衛星遙感技術如何進入

1. 遙感技術

4.1.1 概述

遙感是 20 世紀 60 年代發展起來的對地觀察綜合性技術。遙感一詞來自英語 RemoteSensing，即「遙遠的感知」。廣義的理解，泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波等的探測，我們一般說的遙感是指狹義理解上的意思，即主要指的是電磁波探測。准確地說，遙感是指應用探測儀器，不與目標物接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示出物體的特徵性質及其變化的綜合性探測技術。

可以概括地說，遙感技術應具備三個要素：

（1）以專用設備（感測器）接收、記錄遠方地物電磁波輻射（包括反射或地物自身發射）的信號；

（2）將感測器接收的電磁輻射信號形成圖像；

（3）通過對圖像的處理和分析，不與之接觸就可感知遠方事物。

根據遙感的定義，遙感系統包括：被測目標的信息特徵、信息的獲取、信息的傳輸與記錄、信息的處理和信息的應用五大部分。任何目標物都具有發射、反射和吸收電磁波的性質，這是遙感的信息源。目標物與電磁波的相互作用，構成了目標物的電磁波特性，它是遙感探測的依據；接受、記錄目標物電磁波的儀器叫感測器，如掃描儀、攝影機、雷達等，而裝感測器的平台叫遙感平台，主要有地面平台、空中平台、空間平台；感測器接收目標物的電磁波信息，記錄在數字磁介質或膠片上，膠片是由人或回收艙送到地面回收，而數字磁介質上記錄的信息則可通過衛星上的微波天線傳輸給地面的衛星接收站；地面站接收到遙感衛星發送回來的數字信息，記錄在高密度的磁介質上如光碟或磁帶等，並進行一系列的處理，如信息恢復、輻射校正、衛星姿態校正、投影變換等，再轉換成用戶可使用的通用數據格式，或轉換成模擬信號，才能被用戶使用；最後就是應用了，遙感獲取信息的目的就是應用，這是由各專業人員按不同的應用目的進行，在應用過程中，也需要大量的信息處理和分析，如不同遙感信息的融合及遙感與非遙感信息的復合等。總之，遙感技術是一個綜合性的系統，涉及航空、光電、物理、計算機和信息科學等諸多領域，它的發展與這些相關領域是密不可分的。

4.1.2 遙感影像處理目的和內容

任何遙感系統獲得的原始圖像數據均是三維景物的二維投影顯示，存在不同程度、不同性質的幾何形態畸變和輻射量的失真等現象，嚴重影響其應用效果，必須進行消除處理。概括起來主要包括以下三個方面：

（1）對接收系統獲得的遙感信號進行處理和記錄，回放出原始遙感影像圖，對圖像中存在的畸變及失真現象，根據成像機理與相應的構象方程數學模型進行補償和校正，這可統稱為遙感變換和增強處理。

（2）根據人眼的視覺原理與觀察事物的特點對遙感圖像進行各種變換和增強，以改善和提高遙感圖像中反映地物目標特性的視覺效果與可識別性。這可統稱為遙感影像的變換和增強。

（3）對原始遙感圖像所反映的地物目標波譜特徵進行反演、統計和分析解譯，提取出地物目標類別及其空間分布等信息。

4.1.3 規模化高效率處理技術

遙感技術作為一種快速、宏觀的資源調查手段，近幾十年來在土地利用、土地覆蓋 / 土地覆被變化調查與研究中的作用得到了公認。多空間尺度、多時間尺度以及多光譜尺度的海量衛星遙感獲取技術已經成熟，為土地管理應用提供了豐富的影像數據源，特別近年來高解析度衛星不斷發射升空，遙感影像數據量正在呈幾何級數增長，給遙感影像數據處理帶來了巨大的困難，也使影像數據應用與管理面臨新的挑戰。本項目在對河南省海量數據處理中建立了遙感影像規模化高效率的處理技術。主要採用了以下三種處理手段應用到遙感影像處理當中：

（1）基於 SAN 架構遙感影像流程化處理。日益增多的海量多源遙感數據對現有的遙感影像處理產生了巨大的壓力，現有的遙感圖像處理系統數據處理能力落後於遙感影像的獲取能力，遙感影像處理能力已經成為遙感技術應用發展的主要限制因素。產生這種情況的主要原因在於現有的遙感影像處理系統缺乏通用處理流程，海量數據與中間成果的存取、處理、分發受計算機硬體的性能嚴重製約。針對此情況採用先進的 SAN 架構的存儲系統，建立靈活有效的處理流程，當處理任務發生改變時，需要對流程進行必要的調整，一個有效的、可定製的並且方便擴展的處理系統至關重要。

通用流程化的數據處理系統相當於一套規范的數據處理流水線，並且依託 SAN 架構的數據儲存作為載體，根據數據處理的要求，很方便地定製所需的數據處理流程。也可以根據數據處理要求的變化而相應地更改數據處理流水線。通過總結眾多處理流程的共性，概括出一些基本的處理要素，並且制定處理標准，從而使建立遙感影像流程化處理。

（2）自動和半自動配准技術的應用。配准包括兩個主要的步驟：第一步要標注足夠數量的控制點，而且要盡量分布均勻；第二步是使用兩幅衛星影像中的一幅作為參考圖像，將第二幅的地理投影信息和圖像數據變換到和第一幅相同。

在探索自動尋找控制點的方法之前，需要先分析好控制點的特性，這樣才能有的放矢。

傳統手工標注控制點時，一般要求控制點選取在道路、橋梁、建築等不會隨季節等時間因素發生大的改變的地面特徵點上，而河流、森林、田地等邊界、內部會隨著季節、天氣發生很大變化的地面特徵則不適合作為地面控制點。比如豐水期和枯水期的河道會有寬窄變化，夏季和冬季森林的遙感影像也會有很大的差異。因此，在公路拐點、沿線、橋梁的交叉口、大型建築的角點等人眼易於分辨定位的地方標注控制點是很好的選擇，這樣可以方便地在另一張衛星影像上人工找出同名地物點。

此外，在非公路橋樑上的點，如果也是可以由人工易於辨認並修正，那麼也可以作為控制點。

可以看到，配准同樣也存在著手工標注控制點的瓶頸問題。而且和衛星影像精矯正比起來，配准後的衛星影像匹配程度要求更高，因此更需要大量高質量的控制點。單純靠手工標注非常耗時，使用控制點影像庫也需要積累有大量同一區域的控制點，對於陌生區域的標注無能為力。因此，如果能利用計算機在衛星影像上全自動或者半自動選取控制點，對於提高生產效率是非常有幫助的。

（3）區域網平差整體校正的應用。長期以來，衛星遙感影像的精確定位一直依賴於大量地面控制點，控制點的數量與分布直接影響遙感影像對目標定位的精度。而選用區域網平差進行影像參數模擬，可以在控制點資料庫中選取少量的地面控制點，在景間需有一定數量的聯接點，就完成影像糾正。校正所需控制點數量較少，可大幅度提高遙感影像處理效率。

2. 遙感技術

「遙感」一詞最早由美國海軍研究所伊夫林·L·普魯特提出，1962年在美國密執安大學第一次國際環境遙感討論會上被採用。遙感是從遠距離高空及外層空間的各種平台上利用可見光、紅外、微波等電磁波探測儀器，通過攝影或掃描、信息感應、傳輸和處理，研究地面物體的形狀、大小、位置及其環境的相互關系及變化的現代技術學科。

（一）遙感發展概況

遙感的發展可分為兩個階段：第一是航空遙感階段。第一次世界大戰時期，利用飛機上的望遠鏡和照相機進行偵察。第二次世界大戰後，航空遙感不斷發展，目前已成為軍事偵察和自然資源調查的重要手段。第二是航天遙感階段。1957年，前蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，開創了從外層空間探測地球的先河。美國航天局在20世紀60年代發射了「雨雲」等氣象衛星和「阿波羅」等載人航天器，用攝影機拍攝了第一批地球衛星照片。經過長期准備，特別是對各種地物光譜特徵和遙感圖像數據處理、分析判讀技術進行研究後，美國於1972年7月23日發射了第一顆地球資源衛星（ERTS），專門從事地球資源遙感，之後又發射了第二批地球資源衛星（LANDSAT）。1998年，LANDSAT7號衛星發射升空；1999年9月，美國發射了IKONOS商用衛星，它的對地解析度為1米，標志著美國的民用遙感已遠遠走在世界的前列。目前，美、俄、法、加、日、英、印、中等國家已成為世界上應用遙感技術較為成熟的國家。

（二）遙感技術及其特點

1.遙感技術的內容

遙感是能源作用下目標反射輻射→介質傳輸→遙感器→信息處理和應用的一個過程，實現這個過程所採取的各種技術手段統稱為遙感技術，具體包括下列內容：

（1）遙感器技術，是專門研究製造感測目標信息和收集目標信息設備的技術。

（2）信息傳輸技術，是專門研究如何將遙感器收集、記錄的信息資料傳送到信息處理中心的技術。

（3）實地采樣技術，是專門研究收集目標信息特徵，為處理目前信息資料時判別目標提供依據的技術。

（4）信息處理技術，是分析判釋和應用技術，包括信息數據的壓縮、傳輸和校正技術及圖像顯示記錄技術。

（5）識別分析判釋技術以及信息存儲和應用技術。

2.遙感技術的轉點

遙感技術的主體是空間遙感技術，比較典型的如資源環境監測、氣象預報等技術。美國在20世紀70年代初就發射了地球資源技術衛星，後來我國也成功地發射了氣象衛星。空間遙感技術具有以下主要特點：

（1）獲取信息量大。

（2）資料新穎，能迅速反映動態變化。

（3）獲取的信息內容豐富。

（4）成圖迅速。

（5）獲取信息方便，全天時、全天候，不受地形限制等。

這些特點不僅使人類對宇宙和自然的認識有了新的飛躍，而且還大大增強了人類改造自然、開發和保護資源的能力。

空間遙感技術可以在數百萬千米的高度通過遙感平台獲取各種大、中、小比例尺的遙感影像，可稱之為現代遙感技術。

（三）遙感的發展熱點

1.感測器研製日趨深入

（1）遙感解析度正日益多樣化，遙感技術正朝著「宏觀」和「微觀」兩個方向發展。為了滿足精確探測物體或大規模研究目的需要，20世紀90年代末期及21世紀初發射的衛星感測器，大都注意把解析度作為其獲取信息的一個重要指標。加拿大於1995年11月發射的RADARSAT衛星4種作業方式下的空間解析度分別為10米、28米、35米和50/100米，其掃描寬度相應為50千米、100千米、180千米和300/500千米。以色列發射的EROS-A和EROS-B兩顆衛星的地面解析度分別為2米和1米，掃描寬度分別為11千米和30千米。

目前，普遍認為，在衛星各項基本技術條件不變的情況下，縮小掃描范圍，降低衛星高度就可以提高解析度。以美國LANDSAT5為參考來看法國SPOT和以色列的EROS-A、EROS-B衛星，掃描幅度縮小了，而解析度提高了。目前，各種遙感探測器的解析度由千米級、百米級，發展到米級、分米級，形成了觀察地球及其宇宙空間的影像金字塔，為研究多種自然地理環境提供了豐富的信息源，推動著遙感及其相關學科研究的不斷發展。

（2）感測器波段更加細化。感測器的波段是衡量感測器性能優劣的重要參數，針對研究目的的不同，許多感測器設置了專用波段，而且波段的劃分也更為精細。

RADARSAT衛星具有25種波束（Fl～F5，S1～S7，W1～W3，SNl～SN2，SWl，H1～H6及L1)，加之其SAR數據的獲取工作時間是ERS-1和JERS-1工作時間的兩倍，因而能滿足多領域遙感應用的需要。美國NASA計劃1998年發射的EOS地球觀測系統空間站搭載0.40～1.041微米的64波段中等解析度成像光譜儀，0.40～2.50微米的92波段高解析度成像光譜儀，1.4G赫茲（L波段）與6～90G赫茲6波段高解析度微波輻射計，還有包括L波段（24厘米）、C波段（5.7厘米）和X波段（3.1厘米）在內的不同極化方式的EOS-SAR合成孔徑雷達。可以看出，波段的增多與細分對提高感測器的探測精度及增強感測器的探測目的，具有極其重要的作用。

（3）感測器愈加專業化。針對事先擬定的研究對象及目標，許多遙感平台上都攜帶了專門的感測器。例如，歐洲空間局（ESA）於1995年4月發射的ERS-2衛星，安裝有合成孔徑雷達（SAR）和風力散射計組成的主動微波遙感系統（AMl），另外還搭載雷達測高儀、紅外掃描儀、全球臭氧監測光譜儀、微波測深儀、精密測距儀以及激光反射儀等感測器，為多層次、多方位地研究環境問題提供了豐富的信息源。

目前，許多感測器都有明確的目的性和專業特點，有專門研究海水溫度的感測器，也有為地質找礦設計的感測器，還有研究植被變化的感測器等等。感測器的專業特點愈強，研究的准確性就可能愈高，專題研究就可能愈加深入。

2.應用領域更為廣闊

20世紀90年代後期以來的遙感，已遠遠超出了其發展初期的狹隘范圍，並正在向多方位、多層次發展。

（1）資源與環境研究十分活躍。土壤學研究是遙感應用得最為廣泛的領域之一，正因為如此，ISPRS第七委員會下設了再生資源、地質礦產資源、土地退化與荒漠化、災害損失和環境污染、人類居住、陸地生態系統監測、雪、冰、海洋和海岸線監測以及全球監測等10個工作組，這些工作組不同程度地反映了資源與環境遙感的側重點及發展方向。

在新的世紀，生存與發展成為人類面臨的主要問題。世界各國都試圖把治理環境、減少災害作為未來研究的重點，而遙感技術則具有巨大的優越性。美國NASA的LANDSAT、法國的SPOT以及ESA的ERS等，都把地球作為一個研究對象，為科技工作者提供研究臭氧、植被、海水溫度、大氣狀況的基礎資料，同時也為人類研究地球，保護自己的家園提供更為翔實的測試信息及圖像資料。

（2）宇宙遙感得到了進一步加強。目前遙感的發展已超出了「空對地」的范疇，發展到了「地對空」及「空對空」等多個方面。由美國、俄羅斯、法國等聯合開展的火星（Mars）計劃，就是宇宙遙感領域的代表。目前，它不僅把整個地球大氣圈、水圈、岩石圈作為研究對象，而且把探測范圍擴大到地球以外的日地空間。

宇宙遙感的發展，使人們的認識水平及能力不斷得到提高，同時也幫助人們探討一系列重大的學術問題。從目前火星探測器上發回的圖像及數據分析中，科學家們已獲得了許多有助於研究生命起源、星體形成、宇宙演化等重大問題的基礎信息，同時也為進一步研究大地構造和宇宙資源的探測提供幫助。

3.多種高新技術日趨一體化

「3S」技術一體化是目前發展比較活躍的領域，在短短的幾年中，數字攝影測量系統（DPS）及專家系統（ES）又悄然與「3S」技術融為一體，出現了所謂的「5S」技術。這些技術的交匯與融合是當今計算機科學和空間科學發展的產物，同時，也推動遙感學科本身以及相關學科（如地球科學、環境科學、城市科學、管理科學等）的相互滲透與相互綜合，進而形成一門新的邊緣學科——地理信息學，成為信息科學和信息產業的一個重要組成部分。信息科學的發展，又影響到幾乎是全球性的生產方式和生活方式的改變，也影響了科學技術本身的發展，Internet的廣泛普及使信息獲取及共享更為快捷，使計算機滲透到輔助設計、輔助加工、輔助測試分析、經營管理等領域。

（四）地理信息系統與遙感的結合

GIS與RS的結合主要表現為RS是GIS的重要信息源，GIS是處理和分析應用遙感數據的一種強有力的技術保證。兩者結合的關鍵技術在於柵格數據和矢量數據的介面問題：遙感系統數據普遍採用柵格格式，其信息是以像元形式存儲的；而GIS數據主要採用圖形矢量格式，是按點、線、面（多邊形）形式存儲的，它們之間的差別是由於影像數據和制圖數據採用不同的空間概念表示客觀世界的相同信息而產生的。

對於RS與GIS一體化的策略，Ehlers等提出了三個發展階段：第一階段，採用數據交換格式把兩個軟體模式聯結起來；第二階段，兩個軟體模式具有共同的用戶介面，且同時顯示；第三階段，具有復合處理功能的軟體體。

（五）遙感的地學實際應用

近年來我國關於RS和GIS結合集成的研究較多，經歷了由初步探討向逐漸成熟發展的過程。其應用主要包括兩個方面：一是RS數據作為GIS的信息源；二是GIS為RS提供空間數據管理和分析的手段。張繼賢在國內較早提出綜合GIS信息中的地學知識和遙感數據可以提高遙感分類的精度，消除應用單一遙感圖像判讀所存在的若干弊端。但是，兩者的結合由於存在數據轉換的問題，因而相應軟體的研究也很重要。任小虎等在應用RS與GIS集成系統GRAMS的過程中，認為該軟體雖然可以實現表面無縫的結合，但是就其內部格式的轉換上卻還不能實現數據的共享與自由轉換。初期的關於RS如何為GIS提供數據和信息的研究也開展得較多，如劉濱誼等在對城鄉區域進行規劃的過程中，就藉助RS作為主要信息源來採集區域信息，並在此基礎上進行規劃設計。向發燦在對湖北武昌和陝西安塞的土地評價中，也應用RS獲取評價因子的值作為信息源，進行復合和疊加，並在此基礎上，由GIS進行加工和處理，實現了動態快速的土地資源評價。具體到RS與GIS完全結合與數據格式的轉換問題，秦志遠提出了「結合錐」的結合模式和混合Freeman鏈碼結構，以解決這一問題。

目前，RS與GIS一體化的集成應用技術漸趨成熟，在植被分類、災害估算、圖像處理等方面均有相關應用報道。在應用GIS的空間分析功能為RS數據提供空間數據管理和分析的研究中，多是考慮GIS的DEM數據、氣候、環境等因素的空間分布。如劉紀遠等在對中國東北植被綜合分類的研究中，探討了將GIS提供的地理數據與遙感數據復合的可行性，嘗試在GIS環境下將氣溫、降水、高程3個影響區域植被覆蓋的主要指標，按一定的地面網格系統和數學模式進行定量化，生成數字地學影像，並使之與經過優化、壓縮處理的NOAA-AVHRR數據進行復合，取得了良好的效果。李震等在對青藏高原冰川變化的研究中，以RBV、MSS、TM遙感資料為信息源，提取冰川界線，形成冰川邊界圖；以GIS為工具分析該冰川群的變化，得出了布喀塔格山峰北部冰川的變化規律。綜合應用GIS和RS進行旱情監測、土地利用分類的技術也已相當成熟。黃家柱等充分發揮RS、GIS、計算機制圖技術及網路技術等學科前沿的優勢，研製了「長江三角洲地區遙感衛星動態決策咨詢系統」，代表了RS和GIS結合並綜合其他多學科技術的新方法。

3. 遙感技術的未來發展趨勢是什麼呀

行業主要上市公司：中國衛星(600118)、北斗星通(002151)、雷科防務(002413)、航天電子(600879)、北方導航(600435)、歐比特(300053)、航天宏圖(688066)、超圖軟體(300036)、四維圖新(002405)、中科星圖(688568)、中科國信(430062)

本文核心數據：遙感衛星存量、商業遙感衛星存量、商業遙感衛星發射量、商業遙感衛星佔比、遙感衛星市場規模

行業概況

1、定義

遙感衛星是一種利用衛星上所裝載的遙感器對地球表面和低層大氣進行光學或電子探測以獲取有關信息的應用衛星。用衛星作為平台的遙感技術稱為衛星遙感。通常，遙感衛星可在軌道上運行數年。衛星軌道可根據需要來確定。遙感衛星能在規定的時間內覆蓋整個地球或指定的任何區域，當沿地球同步軌道運行時，它能連續地對地球表面某指定地域進行遙感。遙感衛星由衛星平台、遙感器、信息處理設備和信息傳輸設備組成。

目前，我國的非軍用遙感衛星主要有民用和商用兩類用途，其中民用遙感衛星主要指不以營利為目的，主要服務於國家政府部門、公眾業務等的遙感衛星，以國家投資為主;商業遙感衛星主要指以營利為目的，廣泛應用於商業市場的遙感衛星，以市場公司投資為主。

以上數據參考前瞻產業研究院《商業遙感衛星行業市場前瞻與投資前景分析報告》。

4. 遙感衛星的成像原理是什麼

原理：由於地物各部分反射的光線強 度不同，使感光材料上感光程度不同，形成 各部分的色調不同所致。

在近紅外波段，潔凈水體的反射率遠比土壤和植被的反射率低，所以在衛星圖像上可以很容易地區分水體和非水體的界限。

像黃河這樣泥沙含量較高的水體，其反射率的最大值移向可見光波段，但仍比土壤和植被為低。這樣，在衛星圖像上就能夠將發生凌汛的地點及其區域判讀出來，進而可以根據像元數估算淹沒范圍和面積。

(4)衛星遙感技術如何進入擴展閱讀

特點：

衛星遙感調查具有視點高、視域廣、數據採集快和重復、連續觀察的特點，獲取的資料為數字化，可直接進入用戶的計算機圖像處理系統。

所有的遙感衛星都需要有遙感衛星地面站，從遙感集市平台獲得的衛星數據可監測到農業、林業、海洋、國土、環保、氣象等情況，遙感衛星主要有氣象衛星、陸地衛星和海洋衛星三種類型。

衛星遙感調查具有傳統的調查方法無法比擬的優勢。衛星遙感調查在土地資源、森林資源，地質礦產資源、水利資源調查和農作物估產等方面具有廣闊的應用前景。