在认识卫星遥感之前,首先需要了解什么是遥感。遥感这一术语是美国地理学家艾弗林·普鲁伊特于1962年提出的。广义上,可以理解为遥远的感知,泛指一切无直接接触的远距离探测;狭义上,可以理解为使用对电磁波敏感的仪器设备,在非接触条件下探测目标反射、辐射或散射的电磁波,并进行加工处理,获得目标信息的一门科学和技术。与遥感相对立的是近感(又称原位测量),即与物体有直接接触的探测。

近感(有直接接触)不属于遥感的范畴

例如,将温度计插入土壤中测量土壤温度,就是近感;而应用红外辐射计或微波辐射计等仪器,距土壤数米(载于地面或车辆等)、数千米(载于飞机),或数百千米(载于卫星)测量土壤温度,就是遥感。再如,用几何三角法在地面测绘地图属于近感;而将测绘相机载于飞机或卫星上测绘地图便属于遥感。

遥感的基础主要是以电磁波为媒介,得以实现无接触探测。遥感的原理是:电磁波与物体相互作用,使其载有物体的有关信息;对电磁波敏感的遥感器接收载有信息的电磁波,得到含有信息的遥感数据;再经过处理,反演和解译出物体所含的信息。卫星遥感系统主要由用于获取遥感数据的遥感器,装载遥感器并保障其正常工作的卫星平台,以及对遥感数据进行接收、处理、完成信息提取和生成遥感信息产品的设施共同组成。

如下图所示,遥感有不同的分类方法。

典型遥感的分类

按工作机理可分为被动遥感和主动遥感:

被动遥感和主动遥感示意图

按探测谱段可分为光学遥感和微波遥感;按数据表现形式可分为成像遥感和非成像遥感;按装载遥感器的平台可分为地面遥感、航空遥感、临近空间遥感和航天遥感等。

不同平台的遥感示意图

被动遥感的遥感器仅具有被动接收电磁波的功能,接收自然界电磁辐射(如太阳光)与物体作用后的电磁波,代表性的遥感器有可见光及红外相机、微波辐射计等。主动遥感的遥感器具有主动发射并接收电磁波的功能,先主动发射电磁波照射要探测的物体,遥感器再接收与物体相互作用后的电磁波。其典型的遥感器包括合成孔径雷达(SAR)、激光雷达和微波散射计等。

光学遥感又可分为紫外、可见光、红外遥感等。微波遥感也可以按谱段划分,从米波、分米波、厘米波、毫米波到太赫兹遥感。

遥感数据表现为图像形式的称为成像遥感,代表性的遥感器有光学相机、成像光谱仪和合成孔径雷达等;遥感数据表现为非图像形式的称为非成像遥感,代表性的遥感器有雷达高度计、微波散射计以及大气垂直探测仪等。

航天遥感主要靠航天器获取数据,航天器分为载人航天器(包括飞船和空间站等)和无人航天器,无人航天器又分为人造地球卫星和空间探测器。以人造地球卫星为平台的遥感称为卫星遥感。卫星遥感的任务包括对地观测、空间环境观测和天文观测等。

遥感的历史可以追溯到19世纪中叶,法国物理学家达盖尔发明了摄影术之后,纳达尔从气球上拍摄了巴黎的鸟瞰照片。20世纪初,莱特兄弟发明了飞机,为航空摄影创造了有利条件。1957年10月4日,苏联发射了第一颗人造地球卫星。1959年2月,美国利用发射的先锋2号卫星首次拍摄了地球云图,开启了卫星遥感时代。

卫星轨道高、飞行速度快,不受国界和地理条件的限制,可以充分发挥“站得高、望得远”的优势,观测幅宽可达数千米甚至上千千米,能够在短时间内获得大面积的数据,探测到地面遥感和航空遥感所不能涉及的区域,具有极大的应用价值。

在过去60年时间里,卫星遥感获得了迅猛发展,世界各国发射的遥感卫星超过2500颗,这些卫星在资源调查、测绘、天气与海况预报、防灾减灾和军事侦察领域发挥了重要作用。如今,卫星遥感已成为人类认识世界、理解人与自然的相互关系、维护国家安全、促进可持续发展不可或缺的手段。

遥感(包括卫星遥感)是一门新兴、年轻的科学和技术,高分辨率的精细化观测已经成为主流发展方向之一。光学遥感正在向更高空间分辨率、时间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率等方向发展,微波遥感正在向更高频段、多频带、多极化、更多探测功能、高时空分辨率、高测量精度等方向发展。多颗卫星组网运行及多种类型的遥感器的应用,使得全天时、全天候观测能力日趋增强,将建成大小卫星相辅相成、天地结合的全球性、立体多维的遥感体系。各种新型高效遥感处理方法和算法,将被用来解决海量遥感数据的处理、校正、融合和遥感信息可视化问题。遥感分析技术从定性向定量转变,定量遥感成为遥感应用发展的方向。遥感提取技术将建立适用于遥感图像自动解译的专家系统,逐步实现遥感图像专题信息提取自动化。

随着卫星遥感与移动互联网、物联网等新一代信息技术的融合,基于空间信息的内容服务产业正在形成,并引领遥感卫星及其应用技术与服务的创新发展。遥感数据可以用于人们生活的方方面面,随着大数据时代的到来,必然掀起一场大变革。预计未来的15 年,人类将进入一个多层次、立体化、多角度、全方位、全天候和全天时对地观测的新时代。高中低分辨率互补的全球对地观测系统,以星座形式实现多种成像系统的综合集成,将能快速、及时地提供多种空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率的对地观测海量数据。同时,高精度参数测量、多角度测量、偏振测量、激光测高和成像等技术正在逐步走向实用。随着高分辨率遥感卫星性能以及遥感卫星综合应用能力不断提升,卫星遥感与新一代信息技术融合发展的趋势日益明显,卫星遥感的应用模式加速创新,卫星遥感产业将进入一个新时代。


来源:中国测绘学会

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