遙感原理與應(yīng)用課程論文

1、遙感技術(shù)在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用和發(fā)展趨勢摘要：遙感技術(shù)集合了空間、電子、光學(xué)、計算機、生物學(xué)和地學(xué)等科學(xué)的最新成就，是現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分。自從1972年美國第一顆地球資源技術(shù)衛(wèi)星發(fā)射成功并獲取了大量地球表面的衛(wèi)星圖像后，遙感技術(shù)就開始在世界范圍內(nèi)迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)的出現(xiàn)揭開了人類從外層空間觀測地球的序幕，為人類認識國土、開發(fā)資源、監(jiān)測環(huán)境、研究災(zāi)害以及分析全球氣候變化等提供了新的途徑。關(guān)鍵詞：遙感技術(shù) 環(huán)境科學(xué) 應(yīng)用 3S一體化 發(fā)展趨勢宏觀上遙感技術(shù)是指從地面上空的飛機、飛船、衛(wèi)星等飛行器上，利用各種波段的遙感器，通過攝影、掃描、信息感應(yīng)，識別地面物質(zhì)的性質(zhì)和運動狀態(tài)的技術(shù)

2、，具有遙遠感知事物的意思。微觀上遙感是從遠離地面的不同工作平臺上，如高塔、氣球、飛機、火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船和航天飛機等，通過傳感器對地球表面的電磁波輻射信息進行探測，然后經(jīng)信息的傳輸、處理和判讀分析，對地球的資源與環(huán)境進行探測與監(jiān)測的綜合性技術(shù)。遙感技術(shù)從遠距離采用高空鳥瞰的形式進行探測，包括多點位、多譜段、多時段和多高度的遙感影像以及多次增強的遙感信息，能提供綜合系統(tǒng)性、瞬時或同步性的連續(xù)區(qū)域性同步信息，在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用具有很大優(yōu)越性。20世紀90年代以來，環(huán)境遙感技術(shù)應(yīng)用越來越廣。從陸地的土地覆被變化，城市擴展動態(tài)監(jiān)測評價，土壤侵蝕與地面水污染負荷產(chǎn)生量估算，生物棲息地評價和保

3、護，工程選址以及防護林保護規(guī)劃和建設(shè)。到水域的海洋和海岸帶生態(tài)環(huán)境變遷分析，海面懸浮泥沙、葉綠素含量、黃色物質(zhì)、海上溢油、赤潮以及熱污染等的發(fā)現(xiàn)和監(jiān)測，珊瑚和紅樹林的現(xiàn)狀調(diào)查與變化監(jiān)測，堤壩的規(guī)劃與水沙平衡分析，水下地形地遙調(diào)查以及水域初級生產(chǎn)率的估算。再到大氣環(huán)境遙感中的城市熱島效應(yīng)分析，大氣污染范圍識別與定量評價，大氣氣溶膠污染特征參數(shù)化，全球水、氣和化學(xué)元素等的循環(huán)研究，全球環(huán)境變化以及重大自然災(zāi)害的評估等，幾乎覆蓋了整個地球系統(tǒng)。很多人以為遙感離自己的生活很遙遠，其實這些技術(shù)早就已經(jīng)深入大家的生活。從上個世紀六十年代提出“遙感”這個詞，到1972年美國陸地衛(wèi)星計劃發(fā)射了第一顆對地觀測衛(wèi)

4、星（LandSat）,經(jīng)過幾十年的發(fā)展，遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在軍事、國防、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土、海洋、測繪、氣象、生態(tài)環(huán)境、水利、航天、地質(zhì)、礦產(chǎn)、考古、旅游等領(lǐng)域，影響了人類生活的方方面面,它為人類提供了從多維和宏觀角度去認識世界的新方法與新手段，遙感技術(shù)能夠全面、立體、快速有效地探明地上和地下資源的分布情況，其效率之高是以前各種技術(shù)無法企及的。遙感技術(shù)應(yīng)用于哪些方面1、地質(zhì)遙感 遙感技術(shù)應(yīng)用于大面積的地質(zhì)災(zāi)難調(diào)查，可達到及時、具體、準確且經(jīng)濟的目的。在2008年“5.12”汶川大地震的后續(xù)救援工作中，遙感技術(shù)就發(fā)揮了突出作用，第一時間提供了地質(zhì)地貌變化情況，為政府作出正確決策提供了依據(jù)。在舟

5、曲泥石流災(zāi)害中，中國科學(xué)院對地觀測與數(shù)字地球科學(xué)中心科研人員就使用遙感技術(shù)，重點提取了6條溝谷與泥石流發(fā)生有關(guān)的信息，得到集水面積、流域平均坡度、流域落差和植被覆蓋度等參數(shù)。經(jīng)過分析，科研人員判斷出，當?shù)啬男┑胤饺源嬖谀嗍麟[患，哪些地段發(fā)生大型泥石流的可能性較小，讓前方人員可以更有針對性地安排救災(zāi)工作。 2、林業(yè)遙感 在林業(yè)方面，利用遙感技術(shù)可以清查森林資源，監(jiān)測森林火災(zāi)和病蟲害?；馂?zāi)是林業(yè)的大敵，利用航空紅外遙感技術(shù)，不僅能發(fā)現(xiàn)已燃燒起來的烈火，而且可以探測到面積小于0.1-0.3小火情，還能及時預(yù)報由于自燃尚未起火的隱伏火情。利用衛(wèi)星遙感，一次就可探測到上千平方千米范圍內(nèi)發(fā)生的林火現(xiàn)象。

6、衛(wèi)星遙感防火監(jiān)測服務(wù)在吉林省森林和草原防火工作中發(fā)揮了重要作用，對于人煙稀少的原始林區(qū)，能及時監(jiān)測到瞭望崗哨難以發(fā)現(xiàn)的火點，為林火的撲救贏得時間。 3、測繪遙感 人造衛(wèi)星每隔18天就可送回一套全球的圖像資料。利用遙感技術(shù)，可以高速度、高質(zhì)量地測繪地圖。 4、軍事遙感 在伊拉克戰(zhàn)爭中，遙感技術(shù)發(fā)揮了重要的作用，如打擊目標的確定，水源的發(fā)現(xiàn)，地下坑道的發(fā)現(xiàn)，隱藏所的目標鎖定等。為戰(zhàn)爭的戰(zhàn)略指揮和后勤工作做了充分的準備，最大限度的發(fā)揮攻擊效益，極大的增強了軍隊戰(zhàn)斗力。自動化偵察系統(tǒng)，搜集預(yù)處理情報系統(tǒng)，自動化通信系統(tǒng)，氣象偵察等，充分保障了空中、地面作戰(zhàn)的進行。遙感技術(shù)獲得的信息探測范圍大，資料新穎

7、，而且為動態(tài)變化，還可迅速成圖，搜集方便，不受雨霧、地形等條件的限制。科索沃戰(zhàn)爭就是一場現(xiàn)代化的信息戰(zhàn)，科索沃上空20多顆衛(wèi)星進行了追蹤定位偵察，監(jiān)視部隊動態(tài)變化并及時傳遞信息，制導(dǎo)轟炸。阿富汗戰(zhàn)爭更有著太多的始料未及，B-52的遠程轟炸，直接從美本土起飛，飛行上萬里，且目標準確，由于傳感的精確指導(dǎo)，美泊于印度洋上的航空母艦直接進行導(dǎo)彈發(fā)射，阿富汗多山的優(yōu)勢，在遙感監(jiān)聽下亦喪失殆盡，崇山峻嶺中山洞的防御亦不能逃脫精確制導(dǎo)的打擊，微波的功能讓塔利班地下工事無所遁形。 5、農(nóng)業(yè)遙感 農(nóng)業(yè)遙感是指利用遙感技術(shù)進行農(nóng)業(yè)資源調(diào)查，土地利用現(xiàn)狀分析，農(nóng)業(yè)病蟲害監(jiān)測，農(nóng)作物估產(chǎn)等農(nóng)業(yè)應(yīng)用的綜合技術(shù)，是當前遙

8、感應(yīng)用的最大用戶之一。在2007年的中央一號文件中寫到“鼓勵有條件的地方在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中積極采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感和管理信息系統(tǒng)等技術(shù)?！笨梢娺b感在農(nóng)業(yè)中的重要地位。 農(nóng)作物估產(chǎn)與監(jiān)測 2004年以來，利用遙感估產(chǎn)運行系統(tǒng)得到的冬小麥、玉米的長勢、墑情、面積和產(chǎn)量監(jiān)測結(jié)果一直納入農(nóng)業(yè)部“農(nóng)情信息發(fā)布日歷”,成為農(nóng)業(yè)部糧食會商的3大信息渠道之一,通過農(nóng)業(yè)部官方網(wǎng)站對外發(fā)布。像遙感站所進行的冬小麥監(jiān)測、玉米監(jiān)測就是遙感估產(chǎn)運行系統(tǒng)中的地面調(diào)查系統(tǒng)。 在病蟲害防治中的應(yīng)用 在小麥生產(chǎn)中，小麥條銹病是損失大、危及范圍最廣的一種病害。長期以來，我國對小麥條銹病的監(jiān)測工作僅限于田間取樣調(diào)查。

9、但是，針對大面積病害的監(jiān)測，采用人工調(diào)查不僅耗費大量人力物力，而且監(jiān)測效率很低，等病情上報到有關(guān)部門時，往往病害已大范圍暴發(fā)。在國家自然科學(xué)基金的支持下，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院副院長馬占鴻教授帶領(lǐng)的研究團隊已能夠利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對我國主要小麥品種實施條銹病病情監(jiān)測。和人工進行農(nóng)作物病蟲害監(jiān)測相比，采用衛(wèi)星遙感監(jiān)測效率更高，精度更高。 農(nóng)情監(jiān)測 農(nóng)情參數(shù)的獲取可以用于指導(dǎo)農(nóng)田的生產(chǎn)管理，實行變量投入，達到優(yōu)化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)率、減少污染，是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。遙感技術(shù)具有覆蓋范圍大、探測周期短、現(xiàn)時性強、費用成本低的特點，為農(nóng)情參數(shù)快速、準確、動態(tài)地獲取提供了重要的技術(shù)手段。 6、環(huán)境遙

10、感 遙感技術(shù)應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測上既可宏觀觀測空氣、土壤、植被和水質(zhì)狀況，為環(huán)境保護提供決策依據(jù)，也可實時快速跟蹤和監(jiān)測突發(fā)環(huán)境污染事件的發(fā)生、發(fā)展，及時制定處理措施，減少污染造成的損失。主要談?wù)撨b感技術(shù)在環(huán)境方面的應(yīng)用（參考文獻的）1.遙感技術(shù)在水污染監(jiān)測方面的應(yīng)用 利用紅外掃描儀監(jiān)視石油污染 ，全球每年排入海洋的石油及其制品高達1000萬噸， 利用多光譜航片可對海面石油污染進行半定量分析，將彩色航片同步拍照與近紅外片做的彩色密度分割圖相比較，更精密地判斷和解譯信息，參照圖片畫出不同油膜厚度的大致分級圖。通過彩色密度分割圖像，特別是數(shù)字密度分割圖，可以更準確地判斷油量的分布情況。通過彩色密度分割可

11、把相差零點零幾厚度的海面油膜區(qū)分出層次來，這有利于用航空遙感對海面油的擴散分布和半定量研究。濃度大的地方是黃色，往外擴散的油膜變薄，呈黃紫混在一起的顏色，再往外擴散的油膜就更薄些呈紫色。通過對污染發(fā)生后各天的氣象衛(wèi)星圖像的對比分析，確定油膜的漂移方向，計算出其擴散速度和擴散面積。2.遙感技術(shù)在大氣環(huán)境監(jiān)測方面的應(yīng)用 、氣候變化 美國、歐盟、日本和俄羅斯的地球同步軌道氣象衛(wèi)星組成的靜止氣象衛(wèi)星監(jiān)測系統(tǒng)晝夜不停地觀測地球的氣候變化，得到全球范圍內(nèi)的大氣參數(shù)、海洋參數(shù)、地表狀況、輻射收支和臭氧分布等信息，對全球變暖、臭氧層空洞以及厄爾尼諾現(xiàn)象的研究非常重要。 、臭氧層 臭氧層位于地球上空2530千米

12、的平流層中，對0.3米以下紫外區(qū)的電磁波有較大吸收，可用紫外波段來測定臭氧層的變化。臭氧層在2.74毫米處也有一個吸收帶，可用頻率為11O83兆赫茲的地面微波輻射計來測定臭氧在大氣中的垂直分布。另外臭氧層會吸收太陽紫外線而升溫，可使用紅外波段來探測，如用7.7513.3微米熱紅外探測器測定臭氧層的溫度變化，參照濃度與溫度的相關(guān)關(guān)系，推算出臭氧濃度的水平分布。 大氣氣溶膠 利用遙感圖像可分析大氣氣溶膠的分布和含量，工業(yè)煙霧、火災(zāi)濃煙和大規(guī)模沙塵暴在遙感圖像上都有清晰的圖像，可以直接圈定其大致范圍。利用周期性氣象衛(wèi)星圖可監(jiān)測沙塵運動，估計其運動速度，及時預(yù)報沙塵暴。通過衛(wèi)星資料可及早發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)，

13、把災(zāi)害損失降到最低。大比例圖片可用來調(diào)查城市煙囪的數(shù)量和分布，還可以通過煙囪陰影的長度來計算其大致高度。應(yīng)用計算機對影像進行微密度分割，建立煙霧濃度與影像灰度值的相關(guān)關(guān)系，可測出煙霧濃度的等值線圖。 有害氣體 彩紅外相片可監(jiān)測有毒氣體對污染源周圍樹木和農(nóng)作物的危害情況，通過植物對有害氣體的敏感性來推斷某地區(qū)大氣污染的程度和性質(zhì)。一般污染較輕的地區(qū)，植被受污染的情況不宜被人察覺，但其光譜反射率卻會明顯變化，在遙感影像上表現(xiàn)為灰度的差異。正常生長的植物葉片能強烈反射紅外線，在彩紅外相片上色澤鮮紅明亮。受到污染的葉子，其葉綠素遭到破壞，對紅外線的反射能力下降，其彩紅外相片顏色發(fā)暗，如白蠟樹受污染后呈

14、紫紅色，柳樹呈品紅色略帶藍灰色。3.遙感技術(shù)在城市環(huán)境監(jiān)測與管理中的應(yīng)用 彩紅外遙感影像可監(jiān)測固體廢棄物引起的生態(tài)環(huán)境變化，熱紅外遙感影像可調(diào)查工業(yè)廢水和廢氣的排放情況。城市道路寬的呈帶狀和環(huán)狀，窄的呈線狀，城市廣場一般以塊狀藍灰色與街道緊密相連于中心地帶。居民區(qū)呈灰色，高層樓房帶有寬長影，平房呈密集排列的小長方塊狀。水系呈淺藍色，綠地呈紅色。從遙感圖像上獲取這些信息，對優(yōu)化城市結(jié)構(gòu)有很大幫助。另外城市里的高大建筑物對太陽輻射和其他熱輻射的吸收和釋放特性跟以土地和農(nóng)作物為主要下墊面的郊區(qū)有很大不同，利用熱紅外遙感對城市下墊面進行分析就可以得出城市的熱島效應(yīng)。4.應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)控生態(tài)環(huán)境 遙感影

15、像真實記錄地貌形態(tài)特征并提供各環(huán)境參數(shù)的組合情況，根據(jù)其空間一致性和差異性進行區(qū)域環(huán)境范圍的生態(tài)區(qū)劃。利用遙感衛(wèi)星相片還可以編制森林樹種、生長狀況和森林覆蓋圖，使用計算機集群分類，精度可高達8O 。一般野生動物環(huán)境與森林植被關(guān)系最為密切，通過研究植物的分布與長勢可大致確定動物的活動繁殖場所，從而編制森林野生動物保護規(guī)劃。5.利用遙感技術(shù)監(jiān)測自然災(zāi)害 遙感技術(shù)對于暴雨、水土流失、地震和山體滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查與監(jiān)測也很有效。比如說地震與地球活動構(gòu)造塊體分布及其活動方式密切相關(guān)，利用衛(wèi)星預(yù)測地震技術(shù)主要集中在電磁波輻射和電離層異常監(jiān)測、地表形變監(jiān)測、紅外輻射監(jiān)測以及衛(wèi)星重力監(jiān)測等方面。但由于目前技

16、術(shù)條件的限制，地震還是不能準確預(yù)測，2008年5月的汶川大地震幾乎震碎了中國人的心，期待有一天，我們中國人能通過遙感技術(shù)準確預(yù)測地震災(zāi)害，今天的悲劇永遠不要發(fā)生了。6.利用遙感技術(shù)監(jiān)測水體富營養(yǎng)化 浮游植物中的葉綠素對藍紫光和紅橙光有較強的吸收作用，當水體出現(xiàn)富營養(yǎng)化時，我們就可以利用遙感技術(shù)推算出水體中的葉綠素分布情況。赤潮區(qū)的海水光譜特征是藻類、泥沙和海水的復(fù)合光譜，另外有機或無機顆粒物也會吸收入射光，影響水體的透明度。 7.通過遙感技術(shù)調(diào)查廢水污染和泥沙污染 廢水的顏色與懸浮物性狀千差萬別，特征曲線上的反射峰位置和強度也不大一樣，可以用多光譜合成圖像進行監(jiān)測。水中懸浮泥沙的濃度和粒徑增大

17、，水體反射量也會相應(yīng)增加，反射峰隨之紅移，定量判讀懸浮泥沙濃度的最佳波段是0.650.85微米。 8.應(yīng)用紅外掃描儀監(jiān)測水體熱污染 應(yīng)用紅外掃描儀記錄水體的熱輻射能量，真實反映其溫度差異。在熱紅外圖像上，熱水溫度高，輻射能量多，呈淺色調(diào)。冷水和冰輻射能量少，呈深色調(diào)。熱排水口處通常呈白色羽流，利用光學(xué)技術(shù)和計算機對熱圖像作密度分割，根據(jù)少量的同步實測水溫，畫出水體等溫線 。9.通過遙感技術(shù)分析水域的分布變化和水體沼澤化 水體總體反射率較低，選擇1.551.75微米波段的多時域影像可以分析水域的分布變化。沼澤化在時域圖像上反映為水體面積縮小，從水體向邊緣有規(guī)律變化，顯示出不同程度的植被特征。10

18、.應(yīng)用遙感技術(shù)監(jiān)控生態(tài)環(huán)境 遙感影像真實記錄地貌形態(tài)特征并提供各環(huán)境參數(shù)的組合情況，根據(jù)其空間一致性和差異性進行區(qū)域環(huán)境范圍的生態(tài)區(qū)劃。利用遙感衛(wèi)星相片還可以編制森林樹種、生長狀況和森林覆蓋圖，使用計算機集群分類，精度可高達8O 。一般野生動物環(huán)境與森林植被關(guān)系最為密切，通過研究植物的分布與長勢可大致確定動物的活動繁殖場所，從而編制森林野生動物保護規(guī)劃。三遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢（參考文獻的）隨著科學(xué)技術(shù)的進步，光譜信息成像化，雷達成像多極化，光學(xué)探測多向化， 地學(xué)分析智能化，環(huán)境研究動態(tài)化以及資源研究定量化，大大提高了遙感技術(shù)的實時性和運行性，使其向多尺度、多頻率、全天候、高精度和高效快速的目標發(fā)

19、展。1.遙感影像獲取技術(shù)越來越先進 隨著高性能新型傳感器研制開發(fā)水平以及環(huán)境資源遙感對高精度遙感數(shù)據(jù)要求的提高，高空間和高光譜分辨率已是衛(wèi)星遙感影像獲取技術(shù)的總發(fā)展趨勢。遙感傳感器的改進和突破主要集中在成像雷達和光譜儀，高分辨率的遙感資料對地質(zhì)勘測和海洋陸地生物資源調(diào)查十分有效。 雷達遙感具有全天候全天時獲取影像以及穿透地物的能力，在對地觀測領(lǐng)域有很大優(yōu)勢。干涉雷達技術(shù)、被動微波合成孔徑成像技術(shù)、三維成像技術(shù)以及植物穿透性寬波段雷達技術(shù)會變得越來越重要，成為實現(xiàn)全天候?qū)Φ赜^測的主要技術(shù)，大大提高環(huán)境資源的動態(tài)監(jiān)測能力。 開發(fā)和完善陸地表面溫度和發(fā)射率的分離技術(shù)，定量估算和監(jiān)測陸地表面的能量交換

20、和平衡過程，將在全球氣候變化的研究中發(fā)揮更大的作用。 由航天、航空和地面觀測臺站網(wǎng)絡(luò)等組成以地球為研究對象的綜合對地觀測數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全時域和全空間的數(shù)據(jù)能力，為地學(xué)研究、資源開發(fā)、環(huán)境保護以及區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)數(shù)據(jù)和信息服務(wù)。2.遙感信息處理方法和模型越來越科學(xué) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波、分形、認知模型、地學(xué)專家知識以及影像處理系統(tǒng)的集成等 信息模型和技術(shù)，會大大提高多源遙感技術(shù)的融合、分類識別以及提取的精度和可靠性。統(tǒng)計分類、模糊技術(shù)、專家知識和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類有機結(jié)合構(gòu)成一個復(fù)合的分類器，大大提高分類的精度和類數(shù)。多平臺、多層面、多傳感器、多時相、多光譜、

21、多角度以及多空間分辨率的融合與復(fù)合應(yīng)用，是目前遙感技術(shù)的重要發(fā)展方向。不確定性遙感信息模型和人工智能決策支持系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用也有待進一步研究。3.“3S”一體化 計算機和空間技術(shù)的發(fā)展、信息共享的需要以及地球空間與生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的空 間分布式和動態(tài)時序等特點，將推動3S一體化。全球定位系統(tǒng)為遙感對地觀測信息提供實時或準實時的定位信息和地面高程模型；遙感為地理信息系統(tǒng)提供自然環(huán)境信息，為地理現(xiàn)象的空間分析提供定位、定性和定量的空間動態(tài)數(shù)據(jù)；地理信息系統(tǒng)為遙感影像處理提供輔助，用于圖像處理時的幾何配準和輻射訂正、選擇訓(xùn)練區(qū)以及輔助關(guān)心區(qū)域等。在環(huán)境模擬分析中，遙感與地理信息系統(tǒng)的結(jié)合可實現(xiàn)環(huán)境分析結(jié)果的可視化。3S一體化將最終建成新型的地面三維信息和地理編碼影像的實時或準實時獲取與處理系統(tǒng)。4.建立高速、高精度和大容量的遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 隨著3S一體化，資源與環(huán)境的遙感數(shù)據(jù)量和計算機處理量也將大幅度增加， 遙感數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)就必須要有更高的處理速度和精度。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有全并行處理、自適應(yīng)學(xué)習(xí)和聯(lián)想功能等特點，在解決計算機視覺和模式識別等特大復(fù)雜的數(shù)據(jù)信息方面有明顯優(yōu)勢。認真總結(jié)專家知識，建立知識庫，尋求研究定量精確化算法，發(fā)展快速有效的遙感