遙感

遙感

遙感是套用探測儀器,不與探測目標相接觸,從遠處把目標的電磁波特性記錄下來,通過分析,揭示出物體的特徵性質及其變化的綜合性探測技術。

基本信息

釋義

詞條
拼音:yáo gǎn
簡稱:RS
英文:Remote Sensing 

基本解釋

遙感是通過遙感器這類對電磁波敏感的儀器,在遠離目標和非接觸目標物體條件下探測目標地物,獲取其反射輻射散射的電磁波信息(如電場磁場電磁波地震波等信息),並進行提取判定加工處理、分析套用的一門科學技術
遙感,從字面上來看,可以簡單理解為遙遠的感知,泛指一切無接觸的遠距離的探測;從現代技術層面來看,“遙感”是一種套用探測儀器。

詳細解釋

廣義定義:遙遠的感知,泛指一切無接觸的遠距離探測,包括對電磁場、力場、機械波(聲波、地震波)等
的探測。自然現象中的遙感:蝙蝠響尾蛇、人眼人耳…
狹義定義:是套用探測儀器,不與探測目標相接觸,從遠處把目標的電磁波特性記錄下來,通過分析,揭示出物體的特徵性質及其變化的綜合性探測技術。

發展歷程

遙感是以航空攝影技術為基礎,在20世紀60年代初發展起來的一門新興技術。開始為航空遙感,自1972年美國發射了第一顆陸地衛星後,這就標誌著航天遙感時代的開始。經過幾十年的迅速發展,地質地理等領域,成為一門實用的,先進的空間探測技術。 

萌芽時期

無記錄地面遙感階段(1608-1838):
1608年漢斯·李波爾賽製造了世界第一架望遠鏡
1609年伽利略製作了放大三倍的科學望遠鏡並首次觀測月球
1794年氣球首次升空偵察
為觀測遠距離目標開闢了先河,但望遠鏡觀測不能把觀測到的事物用圖像的方式記錄下來。
有記錄地面遙感階段(1839-1857):
1839年達蓋爾(Daguarre)發表了他和尼普斯(Niepce)拍攝的照片,第一次成功將拍攝事物記錄在膠片上
1849年法國人艾米·勞塞達特(Aime Laussedat)制定了攝影測量計畫,成為有目的有記錄的地面遙感發展階段的標誌。 

初期發展

空中攝影遙感階段(1858-1956)
1858年用系留氣球拍攝了法國巴黎的鳥瞰像片
1903年飛機的發明
1909年第一張航空像片
一戰期間(1914-1918):形成獨立的航空攝影測量學的學科體系
二戰期間(1931-1945):彩色攝影、紅外攝影、雷達技術、多光譜攝影、掃描技術以及運載工具和判讀成圖設備。

現代遙感

1957年:前蘇聯發射了人類第一顆人造地球衛星
20世紀60年代:美國發射了TIROS、ATS、ESSA等氣象衛星和載人宇宙飛船
1972年:發射了地球資源技術衛星ERTS-1(後改名為Landsat Landsat-1),裝有MSS感器,解析度79米
1982年Landsat-4發射,裝有TM感測器,解析度提高到30米
1986年法國發射SPOT-1,裝有PAN和XS遙感器,解析度提10米
1999年美國發射 IKNOS,空間解析度提高到1米 

中國遙感事業

1950年代組建專業飛行隊伍,開展航攝和套用

1970年4月24日,第一顆人造地球衛星
1975年11月26日,返回式衛星,得到衛星像片
80年代空前活躍,六五計畫遙感列入國家重點科技攻關項目
1988年9月7日中國發射第一顆 “風雲1號”氣象衛星
1999年10月14日中國成功發射資源衛星1
之後進入快速發展期--衛星、載人航天、探月工程等…

物理基礎

振動的傳播稱為波。電磁振動的傳播是電磁波。電磁波的波段按波長由短至長可依次分為: γ-射線、X-射線、紫外線、可見光、紅外線、微波和無線電波。電磁波的波長越短其穿透性越強。遙感探測所使用的電磁波波段是從紫外線、可見光、紅外線到微波的光譜段。
太陽作為電磁輻射源,它所發出的光也是一種電磁波。太陽光從宇宙空間到達地球表面須穿過地球的大氣層。太陽光在穿過大氣層時,會受到大氣層對太陽光的吸收和散射影響,因而使透過大氣層的太陽光能量受到衰減。但是大氣層對太陽光的吸收和散射影響隨太陽光的波長而變化。通常把太陽光透過大氣層時透過率較高的光譜段稱為大氣視窗。大氣視窗的光譜段主要有: 紫外、可見光和近紅外波段。 地面上的任何物體(即目標物),如大氣、土地、水體、植被和人工構築物等,在溫度高於絕對零度(即0°k=-273.15℃)的條件下,它們都具有反射、吸收、透射及輻射電磁波的特性。當太陽光從宇宙空間經大氣層照射到地球表面時,地面上的物體就會對由太陽光所構成的電磁波產生反射和吸收。由於每一種物體的物理和化學特性以及入射光的波長不同,因此它們對入射光的反射率也不同。各種物體對入射光反射的規律叫做物體的反射光譜。

遙感的類型

簡單歸類

遙感技術的類型往往從以下方面對其進行劃分:
NASA拍攝的位於埃及Giza的金字塔

根據工作平台層面區分:地面遙感航空遙感氣球飛機)、航天遙感人造衛星飛船空間站火箭
根據工作波段層面區分:紫外遙感可見光遙感紅外遙感微波遙感多波段遙感
根據感測器類型層面區分:主動遙感(微波雷達)、被動遙感(航空航天、衛星)
根據記錄方式層面區分:成像遙感、非成像遙感
根據套用領域區分:環境遙感大氣遙感資源遙感海洋遙感地質遙感農業遙感林業遙感等 

工作平台層面

地面遙感,即把感測器設定在地面平台上,如車載、船載、手提、固定或活動高架平台等;
航空遙感,即把感測器設定在航空器上,如氣球、航模、飛機及其它航空器等;
航天遙感,即把感測器設定在太空飛行器上,如人造衛星、宇宙飛船、空間實驗室等。 

遙感探測方式

主動式遙感,即由感測器主動地向被探測的目標物發射一定波長的電磁波,然後接受並記錄從目標物反射回來的電磁波;
被動式遙感,即感測器不向被探測的目標物發射電磁波,而是直接接受並記錄目標物反射太陽輻射或目標物自身發射的電磁波。 

遙感波段分類

紫外遙感,其探測波段在0.3~0.38um之間;
可見光遙感,其探測波段在0.38~0.76um之間;
紅外遙感,其探測波段在0.76~14um之間;
微波遙感,其探測波段在1mm~1m之間;
多波段遙感,指探測波段在可見光波段和紅外波段範圍內,再分成若干窄波段來探測目標;

系統的組成

遙感是一門對地觀測綜合性技術,它的實現既需要一整套的技術裝備,又需要多種學科的參與和配合,因此實施遙感是一項複雜的系統工程。根據遙感的定義,遙感系統主要由以下四大部分組成:
1、信息源 信息源是遙感需要對其進行探測的目標物。任何目標物都具有反射、吸收、透射及輻射電磁波的特性,當目標物與電磁波發生相互作用時會形成目標物的電磁波特性,這就為遙感探測提供了獲取信息的依據。
2、信息獲取 信息獲取是指運用遙感技術裝備接受、記錄目標物電磁波特性的探測過程。信息獲取所採用的遙感技術裝備主要包括遙感平台和感測器。其中遙感平台是用來搭載感測器的運載工具,常用的有氣球、飛機和人造衛星等; 感測器是用來探測目標物電磁波特性的儀器設備,常用的有照相機、掃瞄器和成像雷達等。
3、信息處理 信息處理是指運用光學儀器和計算機設備對所獲取的遙感信息進行校正、分析和解譯處理的技術過程。信息處理的作用是通過對遙感信息的校正、分析和解譯處理,掌握或清除遙感原始信息的誤差,梳理、歸納出被探測目標物的影像特徵,然後依據特徵從遙感信息中識別並提取所需的有用信息。
4、信息套用 信息套用是指專業人員按不同的目的將遙感信息套用於各業務領域的使用過程。信息套用的基本方法是將遙感信息作為地理信息系統的數據源,供人們對其進行查詢、統計和分析利用。遙感的套用領域十分廣泛,最主要的套用有: 軍事、地質礦產勘探、自然資源調查、地圖測繪、環境監測以及城市建設和管理等。

技術特點

遙感作為一門對地觀測綜合性技術,它的出現和發展既是人們認識和探索自然界的客觀需要,更有其它技術手段與之無法比擬的特點。 

大面積同步觀測

遙感探測能在較短的時間內,從空中乃至宇宙空間對大範圍地區進行對地觀測,並從中獲取有價值的遙感數據。這些數據拓展了人們的視覺空間,為巨觀地掌握地面事物的現狀情況創造了極為有利的條件,同時也為巨觀地研究自然現象和規律提供了寶貴的第一手資料。這種先進的技術手段與傳統的手工作業相比是不可替代的。遙感用航攝飛機飛行高度為10km左右,陸地衛星的衛星軌道高度達910km左右,從而,可及時獲取大範圍的信息。例如,一張陸地衛星圖像,其覆蓋面積可達3萬多平方千米。這種展示巨觀景象的圖像,對地球資源和環境分析極為重要。

時效性強

獲取信息的速度快,周期短。由於衛星圍繞地球運轉,從而能及時獲取所經地區的各種自然現象的最新資料,以便更新原有資料,或根據新舊資料變化進行動態監測,這是人工實地測量和航空攝影測量無法比擬的。例如,陸地衛星4、5,每16天可覆蓋地球一遍,NOAA氣象衛星每天能收到兩次圖像。Meteosat每30分鐘獲得同一地區的圖像。 

數據綜合可比性

能動態反映地面事物的變化 遙感探測能周期性、重複地對同一地區進行對地觀測,這有助於人們通過所獲取的遙感數據,發現並動態地跟蹤地球上許多事物的變化。同時,研究自然界的變化規律。尤其是在監視天氣狀況、自然災害、環境污染甚至軍事目標等方面,遙感的運用就顯得格外重要。
獲取的數據具有綜合性 遙感探測所獲取的是同一時段、覆蓋大範圍地區的遙感數據,這些數據綜合地展現了地球上許多自然與人文現象,巨觀地反映了地球上各種事物的形態與分布,真實地體現了地質、地貌、土壤、植被、水文、人工構築物等地物的特徵,全面地揭示了地理事物之間的關聯性。並且這些數據在時間上具有相同的現勢性。
獲取信息的手段多,信息量大。根據不同的任務,遙感技術可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息。例如可採用可見光探測物體,也可採用紫外線,紅外線和微波探測物體。利用不同波段對物體不同的穿透性,還可獲取地物內部信息。例如,地面深層、水的下層,冰層下的水體,沙漠下面的地物特性等,微波波段還可以全天候的工作。 

經濟與社會效益

獲取信息受條件限制少。在地球上有很多地方,自然條件極為惡劣,人類難以到達,如沙漠、沼澤、高山峻岭等。採用不受地麵條件限制的遙感技術,特別是航天遙感可方便及時地獲取各種寶貴資料。

廣泛套用

當前遙感形成了一個從地面到空中,乃至空間,從信息數據收集、處理到判讀分析和套用,對全球進行探測和監測的多層次、多視角、多領域的觀測體系,成為獲取地球資源與環境信息的重要手段。
為了提高對這樣龐大數據的處理速度,遙感數字圖像技術隨之得以迅速發展。
遙感技術已廣泛套用於農業、林業、地質、海洋、氣象、水文、軍事、環保等領域。在未來的十年中,預計遙感技術將步入一個能快速,及時提供多種對地觀測數據的新階段。遙感圖像的空間解析度,光譜解析度和時間解析度都會有極大的提高。其套用領域隨著空間技術發展,尤其是地理信息系統和全球定位系統技術的發展及相互滲透,將會越來越廣泛。
遙感在地理學中的套用,進一步推動和促進了地理學的研究和發展,使地理學進入到一個新的發展階段。
遙感信息套用是遙感的最終目的。遙感套用則應根據專業目標的需要,選擇適宜的遙感信息及其工作方法進行,以取得較好的社會效益和經濟效益。
遙感技術系統是個完整的統一體。它是建築在空間技術、電子技術、計算機技術以及生物學、地學等現代科學技術的基礎上的,是完成遙感過程的有力技術保證。 

地理數據獲取

遙感影像是地球表面的“相片”,真實地展現了地球表面物體的形狀、大小、顏色等信息。這比傳統的地圖更容易被大眾接受,影像地圖已經成為重要的地圖種類之一。 

獲取資源信息

遙感影像上具有豐富的信息,多光譜數據的波譜解析度越來越高,可以獲取紅邊波段、黃邊波段等。高光譜感測器也發展迅速,我國的環境小衛星也搭載了高光譜感測器。從遙感影像上可以獲取包括植被信息、土壤墒情、水質參數、地表溫度、海水溫度等豐富的信息。這些地球資源信息能在農業、林業、水利、海洋、生態環境等領域發揮重要作用。 

應急災害資料

遙感技術具有在不接觸目標情況下獲取信息的能力。在遭遇災害的情況下,遙感影像是我們能夠方便立刻獲取的地理信息。在地圖缺乏的地區,遙感影像甚至是我們能夠獲取的唯一信息。在5.12汶川地震中,遙感影像在災情信息獲取、救災決策和災害重建中發揮了重要作用。海地發生強震後,已有多家航天機構的20餘顆衛星參與了救援工作。

GIS核心組成

遙感具有動態、多時相採集空間信息的能力,遙感信息已經成為GIS的主要信息源。

挽救事故危機

汽車遙感(RS)電子控制系統的出現可以說揭開了卡車安全裝置的新紀元,旨在作用於發生突發事故時,它能在事故發生前有效地警世卡車駕駛員避免精神不集中或昏昏欲睡,主要用來防止駕駛員在駕駛過程中由於進入微睡眠狀態而導致的交通事故。舉例來說,在平直的公路上行車的效果就像在聆聽一首催眠曲,不僅誘發駕駛員產生鬆弛感,而且容易產生超速行駛的欲望。事實上,在德國路政署的車禍事故報告中,有五分之一是由駕駛員行駛過程中的打瞌睡造成的。根據德國高速公路事故調查報告顯示有四分之一的高速公路事故歸結於駕駛員行駛中的精神不集中或昏昏欲睡,在美國同樣有40%的高速公路事故源於行駛中的精神渙散。另一方面,其在財政上的經濟支出也是可觀的,這種車輛事故造成的經濟損失單單在德國就至少耗費了50億歐元,約和64億美元。
眾所周知,卡車駕駛員在這方面所冒的風險相對更大,也許在國內我們對卡車的認知度遠不如轎車,但在國外卡車與人們每天生活息息相關。其物流方式也與國內大相逕庭,國外的卡車是幾乎不走回頭路的,為了避免資源浪費他們採取“滾滾向前”的運營方式,貨物運營到目的地,就會有另一批貨源跟上,因此對於卡車駕駛員來說他們幾乎要在路上奔波少則幾月多則幾年的時間,那么就難免會出現行駛中的睏乏或精力不集中,而司安(SAFEAUTO)汽車遙感(RS)電子控制系統的作用就在於當卡車駕駛員精力不集中時能以電子警報的形式做以提醒,儘量減少事故的發生。有人會說,只要保證駕駛員的睡眠良好就可以了,何必大費周折呢,事實上,卡車駕駛員通常狀態下會不間斷的行駛數個小時,我們普遍認為其最容易瞌睡的時段是在夜間,但研究表明即使是在精力充沛的清晨,駕駛員的睏乏現象也相當普遍,研究顯示,當駕駛員昏昏欲睡時其處理事故的反映程度將比正常狀態慢74%左右,其直接結果便是當出現危急情況時,駕駛員不能妥善處理。司安(SAFEAUTO)汽車遙感(RS)電子控制系統就是借於此開發出來的,它可以發出風險警告儘快警世駕駛員。該系統採用紅外線數位相機,裝配在前方儀錶盤上,時刻監視著駕駛員的臉部情況,其隱形的紅外線攝像系統即使在黑夜也能密切的觀察駕駛者的情況,同時,軟體程式系統時刻進行錄像監測並根據駕駛者的觀景方向、眨眼頻率及眼瞼的運動狀態來判斷其駕駛過程中是否精力集中並提高警覺,如果電子探測表明駕駛者處於昏睡跡象,對其發出的警告將分為兩個層次。第一,駕駛者注意力渙散,監視器將發出信號促使座椅處於振動狀態使其注意力重新集中到路況上;第二,駕駛者處於昏昏欲睡的狀態駕駛,監視器將進入聲覺警世系統狀態,並發出一個強烈的信號提示音。
簡而言之,汽車遙感(RS)電子控制系統就是在相關的電子監控程式的配合下,通過攝像頭所反饋的信息對駕駛員的駕駛狀態進行判斷,一旦駕駛員昏昏欲睡,聲音和圖像警示器將對他們提出警告。並將其駕駛視線重新吸引至前方道路上,以此確保其行車安全性。
事實上,汽車遙感(RS)電子控制系統不僅用於大型卡車也可用於普通乘用車,除此之外,司安(SAFEAUTO)還擁有多種先進的網路援助控制系統。例如駕駛員夜視、盲點探測系統、自動適應巡航控制系統、車道偏離警告系統等,可以構想,在汽車科技進一步發展的今天,我們可將電子警示系統與網路援助控制系統相結合,進一步保證駕駛者的安全。這樣駕駛者即使處於昏昏欲睡的狀態,電子警示系統也可以一邊發出警報信號,一邊控制車輛保持原有行駛路線,避免與前方車輛發生碰撞,及時有效的操控車輛回復正常狀態。
駕駛防瞌睡裝置用於實時監測司機眼皮活動情況,介紹了用於該裝置基於灰度積分投影的人眼快速定位方法。首先利用圖像的垂直灰度投影曲線確定人臉左右邊界,然後利用水平灰度投影曲線確定人眼位置,最後利用閾值分割及邊緣檢測進行人眼開閉情況檢測。實驗表明,該方法對於駕駛防瞌睡裝置中的人眼位置判定具有很強的實用價值。

發展趨勢

光譜域在擴展

隨著熱紅外成像、機載多極化合成孔徑雷達和高分辨力表層穿透雷達和星載合成孔徑雷達技術的日益成熟, 遙感波譜域從最早的可見光向近紅外、 短波紅外、熱紅外、微波方向發展,波譜域的擴展將進一步適應各種物質反射、輻射波譜的特徵峰值波長的寬域分布。

時間解析度提高

大、中、小衛星相互協同,高、中、低軌道相結合,在時間解析度上從幾小時到18天不等,形成一個不同時間解析度互補的系列。 

空間解析度

隨著高空間分辨力新型感測器的套用,遙感圖像空間解析度從1km、500m、 250m、80m、30m、20m、10m、5m發展到1m, 軍事偵察衛星感測器可達到15cm或者更高的解析度。空間解析度的提高,有利於分類精度的提高, 但也增加了計算機分類的難度。 

光譜解析度

高光譜遙感的發展,使得遙感波段寬度從早期的0.4μm(黑白攝影)、0.1μm(多光譜掃描)到5nm(成像光譜儀),遙感器波段寬 ,遙感器波段寬度窄化,針對性更強,可以突出特定地物反射峰值波長的微小差異;同時,成像光譜儀等的套用,提高了地物光譜分辨力,有利於區別各類物質在不同波段的光譜回響特性。 

2D 到3D的測量

機載三維成像儀和干涉合成孔徑雷達的發展和套用,將地面目標由二維測量為主發展到三維測量。 

圖像處理技術

各種新型高效遙感圖像處理方法和算法將被用來解決海量遙感數據的處理、 校正、融合和遙感信息可視化。 

遙感分析發展

遙感分析技術從“定性”向“定量”轉變,定量遙感成為遙感套用發展的熱點。 

遙感提取技術

建立適用於遙感圖像自動解譯的專家系統,逐步實現遙感圖像專題信息提 取自動化。

自然災害遙感

我國已建立了重大自然災害遙感監測評估運行系統,可以套用於颱風、暴雨、洪澇、旱災、森林大火等災害的監測能力特別是快速圖像處理和評估系統的建立,具有對突發性災害的快速應急反應能力,使該系統能在幾小時內獲得災情數據,一天內做出災情的快速評估,一周內完成詳實的評估。
例如在颱風天,通過災害遙感就可以準確的劃分出受颱風影響區域,通過氣象預警發布有效信息,人們便可由此對農產品進行防護措施,降低損失。

農業遙感監測

在農業方面,我國的糧食生產量可以滿足人民的日常需求,如此大的產量和農田面積,都是怎樣進行生態的動態監測和估產的。中科院遙感所研究表示,我國的農作物遙感估產是根據生物學原理收集各種農作物不同生育期不同光譜特徵的基礎上,通過平台上的感測器記錄的地表信息,辨別作物類型,監測作物長勢,在作物收穫前,預測作物的產量的一系列方法。這一技術可以對農作物生長過程的動態監測、種植面積測算、單位面積產量估測和總產量估測。
此外,遙感技術還可以檢測出農業病蟲害,農作物在遭受病蟲危害早期就可以通過遙感技術探測到這一光譜差異,從而解決了農作物病蟲害早期發現和早期防治的問題,這一技術方法也已經套用在森林病蟲害監測和防治方面。

水質監測遙感

我國的水污染問題越來越嚴重,隨著工業化和城鎮化的快速發展,江河湖泊面臨這嚴峻的水質污染問題,這也帶動了遙感技術在水質監測上的套用。
據中科院研究院介紹,我國擁有的水質監測及評估遙感技術是基於水體及其污染物質的光譜特性研究而成的。國內外許多學者利用遙感的方法估算水體污染的參數,以監測水質變化情況。
做法是在測量區域布置一些水質感測器,通過無線感測器網路技術可24小時連續測量水質的多種參數,用於提高水質遙感反演精度,使其接近或達到相關行業要求。
這種遙感技術信息獲取快速、省時省力,可以較好的反映出研究水質的空間分布特徵,而且更有利於大面積水域的快速監測。遙感技術無疑給湖泊環境變化研究帶來了福音。

RS汽車

RS是德語Rennsport的縮寫,有“競速”的意思,所以一般德國汽車生產企業會用RS標誌來表示他們的高性能產品,最早使用這一標誌的是德國老牌跑車企業保釋傑,他在參加法國勒芒汽車賽的車型上打上RS標誌,以表示是高性能賽車車型,後來從GT3RS開始,RS就成了保釋傑高性能款的特有標誌,後來奧迪,福特(德國研發中心)等也都使用這一標識用來命名自己的高性能車型,如奧迪TT RS和福特FOUCS RS.

基本含義

遙感是通過遙感器這類對電磁波敏感的儀器,在遠離目標和非接觸目標物體條件下探測目標地物,獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息(如電場、磁場、電磁波、地震波等信息),並進行提取、判定、加工處理、分析與套用的一門科學和技術。
[2]遙感,從字面上來看,可以簡單理解為遙遠的感知,泛指一切無接觸的遠距離的探測;從現代技術層面來看,“遙感”是一種套用探測儀器。
[3]遙感是指一切無接觸的遠距離的探測技術。運用現代化的運載工具和感測器,從遠距離獲取目標物體的電磁波特性,通過該信息的傳輸、貯存、衛星、修正、識別目標物體,最終實現其功能(定時、定位、定性、定量)。
廣義定義:遙遠的感知,泛指一切無接觸的遠距離探測,包括對電磁場、力場、機械波(聲波、地震波)等的探測。自然現象中的遙感:蝙蝠、響尾蛇、人眼人耳…
狹義定義:是套用探測儀器,不與探測目標相接觸,從遠處把目標的電磁波特性記錄下來,通過分析,揭示出物體的特徵性質及其變化的綜合性探測技術。
遙感遙感

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