遙感的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

劉 揚(yáng) ，王 琳

1.中鐵資源地質(zhì)勘查有限公司，北京 100039

2.中鐵資源集團(tuán)有限公司，北京 100039

3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083

1 遙感的定義與分類(lèi)

1.1 遙感的定義

遙感，從廣義來(lái)說(shuō)泛指各種非接觸、遠(yuǎn)距離探測(cè)物體的技術(shù)；而本文談?wù)摰倪b感是指電磁波遙感，即狹義的遙感，其定義是：從遠(yuǎn)距離、高空以至外層空間的平臺(tái)上，利用可見(jiàn)光、紅外、微波等探測(cè)儀器，通過(guò)攝影掃描、信息感應(yīng)、傳輸和處理等技術(shù)過(guò)程，識(shí)別地面物體的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的現(xiàn)代化技術(shù)系統(tǒng)。

1.2 遙感的分類(lèi)

按照研究對(duì)象遙感可分為資源遙感與環(huán)境遙感兩大類(lèi)[1]，資源遙感以調(diào)查自然資源狀況和監(jiān)測(cè)再生資源的動(dòng)態(tài)變化為主。環(huán)境遙感則是對(duì)自然與社會(huì)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)并做出評(píng)價(jià)與預(yù)報(bào)的統(tǒng)稱(chēng)。此外，按照應(yīng)用空間尺度遙感可以把遙感分為全球遙感、區(qū)域遙感和城市遙感三種類(lèi)型。

遙感是一門(mén)綜合性的技術(shù)，它涉及地理學(xué)、測(cè)繪學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、規(guī)劃管理等許多學(xué)科。它的概念和基礎(chǔ)是物理學(xué)、測(cè)繪學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)；它的技術(shù)支撐是航天技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)。伴隨著航天技術(shù)的不斷進(jìn)步，空間遙感對(duì)地觀測(cè)獲得了巨大的發(fā)展，可以預(yù)計(jì)，在今后的遙感發(fā)展過(guò)程中，全方位、全覆蓋、多角度、高分辨及高時(shí)效的遙感觀測(cè)系統(tǒng)，將會(huì)被廣泛的應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域的調(diào)查研究工作中。

2 遙感應(yīng)用

遙感的應(yīng)用已從上世紀(jì)早期單純的軍事用途擴(kuò)大到現(xiàn)代生活的各個(gè)方面，如土地管理、氣象預(yù)報(bào)、全球變化研究、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、資源調(diào)查與動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)、生態(tài)調(diào)查、旅游、交通等各行各業(yè)，成為服務(wù)人類(lèi)現(xiàn)代生活的重要高科技手段之一。

2.1 遙感在土地資源中的應(yīng)用

遙感技術(shù)是土地資源狀況調(diào)查評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的重要技術(shù)手段。隨著遙感技術(shù)在空間識(shí)別、地物波譜識(shí)別和變化時(shí)間識(shí)別方面能力的提高，土地遙感正在成為遙感科學(xué)的重要分支。我國(guó)歷來(lái)對(duì)國(guó)土資源十分重視[2]，特別是自國(guó)土資源部成立以來(lái)，非常重視土地資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，從1999年開(kāi)始，遙感監(jiān)測(cè)工作作為國(guó)土資源大調(diào)查的重要組成部分，連續(xù)16年，每年開(kāi)展對(duì)全國(guó)重點(diǎn)地區(qū)的遙感監(jiān)測(cè)。

土地遙感的應(yīng)用領(lǐng)域包括[1]：監(jiān)測(cè)建設(shè)用地變化趨勢(shì)、布局及規(guī)模；為土地資源管理提供現(xiàn)勢(shì)基礎(chǔ)資料；輔助檢查土地利用總體規(guī)劃執(zhí)行情況；復(fù)核土地變更調(diào)查；輔助開(kāi)展土地變更調(diào)查；輔助開(kāi)展土地利用現(xiàn)狀圖更新；基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)監(jiān)測(cè)；配合土地執(zhí)法檢查。

2.2 遙感在礦產(chǎn)資源中的應(yīng)用

不論用什么方法找礦，了解礦床形成過(guò)程和成礦原理都是非常重要的，遙感找礦也不例外。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代里，沉積、巖漿及變質(zhì)三大類(lèi)巖石也在不停地進(jìn)行轉(zhuǎn)化，在地質(zhì)構(gòu)造等作用下，可以在不同類(lèi)型的巖石中，形成由各種不同的金屬礦物和非金屬礦物富集而形成的各種礦床，而遙感影像能夠真實(shí)

地記錄地球表面三大類(lèi)巖石的光譜與紋理特征。同時(shí)，采用遙感技術(shù)圈定各類(lèi)構(gòu)造形態(tài)、色異常等現(xiàn)象，對(duì)于礦產(chǎn)調(diào)查、圈定成礦遠(yuǎn)景區(qū)、成礦預(yù)測(cè)也有著重要的指導(dǎo)作用。遙感技術(shù)尋找油[3]是通過(guò)提取遙感影像的烴類(lèi)微滲漏信息來(lái)預(yù)測(cè)油區(qū)的烴類(lèi)微滲漏暈以其特有的波譜特性可以被遙感技術(shù)檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)油氣預(yù)測(cè)，這也是遙感技術(shù)直接找油的原理。

2.3 遙感在城市建設(shè)中的應(yīng)用

城市是一個(gè)時(shí)代經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、科學(xué)和文化的匯聚點(diǎn)，在全面建設(shè)小康社會(huì)中，我國(guó)城市化速度還將加快。遙感在城市建設(shè)中應(yīng)用主要為以下三個(gè)方面：1）城市景觀結(jié)構(gòu)調(diào)查。土地是城市賴(lài)以存在的物質(zhì)基礎(chǔ)，城市遙感首先就是調(diào)查城市土地利用狀況，提供工商業(yè)、文化、交通、綠地和水體的分布和面積；2）城市道路規(guī)劃與交通環(huán)境分析。低空航空攝影[4]對(duì)全市車(chē)流的瞬時(shí)調(diào)查，就可以幾乎同時(shí)測(cè)出各個(gè)路段和交叉路口的機(jī)動(dòng)車(chē)和自行車(chē)的車(chē)流密度，編繪出主要道路交叉口的車(chē)流量圖，既簡(jiǎn)便易行，又準(zhǔn)確可靠，在交通管理、道路拓寬和過(guò)街橋、立交橋選址等方面，都能夠發(fā)揮作用；3）城市環(huán)境污染調(diào)查。受污染損害的植物[5]，葉片葉綠素降低，在彩色紅外像片上紅的成分減少，污染程度通過(guò)影像色調(diào)的變化被記錄下來(lái)，再參考樹(shù)木缺株、形態(tài)或冠幅變小的程度，就可以繪制出分輕、中、重三級(jí)的污染程度。

2.4 遙感在海洋領(lǐng)域的應(yīng)用

海洋遙感[6]是指以海洋及海岸帶作為監(jiān)測(cè)、研究對(duì)象的遙感，包括物理海洋學(xué)遙感、生物海洋學(xué)、化學(xué)海洋學(xué)遙感與海水監(jiān)測(cè)、海洋污染監(jiān)測(cè)等。海洋遙感大幅度提升了海洋調(diào)查技術(shù)水平，與其余調(diào)查手段相比，具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。如：不受惡劣自然條件的限制、拓展了海洋調(diào)查的廣度、能夠?qū)崟r(shí)長(zhǎng)效的進(jìn)行檢測(cè)、龐大的信息獲取量以及應(yīng)用范圍的多樣性。

2.5 遙感在氣象中的應(yīng)用

氣象衛(wèi)星的出現(xiàn)，為人類(lèi)自上而下觀測(cè)大氣層和地表、生態(tài)的變化提供了一種新型可靠的手段，由此應(yīng)運(yùn)而生的衛(wèi)星氣象[3]成為大氣科學(xué)發(fā)展史上又一新的里程碑。氣象遙感的研究?jī)?nèi)容主要包括兩個(gè)方面：一是尋找從衛(wèi)星上探測(cè)和獲取大氣中主要?dú)庀笠睾痛髿猬F(xiàn)象的理論和方法；二是研究衛(wèi)星資料的處理技術(shù)和使用方法。例如利用紅外通道和可見(jiàn)光通道中對(duì)比，可以很好解決大霧區(qū)、中高云區(qū)及地表的區(qū)分問(wèn)題，區(qū)別出哪些是霧，哪些是云，哪些是裸露地表，此外利用遙感還可以對(duì)沙塵暴有很好的監(jiān)控作用。

2.6 遙感在地質(zhì)災(zāi)害管理中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的獲取災(zāi)害損失評(píng)估信息方法主要依靠地面調(diào)查以及歷史資料，耗費(fèi)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)且因資料更新滯后，不能及時(shí)的體現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害管理的作用。隨著遙感技術(shù)及其他相關(guān)高新技術(shù)的高速發(fā)展，地質(zhì)災(zāi)害遙感調(diào)查正處于逐步推廣的階段。衛(wèi)星遙感技術(shù)的宏觀性、全天候和全天時(shí)以及周期性，為地質(zhì)災(zāi)害的研究提供了強(qiáng)有力的手段，并逐漸成為地球?yàn)?zāi)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程中的主要技術(shù)。遙感技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于地質(zhì)災(zāi)害管理的整個(gè)過(guò)程。在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測(cè)、預(yù)警、評(píng)估的四個(gè)階段中，均能夠及時(shí)準(zhǔn)確的提供調(diào)查、評(píng)估、預(yù)警，為地質(zhì)災(zāi)害管理工作的開(kāi)展提供依據(jù)。

2.7 遙感在考古中的應(yīng)用

考古工作，是探索人類(lèi)文明發(fā)展的重要手段。隨著考古研究工作的擴(kuò)展，考古學(xué)家們從了解個(gè)別的考古遺址文化上升到對(duì)某一地區(qū)、某一國(guó)家，或者是更大范圍的一個(gè)時(shí)空去認(rèn)識(shí)人類(lèi)文明的發(fā)展，這就需要考察更大的范圍與空間，僅依靠地面的考古資料就顯得不足，而且也很難使資料收集得完整，利用肉眼去觀察分析考古遺跡現(xiàn)象受時(shí)間、地點(diǎn)、氣候、光照等諸多因素影響，具有很大的局限性[8]。而高分辨率遙感圖像、航拍像片的分辨率均可達(dá)到1m左右，同時(shí)可全球、全天候覆蓋，加上特殊信號(hào)可以穿透地表，開(kāi)展更加精確探測(cè)的探測(cè)工作，這些先進(jìn)技術(shù)在考古研究、文物保護(hù)管理上可起到?jīng)Q定性的作用。

從考古的角度來(lái)看，人類(lèi)遺產(chǎn)的挖掘是繼承和弘揚(yáng)古代文明的重要途經(jīng)。利用遙感技術(shù)開(kāi)展古遺址尋找、普查研究是最為有效的手段。遙感信息古遺址研究不僅可以填補(bǔ)或充實(shí)人類(lèi)文明歷史，而且對(duì)研究古代地緣政治，確定歷史時(shí)期的軍事和疆域爭(zhēng)議十分重要，且將大大提高田野考古的效率和質(zhì)量，把我國(guó)的考古學(xué)提高到一個(gè)新的高度。

3 遙感應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)

隨著遙感技術(shù)應(yīng)用研究的深入發(fā)展，遙感數(shù)據(jù)分辨率不斷提高，數(shù)據(jù)量持續(xù)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)處理的方法和程序也日趨復(fù)雜，從而導(dǎo)致GIS系統(tǒng)所需要解決的問(wèn)題也越來(lái)越多，GIS的發(fā)展也更加偏向于解決數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和處理，但這樣并不能從根本解決問(wèn)題。經(jīng)過(guò)不斷的總結(jié)，最終發(fā)現(xiàn)如果想要解決實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，就必須多技術(shù)、多方法、多角度、多渠道對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集處理。遙感技術(shù)，是一種信息獲取的技術(shù)，相對(duì)缺乏信息處理、提取以及解決問(wèn)題的能力。因而科學(xué)家們將遙感技術(shù)與GIS、GPS、計(jì)算機(jī)、仿真、虛擬等多種信息技術(shù)緊密結(jié)合，共同應(yīng)用解決復(fù)雜的綜合問(wèn)題。

“3S”技術(shù)集成就是在這樣的背景下產(chǎn)生的，3S技術(shù)[10]即指遙感（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）3種技術(shù)集成的總稱(chēng)。“3S”集成技術(shù)的應(yīng)用，是一個(gè)自然的發(fā)展趨勢(shì)，RS和GPS為GIS進(jìn)行空間分析提供了更新區(qū)域信息和空間定位信息，從RS和GPS提供的大量數(shù)據(jù)中提取有用信息，并進(jìn)行綜合集成，使之成為決策的科學(xué)依據(jù)。GIS、RS和GPS三者技術(shù)的集成，形成了一個(gè)更加完整、準(zhǔn)確及實(shí)施的對(duì)地觀測(cè)、分析及應(yīng)用系統(tǒng)，從而推動(dòng)了遙感技術(shù)的進(jìn)步。

4 結(jié)論

綜上，遙感應(yīng)用既是系統(tǒng)科學(xué)又是系統(tǒng)工程，既是區(qū)域性的又是全球性的，既是邊緣科學(xué)又是交叉科學(xué)。通過(guò)對(duì)以上土地監(jiān)測(cè)、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查、城市建設(shè)、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)、海洋、氣象與考古遙感等幾個(gè)主要方面遙感技術(shù)應(yīng)用的介紹，可以看出遙感已經(jīng)滲透到社會(huì)生活及科研領(lǐng)域的各個(gè)方面，3S技術(shù)的集成已經(jīng)成為必然，我們應(yīng)該進(jìn)一步發(fā)掘遙感技術(shù)應(yīng)用的潛力，開(kāi)拓遙感技術(shù)應(yīng)用的新局面，更加有效的保護(hù)和科學(xué)的利用好我國(guó)的資源與環(huán)境。

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