我来解释一下卫星测绘中的“遥感”

新华社约翰内斯堡8月24日电，当地时间8月24日上午，中国国家主席在约翰内斯堡出席金砖国家同非洲国家及其它新兴市场和发展中国家领导人对话会，在发表重要讲话中提到：

中国是非洲的可靠朋友，过去10年向非洲提供大量发展援助，参与建设6000多公里铁路、6000多公里公路、80多个大型电力设施。下阶段，中国将同非洲国家开展更多合作，支持非洲增强自主发展能力，包括提供卫星测绘成套数据产品，实施“智慧海关”合作伙伴计划，协同联合国教科文组织开展“全球发展倡议助力非洲未来”行动，积极支持非洲实现可持续发展。让我们坚定信心，众志成城，携手构建发展共同体，不让任何一个国家在世界现代化进程中掉队。

测绘作业

这讲话中所说的卫星测绘主要包括卫星大地测量和卫星摄影测量，大地测量我不太懂，摄影测量却是我的专业。30年前在武测航测系学习的专业就是“摄影测量与遥感”，30年来从事的工作也是摄影测量与遥感。经过中国很多测绘工作者的艰苦工作，中国的摄影测量与遥感技术已经得到了极大的发展，可以向世界人民提供支持和服务，在此简要的介绍一下“遥感”，也可以科普一下我的专业！

1、遥感是什么

最早使用“遥感（Remote Sensing）”一词的是美国海军研究局的艾弗林•普鲁伊特。1961年，在美国国家科学院和国家研究理事会的资助下,于密执安大学的威罗•兰实验室召开了“环境遥感国际讨论会”之后，在世界范围内遥感作为一门新兴的独立学科，获得了飞速的发展。

遥感是指非接触的，远距离的探测技术，是通过传感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，并进行记录、分析处理、并应用的一门科学和技术。从字面上来看，可以简单理解为遥远的感知，泛指一切无直接接触的远距离的探测。主要通过航空、航天等传感平台上的传感器把对地球表面的地表覆盖物、交通要素、构筑物、河流水系、地形地貌等要素的信息通过影像或数据的形式传达出来的技术手段。

摄影测量(photogrammetry)指的是通过影像研究信息的获取、处理、提取和成果表达的一门信息科学。摄影测量学是遥感的一个子学科，本质上都是使用遥感影像来进行信息的提取。“摄影测量学的发展历史就是遥感的发展历史，它们目的相同，只是各自所处的科技发展历史时期不同，可以说摄影测量学发展到数字摄影测量阶段就是遥感”（王之卓）。

云南省遥感影像

2、遥感的分类

传感器和传感平台是开展遥感工作不可缺少的技术手段，因此遥感的分类就与传感器和传感平台密切相关。

(1）根据传感平台遥感大致分为：地面遥感、航空遥感、航天遥感。

地面遥感：即把传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等。

航空遥感：即把传感器设置在航空器上，如气球、航模、飞机及其它航空器等。无人机的发展有众多的优势，将成为航空遥感的主要传感平台。

航天遥感：即把传感器设置在航天器上，如人造卫星、航天飞机、宇宙飞船、空间实验室等。

(2）按照传感器的探测方式分为：主动式遥感、被动式遥感。

主动式遥感：即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波。

被动式遥感：即传感器不向被探测的目标物发射电磁波，而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。

(3）按照传感器的波段探测范围分为：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。

紫外遥感：指探测的电磁波谱的波段在0.05—0.38微米之间的遥感技术。

可见光遥感：指探测的电磁波谱的波段在0.38—0.76微米的遥感技术。

红外遥感：指探测的电磁波谱的波段在0.76—1000微米的遥感技术。

微波遥感：指探测的电磁波谱的波段在1毫米—1米的遥感技术。

此外遥感根据应用领域也区分为：环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感等。

随着科技的发展，遥感技术的应用范围在扩大，应用深度在发掘，遥感的概念也在不断的发展。可以记录空间位置信息和特定专题信息的设备装置都可视为传感器，类似GPS接收机、摄像头、手机、共享单车等设备便是广义上的传感器。提供传感器应用的平台都可视为传感平台，在这个意义上来讲，除了传统意义上的飞机、卫星等，互联网便是目前广义上最大的传感平台。

云南省历年遥感影像

3、遥感数据的特性

遥感数据是数据的一个子集，数据具有的特性遥感数据也具有，同时又带有遥感的特性。空间遥感数据的采集、存储和处理等现代技术设备的迅速发展，使得空间数据的复杂性和数据量急剧膨胀，远远超出了人们的解译能力，空间数据基础设施的建设速度和由此积累的空间基础数据也正在递增。现在，每时每刻，现代技术设备都在采集和产生新的数据，同时也在存储和积累已经存在的数据。这些空间数据极大的满足了人类研究地区资源和环境的潜在需要，拓宽了可供利用的信息源。

遥感数据描述地球上各种实体、事件的空间、时间和现象状态属性,决定了空间遥感数据具有以下三个特性：

（1）空间特性

空间特性指物体的空间位置、形状和大小等几何特征，以及相邻物体的拓扑关系。其中，位置和拓扑特征是空间信息数据所独有的。一般地，人类对空间目标的定位不是通过记忆其空间坐标，而更多的是确定某一目标与其它已知目标的空间位置关系，尤其是拓扑关系。空间位置的识别与数据相联系，具有区域性，每一景遥感影像总是对应于特定的空间区域位置,空间位置可以由不同的坐标系统来描述。

（2）时间特性

时间特性指的是具有明显的时序特性，即动态变化的特性。严格说来，空间数据总是在某一特定时间或时间段内采集得到或计算产生的。这些数据是时间的函数，即具有时效性。其中有些数据变化较慢，有些数据则变化较快。用通常的方法采集随时间变化的数据是十分困难的，只有用卫星遥感方法才能最有效地、不间断地获取空间目标随时间的动态变化特征。例如利用地球同步气象卫星每隔30分钟到1小时获取一次数据，可以用来进行天气预报和海洋风暴潮的预报和监测。这种由卫星遥感提供的时间高分辨率，对于研究自然现象和人文地理的动态变化过程具有十分重要的意义。

（3）现象特性

自然地理的变迁和人类活动的结果都在地球表面有所体现，遥感数据是这些体现的真实记录，因而遥感数据蕴含的信息量是各行各业都希望获取的。遥感数据包含两个方面的信息：一是地物目标的几何空间信息，二是地物目标的光谱辐射信息。由于遥感影像数据存在比例尺的差异，不同尺度的体现往往是应用在不同领域的，因此，已有的遥感数据大多是具有针对性的，而且其中查询使用的重点特征也是不同的。如对于环境检测、资源调查等小比例尺影像，其上对象主要表现为纹理特征和颜色特征，对于区域也仅仅是使用了面积等特征。

而针对地面目标监视等任务则需要大比例尺高分辨率的影像，其上对象主要表现为形状特征和结构特征。遥感图像既可以是灰度图像，也可以是伪彩色图像，这是将遥感图像的频谱与可视波段对应起来的。用户定义颜色到波段的映射，产生伪彩色图像，即是进行一种颜色解释。不同用户对同一信息可以构造出视觉上不同的合成物。根据各行业的特点，使用者是智者见智，仁者见仁。所以说遥感影像具有基础性。

昆明南博会展览馆遥感影像

玉溪聂耳广场遥感影像

云南禄丰恐龙山遥感影像

4、遥感信息发展的展望

遥感的目的就是将遥感对象的信息传达出来，可以称之为遥感信息。它与地理信息的关系可以这样来界定，“地理信息科学有关遥感信息的一个分支学科”。遥感信息是蕴含在遥感数据中的，因此遥感信息自然的具有遥感数据的三个特性：空间特性、时间特性和现象特性。

特定的遥感信息总是对应着特定的空间位置，由于人类观察的局限性，研究大区域的对象时，需要将感兴趣的特征概括、抽象成相应的符号系统，在“一览众山小”的状态下来全面的观察事物的整体形状，同时希望研究它的发展变化规律，因此需要获取不同时间序列的遥感信息来分析和评判事物的发展方向。而遥感数据提供给应用者的是事物发展变化呈现出来的特定现象，不同行业的使用者根据这些现象特性，结合相关的专业知识，揭示出事物发展变化的演化规律，根据这些演化规律进而协调控制事物朝着人们期望的方向发展，这些遥感信息的使用就是遥感技术存在、发展的根本使命。在地球的表面，人和自然每时每刻都在发展变化着，发展变化的事物不可避免的呈现出各式各样的现象，对这些现象进行“捕捉”则是遥感工作者的光荣使命。

对于狭义的遥感影像而言，它传达出的遥感信息虽然也广泛使用，但受制于“现象特性”的制约，在揭示事物背后运行的规律方面还是有所欠缺的。在其它行业结合相关专业知识应用遥感影像的过程中，本质上可以理解为实现广义的遥感数据的信息化。

由于遥感影像处理的技术手段是丰富的和具体的，如何成功的引用和借鉴这些狭义上的技术手段来处理、表现广义上的遥感数据，将成为遥感技术研究新的发展方向，同时使得遥感数据表现出来的特征揭示出事物运行背后的“本质规律”。到那时，不论是遥感影像还是遥感数据将不仅仅只作为其它行业基础性的背景资料使用，将真正作为其它行业实用的技术手段而存在。这便是遥感技术的终极目标。

地球遥感影像

5、天文望远镜的影像可称为“宇宙遥感”

中国先秦战国时期的诸子百家之一尸子，即尸佼是伟大的思想家。在他的著作中曾说，上下四方曰宇，往古来今曰宙。这就是中国文字中“宇宙”的来源。宇指空间，宙指时间。目前看来，在空间上无边无际，在时间上无始无终，韦伯空间望远镜拍到的影像，空间上都是以“光年”作为尺度，时间上是以“亿”作为单位，与“对地观测”的地面遥感、航空遥感和航天遥感多了“时间”的因素，因此用“宇宙”遥感来描述还是比较贴切的，既包含了遥感的“空间特性”，也包含了遥感的“时间特性”，只不过这浩瀚的宇宙蕴含的谜团也是像宇宙一样的浩瀚，如何来“遥感”它，也是任重道远！

宇宙遥感

爱因斯坦说：“对真理和知识的追求并为之奋斗，是人类的最高品质之一”，在古希腊的神话传说里，当一个神，做了有利于人类的事之后，为了奖励他，众神之王宙斯，就会把他带到神殿里，打开一扇窗户，让他看一眼宇宙的奥秘，这是对一个传说中的神的奖励。

仰望爱因斯坦

从事摄影测量与遥感的工作就是每天在俯览祖国的大好河山，久而久之便具有了“会当凌绝顶，一览众山小”的开阔心胸！从事韦伯空间望远镜的这些科技工作者，是一群更特别的人，我将他们和她们称为“宇宙遥感”者，不用“宙斯”来奖励他们“看一眼”，已经是真正地在探知这个宇宙的奥秘！天天在从事“有利于人类的事”，接受着“传说中的神的奖励”。他们和她们执着地追求真理和知识并为之奋斗，具有人类的最高品质！

无人机低空遥感高效获取作物信息

课题组供图

华南农业大学工程学院教授周志艳团队提出了一种无人机低空遥感获取作物长势信息的快速采集及数据处理方法，并给出了详细的传感器校准流程和应用案例。相关研究近日发表于《清洁生产杂志》。

在作物长势信息的快速获取和解析处理中，传统的航天、航空遥感技术存在气象影响因子多、周期长、分辨率不够高等缺点，特别是在广东等南方地区，适合遥感的无云气象条件的时间窗口更少。采用无人机进行作物长势信息的近地遥感获取，可弥补现有航天、航空遥感技术缺陷。但无人机低空遥感单张影像的覆盖面积难以达到传统航空航天遥感覆盖面积。

遥感信息的获取和解析处理具有较高的实时性才能满足实际生产要求。周志艳团队研制的遥感传感器可以提供与专业级高光谱仪器、多光谱相机相近的反射率和辐射照度测量精度。

据了解，在水稻长势信息解析中，该研究信息解析数据量可达534.6公顷/分钟，相比传统方法，长势专题图的生成速率和变量施肥处方图的决策效率实现了大幅度提升。（朱汉斌）

来源： 《中国科学报》

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