【科普】遥感技术介绍及展望

遥感历史

“遥感”第一次被提出是在20世纪60年代，1961年，在美国国家科学院和国家研究理事会的支持下， 在密歇根大学的威罗，兰实验室召开了"环境遥感国际讨论会"。此后，遥感作为一门新兴学科飞速发展起来。但是，类似遥感的学科技术自从十七世纪就已经开始发展了:

1. 无记录的地面遥感阶段（1608---1838年）

1608年，汉斯·李波尔赛制造了世界第一架望远镜，1609年伽利略制作了放大倍数3倍的科学望远镜，为观测远距离目标开辟了先河。

2. 有记录的地面遥感阶段（1839---1857年）

1839年，达盖尔发表了他和尼普斯拍摄的照片，第一次成功地把拍摄到事物形象第记录在胶片上。

1849年，法国人艾米．劳塞达特制定了摄影测量工作计划，成为有目的有记录的地面遥感发展阶段的标志。

3. 空中摄影遥感阶段（1858---1956年）

1913年，利比亚班加西油田测量就应用航空摄影， C．塔迪沃在维也纳国际摄影测量学会会议上发表论文，描述了飞机摄影测绘地图问题。

二战后期，美国的航空摄影范围覆盖了欧亚大陆和太平洋沿岸岛屿，包括日本在内的广大地区，制成地图，并标绘了军事目标，成为美国在太平洋战争中的重要情报来源。在前苏联的斯大林格勒保卫战等重大战役中，航空摄影对军事行动的决策起到了重要的作用。

二战中，微波雷达的出现及红外技术应用于军事侦查， 使遥感探测的电磁波谱段得到了扩展。

4. 航空遥感阶段（1957至今)

1957年10月4日，苏联第一颗人造地球卫星的发射成功，标志着人的空间观测进入了新纪元。此后，美国发射了"先驱者 2号"探测器拍摄了地球云图。真正从航天器上对地球进行长期探测是从 1960年美国发射 TIROS-1和NOAA-1太阳同步卫星开始。从此，航天遥感取得了重大进展

此外，多宗探测技术的集成日趋成熟，如雷达、多光谱成像与激光测高、 GPS的集成可以同时取得经纬度坐标和地面高程数据，由于实时测图。

总之，随着遥感应用向广度和深度发展，遥感探测更趋于实用化、商业化和国际化，

遥感技术现状

现阶段遥感技术不但可以接收地物反射的自然光，还可以接收地物发射的长波红外辐射，并且还可以通过合成孔径雷达和激光雷达主动发射电磁波，实现全天候的对地观测。进入21世纪，遥感科技已显现出高空间分辨率、高光谱分辨率、高时间分辨率的“三高”新特征，并开拓了更多的应用新领域。

1. 遥感技术的高分辨率发展。空间分辨率是指能够被光学传感器辨识的单一地物或2个相邻地物间的最小尺寸。空间分辨率越高，遥感图像包含的地物形态信息就越丰富，能识别的目标就越小。而现阶段的光学遥感卫星的空间分辨率已经达到“亚米级”，可观测到更为清晰的图像。下图为上海陆家嘴高分辨率图像，由GF-2号卫星0.8 m全色与3.2 m多光谱融合，最终得到的图像。与中低空间分辨率遥感卫星相比，新型高分辨遥感卫星的成像传感器（如CCD、CMOS等）受光元件越来越小，时间延迟积分（TDI）级数越来越高，卫星平台的通信能力、机动能力、指向稳定性等也相对较好。

图一 上海陆家嘴高分辨率图像

2. 高光谱分辨率遥感。其主要利用成像光谱仪在连续的几十个甚至几百个光谱通道获取地物辐射信息，在取得地物空间图像同时，每个像元都能够得到一条包含地物诊断性光谱特征的连续光谱曲线。具有光谱分辨率高、波段范围窄、图谱合一、连续成像等特点，能够区分出地物光谱的细微差别，探测到其他宽波段遥感无法探测的信息。

3. 高时间分辨率遥感。卫星遥感观测的时间分辨率（或卫星重访周期）是指在同一区域进行相邻2次观测的最小时间间隔，间隔越小，时间分辨率越高。而高时间分辨率遥感能做到短时间内多次监测同一区域，具有时间间隔短，测量数据大，数据更新快等特点。但其需要与高空间、高光谱遥感技术相结合，方可发挥更大的作用。

随着遥感系统的逐步完善与提升，遥感技术被广泛应用到各个领域。遥感技术不但在国防安全、土地资源勘探、生态环境监测、农业监测与作物估产、灾害预报与灾情评估、海洋环境调查等国家关键领域发挥着重要作用，而且与国民的生活息息相关，如天气预报、空气质量监测、电子地图与导航等。遥感技术与国民经济与生活、生态保护和国防安全的关系将越来越紧密。而在海洋调查领域，遥感技术在现阶段也发挥着不可或缺的重要作用。通过结合高空间、高光谱、高时间分辨率遥感技术，我们不但可以对海上台风、风暴潮等海上气象灾害进行精准预报和实时监测，还可以对调查船只航行轨迹进行实时分析与监测。并且还可以通过各类遥感技术，测量海洋各种基本要素，如温盐深、浪潮流等。随着遥感技术的发展，遥感观测将成为海洋调查的主流方式，遥感技术也将为人们的生活带去更多的便捷。

图二 遥感卫星观测得到1987年7月海表温度

遥感技术的特点

遥感技术是一种通过远距离传感器获取、记录并分析地球表面信息的科技手段。它在农业、环境监测、地质勘查、城市规划等领域发挥着重要作用。以下将从不同角度介绍遥感技术的特点。

1. 多源多谱遥感数据：遥感技术利用卫星、飞机、无人机等多种载体获取数据，形成多源数据。这些数据包括可见光、红外线、微波等不同波段的信息，能够提供全面、多角度的地表信息，使得遥感在不同领域的应用更为全面和深入。

2. 实时性与高时空分辨率：随着遥感技术的不断发展，传感器的时空分辨率不断提高，数据更新周期也相应缩短。这使得遥感数据具有更高的实时性，可以用于监测自然灾害、农作物生长等动态过程。高时空分辨率的数据更有利于细致的地表监测和分析。

3.非接触性：遥感技术实现了对地表信息的非接触性获取，不需要直接接触目标地区即可进行监测。这种遥感性质使得在人类难以到达或危险环境中进行观测成为可能，比如深海、沙漠、雪域等地。

4.数据集成与信息提取：遥感数据不仅仅是图像，还包括高程、温度、湿度等多种数据。通过数据集成和信息提取技术，可以从庞大的数据中提取出有用的信息，进行地表覆盖分类、资源勘查等应用。

5.全球覆盖与跨学科应用：遥感技术具有全球覆盖的特点，能够监测全球范围内的自然环境变化。它涉及到多学科领域，包括地理信息系统（GIS）、气象学、地球物理学等，因此在跨学科的研究和应用中有广泛的应用前景。

遥感技术的未来发展

当前国际和国内在轨运行的地球观测遥感卫星有 700 多颗，主要为光学和微波成像遥感卫星，其运行轨道包括低地球轨道、中地球轨道和高地球轨道。

卫星的空间分辨率决定其对地面目标的图像解译能力，是成像卫星的关键指标。在卫星光学相机的像元尺寸及焦距确定的情况下，轨道高度越高，重访能力越强，但会降低空间分辨率。为实现较高的空间分辨率，光学遥感卫星常采用 LEO 轨道，但在同等姿态机动能力条件下重访能力较低。当前世界上最先进的遥感卫星都兼具高分辨率、快速重访和敏捷成像能力。不断提升的应用需求要求遥感卫星具有更高分辨率、更短重访周期和更高的成像效能，但单星的重访能力有限，未来采用多任务轨道与多星组网是解决这一矛盾的有效途径。

图像是成像遥感卫星最重要的产品，分辨率是影响遥感产品有效性、准确性和应用价值的重要指标。全天候、全天时、多模式高分辨率微波遥感是当今空间遥感重要的前沿技术和研究热点。对于大型光学和微波卫星，微扰振、敏捷机动和动中成像等影响其分辨率和成像质量，决定卫星能否“看得清”，而高精度定位、高速海量数据处理和传输共性技术则制约其能否“定得准”“用得好”。因此，未来应当利用好现有技术积累和新技术优势，加速遥感传感器技术研究，加快构建新的卫星遥感技术体系，组建遥感卫星系统网络、提升遥感卫星应用效能，使中国卫星遥感技术水平整体达到世界领先的水平。

来源：中国海洋观测