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遥感技术发展趋势和现状李海林2008.12一、遥感技术发展趋势1、遥感技术2、趋势二、遥感技术应用现状1、应用研究现状2、应用实例三、遥感技术发展与应用的战略方针四、甘肃省遥感技术应用现状1.遥感技术——从空间远距离测量地球表面物体辐射或反射的电磁波强度及其在空间和时间上的分布，以获取大气、陆地或海洋环境信息的技术。它是通过传感器对远距离目标进行探测，以取得电磁波谱资料、数据，从而对地物进行识别和分类。地球上各种物体都具有发射电磁波的特性，不同物体又具有互不相同的光谱特征，人们在事先掌握了各种物体的光谱特征后，只要借助某些手段收集、记录物体的不同性质的光谱特征，把这些特征信息与事先掌握(已知的)的光谱特征进行比较，就可以区别不同的物体。其主要目的就是要远距离感知、了解目标物。现代遥感技术由三部分组成：①遥感器（传感器）。这种仪器能接收到物体发射或反射过来的电磁波，感知远处物体的性质。目前遥感器有航空摄影机、多光谱照相机、多光谱扫描仪和微波雷达等。②遥感平台。是装载遥感器的工具。可用于飞机、气球、火箭、人造卫星和航天飞机等。③遥感图象处理。为满足各种不同的应用要求，需要对遥感器获取的原始图象进行处理。常用方法有光学的和电子学的两种，而目前以电子技术中的计算机数字处理最为重要。处理内容有图象整饰、几何纠正和镶嵌、特征提取和分类及各种专题处理。航天遥感应用中使用的数据基本有两种主要形式：遥感影像和数字图像无论是用何种遥感成像方式，影像都是记录在感光胶片或象纸上。如同普通像片那样，其灰度和颜色是连续变化的，它也被称为模拟图象，而数字图像往往记录在数字磁带上的，其灰度或颜色是离散变化的。·遥感影像是可以通过对地表摄影或扫描获得。光学成像是摄相机对地面物体摄影，直接在感光材料上记录地物的光像；扫描影像是地面信息通过探测器先变为电信号并记录在磁带上，然后回放磁带，在感光片上曝光而成。遥感影像有黑白和彩色两种，由于彩色影像比黑白影像能提供更多的地表信息，因此彩色影像在遥感中得到广泛地使用。(1)多波段影像：多波段影像是用多波段遥感器对同一目标（或地区）一次同步摄影或扫描获得的若干幅波段不同的影像。与单波段影像相比，它具有信息量大，光谱分辨率高（遥感器能分辨的地物的最小波长间隔）的特点，并且可通过各种影像增强技术，获得彩色合成影象，大大提高对地物的识别能力。Landsat上的MSS、TM和ETM+影像都属多波段扫描影像。(2)彩色合成影像：彩色合成是将多波段黑白图像变换为彩色图像的处理技术。一般为三色合成,也可两色或四色合成。合成的方法有两种：直接使用光学方法和使用计算机的数字处理。前者是将一组黑白透明片放入配有特定的红、绿、蓝三色滤光片的光学系统中，投影到同一屏幕上，使图像精确重合，形成彩色图像。数字处理合成法是令三幅图的像元亮度值变换为红、绿、蓝三基色的彩色编码去控制彩色显示设备，形成彩色图像。根据合成影像的彩色与实际景物自然彩色的关系，可分为真彩色影像和假彩色合成影像，前者是比较真实地反映地物原来彩色的影像，它可以通过彩色感光胶卷拍摄获得，也可以用彩色合成方法获得；假彩色合成影像是通过彩色合成方法获得的非真彩色影像。在光学合成法中，是将多波段影像配合不同滤光片准确重叠合成。影像的波段和滤光片可有各种组合方案，所得的假彩色影像也各不相同。解译时为了突出显示影像中的某种地物，可选择最佳组合方案。目前,用Landsat的MSS-4,5,7波段影像的正片,分别配以蓝、绿、红滤光片，重叠投影合成的是标准假彩色影像。在这种影像上，植被显示为红色，城镇为蓝灰色，水体为蓝色，雪和云为白色等等。假彩色合成影像目前广泛用于专题制图、资源调查、地学研究和环境监测等方面。数字图像又称“数字化图像”，它是以二维数组形式表示的图像。该数组由对连续变化的图像作等间隔采样所产生的采样点—像元(像素)组成，像元的实地面积大小就是影像的地面分辨率，即相当于IFOV在地面的投影面的大小，例如，陆地卫星(Landsat)MSS的4,5,6,7波段影像各由7,500,000个像元点构成。每个像元相当于实地面积57×79m2；TM的影像除第6波段外，像元的实地面积为30×30m2。在数字图像中，像元排列的横方向从左到右按像元号排列，在纵方向上按行号排列。各像元的位置由(像元列号，行号)决定。采样点(像元)用一数值表示称为像元的亮度值或灰度值，它对应着一个像元所代表的相应实地面积内地物电磁辐射的强度。电磁辐射强度越大，则亮度值越大。在量化的数据中，对应一个通道(波段)一个像元的信息量用比特(bit)表示。Landsat的TM的量化比特为8，MSS为6，NOAA为10。在计算机处理中使用字节(byte)为单位(1byte=8bits)，所以，通常用一个字节或二个字节的数据进行处理。图像数据的全部数据量为：行数×像元数×通道数×比特数/8，单位为byte。遥感图像的数据量非常巨大。在地面站接收的卫星数据通常被实时记录到高密度数字磁带(HDDT)上，然后根据需要拷贝到计算机兼容磁带(CCT)等其它载体上。CCT是记录、保存、分发卫星数据等数字信息的最一般的载体，计算机可以直接对CCT数据进行各种有效、灵活、可靠的处理，使遥感图像获得良好的判读、分析效果。遥感过程：遥感平台航天遥感——卫星传输的数据卫片航空遥感——飞机拍摄的照片航片天气预报、环境监测、地矿勘查、资源评价地形测绘、城市规划、水利工程、交通运输广义遥感——雷达、声纳探测仪、地震波谱仪等记录的数据、图形；医疗诊断仪器所形成的影像、图片。国防、军事海洋、生态农业、林业灾害治理地球上各种物体的原子都是带电的微粒，也就是一个小小的电磁系统，也都具有发射电磁波的特性，形成了各种地物所具有的不同波谱特征。同时，它们也都具有对太阳电磁辐射吸收、反射、散射、发射和透射的本领。而各种不同的地物，由于本身的电磁波谱和电磁振动频率不同，从而对不同的色光的吸收和反射能力大小不同。因此，各种地物都有自己独特的光谱特征。只要人们事先能掌握各种物体的光谱特征，用遥感仪器收集、记录这些各不相同的光谱特征，并将这些感测到的光谱特征信息与事先掌握记录在案的各种物体的光谱特征加以比较，就能够“对号入座”地区别出来各种不同的物体。遥感技术的最重要的奥秘就在这里。遥感技术特点：一是“遥”人们常说站得高看得远。从遥远的太空回头来观测地球真可谓遥远了，所看到的范围也就随之大大扩展了。飞在1万米(10公里)的飞机航空拍摄，一张照片只能是900平方公里，可分辨出400平方米的地块。而一幅地球资源卫星照片所拍摄的地面面积可达3．4万平方公里，差不多一张照片就可照下我国海南岛的全身相。如果需要，甚至可以把半个地球全拍在一张照片上，就是一张地球半身相。二是“感”人们常说不能凭感觉办事。肉眼只能感受到可见光，随着科学技术的发展，使用感测物体的科学仪器，就能感知人的感官难以感观到的物体，这些遥感仪器可以感受到地面上各种物体所辐射的各种波谱的波束，利用各种现代的探测仪器，既可感受到紫外波段和γ射线，也可感受到红外波段和微波从而获得平时人眼看不见的物体信息。三是“快”人们常说走得快不如飞得快，以往实地勘测一个地区地形，需要几年、几十年；用飞机航空测量也要一两年、七八年；而利用航天的地球资源卫星要把整个地球测量一遍，只不过需要18天就可完成，一个星期就可拍摄和积累地面景物照片1万张，而且迅速准确。四是“广”人们常说上通天、下达地，无所不知。利用地球资源卫星获取信息非常方便，可不受任何限制地广泛遥感地球任何一角。同时，这种技术既利用了现代高技术的各种成果，又推动了各项技术领域的广泛发展，“天地生、数理化”，都要涉及。遥感技术使人类对宇宙和自然界的认识有了新的飞跃．而且大大推动了人类认识了解自然、开发保护资源的科研和实用技术的发展。各国对应用空间遥感技术空前重视，积极发展这项技术。美国在80年代后期，已逐步组成了一个由“陆地卫星”系列卫星、海洋观测卫星和气象卫星为主体组成的“地球环境遥感卫星系统”，其遥感仪器已由第一代、第二代发展到第三代。其他许多工业先进国家和一些发展中国家，也都积极发展遥感技术。我国对开发空间遥感技术，从遥感仪器到卫星航天器都取得了很大进展，为国民经济发展起了重大作用。兰州-武威铁路选线图ETM+长江源头IRS与TM融合图遥感的分类：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0.3～0.38um之间;可见光，其探测波段在0.38～0.76um之间;红外遥感，其探测波段在0.76～14um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，但又将这一波段范围划分成若干个窄波段来进行探测。高光谱遥感是在紫外到中红外波段范围内，并且也将这一波段范围划分成许多非常窄且光谱连续的波段来进行探测。4、按遥感探测的应用领域分类根据遥感探测的应用领域，从宏观研究角度可以将遥感分类为:外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等;从微观应用角度可以将遥感分类为:军事遥感、地质遥感、资源遥感、环境遥感、测绘遥感、气象遥感、水文遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、灾害遥感及城市遥感等。2、当前遥感技术发展态势(1)遥感数据源的突飞猛进现代航空航天遥感数据获取技术趋向三多（多平台、多传感器、多角度）和三高（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时相分辨率）从空中和太空观测地球获取影像是20世纪的重大成果之一。（2）定量化：（空间位置定量化和空间地物识别定量化）遥感信息定量化——是指通过实验的或物理的模型将遥感信息与观测目标参量联系起来，将遥感信息定量地反演或推算为某些地学、生物学及大气等观测目标参量。（3）智能化遥感的智能化首先表现在遥感传感器的可编程：传感器不仅可以按设定的方式进行扫描，而且可以根据具体要求由地面进行控制编程，使用户可以获得多角度，高时间密度的数据。（4）动态化由于小卫星技术的发展，卫星造价大幅降低，使得卫星网络计划得以顺利实施。使用户可以在获得更高分辨率的数据的同时，也可以获得更高时间密度的遥感数据。（5）网络化当前，Internet已不仅仅是一种单纯的技术手段，它已演变成为一种经济方式——网络经济。人们的生活也已离不开Internet。大量的应用正由传统的Client/Server(客户机/服务器)方式向Brower/Server（浏览器/服务器）方式转移，和传统的基于Client/Server的GIS、RS等产品相比较，新的网络化产品有许多优点。平台独立性——无论服务器/客户机是何种机器，用户就可以透明地访问各种异构数据，在本机或某个服务器上进行分布式部件的动态组合和空间数据的协同处理与分析，实现远程异构数据的共享。低成本系统——传统GIS、RS在每个客户端都要配备昂贵的专业GIS、RS软件，而用户使用的经常只是一些最基本的功能，这实际上造成了极大的浪费。网络化的GIS、RS产品在客户端通常只需使用Web浏览器（有时还要加一些插件），其软件成本与全套专业GIS、RS相比明