目视解译。后来这些方法又应用到星载遥感图像中，如应用到可见光、热红外光和雷达图像中等。

70年代以来，陆地卫星遥感技术的工作波段从可见光－近红外光扩大到可见光－近红外光与热红外光，传感器ETM和ETM+TM增加了P波段（520～900nm），提高了空间分辨能力（从15m到10m再到5m）。

进入80年代，地质遥感方法出现了质的飞跃，主要表现在能够：①以数字记录方式获取空间信息；②利用计算机处理地表图像和③利用地理信息系统将多元数据结合分析，如对遥感、地球物理、地球化学和地质数据进行分析。新一代的工程遥感以数字形式记录，可获取机载或星载遥感电磁波谱中不同波段的信息，分低（1000m）、中（600～30m）、高（10～2m）3种分辨率。被动遥感可获取频段很宽的回波信号；主动遥感尤其是雷达遥感可获取或记录不同极化状态的数据。

20世纪90年代遥感技术研究有2个前沿方向：一是成像光谱遥感技术；二是成像雷达遥感技术，而以后者发展尤为突出。自1991年以来，人们已先后发射入轨6个星载及航天机载合成孔径雷达（SAR:Synthetic Aperture Radar）。

20世纪末的遥感技术在应用上有2个特点：其一是遥感数据的来源不断拓宽、更新以及数据的分辨率和精度的不断提高，因而使人们对图像数据的使用有了选择的余地，可利用的数据除陆地卫星（Landsat）外还有Spot、Radarsat、Moms、ERS-1、JERS-1和中国的资源卫星提供的数据以及航空遥感数据等。1990年，美国对南半球海域的高精度星载雷达测高数据（Geosat/GM）解密。同时，用于提高测量覆盖率和换算精度的多星、多轨道数据加密技术得到解决，使星载雷达测高技术用于海底地形、构造研究与制图达到一定程度实用化。加拿大于1995年发射的Radarsat-1雷达卫星标志着星载微波遥感的突破性进展。该卫星对扫描式成像可分别做500km宽幅带、100m地面分辨率和50km宽幅带、优于10m地面分辨率两种成像模式。1997年底，1m分辨率的Space Imaging EOSAT的先期卫星CARTERRA-1发射升天。1996年日本首次发射了用于全球变化研究的“高级地球观测卫星”（ADEOS），对陆地和海洋进行精确的数据采集和成图。其二是遥感图像数据处理方法的不断完善和应用领域的不断扩大。其应用范围不但有地质资源调查、环境、工程、铁路勘测，还有煤层自燃、森林火灾和洪水灾害监测等。

美国首次发射了磁卫星MAGSAT，用于全球磁力矢量测定，并据此将地球磁场分为核心场、壳源场和外部场3部分。另外，利用卫星轨道参数变化可获得多级大地水准面形态及地球南北半球的非对称关系。

空间技术、信息技术和计算机技术的发展，推动了卫星遥感技术的进步。遥感影像空间分辨率和光谱分辨率的提高扩展了它的应用领域。计算机运算速度和容量成数量级的增加、数据库技术和网络技术的发展以及人工智能的应用为分析处理大数据量的遥感和地理数据创造了条件。而数学模型作为联系遥感、地理信息系统与实际应用之间的纽带则处于十分重要的位置。

未来遥感技术的发展趋势是综合对地观测系统的建立。这一观测系统由航天、航空和地面观测组成，具有提供定位、定性和定量数据的能力。这一系统又是一个全天候、全方位的综合系统，能对地理、生物、地球物理场和化学过程进行全面调查，从而为资源开发、环境保护、区域经济协调和持续发展提供系统的科学数据和信息服务。对地观测空间卫星子系统是由大型极轨组合平台和小卫星系列即多高度、多种轨道卫星组合成的观测体系。从资源与环境监测需要的角度来看，卫星发展的重点包括能连续提供高质量的观测数据、具长寿命的观测技术、以定量化为目标的超多波段成像光谱技术、不受云层影响的微波传感器技术、以海洋和大气为主要对象的探测器技术和能在全球空间、全天候、全时域进行连续、快速和高精度导航定位的全球定位系统技术。

AVPerisov（1998）认为21世纪遥感技术有如下两个发展方向：

（1）在遥感数据处理子系统中，多波段雷达系统因其不受气候条件限制，故得到迅速发展；热红外遥感系统的空间分辨率和温度分辨率将得到提高，从而可以探测深层的地下构造。光谱仪和扫描仪的分辨率已达极限，但仍将用于植被覆盖区研究。

（2）在遥感数据解译子系统中，计算机专家系统将逐渐发展起来。高速度、高精度、大容量遥感数据处理系统的建设是21世纪遥感技术发展中的另一重要问题。由于在资源与环境动态监测中要查清的季度和年度变化的数值很小，因而对精度的要求很高，一般应稳定在90%～95%。同时，空间遥感技术的发展将导致传感器空间分辨率和光谱分辨率等的大幅度提高，从而使卫星图像的数据量和计算机处理运算量大幅度增加。在这方面，神经网络计算机和专家系统将对高速度、大容量遥感与地理信息系统数据处理系统的建设提供强有力的支持。采用神经网络，可利用其全并行处理、自适应学习和联想功能等特点，解决计算机视觉、模式识别等特大数据量和信息特别复杂的问题。

此外，作为星载成像雷达的有力支持系统，部分主动式机载微波系统具有更强的资源勘察潜力。美国的机载留米奈克斯系统（紫外光源激发）能检测出与W、Mo、Zn、Au和U等矿床相伴生的荧光性矿物的分布。表51列出了部分星载成像雷达系统的相关数据。

表51　部分星载成像雷达系统

续表

利用ENVI和其具有的强大的二次开发工具——IDL（interactive data language）交互式数据语言进行二次开发。完成面向遥感图像处理、信息增强、信息提取的功能模块建设。完成此系统的建立。

ENVI（the environment for visualizing images）遥感影像处理软件是美国RSI公司的旗帜产品，它是由著名的遥感科学家基于交互式数据语言IDL开发的一套功能强大的遥感影像处理系统，它可以轻松读取、显示、分析各种类型遥感数据，并提供了从影像预处理、信息提取到与地理信息系统整合过程中需要的各种工具。ENVI卓越的波谱分析工具能够快速准确地从遥感影像中提取出用户所需要的各种目标信息，凭借其自动高效的信息提取和目标识别能力，ENVI已连续多年获得美国测绘制图局NIMA遥感软件测评第一。

ENVI软件进入中国市场十年来，凭借着其强大的遥感影像处理功能、丰富的遥感数据格式支持、简单易用的使用风格、中文化的菜单支持、全面的 *** 作系统支持及IDL底层开发平台强大的可扩展能力被广大的遥感用户逐步熟悉和使用，并被广泛地应用于国土、地质、环境、林业、农业、军事、自然资源勘探和海洋资源管理等多个领域。

ENVI包含齐全的遥感影像处理功能：常规处理、几何校正、定标、多光谱分析、高光谱分析、雷达分析、地形地貌分析、矢量应用、三维图像生成、具有对遥感影像进行配准和正射校正的功能，可以给影像添加地图投影，并与各种GIS数据套合。ENVI的矢量工具可以进行屏幕数字化、栅格和矢量叠合，建立新的矢量层、编辑点、线、多边形数据，缓冲区分析，创建并编辑属性并进行相关矢量层的属性查询。丰富的可供二次开发调用的函数库、制图、数据输入/输出等功能组成了图像处理软件中非常全面的系统。

IDL（interactive data language）交互式数据语言是进行数据分析、可视化表现和应用开发的理想软件工具。作为面向矩阵、语法简单的第四代可视化语言。IDL的特性包括：①高级图像处理能力。②交互式二维和三维图形技术。③面向对象的编程方式。④OpenGL图形加速。⑤量化可视化表现。⑥成数学与统计学算法。⑦灵活的数据输入输出方式。⑧跨平台图形用户界面工具包。⑨连接ODBC兼容数据库多种程序连接工具……

IDL交互式数据语言是进行二维及多维数据可视化分析及应用开发的理想软件工具。作为面向矩阵、语法简单的第四代可视化语言，相比常用语言，它具有快速分析超大规模数据的能力，而相比于同样面向矩阵的其他软件，它又能够更容易实现图形对象的交互 *** 作和图形、图像的高级处理。

IDL致力于科学数据的可视化和分析，是跨平台应用开发的最佳选择。它集可视、交互分析、大型商业开发为一体，为用户提供了完善、灵活、有效的开发环境。它不但可以为科学研究人员提供交互式浏览和分析数据的环境，为程序员提供快速源程序开发及跨平台发布的高级编程语言，还可以为三维动画制作人员和三维地理信息系统应用人员提供良好的软件应用平台。IDL使科学家无需写大量的传统程序就可直接研究数据。IDL还被广泛应用于地球科学、医学影像、图像处理、软件开发、大学教学、实验室研究、测试技术、天文、信号处理、防御工程、数学分析、统计等诸多领域。

在国外IDL已经被列为大学的标准课程，其功能和应用效果完全可以替代如Matlab等其他同类科学计算应用软件。在国内IDL要比国外稍微滞后，还处在推广和应用的初期。许多科研单位和一些大学在与国外单位交流中，特别是一些留学归国人员，是IDL在国内应用的先行者和忠实用户。随着IDL应用和市场的广泛进入和从科研院所的高端应用到更广泛地民用化的接受过程，越来越多的人将了解和接受应用IDL。

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