什么是遥感?地球观测指南

我们利用遥感做什么?

遥感是一门不用物理存在就能获得信息的科学。例如,三种最常见的遥感方法是 飞机 , 卫星 和 无人机 .

怎么样? 遥感 解决地球上一些最具挑战性的问题?而遥感如何超越人类的视野去捕捉地球的特征呢?

从天气预报到军事情报,这只是冰山一角。

让我们来看看遥感及其对我们日常生活的惊人影响。

华盛顿特区美国国会大厦三维激光雷达点云

什么是遥感应用和用途?

首先,如果我们要解决我们这个时代的一些主要挑战,遥感数据是 从根本上来说很重要 作为一个完整的系统来监测地球。从字面上讲,遥感有数千种用途,但这里只是 100 of remote sensing applications。

例如,北极是一个不可原谅的旅游目的地。由于野外活动的明显安全风险,科学家利用遥感 sea ice monitoring 船只跟踪甚至国防。

美国宇航局的AURA航天器监测地球平流层的臭氧。紫色表示臭氧含量低,而灰色表示大量氯。深蓝色代表一氧化碳

我们已经看到了 Light Detection and Ranging (LiDAR) 这只是一种精确测量的方法 有多远 事情是这样的。通常,飞机和无人机根据陆地的大小和面积捕获激光雷达。使用 digital elevation models 从激光雷达,我们可以更好地预测洪水的风险,考古遗址,甚至自动车辆。

激光雷达代表光探测和测距。它用激光测量距离。这对于测量裸露地面上的高度及其特征非常有用。

由于遥感覆盖了如此多的土地,它将大量的信息交给决策者。

遥感是如何工作的?

事实上,秘密在于遥感一点也不复杂。事实上,你的眼睛使用遥感通过阅读这页现在…

如前所述,遥感意味着你从远处获取信息。当你在外面时,太阳会发光。每一个物体都会将红色、绿色和蓝色混合在你的眼睛里。卫星上的传感器也是如此。

但重要的是要知道,在 electromagnetic spectrum 从短波长(像X射线)到长波长(像无线电波)。

这就是为什么遥感是一门如此强大的学科。因为我们可以超越人类的视野,只有这个事实才能让我们看到我们从未见过的东西。换句话说,我们可以看到无形的。

看不见的东西意味着什么?

如果你看上面的电磁频谱图像,我们的眼睛在可见光谱(390-700纳米)中是敏感的。实际上,这只是一个小范围的光,因为工程师们可以设计传感器来捕捉它的其他部分。

例如,近红外(NIR)光的范围是700到1400纳米。我们已经知道植物反射更多的绿光,因为我们的眼睛就是这样看的。使用 indexes like NDVI 我们可以对整个地球的健康植被进行分类。

每个光谱区域根据其频率(V)或波长进行分类。

什么是光谱带?光谱带只是一组波长。光谱带的例子有:紫外线、可见光、近红外、中红外、热红外和微波。

不仅是近红外波段,而且其他光谱波段对 classify land cover 在地球上。我们可以对土地覆盖进行分类,因为 each object has its own unique spectral signature, depending on its chemical composition.

因为我们可以使用紫外线、可见光、近红外、中红外、热红外,所以我们可以对地球上的不同特征进行分类。最终,土地覆盖是我们如何理解我们不断变化的星球和气候变化之类的事情,比如全球土地调查分类。

马里兰大学与美国地质勘探局合作,创造了大约2010年的树木覆盖,裸露的地面和持久的地表水。

什么是光谱特征?光谱特征是在特定波长上反射的能量。光谱特征的区别在于我们如何区分物体。光谱特征是由物体的化学成分驱动的。

遥感的类型是什么?

一般来说,遥感的两种类型是 passive and active remote sening .

有源传感器 有 他们自己的光源或照明 它的传感器测量反射能量。例如, Radarsat-2 照亮目标并测量有多少能量反弹回传感器。实际上,它类似于你在下面看到的照相机的闪光灯。

主动遥感相机示例

或者, 无源传感器 测量 太阳发出的反射光 . 例如, Landsat-8 测量太阳从地球上反射出来的反射能量。但当闪光灯关闭时,能量来源于其他地方,如太阳或灯。

什么是被动遥感?被动遥感测量太阳反射的能量,主动遥感照亮目标并测量其后向散射。

多光谱图像与高光谱图像

被动遥感可进一步分为 multispectral and hyperspectral。 多光谱和高光谱的主要区别在于 波段数 和 带子有多窄 .

多光谱图像通常指 3到10个波段 使用辐射计获取每个波段。

多光谱示例:5个宽带(图像未按比例绘制)

高光谱图像由更窄的波段(10-20纳米)组成。高光谱图像可能 几十万乐队 使用成像光谱仪。

高光谱示例:想象数百条窄带(图像未按比例绘制)

当Landsat-8在太空中进行采集时,它会生成11张单独的图像, band designations。 在陆地卫星8的情况下,它包括

  • 海岸气溶胶(0.43-0.45 um)
  • 蓝色(0.45-0.51 um)
  • 绿色(0.53-0.59 um)
  • 红色(0.64-0.67 um)
  • 近红外近红外光谱(0.85-0.88um)
  • 短波红外开关1(1.57-1.65um)
  • 短波红外开关2(2.11-2.29um)
  • 全色(0.50-0.68 um)
  • 卷云(1.36-1.38 um)
  • 热红外TIRS 1(10.60-11.19 um)
  • 热红外TIRS 2(11.50-12.51 um)

就高光谱卫星而言, Hyperion imaging spectrometer (EO-1卫星的一部分)产生220个光谱带(0.4-2.5 um)。对于机载传感器,美国国家航空航天局 Airborne Visible / Infrared Imaging Spectrometer (aviris)是高光谱传感器的一个例子,它提供224个波长为0.4-2.5 um的相邻信道。

同时 高光谱影像 有数百个窄带,多光谱图像由3-10个较宽的波段组成。

遥感图像分辨率

图像分辨率可分为空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。

空间分辨率 是图像的细节(以像素为单位)。虽然较高的空间分辨率意味着更多的细节和更小的像素尺寸,但较低的空间分辨率意味着更少的细节和更大的像素尺寸。

时间分辨率 是重访的频率,通常是卫星数据。卫星在地球表面以上的高度将决定轨道进入地球一个完整轨道所需的时间。轨道周期随卫星高度的增加而增加。

Geostationary orbits 与地球的旋转速度相匹配。太阳同步轨道使地球表面的太阳光角度尽可能保持一致。 Polar orbits 在地球两极之上或接近两极之上通过。

最后, 光谱分辨率 是波段中光谱细节的数量。虽然高光谱分辨率意味着波段更窄,如高光谱,但低光谱分辨率是覆盖更多光谱的更宽波段。

我们如何使用遥感?

无论是在空中还是在太空,遥感正在改变我们对地球的看法。

例如,我们使用 LiDAR data , satellite data 和 digital elevation models 准确模拟景观,可持续建设人类环境。

除此之外,导航系统还使用 GPS satellites 在轨道上接收信号并知道你在地球上的位置。

在一个日新月异的行业中,您今天将如何使用遥感?


来源:OSGeo中国中心

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