遥感数据是用遥感器探测来自地表的电磁波,通过采样及量化后获得的数字化数据。遥感数据获取独立于遥感数据处理、遥感解译和遥感应用等过程,是遥感技术的重要组成部分。
遥感数据获取
利用遥感平台上的传感器,不接触地物而接收并记录传感器反射或发射的电磁波信号的过程。又称遥感数据采集。
- 英文名称
- remote sensing data acquisition
- 又称
- 遥感数据采集
- 所属学科
- 地质学/地质资源与地质工程
人类很早就开展了遥感数据获取的工作。1826年法国人N.尼埃普斯成功拍摄了世界上第一张能永久保存的相片。1839年摄影技术正式诞生。1858年,法国人G.-F.图恩雄在气球上获得了世界上第一张航空像片。第一次世界大战后,为满足军事需要,航空摄影得到了迅速发展,第一台航空摄影机问世。遥感数据获取被称为航空摄影。第二次世界大战后,随着彩色、近红外等新型感光胶片的应用和光电技术的进步,以及从紫外一直到红外及微波波段传感器的研制成功和应用,扩展了通过常规航空摄影所能感受、记录的电磁波波长范围,形成了具有可见光、红外、多光谱、微波等遥感手段和设备的航空遥感技术系统。
随着科学技术的发展,一些新型数据获取系统相继出现,如多光谱扫描仪、红外探测器、微波合成孔径雷达等,多以非摄影方式探测目标,并且随着各类卫星的陆续发射和传感器的不断改进,目标探测的距离越来越远,用“航空摄影”概念已无法概括新的探测方式。1960年,美国海军科学研究局E.普鲁依特首先提出“遥感”这一概念,其泛指通过各种非接触传感器遥测地物的几何与物理特性的技术。1962年,在“环境遥感讨论会”上,遥感概念被正式采用。此后,遥感成为专门术语,人们将从地面、航空和航天等各类平台上利用各种传感器进行地物信息的获取过程统称为遥感数据获取。
1931年,中国浙江省水利局航测队与德国测量公司合作进行了首次航空摄影,摄取了钱塘江支流浦阳江36千米一段河道的航片,航摄比例尺为1∶20000,而后利用此数据制作了像片平面图;这一研究工作为中国航空遥感数据获取的开始。1949年后,在大规模的经济建设和国防建设都急需地图资料的背景下,国家测绘局和林业、农业、地质、铁道、石油、水利等部门都积极开展航空摄影技术研究与应用工作,航空摄影得到飞速发展。中国从1970年开始发展航天遥感事业,到21世纪已能够自主地从地球同步轨道和太阳同步轨道上对地球的多平台、多传感器进行观测,获取地球表面不同分辨率的光学和雷达图像。
遥感数据获取建立在地物的电磁波辐射特征基础之上,在遥感数据获取过程之中,包含了遥感平台、遥感传感器、遥感数据记录等重要环节。
在遥感数据获取中,用于搭载传感器的工具统称为遥感平台。按平台距离地面的高度可分为航天遥感平台、航空遥感平台和地面遥感平台。航天遥感平台包括卫星、宇宙飞船等;航空遥感平台包括各种飞机、飞艇、气球、风筝等;地面平台包括三脚架、遥感塔、地面测量车等。其中,卫星、有人驾驶飞机、无人机和地面测量系统都获得了长足进步,一些国家已具有完备的“天空地一体化”的遥感数据获取能力。
由于电磁波随着波长的变化其性质有很大的差异,地物对电磁波的反射和发射特性也大不相同,因此接收地物电磁辐射的传感器是遥感数据获取的关键。按工作波段,传感器可分为可见光传感器、红外传感器和微波传感器。按记录方式,传感器分为成像方式传感器和非成像方式传感器。按是否带有探测用的电磁波发射源,传感器可分为主动式传感器和被动式传感器:主动式传感器本身发射信号,然后再接收目标反射回来的电磁波信号,包括激光雷达、真实孔径和合成孔径雷达、雷达高度计、雷达散射计等;被动式传感器本身不发射信号,而是直接接收目标自身的热辐射或反射的太阳辐射,如光学相机、多光谱扫描仪、热红外探测器、成像光谱仪、微波辐射计等。
遥感图像的分辨率是传感器成像系统对输出图像细节辨别能力的一种度量,是遥感图像应用价值的重要技术指标。对图像细节的不同度量方式则形成不同类型的分辨率,遥感图像分辨率主要包括空间分辨率、光谱分辨率和时间分辨率。①空间分辨率。指遥感图像上能够详细区分的最小单元尺寸。卫星图像空间分辨率可达分米级,而航空遥感图像的分辨率可达厘米级。②光谱分辨率。指遥感传感器所能辨别的波段间隔的大小。星载和机载成像光谱仪的波段数可达200多个,波段间隔在10以内。③时间分辨率。是传感器对同一区域重复观测的最小时间间隔。采用星座方式,可以在一天内对同一区域进行多次观测;地球同步轨道卫星可以对同一地点每隔30分钟获取一次观测数据;一般的太阳同步轨道卫星都能在几天或十几天内对同一地区进行重复观测。④辐射分辨率。指遥感传感器对光谱信号强弱的敏感程度或区分能力,即遥感传感器在接收光谱信号时能分辨的最小辐射度差,一般用灰度的分级数来表示。
遥感技术是利用搭载在遥感平台上面的传感器对目标地物发射或反射的电磁波信息记录下来从而形成遥感图像(或其他遥感数据)。遥感系统获取数据的记录方式包括成像方式和非成像方式两大类。光学相机、红外扫描仪、成像光谱仪、合成孔径雷达等记录的是成像数据,激光雷达、雷达高度计、雷达散射计等记录的是非成像数据。
任何在绝对温度零度以上的地物,都会反射电磁波信号和自身发射不同波长的电磁波。利用遥感平台搭载相应的传感器,可以收集地物反射或发射的电磁波信号,记录成图像或者非图像数据。通过对这些数据的处理、分析,可以识别地物的属性和量化地物的几何特性,从而开展各种目的的遥感应用。地物反射的电磁波包含太阳电磁波辐射和传感器主动发射的电磁波(如激光雷达、微波雷达等)两个来源。由于地物的物质类别、组成、结构、电学性质、表面粗糙度及周边环境的不同,其对电磁波的反射特征也不同。地物自身发射的电磁波相对微弱,可以被遥感传感器探测的发射辐射主要集中在热红外和微波波段。
按照遥感平台的不同,遥感数据获取方式可分为地面遥感数据获取、无人机遥感数据获取、航空遥感数据获取、卫星遥感数据获取等。按传感器的不同,遥感数据获取方式又可分为光学遥感数据获取、红外遥感数据获取、高光谱数据获取、微波遥感数据获取、激光雷达数据获取等。
随着空间技术、光电技术、计算机技术等现代技术的发展,遥感数据获取技术得以迅速发展,实现了多传感器、高分辨率、多时相、全天候、全天时等数据获取方式,主要表现在以下3个方面:①不同成像方式、不同波段和分辨率的数据并存,遥感数据日益多元化。②遥感图像数据量显著增加,呈指数级增长。③数据获取的速度加快,更新周期缩短,时效性越来越强,遥感数据呈现出明显的大数据特征。未来,遥感数据的空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率、辐射分辨率将进一步提高,新型遥感平台和传感器将不断涌现,有望获取立体、全方位、全天候、近实时的“天空地一体化”的对地观测数据。
扩展阅读
- 宁津生、陈俊勇、李德仁,等.测绘学概论 . 2版.武汉:武汉大学出版社,2008.