声明：本文参考课程《遥感地学分析》，授课教师：韦玉春。

遥感的概念

广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震）等的探测。广义的遥感包含了对波和谱的探测，它们是曲线而不是图像。
狭义：应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标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。

遥感是一种以物理手段、数学方法和地学分析为基础的综合性应用技术。

物理手段：传感器、平台及信息传输
数学方法：计算机图像处理、数理统计、建模
地学分析：以地学规律为基础的地学处理过程（geo-processing）

遥感技术系统

遥感平台（platform），承载着遥感器和通讯系统
传感器（remote sensor），也就是遥感器
遥感数据接收与处理系统
遥感资料分析处理系统

遥感信息源的类型

按遥感平台划分
- 地面遥感
- 航空遥感
- 航天遥感：卫星遥感是一种航天遥感
- 宇航遥感
  不同的空间观测尺度

遥感平台	高度	目的与用途	其它
静止卫星	36,000 km	定点地球观测	气象卫星（GMS等）
圆轨道卫星（地球观测卫星）	500 - 1,000 km	定期地球观测	Landsat、SPOT MOS等
航天飞机	240 - 350 km	不定期地球观测空间实验
无线探空仪	100m - 100 km	各种调查（气象等）
高高度喷飞机	10,000 - 12,000 m	侦查、大范围调查
中低高度喷飞机	500 - 8,000 m	各种调查航空摄影测量
飞艇	500 - 3,000 m	空中侦察、各种调查
直升机	100 - 2,000 m	各种调查、摄影测量
无线遥控飞机	500 m以下	各种调查、摄影测量	飞机、直升机
牵引飞机	50 -500 m	各种调查、摄影测量	牵引滑翔机
系留气球	800 m以下	各种调查
索道	10 -40 m	遗址调查
吊车	5 - 50 m	近距离摄影测量
地面测量车	0 - 30m	地面实况调查	车载升降台

按探测的电磁波段划分
- 可见光遥感：0.38 - 0.76 nm
- 红外遥感：0.76 - 1000 um（感受地表辐射的能量变化，监测火灾、火山喷发等自然灾害）
- 微波遥感：1mm - 1m （优点：可穿透云雾）
- 紫外遥感：0.05 - 0.38 um （紫外波段多被大气吸收，因而常用于大气遥感）
- 多光谱遥感：多光谱摄影机、多光谱扫描仪
- 高光谱遥感：成像高光谱和非成像高光谱
按电磁辐射源划分
- 主动遥感：如微波遥感，利用设备向待观测物体发射电磁波，再根据对象反射的电磁波能量进行分析。
- 被动遥感：如光学遥感，以太阳光为电磁辐射源，通过地物反射的电磁波能量来分析并获取地物的能量。
按应用领域划分
- 地质遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感、海洋遥感、环境遥感、灾害遥感等。

遥感的特点

大面积的同步观测
遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围越大，从而可观测地物的空间分布规律。
注：“同步”一词是指分钟级而非秒级，因为遥感成像需要一定的时间。
时效性
遥感技术可以在短时间内对同一地区进行重复探测。
数据的综合性和可比性
遥感技术获取的数据反映地表的综合特性，包括自然、人文等方面。
经济性
可节省大量的人力、物力和财力。
局限性
波谱的有限性、电磁波段的准确性、空间分辨率低等。

遥感信息源的综合特征

多源性
- 多平台
- 多波段
- 多视场：垂直观测、倾斜观测、前向观测、后向观测、立体观测等
空间宏观性
遥感影像覆盖范围大、视野广，具有概括性
遥感信息的时间性
- 瞬时特征
- 时效性
- 重返周期与多时相
综合性、复合性
- 多种地理要素的综合反映
- 多分辨率遥感信息的综合
波谱、辐射量化性
- 地物波谱反射、辐射的定量化记录
  遥感图像与数码相机拍摄照片的区别在于，遥感影像记录的像素值是可以定量分析，因而可用于科学研究，而普通照片记录的像素值只是一个相对的值，是难以定量的。
遥感信息在地学分析中的模糊性和多解性
地面信息是多维的、无限的（时间和空间的），而遥感信息是简化的二维信息。
遥感信息的复杂性和不确定性
- 同物异谱、异物同谱
- 混合像元：如，将一张遥感影像放大到一定程度后，某个像元可能是尘土与杂草的混合。像元的混合具有不同的空间和级别。
- 时相变化
- 信息传输中的衰减和增益（辐射失真和几何畸变）

遥感图像的分辨率

空间分辨率（spatial resolution）

像元大小（pixel size）：针对传感器或图像而言，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小。如，MODIS为1000m，OLCI为300m。
地面分辨率（ground resolution）：针对地面而言，指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小。
瞬时视场（IFOV）：指遥感器内单个探测原件的受光角度或观测视野。单位：毫弧度（mrad）。IFOV越小，最小可分辨单元（可分像素）越小，空间分辨率越高。一个瞬时视场内的信息，表示一个像素。
线对数（Photographic Resolution; Line Pairs）：成像平面上1毫米间距内能分辨开的黑白相间的线条对数。单位：线对/毫米（lp/mm）。对摄影系统非常重要。
概括能力：地面目标是个多维的真实模型，是个无限、连续的信息源（时空尺度上）；遥感数据是对地面信息源有限化、离散化的二维平面记录。从地面原型到遥感信息，即把地面信息有限化、离散化过程必然要损失部分信息，这就是一种概括能力。从地面信息到遥感信息，经理一定的处理过程，它损失了一部分信息，必然产生一种概括能力，如同制图综合一样。遥感信息的概括能力随空间分辨率的降低而增大。

光谱分辨率

指遥感器所选用的波段数量的多少、各波段的波长位置、和波长间隔的大小（带宽）。

光谱分辨率越高，专题研究的针对性越强，对物体的识别精度越高，遥感应用分析的效果越好；
多波段（多光谱）信息直接地综合解译比较困难；
多波段（多光谱）的数据分析，可以改善识别和提取信息特征的概率和精度。
在遥感中的意义：
开拓遥感应用领域
专题研究中波段选择针对性
图像处理中多波段的应用提高判识效果。

时间分辨率

指同一地区遥感影像重复覆盖的频率。

超短、短周期时间分辨率：一天内，用来探测大气海洋物理现象、火山爆发、植物病虫害、森林火灾、污染源监测等。
中周期时间分辨率：一年内，用来探测植物的季相节律、再生资源、旱涝、气候学、大气动力学、海洋动力学分析等。
长周期时间分辨率：以年为单位的变化，环境、资源变化等。
区分概念：
重复周期：相邻两次探测的范围完全覆盖同一个区域，叫做重复。较长。重复观测。
重访周期：相邻两次探测的范围不完全重复，有交叉，叫做重访。较短。偏离角度（倾斜、正射或垂直）观测。

辐射分辨率

指遥感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。即探测器的灵敏度（遥感器感测原件在接收光谱信号时能分辨的最小辐射度差，或指对两个不同辐射源的辐射量的分辨能力）。一般用灰度的分级数来表示，即最暗-最亮灰度值（亮度值）间分级的数目——量化级数。辐射分辨率越高，对地物变化的识别能力越强。

有效量化的级数一般由动态范围和信噪比S/N所确定。

动态范围：传感器可测量的最大信号与最小信号之比。在动态范围内，输入与输出信号几乎呈线性关系。
- 最大信号：在此值以外无论输入的信号多强，响应也无变化的饱和区。
- 最小信号：在此值以外为对输入的弱信号无响应的无感应区。
信噪比（S/N）：有效信号（signal）与噪声（noise）之比，即信号功率与噪声功率之比。为方便起见，信噪比常定义为信号均方根电压和噪声均方根电压之比，单位均为分贝（dB）。

常用遥感系统

传感器耦合平台（如卫星），就构成了遥感系统。一颗卫星可搭载多个传感器。

卫星遥感系统

用于大范围对地观测。

陆地资源卫星：以探测陆地资源为目的。
- 美国陆地卫星（Landsat）- 数据免费
  - 1972年发射第一颗，共发射了8颗，搭载的传感器主要有MSS、TM、ETM、OLI，属于中高度、长寿命的卫星。
  - 运行特点：近极地、近圆形的轨道；轨道高度为700-900 km，运行周期为99-103 min/圈；轨道与太阳同步。
- 法国陆地观测卫星（SPOT）
- 欧空局地球资源卫星（ERS）
- 俄罗斯钻石卫星（ALMAZ）
- 日本地球资源卫星（JERS）
- 印度遥感卫星（IRS）
- 中-巴地球资源卫星（CBERS）- 数据免费
气象卫星
海洋卫星
地球观测系统（EOS）计划
环境遥感卫星
航空遥感系统
测图。用来更新地面的基础地理信息。
地面遥感数据采集系统
做地面遥感实验，用于设计遥感器。