4.1遥感技术
1957年10月4日，在灼热的、涡动的气体中，184磅重的卫星腾空而起进入空间飞行，这是苏联发射的第一颗人造卫星被送入空间轨道。卫星发射的第二天，我们大多数人从无线电里收听到了这个新闻，大家都感到有些恐惧和一定程度的忧虑。卫星的发射打开了探求未知事物的大门，但是另一方面它说明了什么呢？这种新的进展是用于敌对目的呢？还是为了人类的利益而不是人类的毁灭呢？人们的头脑里产生种种疑问，但这是新出现的情况，要回答这些问题是困难的。
现在，在五十多年后的今天，我们看到已经发射了几千颗这样的卫星，其中，有的绕地球运转，有的绕太阳、月球运转，还有的则绕其他行星运转。我们也看到已经有人驾驶飞船到空间飞行；也有些飞行器穿越宇宙空间，飞行到极远的距离，永不返回地面。这些卫星和飞行器上的仪器把大量新的信息传送到地面，而这些信息我们是不能用任何其他方法得到的。特别是它们正在扩大我们的视野，前景确实令人兴奋的。
这些新发展是科学的一个分支，这就是遥感。
遥感这个词意味着从远处感知物体，也就是不和该物体接触而探测和测量该物体的一些性质。到过月球的宇航员，感到月球的表面是干燥的、布满尘埃的，这不是遥感，因为这是宇航员在月球上直接感觉到的。但是，如果你是在家里，坐在电视机前面的舒适椅子上，看到宇航员的登月器撞击月球表面的时候升起一片尘云，于是你推论出月球上是干燥的、布满尘土的。这就是遥感。因为你不在月球上（除了想象以外），你不能直接触觉到它。当伽利略用望远镜观看天体的时候，他就是一个初期的遥感工作者。在早上交通拥挤的时候，直升飞机驾驶员，驾驶着直升飞机观察地面交通运输的情况，并把交通阻塞的情形立即报告给地面，他是一个遥感工作者。当我们在晒太阳感到温暖的时候，在观看赛马的时候，或者听水在水壶中沸腾的声音的时候，我们也就像是遥感工作者。因为我们感到太阳的温暖，看到赛马和听到壶中水的声音，都没有同这些物体接触，与它们隔开一定的距离。根据温暖的感觉，我们能够推论太阳是热的；根据视觉，我们能够推论马飞奔的速度；根据听觉，我们能够推论壶中水的温度已经达到了沸点。
实际上这些都是遥感的一些例子，然而，在科学领域里，遥感这个术语已经有一个比较严格的含义。“遥感”一词，最初是在1962年美国召开的第一次环境科学遥感讨论会上，讨论如何把探测地面军事目标的侦察技术转向民用的问题时提出来的。按照字面的含义，“遥感”就是“遥远感知”。在科学上，它是使用一定的传感器，从不同高度的空中或空间探测地面物体大小和性质的一门边缘学科。这种探测手段使用的技术装置和方法，通常统称为遥感技术。确切地说，它是根据物体电磁辐射、反射和散射理论，借助于安装在运载工具上的传感器，在几百米到几百公里以外，接收、记录地物辐射或反射出来的各种不同波长的电磁波信息，用以探测与识别地面地物性质的一种综合技术。这种非接触的空间探测技术，是在航空摄影的基础上发展起来的。它具有感测面积大，获取资料速度快，受地面条件限制少，以及连续进行、反复观察的优点，因而遥感技术不但在军事上，而且在国民经济各部门都有十分重要的应用价值。
目前，在遥感探测中一般使用的运载工具包括人造地球卫星、宇宙飞行器、火箭、气球和飞机等。通常人们把这些运载工具统称为遥感平台。比较常用的传感器主要有多光谱摄影机、多光谱扫描仪、红外扫描仪和侧视雷达等。这些传感器统称为遥感仪器。它们的工作波段从紫外、可见光、红外，直到微波。
通常人们在习惯上根据遥感平台、遥感仪器、遥感资料结果以及应用领域的不同，把遥感进行以下类：
1.根据遥感平台分类。一般地说，人们把在大气层下界利用飞机、气球和火箭作为遥感平台的探测方法，叫做航空遥感；而把在地球外层空间以宇宙飞行器或人造地球卫星作为遥感平台的探测方法，叫做航天遥感或卫星遥感。
2.根据传感器接收信号的来源和方式的不同，可以分为被动式遥感和主动式遥感。所谓被动式遥感，是指利用传感器直接接收地面物体反射或发射的辐射能量来探测物体的遥感方式，如多光谱摄影、多光谱扫描成像等；所谓主动式遥感，是指利用人工发射一定频率的电磁波信号来探测物体的遥感方式，如侧视雷达。
3.根据获得的遥感资料结果，可以分为有影像方式和无影像方式的遥感。
有影像方式遥感，是指能够获得图像资料方式的遥感。按其成像原理，又可分为摄影方式遥感和非摄影方式遥感。一般地说，前者是指用光学原理摄影成像方法获得图像资料的遥感，如使用多光谱摄影机进行探测的航空或航天遥感。后者是指用光电转换原理扫描成像方法获得图像资料的遥感，如使用红外扫描仪、多光谱扫描仪和侧视雷达等进行探测的航空或航天遥感。
无影像方式遥感，是指只能获得数据或曲线记录结果而不能最终获得图像资料的遥感，如使用红外辐射温度计和微波辐射计等进行探测的航空或航天遥感。
4.根据应用领域分类。遥感技术目前已在农林、地理、海洋、气象、地质和环境保护等方面得到比较普遍的应用。为了便于区别遥感技术在各个学科的使用及其应用成果，出现了按照应用领域分类的方法。比如，用在环境保护方面的遥感技术方法及其应用成果，叫做环境遥感；用在海洋观测方面的遥感技术方法及其应用成果，叫做海洋遥感；不言而喻，用在地质勘测方面的遥感技术方法及其应用成果，叫做地质遥感。
4.2遥感技术系统
现代遥感技术系统一般由四部分组成：遥感平台、传感器、遥感数据接收与处理系统、遥感资料分析解译系统，其中遥感平台、传感器和数据接收与处理系统是决定遥感技术应用成败的三个主要技术因素。
1.遥感平台（Platform）
在遥感中搭载遥感仪器的工具称为平台或载体，它既是遥感仪器赖以工作的场所，又是遥感中“遥”字的具体表现。平台的运行特征及其姿态稳定状况直接影响遥感仪器的性能和遥感资料的质量。目前遥感平台主要有飞机、火箭和卫星等。
2.传感器（Remote Sensor）
在遥感中，收集、记录和传送遥感信息的装置称为传感器，它是遥感的核心，“感”字的体现。目前应用的传感器主要有：摄影机、摄像仪、扫描仪、雷达、光谱辐射计等。平台和传感器代表着遥感技术的水平。
3.遥感数据接收处理系统
为了接收从遥感平台传送来的图像胶片和数字磁带数据，必须建立地面接收站。地面接收站由地面数据接收和记录系统（TRRS），图像数据处理系统（IDPS）两部分组成，地面数据接收和记录系统的大型抛物天线，能够接收遥感平台发回的数据，这些数据是以电信号的形式传来的，经检波后，被记录在视频磁带上，然后把这些视频磁带，数据磁带或其他形式的图像资料等，送往图像数据处理机构。图像处理机构的任务是将数据接收和记录系统记录在磁带上的视频图像信息和数据，进行加工处理和贮存。最后根据用户的要求，制成一定规格的图像胶片和数据产品，作为商品提供给用户。
4.分析解译系统
用户得到的遥感资料，是经过预处理的图像胶片或数据，然后再根据各自的应用目的，对这些资料进行分析、研究、判断解释，从中提取有用信息，并将其翻译成为我们所用的文字资料或图件，这一工作称为“解译”。目前，解译已经形成一些规范的技术路线和方法。
（1）常规目视解译技术。所谓常规目视解译是指人们用手持放大镜或立体镜等简单工具，凭借解译人员的经验，来识别目标物的性质和变化规律的方法。由于目视解译所用的仪器设备简单，在野外和室内都可进行。既能获得一定的效果，还可验证仪器方法的准确程度，所以它是一种最基本的解译方法。但是，目视解译既受解译人员专业水平和经验的影响，也受眼睛视觉功能的限制，并且速度慢，不够精确。
（2）电子计算机解译技术。电子计算机解译是20世纪发展起来的一种解译方法，它利用电子计算机对遥感影像数据进行分析处理，提取有用信息，进而对待判目标实行自动识别和分类。该技术既快速、客观、准确，又能直接得到解译结果，是遥感分析解译的发展方向。
4.3遥感信息的接收、传送、处理和分析
4.3.1遥感基本过程
现代遥感技术的基本过程是：在距目标物几米至几千公里的距离以外，以汽车、飞机和卫星等为观测平台，使用光学、电子学或电子光学等探测仪器，接收目标物反射、散射和发射来的电磁辐射能量，以图像胶片或数字磁带形式进行记录；然后把这些信息传送到地面接收站，接收站把这些遥感数据和胶片进一步加工成遥感资料产品；最后结合已知物体的波谱特征，从中提取有用信息，识别目标和确定目标物间的相互关系。因此说遥感是一个接收、传送、处理和分析遥感信息，并最后识别目标的复杂技术过程。
4.3.2遥感信息的接收
遥感技术之所以能够探测各种不同的地面目标，是以目标本身具有不同的电磁波辐射或反射特性为根据的。遥感技术则是以各种地物反射、散射和发射不同的电磁波所表现的不同特性为基础的。为此遥感基本过程第一步是利用遥感传感器采集由地面目标物发出并穿过大气的电磁波辐射。
由于产生电磁波的波源不同，如电磁振荡、热辐射、物质内部的原子或电子跃迁、振动或转动等都能产生不同波长的电磁波。因此电磁波的波长范围变化很大。但各种不同波长的电磁波在真空中的传播速度都是相等的。实验证明，无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线等都是电磁波，只是由于波源不同，因而波长、频率也不同，它们的性质也有差异。把各种电磁波按波长或频率大小依次排列，称为电磁波谱。通常用于遥感的电磁波谱主要是：紫外线、可见光、红外线及微波等波谱段。
1.大气窗口
由于大气层对太阳辐射存在着吸收和散射作用，使太阳或地物光谱穿过大气层后的能量分布发生改变。有些波段的电磁波被严重地吸收和散射，几乎不能到达地面，即形成所谓大气屏障。但有些波段的电磁波则受影响较小，形成所谓大气窗口。显然，应用遥感技术观测地面时，其传感器的工作波段应在这些窗口中选择。目前用于遥感的大气窗口有下列几个：
（1）0.3～1.4μm的大气窗口
它包括全部可见光波段，也包括部分紫外光波谱段和部分近红外波段。这个窗口应用范围最广，通常采用摄影或扫描方式成像，收集地面信息。
（2）1.4～2.5μm的大气窗口
属于近红外波段，通常采用扫描方式成像。
（3）3.5～5.5μm的大气窗口
属于中红外波段，白天或夜间都可用扫描方式成像，收集地物辐射的中红外信息。
（4）8～14μm的大气窗口
属于远红外波段，也属于热辐射范畴，通常采用扫描方式成像或用红外辐射计检测。主要用于探测地热、火山、林火及热泉。已发射的陆地卫星3号的第8波段及陆地卫星4号的第7波段，均使用这个窗口。
（5）大于1.4mm的大气窗口
属于微波波段，这个窗口不受大气干扰，常用雷达成像或用微波辐射计检测，具有全天候探测的特点。
2.遥感传感器
传感器（sensor）也叫敏感器或探测器，它是收集、探测并记录地物电磁波辐射信息的仪器，是遥感技术系统的核心部分，它的性能制约着整个遥感技术的能力。遥感的能力包括传感器探测电磁波波段的响应能力，传感器的空间分辨率和物理分辨率，传感器获取地物电磁波信息量的大小和可靠程度，以及遥感成像方式等。传感器的种类很多，但从其结构上看，基本上都由收集器、探测器、处理器、输出器等器件组成，只有摄影方式的传感器探测与记录同时在胶片上完成，无需在传感器内进行信号处理。
3.收集器
地物辐射的电磁波，无论是反射、发射还是回反射，在空间是向各个方向传播的，传感器在空间特定的平台位置上，要接收地物的电磁波必须要有一个收集器。该系统的功能在于负责收集或接收目标物发射或反射的电磁辐射能，并把它们进行聚焦，然后送往探测系统。传感器的类型不同，收集器的设备元件不一样，最基本的收集元件是透镜（组），反射镜（组）或天线。摄影机的收集元件是凸透镜；扫描仪用各种形式的反射镜以扫描方式收集电磁波，雷达的收集元件是天线，两者都采用抛物面聚光，物理学上称抛物面聚光系统为卡塞格伦系统。如果进行多波段遥感，那么收集系统中还包含按波段分波束的元件，一般采用各种色散元件和分光元件，例如：滤色镜、棱镜、光栅、分光镜、滤光片等光学元器件和工具。
