第1章 遥感发展现状及趋势
1.1 遥感简介
1.1.1 遥感的概念
1.广义的遥感
遥感一词来自英语remote sensing，即“遥远的感知”。广义理解，泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波等的探测。
实际工作中，重力、磁力、声波、地震波等的探测被划为物探（物理探测）的范畴。因而，只有电磁波探测属于遥感的范畴。
2.狭义的遥感
遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
1.1.2 遥感技术系统的构成
根据遥感的定义，遥感系统包括：被测目标物的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分。
（1）目标物的信息特征。任何目标物都具有发射、反射和吸收电磁波的性质，这是遥感的信息源。目标物与电磁波的相互作用，构成了目标物的电磁波特性，即目标物的信息特征，也是遥感探测的依据。
（2）信息的获取。接收、记录目标物电磁波特征的仪器，称为传感器或遥感器。如扫描仪、雷达、摄影机、摄像机、辐射计等。传感器通过获取目标物反射、发射或者回射的电磁波信息从而获取目标物的信息。
（3）信息的传输与记录。传感器接收到目标物的电磁波信息，记录在胶片或数字磁介质上。胶片由人或回收舱送至地面回收，而数字磁介质上记录的信息则可通过卫星上的微波天线传输给地面的卫星接收站。
（4）信息的处理。地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息，记录在高密度的磁介质上（如高密度磁带HDDT、光盘等），并进行一系列的处理，如信息恢复、辐射校正、卫星姿态校正、投影变换等，再转换为用户可使用的通用数据格式，或转换成模拟信号（记录在胶片上），然后才能被用户所使用，地面站或用户还可根据需要进行精校正处理和专题信息处理与分类等。
（5）信息的应用。遥感获取信息的目的是应用。这项工作由各专业人员按不同的应用目的进行。在应用过程中，也需要大量的信息处理和分析，如不同遥感信息的融合及遥感与非遥感信息的复合等。
1.1.3 遥感主要特点
1.大面积同步观测数据的获取
遥感所采用的航空摄影飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的轨道高度达910km左右，从而可及时获取大范围的信息。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可超过3万km2。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。
2.获取信息的速度快、周期短
由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。例如，陆地卫星5号，每16d可覆盖地球一遍；NOAA气象卫星每天能收到两次图像。
3.获取信息受条件限制少
在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。
4.获取信息的手段多、信息量大
根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外、红外和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取目标物内部信息。例如，地面深层、水的下层、冰层下的水体、沙漠下面的地物特性等。微波波段还可以全天候地工作。
5.具有较高的经济与社会效益
从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的观测方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。如Landsat卫星的投入与效益比估计为1∶80。
1.1.4 遥感的分类
为了便于专业人员研究和遥感技术应用，人们从不同的角度对遥感作如下分类。
1.按搭载传感器的遥感平台分类
根据遥感探测所采用的遥感平台不同可以将遥感分为以下几类：
（1）地面遥感。地面遥感即把传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等。
（2）航空遥感。航空遥感即把传感器设置在航空器上，如气球、航模、飞机及其他航空器等。
（3）航天遥感。航天遥感即把传感器设置在航天器上，如人造卫星、宇宙飞船、空间实验室等。
2.按遥感探测的工作方式分类
根据遥感探测的工作方式不同可以将遥感分为以下两类：
（1）主动式遥感。主动式遥感即由传感器主动地向被探测目标物发射一定波长的电磁波，然后接收并记录从目标物反射回来的电磁波。
（2）被动式遥感。被动式遥感即传感器不向被探测目标物发射电磁波，而是直接接收并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。
3.按遥感探测的工作波段分类
根据遥感探测的工作波段不同可以将遥感分为以下几类。
（1）紫外遥感。紫外遥感的探测波段在0.05～0.38μm之间。
（2）可见光遥感。可见光遥感的探测波段在0.38～0.76μm之间。
（3）红外遥感。红外遥感的探测波段在0.76～1000μm之间。
（4）微波遥感。微波遥感的探测波段在1mm～1m之间。
1.1.5 遥感的发展历程
1.遥感的萌芽及其初期发展
如果说人类最早的遥感意识是懂得了凭借人的眼、耳、鼻等感觉器官来感知周围环境的形、声、味等信息，从而辨认出周围物体的属性和位置分布的话，那么，人类自古以来就在想方设法不断地扩大自身的感知能力和范围。古代神话中的“千里眼”“顺风耳”即是人类这种意识的表达和流露，体现了人们梦寐以求的美好幻想。1609年意大利科学家伽利略研制的望远镜及其对月球的首次观测，以及1794年气球首次升空侦察，可视为是遥感的最初尝试和实践。而1839年达格雷和尼普斯的第一张摄影相片的发表则是遥感成果的首次展示，遥感开始由无记录的地面遥感阶段发展到有记录的地面遥感阶段。
随着摄影技术的诞生和照相机的使用，以及信鸽、风筝及气球等简陋平台的应用，构成了初期遥感技术系统的雏形。空中相片的魅力，得到更多人的首肯和赞许。1903年飞机的发明，以及1909年怀特第一次从飞机上拍摄意大利西恩多西利地区空中相片，从此揭开了航空摄影测量——遥感初期发展的序幕。
在第一次进行航空摄影以后，1913年，开普顿·塔迪沃发表论文首次描述了用飞机摄影绘制地图的问题。第一次世界大战的爆发，使航空摄影因军事上的需要而得到迅速的发展，并逐渐形成了独立的航空摄影测量学的学科体系。其应用进一步扩大到森林、土地利用调查及地质勘探等方面。
随着航空摄影测量学的发展及其应用领域的扩展，特别是第二次世界大战军事上的需要，以及科学技术的不断进展，使彩色摄影、红外摄影、雷达技术及多光谱摄影和扫描技术相继问世，传感器的研制得到迅速的发展，遥感探测手段取得了显著的进步。从而超越了航空摄影测量只记录可见光谱段的局限，向紫外和红外扩展，并扩大到微波。同时，运载工具以及判读成图设备等也都得到相应的完善和发展。随着科学技术的飞跃发展，遥感迎来了一个全新的现代遥感发展时期。
2.现代遥感发展
1957年10月4日苏联发射了人类第一颗人造地球卫星，标志着遥感新时期的开始。1959年苏联宇宙飞船“月球3号”拍摄了第一批月球相片。20世纪60年代初人类第一次实现了从太空观察地球的壮举，并取得了第一批从宇宙空间拍摄的地球卫星图像。这些图像大大地开阔了人们的视野，引起了广泛关注。随着新型传感器的研制成功和应用、信息传输与处理技术的发展，美国在一系列试验的基础上，于20世纪70年代初（1972年7月23日）发射了用于探测地球资源和环境的地球资源技术卫星“ERTS-1”（陆地卫星-1）。为航天遥感的发展与广泛应用，开创了一个新局面。
至今世界各国共发射的各种人造地球卫星已超过3000颗，其中大部分为军事侦察卫星（约占60%），用于科学研究及地球资源探测和环境监测的有气象卫星系列、陆地卫星系列、海洋卫星系列、测地卫星系列、天文观测卫星系列和通讯卫星系列等。通过不同高度的卫星及其载有的不同类型传感器，不间断地获得地球上的各种信息。现代遥感充分发挥航空遥感和航天遥感的优势，并融合为一个整体，构成了现代遥感技术系统。为进一步认识和研究地球，合理开发地球资源，提供了强有力的现代化手段。
现代遥感技术的发展引起了世界各国的普遍重视，遥感应用的领域及深度在不断扩大和延伸，取得了丰硕的成果和显著的经济效益。国际学术交流日益频繁，遥感的发展方兴未艾，前景远大。
当前，就遥感的总体发展而言，美国在运载工具、传感器研制、图像处理、基础理论及应用等遥感各个领域（包括数量、质量及规模上）均处于领先地位，体现了现今遥感技术发展的水平。苏联也曾是遥感的超级大国，尤其在其运载工具的发射能力上，以及遥感资料的数量及应用上都具有一定的优势。此外，西欧各国、加拿大、日本等发达国家也都在积极地发展各自的空间技术，研制和发射自己的卫星系统，例如法国的SPOT卫星系列、日本的JERS和MOS卫星系列等。许多第三世界国家对遥感技术的发展也极为重视，纷纷将其列入国家发展规划中，大力发展本国的遥感基础研究和应用，如中国、巴西、泰国、印度、埃及和墨西哥等，都已建立起专业化的研究应用中心和管理机构，形成了一定规模的专业化遥感技术队伍，取得了一批较高水平的成果，显示出第三世界国家在遥感发展方面的实力及其应用上的巨大潜力。