遙感

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”是一種應用探測儀器。使用空間運載工具和現代化的電子、光學儀器，探測和識別遠距離研究對象的技術。

遙感通過人造地球衞星、航空等平台上的遙測儀器把對地球表面實施感應遙測和資源管理的監視(如樹木、草地、土壤、水、礦物、農家作物、魚類和野生動物等的資源管理)結合起來的一種新技術。

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傳感器，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、衞星、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：是應用探測儀器，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。

最早使用“遙感”一詞的是美國海軍局研究局的艾弗林.普魯伊特（Evelyn.L.Pruitt,1960）。 ^[1] 

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衞星後，這就標誌着航天遙感時代的開始。經過幾十年的迅速發展，成為一門實用的，先進的空間探測技術。 ^[2] 

無記錄地面遙感階段（1608-1838）：

1608年漢斯·李波爾賽制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）制定了攝影測量計劃，成為有目的有記錄的地面遙感發展階段的標誌。

空中攝影遙感階段（1858-1956）

1858年用繫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。 ^[3] 

1957年：前蘇聯發射了人類第一顆人造地球衞星

20世紀60年代：美國發射了TIROS、ATS、ESSA等氣象衞星和載人宇宙飛船

1972年：發射了地球資源技術衞星ERTS-1（後改名為Landsat Landsat-1），裝有MSS感器，分辨率79米

1982年Landsat-4發射，裝有TM傳感器，分辨率提高到30米

1986年法國發射SPOT-1，裝有PAN和XS遙感器，分辨率提10米

1999年美國發射 IKNOS，空間分辨率提高到1米

1950年代組建專業飛行隊伍，開展航攝和應用

1970年4月24日，第一顆人造地球衞星

1975年11月26日，返回式衞星，得到衞星像片

80年代空前活躍，六五計劃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”氣象衞星

1999年10月14日中國成功發射資源衞星1

之後進入快速發展期--衞星、載人航天、探月工程等…

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。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，通過對反射光譜的測定可得知物體的某些特性。

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傳感器。其中遙感平台是用來搭載傳感器的運載工具，常用的有氣球、飛機和人造衞星等; 傳感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、掃描儀和成像雷達等。

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、信息應用 信息應用是指專業人員按不同的目的將遙感信息應用於各業務領域的使用過程。信息應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。遙感的應用領域十分廣泛，最主要的應用有: 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。

遙感作為一門對地觀測綜合性科學，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。

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，例如，一張陸地衞星圖像，其覆蓋面積可達3萬多平方千米。這種展示宏觀景象的圖像，對地球資源和環境分析極為重要。

獲取信息的速度快，週期短。由於衞星圍繞地球運轉，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，陸地衞星4、5，每16天可覆蓋地球一遍，NOAA氣象衞星每天能收到兩次圖像。Meteosat每30分鐘獲得同一地區的圖像。

能動態反映地面事物的變化 遙感探測能週期性、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，宏觀地反映了地球上各種事物的形態與分佈，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。 ^[2] 

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。

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、高山峻嶺等。採用不受地面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。

遙感技術所利用的電磁波還很有限，僅是其中的幾個波段範圍。在電磁波譜中，尚有許多譜段的資源有待進一步開發。此外，已經被利用的電磁波譜段對許多地物的某些特徵還不能準確反映，還需要發展高光譜分辨率遙感以及遙感以外的其他手段相配合，特別是地面調查和驗證尚不可缺少。

遙感技術的類型往往從以下方面對其進行劃分：

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（人造衞星、飛船、空間站、火箭）；

根據記錄方式層面區分：成像遙感、非成像遙感；

根據應用領域區分：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；

按傳感器的探測範圍波段分為：紫外遙感（探測波段在0.05~0.38微米）、可見光遙感（探測波段在0.38~0.76微米）、紅外遙感（0.76~1000微米）、微波遙感（1毫米~1米）、多波段遙感；

按工作方式分為：主動遙感、被動遙感。

地面遙感，即把傳感器設置在地面平台上，如車載、船載、手提、固定或活動高架平台等；

航空遙感，即把傳感器設置在航空器上，如氣球、航模、飛機及其它航空器和遙感平台等；

航天遙感，即把傳感器設置在航天器上，如人造衞星、航天飛機、宇宙飛船、空間實驗室等。

主動式遙感，即由傳感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，即傳感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。

紫外遙感，其探測波段在0.3～0.38um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。

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、處理到判讀分析和應用，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。

遙感技術已廣泛應用於農業、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。遙感圖像的空間分辨率，光譜分辨率和時間分辨率都會有極大的提高。其應用領域隨着空間技術發展，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。

遙感在地理學中的應用，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。

遙感信息應用是遙感的最終目的。遙感應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。

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。

遙感影像上具有豐富的信息，多光譜數據的波譜分辨率越來越高，可以獲取紅邊波段、黃邊波段等。高光譜傳感器也發展迅速，我國的環境小衞星也搭載了高光譜傳感器。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。

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餘顆衞星參與了救援工作。

我國已建立了重大自然災害遙感監測評估運行系統，可以應用於颱風、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，一週內完成詳實的評估。

例如在台風天，通過災害遙感就可以準確的劃分出受颱風影響區域，通過氣象預警發佈有效信息，人們便可由此對農產品進行防護措施，降低損失。

在農業方面，利用遙感技術監測農作物種植面積、農作物長勢信息，快速監測和評估農業乾旱和病蟲害等災害信息，估算全球範圍、全國和區域範圍的農作物產量，為糧食供應數量分析與預測預警提供信息。

遙感衞星能夠快速準確地獲取地面信息，結合地理信息系統（GIS）和全球定位系統（GPS）等其他現代高新技術，可以實現農情信息收集和分析的定時、定 量、定位，客觀性強，不受人為干擾，方便農事決策，使發展精準農業成為可能，遙感影像可通過遙感集市雲服務平台免費下載或訂購的方式獲取。其平台即可查詢到高分一號、高分二號、資源三號等國產高分辨率遙感影像。

農業遙感基本原理：遙感影像的獲取遙感影像的紅波段和近紅外波段的反射率及其組合與作物的葉面積指數、太陽光合有效輻射、生物量具有較好的相關性。通過 衞星傳感器記錄的地球表面信息，辨別作物類型，建立不同條件下的產量預報模型，集成農學知識和遙感觀測數據，實現作物產量的遙感監測預報。同時又避免手工 方法收集數據費時費力且具有某種破壞性的缺陷。

農業遙感精細監測的主要內容包括：

（1）多級尺度作物種植面積遙感精準估算產品；

（2）多尺度作物單產遙感估算產品；

（3）耕地質量遙感評估和糧食增產潛力分析產品；

（4）農業乾旱遙感監測評估產品；

（5）糧食生產風險評估產品；

（6）植被標準產品集；

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。做法是在測量區域佈置一些水質傳感器，通過無線傳感器網絡技術可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佈特徵，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。

隨着熱紅外成像、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、輻射波譜的特徵峯值波長的寬域分佈。

大、中、小衞星相互協同，高、中、低軌道相結合，在時間分辨率上從幾小時到18天不等，形成一個不同時間分辨率互補的系列。 ^[1] 

隨着高空間分辨力新型傳感器的應用，遙感圖像空間分辨率從1km、500m、 250m、80m、30m、20m、10m、5m發展到1m, 軍事偵察衞星傳感器可達到15cm或者更高的分辨率。空間分辨率的提高，有利於分類精度的提高， 但也增加了計算機分類的難度。

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峯值波長的微小差異；同時，成像光譜儀等的應用，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響應特性。

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

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。

遙感分析技術從“定性”向“定量”轉變，定量遙感成為遙感應用發展的熱點。

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。

2022年6月27日，在第二十四屆中國科協年會閉幕式上，中國科協隆重發布10個對工程技術創新具有關鍵作用的工程技術難題，其中包括“ 如何利用遙感科技對地球健康開展有效診斷、識別與評估？”。 ^[4]