环境遥感 神奇的太空守望者(1)
环境遥感，虽然大家都已耳熟能详，但如果没有亲身体会和实际接触过，仍会觉得充满着神秘色彩。说其神秘，是因为我们现在所理解的遥感都是与卫星、电脑和通讯等高科技结合在一起的。不过，从本质上看，传统的环境遥感就是一架放在外太空的特殊照相机而已。
“遥感”一词是从英语remote sensing翻译过来的；在英语中，remote的含义并非“遥远”，只要是非接触的，都可以称其为remote，比如，遥控器的英语为remote controller，远吗？如此来说，普通的照相机其实也是一个遥感器，甚至我们还可以把B超理解成一个遥感器。不是吗？B超所测定的并非肚皮，而是里面的内脏器官。这才是遥感的广义含义。当然，在说到环境遥感的时候，我们往往特指航空和航天遥感，因为环境遥感需要大范围的实时监测。环境遥感也越来越成为大尺度研究中不可或缺的重要工具，广泛应用于水文建模、气象预报、地理制图、植被覆被、景观规划、灾害监测、作物管理，生产力估算和全球变化模拟等领域。
由于大家对照相机的拍摄过程都司空见惯，因此对于理解基于摄影测量的遥感技术来说也并非难事；只不过，遥感波段范围可能更宽，分辨率更高。在照相机发明之前，人们以不能记录的方式在高处观察世界，那个时候称其为遥感的确有些牵强，因此遥感的时代必须从照相机问世开始说起。
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漫漫来时路
1839年，照相机诞生；1849年，法国人艾米·劳塞达特把照相机和望远镜结合起来，成为有目的、有记录遥感发展阶段的标志；1858年，法国人陶纳乔坐在热气球中拍摄巴黎市区的照片，开启了航空遥感的新纪元；1903年，德国人纽布朗纳设计出捆在鸽子身上的微型相机；美国人利用风筝拍摄了1906年的旧金山大地震……这都是飞机诞生之前的遥感工艺。同现代遥感技术相比，还极为简单。
1909年，在莱特兄弟发明飞机后的第6年，飞机也应用到了遥感上。“二战”时，微波雷达和红外技术也应用于航空遥感，人们开始利用机载遥感进行大地测量、勘测、制图和军事侦察。这一时期也被称为机载遥感时代。1957年，苏联第一颗人造地球卫星发射成功，之后以苏联的“斯普特尼克1号”(Sputnik-1)和美国的“探索者1号”(Explorer-1)为代表，进入了初级星载遥感时代，并同时成就了全球第一颗气象卫星“泰洛斯1号”(TIROS-1)。在冷战高峰期，间谍卫星“科罗纳”(Corona)被广泛应用，开创了间谍卫星遥感时代。1959年，美国的“先锋2号”(Vanguard-2)拍摄了地球云图，苏联的“月球1号”拍摄到了月球背面的照片，这意味着，遥感技术发展到了更深层的航天遥感阶段。在这一阶段，人们已不再满足于对可见光频段的遥感，成像光谱技术把感测波段推向上千个。虽然这一时期，卫星的发展本质上还是用于军事目的，然而，也就是因为当时的军事竞赛，促使卫星技术得到了蓬勃发展。
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冷战结束后，很多原本应用于军事领域的技术迅速转化为民用，以遥感影像为主的应用慢慢进入环境和自然资源领域。
气象卫星遥感时代是真正的数字记录时代，并拥有了可独立运算的计算机硬件和软件。这个时代将全球监测变成现实，并开创了环境应用的新实践。早期的气象卫星传感器由“地球静止轨道环境业务卫星”(GOES)和极地轨道卫星“诺阿”(NOAA)上的“高级甚高分辨辐射仪”(AVHRR)组成。以美国的“陆地资源卫星”(LANDSAT)系列和法国的“地球观测系统”(SPOT)系列卫星为代表，卫星拥有了更高的分辨率，也完全具备了全球覆盖能力，这是最重要的陆地卫星时代，开启了真正在局域、区域和全球尺度进行广泛环境遥感的新纪元；还有携带星载高光谱遥感器的“地球观测1号”(EO-1)，取代陆地资源卫星的升级版的“高级陆地成像仪”(ALI)，以及接近亚米级的高空间分辨率卫星“伊克诺斯”(IKONOS)和“快鸟”(QuickBird)，让人们有了更清晰认识地球的利器。谷歌公司为增强其地球产品的性能，也开发了分辨率高达0.5米的“视界”(WorldView)系列卫星，加入高分辨率环境遥感的大家庭。
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在陆地卫星发展得如火如荼之时，随着20世纪末“图谱合一”的“中分辨率成像光谱仪”(MODIS)的发射，环境遥感技术进入了对地观测系统时代，带来了覆盖全球、重复性高、产品多样，易于获取和免费访问等全新监测体系。
一般来说，由于数据采集和传输的瓶颈，卫星遥感要想同时获得高光谱分辨率、高空间分辨率和高时间分辨率的“三高”数据是非常困难的。而中分辨率成像光谱仪权衡了这几个技术指标，从实用性的角度基本上解决了这个问题，使得它在地球资源观测中具有绝对的优势。它的36个波段不仅分布广，而且光谱波段范围连续。中分辨率成像光谱仪的重复周期很高，“特拉”(Terra)和“阿卡”(Aqua)两颗卫星在过境时间上互补，“特拉”上午过境，“阿卡”下午过境，这样在一天内可以获得同一地区的两幅图像，这样的数据更新频率在实时地球观测和应急处理中很有必要。相比较而言，另一个系列的陆地资源卫星(TM/ETM)则需要16天。
如火如荼新时代
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随着新世纪的到来，环境遥感技术上的新千年时代也随之到来。在新世纪前后，各种新型遥感器层出不穷，下面举几个例子加以说明。
上述基于摄影测量的光学遥感技术也叫被动遥感，探测器只能获取和记录目标物体自身发射或是反射(一般指太阳)的电磁波信息。这种遥感方式的一个重要特点是必须在特定的日照条件下拍摄，而且抗干扰能力差，简单的云层遮盖就会让遥感器变成“睁眼瞎”。自20世纪90年代以来，欧航局发射的“地球资源卫星”(ERS)、日本发射的“日本地球遥感卫星”(JERS)，均使用微波雷达技术，它们可获取全天候与全天时的图像，被称为主动遥感。除此之外，比起传统的光学遥感图像，这类卫星还有更多不可替代的优势。例如，对于雪和冰，微波可以透过，因此可以获得被雪或冰覆盖的地面信息，地球资源卫星的C波段就可以对海洋及海冰下的地物进行成像，水的微波辐射通常比较低，发射率随温度及盐分变化，因此可借此估计海温。而日本地球遥感卫星的L波段可以更深地穿透植被，所以在林业及植被研究中更有用。与空旷地相比，植被表面的发射较低，而当植被覆盖度增加时，微波辐射的水平极化和垂直极化的差别减小，因此可用于评估植被覆盖度。湿润土壤的微波辐射主要来自表面薄层，而对于干燥土壤，微波辐射可以深入到地下，因此可用于深处土壤湿度的监测。, http://www.100md.com(赵斌)
“遥感”一词是从英语remote sensing翻译过来的；在英语中，remote的含义并非“遥远”，只要是非接触的，都可以称其为remote，比如，遥控器的英语为remote controller，远吗？如此来说，普通的照相机其实也是一个遥感器，甚至我们还可以把B超理解成一个遥感器。不是吗？B超所测定的并非肚皮，而是里面的内脏器官。这才是遥感的广义含义。当然，在说到环境遥感的时候，我们往往特指航空和航天遥感，因为环境遥感需要大范围的实时监测。环境遥感也越来越成为大尺度研究中不可或缺的重要工具，广泛应用于水文建模、气象预报、地理制图、植被覆被、景观规划、灾害监测、作物管理，生产力估算和全球变化模拟等领域。
由于大家对照相机的拍摄过程都司空见惯，因此对于理解基于摄影测量的遥感技术来说也并非难事；只不过，遥感波段范围可能更宽，分辨率更高。在照相机发明之前，人们以不能记录的方式在高处观察世界，那个时候称其为遥感的确有些牵强，因此遥感的时代必须从照相机问世开始说起。
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1839年，照相机诞生；1849年，法国人艾米·劳塞达特把照相机和望远镜结合起来，成为有目的、有记录遥感发展阶段的标志；1858年，法国人陶纳乔坐在热气球中拍摄巴黎市区的照片，开启了航空遥感的新纪元；1903年，德国人纽布朗纳设计出捆在鸽子身上的微型相机；美国人利用风筝拍摄了1906年的旧金山大地震……这都是飞机诞生之前的遥感工艺。同现代遥感技术相比，还极为简单。
1909年，在莱特兄弟发明飞机后的第6年，飞机也应用到了遥感上。“二战”时，微波雷达和红外技术也应用于航空遥感，人们开始利用机载遥感进行大地测量、勘测、制图和军事侦察。这一时期也被称为机载遥感时代。1957年，苏联第一颗人造地球卫星发射成功，之后以苏联的“斯普特尼克1号”(Sputnik-1)和美国的“探索者1号”(Explorer-1)为代表，进入了初级星载遥感时代，并同时成就了全球第一颗气象卫星“泰洛斯1号”(TIROS-1)。在冷战高峰期，间谍卫星“科罗纳”(Corona)被广泛应用，开创了间谍卫星遥感时代。1959年，美国的“先锋2号”(Vanguard-2)拍摄了地球云图，苏联的“月球1号”拍摄到了月球背面的照片，这意味着，遥感技术发展到了更深层的航天遥感阶段。在这一阶段，人们已不再满足于对可见光频段的遥感，成像光谱技术把感测波段推向上千个。虽然这一时期，卫星的发展本质上还是用于军事目的，然而，也就是因为当时的军事竞赛，促使卫星技术得到了蓬勃发展。
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冷战结束后，很多原本应用于军事领域的技术迅速转化为民用，以遥感影像为主的应用慢慢进入环境和自然资源领域。
气象卫星遥感时代是真正的数字记录时代，并拥有了可独立运算的计算机硬件和软件。这个时代将全球监测变成现实，并开创了环境应用的新实践。早期的气象卫星传感器由“地球静止轨道环境业务卫星”(GOES)和极地轨道卫星“诺阿”(NOAA)上的“高级甚高分辨辐射仪”(AVHRR)组成。以美国的“陆地资源卫星”(LANDSAT)系列和法国的“地球观测系统”(SPOT)系列卫星为代表，卫星拥有了更高的分辨率，也完全具备了全球覆盖能力，这是最重要的陆地卫星时代，开启了真正在局域、区域和全球尺度进行广泛环境遥感的新纪元；还有携带星载高光谱遥感器的“地球观测1号”(EO-1)，取代陆地资源卫星的升级版的“高级陆地成像仪”(ALI)，以及接近亚米级的高空间分辨率卫星“伊克诺斯”(IKONOS)和“快鸟”(QuickBird)，让人们有了更清晰认识地球的利器。谷歌公司为增强其地球产品的性能，也开发了分辨率高达0.5米的“视界”(WorldView)系列卫星，加入高分辨率环境遥感的大家庭。
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在陆地卫星发展得如火如荼之时，随着20世纪末“图谱合一”的“中分辨率成像光谱仪”(MODIS)的发射，环境遥感技术进入了对地观测系统时代，带来了覆盖全球、重复性高、产品多样，易于获取和免费访问等全新监测体系。
一般来说，由于数据采集和传输的瓶颈，卫星遥感要想同时获得高光谱分辨率、高空间分辨率和高时间分辨率的“三高”数据是非常困难的。而中分辨率成像光谱仪权衡了这几个技术指标，从实用性的角度基本上解决了这个问题，使得它在地球资源观测中具有绝对的优势。它的36个波段不仅分布广，而且光谱波段范围连续。中分辨率成像光谱仪的重复周期很高，“特拉”(Terra)和“阿卡”(Aqua)两颗卫星在过境时间上互补，“特拉”上午过境，“阿卡”下午过境，这样在一天内可以获得同一地区的两幅图像，这样的数据更新频率在实时地球观测和应急处理中很有必要。相比较而言，另一个系列的陆地资源卫星(TM/ETM)则需要16天。
如火如荼新时代
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随着新世纪的到来，环境遥感技术上的新千年时代也随之到来。在新世纪前后，各种新型遥感器层出不穷，下面举几个例子加以说明。
上述基于摄影测量的光学遥感技术也叫被动遥感，探测器只能获取和记录目标物体自身发射或是反射(一般指太阳)的电磁波信息。这种遥感方式的一个重要特点是必须在特定的日照条件下拍摄，而且抗干扰能力差，简单的云层遮盖就会让遥感器变成“睁眼瞎”。自20世纪90年代以来，欧航局发射的“地球资源卫星”(ERS)、日本发射的“日本地球遥感卫星”(JERS)，均使用微波雷达技术，它们可获取全天候与全天时的图像，被称为主动遥感。除此之外，比起传统的光学遥感图像，这类卫星还有更多不可替代的优势。例如，对于雪和冰，微波可以透过，因此可以获得被雪或冰覆盖的地面信息，地球资源卫星的C波段就可以对海洋及海冰下的地物进行成像，水的微波辐射通常比较低，发射率随温度及盐分变化，因此可借此估计海温。而日本地球遥感卫星的L波段可以更深地穿透植被，所以在林业及植被研究中更有用。与空旷地相比，植被表面的发射较低，而当植被覆盖度增加时，微波辐射的水平极化和垂直极化的差别减小，因此可用于评估植被覆盖度。湿润土壤的微波辐射主要来自表面薄层，而对于干燥土壤，微波辐射可以深入到地下，因此可用于深处土壤湿度的监测。, http://www.100md.com(赵斌)