A. 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。
B. 什麼是遙感技術
在古代神話中，齊天大聖孫悟空能知道遙遠地方發生的事。可是，你知道嗎？在我們現實生活中也有這種神通廣大的傢伙，這就是遙感技術。什麼是遙感技術呢？它就是不直接與目標物接觸而通過利用電磁波信號遠距離感知目標及其性質和狀態的一項新興技術。
遙感技術於19世紀問世。早在1839年，人類就利用它獲得了第一張照片，1858年法國人首次乘氣球在巴黎上空進行了空中攝影實驗，到1903年發明了飛機之後，航空攝影迅速地發展起來。1957年第一顆人造衛星升空時，人們把遙感裝置裝在了衛星上，開始出現了從宇宙空間進行無線電偵察和探測的方法，從此遙感技術進入了實用階段，成為一種綜合性的探測技術。美國戰略通信衛星就是通過現代化的無線電儀器設備，來感知遠方軍事目標真相的。到20世紀60年代以後，遙感技術又應用到了國民經濟的各個部門，如農林、水文、地質、海洋、測繪、環境保護、工程建設等許多方面。1972年美國發射了第一顆地球資源衛星，人們通過電磁波手段，首次完整地看清了地球的全貌，獲得了極其豐富的地物資料。隨著空間技術的發展，人類通過遙感技術從宇宙中得到了很多寶貴的資料。這說明人類通過遙感技術對未知領域的勘測和探索，進入了一個新的階段。
我們所說的遙感技術的原理是怎麼回事呢？大家知道，地球上所有的物體都能輻射電磁波，通過遙感器接收來自物體的電磁波，再通過光學和電子技術處理後，從中了解物體的狀態和性質，進而獲取有關的信息。
遙感系統是一個團結的集體，成員有：遙感器、遙感平台、信息傳輸設備和信息處理設備。其中最重要的是遙感器，它的主要任務是感受來自目標的電磁波信息，通常由高解析度照相機、電視攝像機、多光譜掃描儀等擔任。遙感平台是用來安裝遙感器的。信息傳輸設備是完成遙感平台與地面物體之間信息傳遞工作的。信息處理設備是對所接收封的信息進行處理的地方，主要有圖像處理設備、彩色合成儀和電子計算機等。
遙感系統這個大家庭是可以分類的。按遙感器載體不同可分為：地面遙感、航空遙感、航天遙感；按工作原理不同可分為：主動遙感和被動遙感；按遙感方式不同可分為：可見光遙感、紅外遙感、紫外遙感、微波遙感等。無論怎樣分類，每一類遙感系統在捕獲遠方信息方面，都具有很大的威力，特別是航天遙感技術更是占盡風光，很多國家的軍事情報都是通過航天遙感技術獲取的。到20世紀80年代中期，世界各國共發射了3000多顆人造衛星，其中70%以上直接或間接地應用在軍事上，上面裝有各種遙感器，能對地面環境進行連續不斷地偵察和監視。可見光遙感解析度很高，可以清楚地了解到地面上的物體；紅外遙感可晝夜工作並能識別地面上的偽裝物；多光譜遙感更是優越，它同時具有可見光遙感和紅外遙感的全部優點；微波遙感解析度更高，它能穿過雲霧、植被和地表，在從偵察衛星上獲得的照片中，能夠清楚地看出機場跑道、滑行中的飛機、導彈發射架等軍事目標，還能區分坦克和車輛的類型。概括起來說，它們的共同優點是：偵察范圍廣，不受地理條件的限制，發現目標迅速准確等。大家看，遙感的本領是不是很了不起啊！
其實，遙感所能做的工作還有很多。比如，遙感技術應用於武器制導上，可以大幅度提高命中精度。遙感技術應用於探測來襲的戰略彈道導彈，能夠提供25分鍾的預警時間。遙感技術應用於軍事偵察和軍事測繪，能夠減少飛機和艦艇的導航誤差，從而提高作戰效果。遙感技術應用於地質方面，可以進行全球性地質現象的研究，有利於尋找新的礦物資源，還可以對地震、火山等情況進行預報，還能對沙土移動以及河口演變等提供詳細的資料。遙感技術應用於海洋水文方面，能為尋找地下水提供線索，還可以測量海水的深淺，為發展海洋事業提供依據。遙感技術應用於農林方面，可以進行大面積農情調查，掌握灌溉、排澇、施肥、除蟲的時機」，以便採取相應的措施，還可以估算森林資源，測量土質和牧草情況，為發展農牧業創造條件。遙感技術應用於環境監測方面，可以觀察大氣污染情況，幫助尋找污染源，檢查植被的損壞情況等，以便更好地採取措施，保護生態環境。
事實上，通過遙感技術所獲得的不同信息往往是重疊在一起的。這就必須研究目標的電磁特性，掌握電磁波與地、物作用的一般規律，才能從遙感圖像上准確地獲得更多有用的資料。
今後，遙感技術的發展趨勢是：從被動遙感向被動遙感與主動遙感相結合的方向發展；從單一電磁波遙感向多波種相結合的遙感方向發展；從半天候遙感向全天候遙感方向發展；從定性遙感向定量遙感的方向發展。隨著時間的推移，伴隨著科學的不斷進步和深入發展，遙感技術將變得越來越不同凡響！