遥感技术应用综述

张治宇

[摘 要]以1957年苏联发射第一颗人造卫星成功为标志，人类成功地进入了空间探索的新纪元。其中依据电磁波理论的遥感技术，提供了一种全新的方法与思路，即通过收集、处理各种传感仪器对遥远目标的辐射和反射的电磁波信号，生成图像从而观测并识别地物。经过数十年的发展，遥感技术已经发展为一个较为完备的技术体系与理论体系，广泛地应用于人们生产和生活的方方面面。本文将从遥感技术变化检测应用、遥感技术在资源环境中的应用、遥感技术在气象学中的应用、遥感技术应用的一般流程总结以及遥感技术存在的问题及展望这五个方面进行展开。

[关键词]遥感应用；变化检测；资源环境卫星气象学一般流程

一、遥感技术变化检测应用

1.1 遥感技术变化检测应用综述

从1972 年美国发射第一颗陆地资源卫星以来，对地观测卫星发展迅速，应用领域得到不断扩大，应用成效也得到不断提高由于遥感观测有着信息获取方式优良，获取条件相对简单，实时性、高效性、广域性以及其他诸多优点，因而如何从遥感观测所供给的大量数据中提取变化信息，并将这些信息运用于生产生活的方方面面，已经成为目前遥感应用领域中一个亟待解决的问题。

为了解决上述问题，变化检测技术应运而生。所谓变化检测技术就是对不同时段的目标或现象状态发生的变化进行识别、分析的计算机图像处理系统，包括判断目标是否发生变化、确定发生变化的区域、鉴别变化的类别、评价变化的时间和空间分布模式。在遥感技术几十年的发展历程中，变化检测技术的研究成了各地专家学者研究的一个重要的课题。在计算机图形学、空间探测技术以及其他与遥感有关的诸多领域蓬勃发展的带动下，世界各地学者跨国、跨领域的交流合作下，基于遥感影像的变化检测技术迎来了一个高速发展时期。然而就目前的技术与设备而言，目前所采用的任何一种变化检测方法都具有其局限性。在下文中，我们将就各类方法的局限性与优越性进行讨论，了解其特点与所适用的领域。

1.2主流变化检测方法及优缺点

随着数十年来各国学者跨学科跨领域的合作交流，遥感相关学科的蓬勃发展，作为土地覆盖利用监测的关键技术的变化检测方法日益繁多。可以将遥感影像的配准方式以及变化检测的数据源作为划分依据，将目前主流的变化检测方法分为两大类、七种方法。第一类是先进行图像配准后变化检测的方法；第二类是变化检测与图像配准同步进行的方法。或者，可以按照是否需要进行实现分类作为划分依据，将变化检测方法划分为两类：即直接比较变化检测法、分类的变化检测法。

二、遥感技术在资源环境中的应用

2.1遥感技术应用于资源环境监测中的必要性

自第一次工业革命以来，经济发展与环境保护、资源开发和可持续发展之间的矛盾便已经存在，且受到世界经济的不断发展以及后续两次工业革命的影响，人与自然、人与资源的矛盾日益加剧。如何处理与社会发展相共生的资源匮乏以及环境恶化，成为人们不得不面对的一个问题。然而一直以来，两道天堑阻隔在资源环境问题处理的面前，即如何全面而快速地获取资源环境变化信息，以及如何高效高精度的处理这些数据。直到20世纪60年代，随着空间探测技术的发展以及大数据处理技术的日渐成熟，遥感技术进入了人们的视野之中。遥感技术以其观测的广域性、数据获取的综合性、资料采集与数据处理的高效性、处理结果的高精度性等优势成了现如今，局部乃至全球资源环境数据获取与处理的重要手段。

2.2遥感技术应用于资源环境的优越性

遥感技术对环境研究来说，其优越性可归纳为“高、远、多”。

高，遥感影像从高空对地面目标进行观测，所受的遮蔽少，视野开阔，观测范围大，鸟瞰全局，从而使遥感影像更加完备而全面的实现地面观测。

远，遥感技术能够不直接接触被测物体，远距离的获取地物的几何与物理信息，对目标地物及其所处的环境不造成干扰，使得获得的数据更加客观可靠。

多，包括多点位、多谱段、多时相、多高度的遥感影像和“多次增强”的遥感信息。

总的来说，遥感技术应用于环境资源中，可以为用户提供时空连续性的区域性同步信息。这些信息具有综合性、系统性与同时性，而这也恰恰是遥感技术区别于其他技术，在资源环境中的应用所具有的优越性。

2.3遥感技术在资源环境中的发展趋势

遥感影像获取技术方面，随着高性能新型传感器的研制开发水平的提高以及环境资源遥感对高精度遥感数据要求的提高，高空间和高光谱分辨率已是卫星遥感影像获取技术的总发展趋势。遥感技术在资源环境中的应用主要呈现以下五个大的发展的趋势：

2.3.1 遥感影像获取技术蓬勃发展

2.3.2 数据处理系统呈现高速性、大容量性和高精度性的特点

2.3.3 4S技术（GIS、GPS、RS、ES）技术呈现集成化、一体化的发展趋势

2.3.4 遥感信息模型与遥感信息处理方法的逐步发展完善

2.3.5 国家环境资源信息系统以及环境遥感应用系统的建立

可以预见的是，遥感技术在资源环境中的应用在未来的发展中，功能模块集成化、技术科学化、数据处理智能化、检测科学化等特点将更加明显。随着遥感技术以及相关学科的发展，在未来的生产生活中，遥感技术必将更加深入而广泛地应用于资源环境资料的获取与处理，以其独特的优越性服务于生产生活。

3 遥感技术在气象学中的应用

3.1遥感技术应用于气象学的优越性与局限性

大气遥感作为遥感技术数十年间发展最为迅速的新兴学科，在大气科学中一直发挥着重要作用，是现今气象学的支柱学科之一。随着气象学的研究与发展，气象学对全球范围以及区域范围的大气特征的观测越来越强调其时空连续性。且由于气象学研究的主要对象无法直接接触，或直接接触难度大，遥感技术作为一种不直接接触被测物体，即可获得其物理几何特性的观测技术，显示出了其独特的魅力。另一方面大气物理学、近代电磁学、计算机及其相关学科的发展，传感器等硬件設施的完善，都进一步地推动了遥感技术在气象学中应用的深度与广度。

大气遥感是利用遥感器传感器所监测到的监测大气结构、状态及变化，不需要直接接触目标而进行区域性的跟踪测量，能够快速地进行污染源的定点定位，从而获得全面的综合信息得一门遥感技术。安置在遥感平台上的传感器通过对大气光谱特性的观测，可以将无法由遥感手段直接得到的各气体成分以及其他的各个物理量判读出来。遥感技术所用的探测波段广，可以根据不同大气成分的电磁波谱特性，选用合适的波段进行监测。同时，由于遥感平台上所搭载的传感器对于各种波谱的探测宽度与灵敏性远高于人眼，故可以探测到人眼无法识别的对象。遥感测量获得的原始影像能够给气象学研究提供更多的原始数据，而遥感影像的后续处理则能将所获取的大量数据转化成有益于气象研究的信息。

然而，受限于当前遥感技术的发展水平以及软硬件设备的技术条件，遥感应用于气象学中所获得的卫星云图分辨率有限，同时由于除观测对象外其他大气成分干扰，摄取的影响将会产生这样或那样的为误差，严重的影响测量精度，降低了遥感影像所获取的气象学资料的可靠性。

3.2遥感技术应用于气象学的几个实例

3.2.1有害气体的监测

有害气体通常指人为或自然条件下产生的二氧化硫、氟化物、乙烯、烟雾等对生物有机体有害的气体。但用遥感技术对大气中的某一成分进行观测时，我们往往不能直接对其进行观测。但是，這并不意味着遥感技术不适用于该类观测。我们可以利用所观测成分特定的电磁光谱特性间接地监测该成分的分布以及变化情况；或者我们可以通过观察这些不易直接观测的成分对其他地物的影响，以达到对目标成分追踪观测的目的。比如地表硫化面，酸雨对植物的腐蚀情况等等。

3.2.2城市热岛效应监测

城市热岛效应是城市中的空气温度高于城市周围郊区的温度，故形成了从城市流向郊区的一种环流。与有害气体监测相类似，城市热岛效应监测同样采用了间接监测的手段。我们知道到，植被覆盖率与植被覆盖种类和城市热岛效应的影响范围存在很强的相关性。通过比对城郊的植被变化，就可以得到城市热岛到效应的影响范围。当然，我们也可以通过直接比较不同时相的遥感热红外影像直接得到城市热岛效应的日/年变化规律。

4 遥感技术应用的一般流程总结

遥感技术应用的一般流程：

随着遥感技术应用领域的日益广阔，各个学科与遥感技术的联系逐渐加强，遥感技术的规范化、流程化成了大势所趋。如何建立一个普遍适用的大体操作流程，成了我们现在急需解决的问题，笔者根据平时所学以及汇总众多的资料，现提出自己的观点。

4.1利用遥感平台上的传感器对目标地物进行观测，实现数据的获取与输入。

4.2采集光谱特征，并依照光谱特征建立模型，并对模型进行评估，以此作为是否重建模型的依据。

4.3利用所建立的模型对采集到的数据进行处理，可分为三个流程：（1）建立数据处理流程；（2）选择各个环节所采用的数据处理方法；（3）输入所需处理数据并配置相关参数。

4.4获取处理后的数据，并对数据进行后续处理。

5 存在的问题及展望

5.1存在的问题

遥感技术经过数十年的发展，已经成为一个十分完善的学科体系，应用于生产生活的方方面面。然而，在现阶段的技术条件的限制下，遥感技术仍然需要面对一些技术上的挑战。

首先是遥感技术发展的过程中，尺度与角度的问题。由于用不同空间分辨率获取的图像间没有简单的平均或平分对关系。[16]传感器的分辨率与地物的辐射值并不满足线性相关。同时，由于传感器所接收到的辐射信号具有多源性和多时性，这就给数据的几何配准带来了不便。另一方面，虽然随着人工智能与计算机图形学技术的发展，遥感信息的提取效率越来越高。然而由于技术条件以及软硬件条件的限制，遥感信息的自动提取仍然是我们急需解决的问题。最后，随着时间维度的加入，遥感数据变得异常复杂。如何实现对四维数据进行同化，是我们不得不面对的问题。

5.2 对遥感未来的展望

遥感技术方兴未艾，即使是发展到现在，仍然有着巨大的发展潜力。无论是空间探测技术的进步，还是传感器的更新换代，都将极大地促进遥感技术的发展与繁荣。展望未来，我们可以发现遥感技术将呈现以下几个特点：

5.21随着传感器的更新换代以及遥感技术更高精度的要求，卫星遥感将呈现高分辨率、高精度的发展趋势。

5.2.2随着雷达技术的发展与广泛使用，各式雷达传感器的广泛使用，遥感技术走向全天候、全时段的新阶段。

5.2.3热红外遥感技术的大力推广使得遥感技术对于与地球表面热量有关的地物及其变化的监测进入了一个新的高度。

5.2.4 4s技术的发展使得遥感技术呈现集成化一体化的趋势。

5.2.5数字地球概念的提出，使得遥感技术与其他相关学科在全球层面上实现了一体化、系统化、联系化，构成了一个有机的整体网络。

结束语

自19世纪60年代遥感诞生之日起，数十年来，遥感技术在变换检测、资源环境信息获取与处理等诸多领域一直发挥着重要的作用。当然，任何技术都不是万能的，都有其局限性。然而遥感技术尽管经过了数十年的发展，但其应用前景依旧广阔。尤其是随着深空探测技术、图像处理技术、波谱分辨技术等相关领域学科的不断发展推进，遥感技术更是展现出来前所未有的生机，笔者限于所学知识有限，无法对遥感技术进行更深层次的专业化讨论，但我们相信，遥感技术的前景一定是务必广阔的。

参考文献：

[1]梅安新， 彭望， 秦其明， 等. 遥感导论[M].北京：高等教育出版社，2001.

[2]顾文俊，赵忠明， 王苓涓. 基于变化检测技术的城区建筑变化目标提取 [J].计算机工程与应用，2004 （1）：198 200.

[3]吴芳，刘荣，田维春，曾政祥.遥感变化检测技术及其应用综述 [J] . 地理空间信息，2007，No.2604：57-60.

[4]吴芳，刘荣，田维春，曾政祥.遥感变化检测技术及其应用综述 [J] . 地理空间信息，2007，No.2604：57-60.

[5]施益强，陈崇成，陈玲. 遥感技术在环境资源中的应用进展与展望[J].国土资源遥感，2002，04：7-13.

[6]石丽娜，赵旭东，韩发. 遥感技术在环境监测中的应用和发展前景[J].贵州农业科学，2010，v.38；No.23401：175-178.

[7]陈海健.遥感技术在环境监测中的应用和发展前景[J].中国新技术新产品，2011，No.20313：6-7.

[8]刘纪远主编.中国资源环境遥感宏观调查与动态研究〔C〕.北京：中国科学技术出版社， 1996.

[9]程立刚，王艳姣，王耀庭. 遙感技术在大气环境监测中的应用综述[J].中国环境监测，2005，05：17-23.

[10]吕达仁，王普才，邱金桓， 陶诗言. 大气遥感与卫星气象学研究的进展与回顾[J].大气科学，2003，04：552-566.[11]曹国东. 遥感技术在大气环境监测中的应用[J]. 内蒙古科技与经济，2010，No.20907：57+59.

[12]刘红，林昌虎， 何腾兵 . 遥感技术及其在环境科学领域中的应用 —— 以水环境和大气环境为例 [A] . 贵州省土壤学会. 贵州省土壤学会2012年学术研讨会论文集 [C] .贵州省土壤学会：，2012：6.

[13]张春利， 曹宝顺. 遥感技术在农业气象业务服务中的应用 [J]. 民营科技，2013，No.15603：68.

[14]李春雷. 基于云平台的遥感业务流程研究及原型实现 [D] . 中国地质大学（北京），2013.

[15]汪承义， 赵忠明. 遥感影像流程化处理系统的设计与实现 [J] . 测绘科学，2006，06：105-106+88+7.

[16]宫鹏. 遥感科学与技术中的一些前沿问题[J]. 遥感学报，2009，v.1301：13-23.

[17]杨一鹏，韩福丽，王桥，蒋卫国. 卫星遥感技术在环境保护中的应用： 进展、问题及对策[J]. 地理与地理信息科学，2011，v.2706：84-89.