遥感方法

[拼音]：yaogan fangfa

[外文]：remote sensing method

借助对电磁波敏感的仪器，远距离探测目标物，获取辐射、反射、散射信息的技术。就地学而言，主要是指从近地或外层空间平台对地球表层的远距离探测及遥感图像、数据的处理、分析和制图的技术系统。

遥感技术系统由遥感平台、遥感器、信息传输设备、接收装置以及数字或图像处理设备等组成。遥感平台是安放遥感仪器的装置，如气球、飞机、人造卫星、航天飞机以及遥感铁塔等。遥感仪器是接收和记录物体辐射、反射、散射信息的装置，常见的有可见光照相机、红外照相机、红外扫描仪、多波段扫描仪、微波辐射仪、真实孔径雷达和合成孔径侧视雷达等20余种。

地理学所运用的遥感方法，是利用地球表层所接收到的太阳辐射能、人工发射的激光或微波能，反馈到远离地面的遥感仪器的敏感元件上，转换为电信号或数字信号，通过信息传输设备，输送给接收装置，经过数字或图像处理系统校正、增强、滤波等处理和加工，向用户提供数字或图像信息。这些信息通过专业判读、模式识别和实地验证，即可为地理学研究提供空间数学模型或专题图件。

遥感方法产生于20世纪60年代。它与地理定位试验站网络（见地理定位研究）和地理信息系统，并列为现代地理学的三大技术支柱。地理定位试验站网络侧重于研究物质能量迁移的机理和过程；地理信息系统体现区域性和综合性的特点，具备系统分析的功能；遥感则提供准同步的、反映宏观的空间分布规律的信息。三者相辅相成，把地理学推进到一个新的高度、广度和深度。

遥感分类

按遥感平台的高度和特点，一般分为航天遥感、航空遥感、近地遥感。

（1）航天遥感。又称卫星遥感。指轨道高度在100000米以上的人造卫星、航天飞机和天空实验室等遥感。由于轨道高度和遥感对象不同，遥感器的地面分辨率和可能识别的地物大小也不同。例如，用于监测大气活动的气象卫星所获取的遥感图像的地面分辨率为1.1～1.4公里；用于资源勘测与环境监测的陆地卫星或资源卫星为20、30、80米不等；适用于资源详查和城市、海岸带研究的回收型卫星或航天飞机一般可达 5～10米。

（2）航空遥感。利用飞机携带遥感仪器的遥感，包括距地面高度600～10000米的低、中空遥感和10000～25000米的高空、超高空遥感，可获取分辨率很高、波谱信息很丰富的照片或扫描图像。由于航空遥感继承并发展了航空摄影测量学的原理和方法，因而具有较高的定位精度和编制大比例尺系列专题地图的功能。但是，航空遥感覆盖的地区较小，技术处理过程较复杂，生产周期较长，主要适用于城市管理、工程设计、污染监测和灾情调查等方面。

（3）近地遥感。指距地面高度在1000米以下的系留气球（500～1000米）、遥感铁塔(30～400米)、遥感长臂车（8～25米）等的遥感，主要用于对大气辐射订正和光谱特性测试，以辅助高空遥感器的波谱选择、辐射订正和为图像判读分析提供参考。遥感铁塔还可用于海面污染和森林火灾监测。另外，有火箭和高空气球遥感，这些一般只作为一种辅助手段，以快速获取短暂的局部性的大气或地面信息。

按电磁波的波谱范围，遥感可分为可见光遥感、红外遥感、紫外遥感、微波遥感、超短波遥感和多谱段遥感。

（1）可见光遥感。用分波段照相机或用多波段扫描仪采集0.34～0.76微米波段的信息。主要用于立体摄影测量、资源调查、军事侦察等。

（2）红外遥感。指利用波长0.76～3.0微米的近红外和波长3.0～15微米的远红外波段的遥感。红外遥感对地表热力场和植物叶绿素含量特别敏感，温度分辨率可达0.1～0.2℃。用于城市热岛、温泉、海面温度、埃尔尼诺现象、海洋中的淡水涌泉、海冰、积雪、冰川和湖泊的观测，以及森林、草场、作物长势的分级和湖泊富营养化、海面赤潮、海洋初级生产力的估算等。

（3）紫外遥感。利用波长0.3～0.4微米的紫外波段的遥感，主要用于大气和海洋温度场的探测。

（4）微波遥感。利用 1～1000毫米波段的遥感。具有全天候工作和穿透云层、干冰、沙漠和植被的功能，但空间分辨率低。可用于地质勘探、资源调查等。

（5）多谱段遥感。利用几个不同波段范围，同时对某一地物或地区进行遥感，对获得的信息加以组合，以获取有关物体的更多的信息。

（6）超短波遥感。利用超短波的 α射线和X射线的遥感。如拖曳于海底的α射线探测仪，用于海底沉积和基岩剖面的探测。

（7）激光遥感。用于大地测量的卫星定位、活动断层地形变化和 40～200米以内水下地形的测绘等。

按获取信息的特点，遥感又可分为回收型、极轨型和静止型。

（1）回收型。回收遥感器后取得信息，如U-2飞机、航天飞机、回收型卫星等都是在着陆后，从遥感器中取得遥感数据或图像。工作时间由1到300多天不等。信息源不连续，但地面分辨率很高。一般用于自然灾害监测、局部地区的军事侦察等。

（2）极轨型。利用极轨卫星取得遥感信息。工作周期每天或14～18天重复一次，连续2～3年不间断，能提供区域性的中长周期的准同步动态信息。适用于都市群发展、土地利用和土地覆盖的变化，以及洪涝、虫害、风沙、台风灾害的趋势分析。

（3）静止型。高度为 35786公里、定轨于赤道上空的地球同步轨道卫星（又称静止卫星）对所覆盖范围，提供连续不断的遥感数据或图像，其同步性很高，但分辨率较低。适用于监测全球性的宏观动态变化，如全球大气状况、大陆绿波推移、南北极冰盖进退、埃尔尼诺现象、洋流摆动等。

遥感与地理信息

由于资源和环境卫星的发射，遥感获取的地理信息已相当丰富。通过大气遥感信息，研究大气的状况和特征，以及遥感信息通过大气圈传输的机理。地球表层的水圈、岩石圈和生物圈，以及人类活动情况，也是遥感的目标。例如，气象和海洋卫星提供全球海洋表面物理场的动态遥感信息；陆地卫星和资源卫星提供陆地表面的地质构造、岩性、地表水、地下水、植被、土地覆盖和利用、环境生态效应等的直接或间接信息。航空遥感和近地遥感可提供较为详细的地理信息。

信息周期

不同遥感信息源的时间周期不同，有5种尺度：

（1）超短期的，如热带气旋、寒潮、海况、鱼情、赤潮、晴空湍流、城市热岛和污染事故等，其动态通过卫星遥感监测，按小时计算，并需结合定位观测台站来检验；

（2）短期的，如洪水、冰凌、旱涝、森林虫害、作物长势、绿波指数等，其动态变化，需要不同时间的对比，按日数计算，并需结合地面实况调查来研究；

（3）中期的，如土地利用、作物估产、森林蓄积量、草场载畜量、海洋初级生产力等，按周年的季节变化估算，并需要有经济统计数字作校正；

（4）长期的，如水土保持、自然保护、冰川进退、河流改道、海岸变迁、湖泊消涨、荒漠化和绿洲化等，其演变过程往往经历若干年的时间，需要历史地图和文献的佐证；

（5）超长期的，如新构造运动、火山喷发等地质现象，主要观察其在遥感图像上的历史痕迹和间接标志，参考化石、孢粉或C-14分析，推断其年代，重建其发生发展过程，演绎其变化规律。

信息处理

遥感信息处理过程可分为预处理、精加工和判读制图 3个步骤。预处理是对遥感图像的光谱辐射订正和平台姿态参数的校准；精加工是按地面控制展布高精度的正射图像地图；判读制图是对图像进一步增强特征抽取和数理统计分析，从而编绘研究需用的专题地图，并加以实地验证。这些步骤的实施，以光学仪器为主体的称为光学图像处理；以计算机为主体的称为数字图像处理；以地学规律或地理系统为支撑的称为地学处理。在比较复杂的判读和制图作业中，往往需要多种方法的配合，混合处理。

遥感图像分析方法，最常用的有以下几种：

（1）目视判读（或称解译）。运用地学（生物学）知识，借助光学仪器或电子光学仪器，根据自然环境与人文现象的相关性，对遥感图像上的直接或间接标志作综合的定性、定量分析，这种方法适用于航空照片或摄影图像。

（2）系列制图。以航空或卫星图像作为统一的信息源，按地理系统（或景观），逐级划分单元。这些单元内部具有统一的物质和能量的内循环，属于有共性的统一体，而与外部有明显的分异特征和界线。根据地面采样专业指标，将这些单元合并或细分为各种“类型”。按照自然发生发展的过程顺序作业，首先编绘地形图和地质图，其次是土地利用图和水文地质图，最后是土壤图和土地评价图。

（3）自动分类。对数字化多谱段遥感图像，借助于计算机，通过主成分分析、边界增强、傅里叶变换、KL变换等图像增强手段，对像元进行识别，最后绘出分布图，并统计面积。

（4）信息复合。由于不同遥感图像的波谱、时相，以及空间、时间分辨率不同，所提供的地理环境信息也不同。不同图像复合在一起，综合分析，可获得更多的信息。例如，洪水与枯水期湖泊图像复合，可以反映湖面的消长；雷达与多谱段扫描仪的图像复合，可以突出地质构造与岩性的关系。

（5）专家系统。地理信息系统的数据源，部分来自遥感，部分来自非遥感。后者包括地图数据库、高程数字模型库、地名库等。获取遥感图像或数据之后，以地理信息系统为基础，迅速更新多级比例尺的专题地图，做出预测预报。例如，通过专业评价模型软件，直接输出土壤侵蚀或森林蓄积量的图像数据，作出农作物估产或自然灾害趋势预测。

特点

遥感方法广泛应用于研究整个地球表层的岩石、大气、水、生物诸要素及其构成的自然综合体的特征、地理分布、相互作用和动态变化，以及人对自然环境的影响、提供了前所未有的信息源，不仅获得新的地理知识和促成了一些新的地理概念，而且促进了地理学研究从微观到宏观、从静态到动态、从定性到定量、从描述到预测预报的转变。

运用遥感方法对地理学研究的重要意义，有以下方面：

（1）区域调查方法的变革。长期以来，地理工作者主要通过定位观测和野外考察来研究区域地理现象，即以点、线的直接观察为基础，认识地理规律。遥感方法则使地理工作者可以首先通过卫星图像对整个区域、甚至全球作宏观概查，然后针对关键地区与关键问题，组织大比例尺的航空遥感详查，并结合野外实地考察。这种作业顺序更符合认识论的逻辑，更符合区域规划、工程设计的要求。

（2）全球性的准同步观测。常规的地面调查，需要较长时间才能完成，使用遥感方法可大大地缩短所用时间。通过卫星遥感，使人们能获得接近于同步的全球观测数据和图像。

（3）动态监测与预报。遥感技术系统具有大面积覆盖、准同步快速获取和处理大量信息的功能，特别是在高速计算机和地理信息系统支持下，加速和加深了人们对资源变化、自然灾害发生、区域经济发展趋势等的认识。把地理数据采集、处理、分析、模拟的全过程，压缩在自然和社会环境动态变化过程的时间之内，从而赢得预测预报的时间。

（4）向太空和宇宙的延伸。地理学主要以地球表层为研究对象，而遥感方法使地理学某些研究扩展到月球和其他行星，如通过卫星遥感，绘制了整个月球的地形图和地质图，以及火星和木星的地图。

（5）建立和更新地理信息系统，为地理学的区域性和综合性研究，提供了现代化的技术保证。地理信息系统的数据采集和更新，除利用地图和调查统计数据外，遥感也是重要来源之一。

参考书目

Remote Sensing

The Quantitative Approach