第1章绪论
遥感是国家社会经济发展、国家安全的眼睛，在创新型国家建设中占有重要战略地位。
在《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中提出：构建星座和专题卫星组成的遥感卫星系统，形成“高中低”分辨率合理配置、空天地一体多层观测的全球数据获取能力；加强地面系统建设，汇集高精度、全要素、体系化的地球观测信息，构建“大数据地球”。在《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中提出：打造全球覆盖、高效运行的通信、导航、遥感空间基础设施体系。
总之，遥感是国家须臾不可或缺的战略领域，是解决西方卡脖子技术的国之重器、必须独立自主建设发展的高科技战略产业。本书重点以变化比较复杂多样、使用*为广泛的光学被动（光源为自然太阳光）遥感为主要研究分析对象，少量涉及红外及 LiDAR，SAR等主动（光源为人工）遥感，相关过程控制和智能化成果可以为不同遥感方式提供有效参考。
1.1遥感过程定义与系统控制分类
本节引入遥感过程的概念、定义，并对遥感过程的系统控制各环节进行分类。
1） 遥感过程的概念与定义
遥感（Remote Sensing，RS），即遥远的感知，就对地观测而言，可谓碧空慧眼、纵览寰球。遥感的经典定义为：利用影像装置，通过非接触手段观测或获取目标相关现象的特征信息。国内通用的定义为：通过探测仪器的非接触探测，接收来自目标对象的电磁波信息，经过数据处理，识别目标的属性信息。而遥感的广义理解是：利用电磁场、力场、机械波 （声波、地震波）等，对所有无接触的目标进行远距离探测。
遥感可被视为一个照相并理解相片内容的过程，当然遥感要比普通照相复杂得多。人类通过大量的实践发现：发射、反射和吸收信息和能量是所有物质的共同特点，电磁波即为其中一种形式。遥感就是依据“不同物质的电磁波特性不同”这一原理来探测地表，刻画地表不同物质的属性信息。为了实现遥远的感知，卫星和飞机等平台必不可少，用于搭载观测仪器。当在地面进行观测时，还会用到地面相关平台，如车载平台等。各类传感器可以针对不同应用和波段范围探测并接收地表对象在不同波长范围内的电磁辐射 （例如可见光0.38～0.76μm、红外0.76～1000μm、微波1～1000mm等），按一定物理方式转换成电子信号[3]；电子信号被地面站接收后转换为原始图像或非成像信息，再经过一系列不同层次的处理，才能形成不同等级的产品提供给用户使用。
遥感过程是通过人或无人的控制实现的。应用遥感手段观测分析对象很有优势，如可从遥感图像上解译不同地物的分布模式和空间关系，进而可监视地物的动态变化情况等。因此，通过遥感手段获取的观测对象信息，可以真实客观、多尺度、多维度地记录某一时刻传感器观测范围内的观测对象状况。遥感图像蕴涵了丰富的对象信息，与我们常见的普通相片有很大不同，必须学习并掌握遥感图像的处理、解译等技术 （如几何校正、辐射校正、重采样、图像增强、监督与非监督分类等 ），才能更好地应用遥感图像[4]。
因此，对遥感过程进行有效控制并追溯时空观测对象物理化学性状是遥感的本质。从技术实现上看，遥感过程可定义为：利用电磁波等，探测获取可观测对象的 When、Where、What、Why性状；前两者结合导航定位实现，后两者通过电磁波与观测对象的相互作用，反射或辐射后被航空航天地基光电平台捕获其信息，经处理反映观测对象的几何、辐射、物理、化学等属性。因此，遥感信息是具有时间加空间四维时空参量下观测对象的理化特征。
2）遥感观测手段的过程控制
遥感观测手段包括入射能量从传感器-仪器-平台-传输的全链路过程控制，根据传感器与地面距离的远近，遥感可划分为航天遥感、平流层遥感、航空遥感及地面遥感等主要方式。
（1）航天遥感过程及控制航天遥感过程是指入射能量从传感器—仪器—卫星平台—传输的全链路自动化过程，又称为卫星遥感过程。因为传感器搭载在卫星之上，离地面高度至少为200km，其广泛的应用始于20世纪70年代。1957年10月4日，第一颗人造地球卫星在苏联发射成功，为航空遥感向航天遥感发展提供了可能性。1958年2月1日，美国发射了第一颗人造卫星“探险者1号”。我国发射的第一颗人造卫星是“东方红1号”，时间是1970年4月24日。目前，人造卫星已经成为发射数量*多、用途*广、发展*快的航天平台。而在卫星上安装各种传感器，可以用于不同的科学探测，服务于地球对象观测，如自然资源调查、环境监测、生态保护等。
美国 1966年发起的“地球资源卫星计划（Earth Resources Technology Satellites Program）”于 1969年在 HSBR研究中心（Hughes Santa Barbara Research Center）正式启动，是目前运行时间*长的地球观测计划。1970年秋，陆地卫星的主要载荷完成研制，并在测试中成功运作[5]。
1972年美国发射了第1颗地球资源技术卫星 ERTS-1，从1975年的第2颗地球资源技术卫星起，更名为Landsat系列，直至2021年发射的Landsat-9。
在美国推行陆地卫星计划之后的1980年起，其他国家也开展了自己的对地观测系统研究，如法国的 SPOT和 Pleiades系列卫星[8]，欧洲空间局的 ERS和哨兵系列卫星[9]，日本的JERS和ALOS系列卫星[10]，印度的IRS系列卫星[11]，俄罗斯的ALMA22和 RESOURSO2卫星[12]。
紧追和赶超西方国家航天遥感发展的步伐，我国从1970年发射了第一颗人造卫星起，形成了多种用途的卫星系列以及后续的“北斗”导航定位和高分系列遥感卫星，使得我国跃入了航天大国的行列[13]。
（2）平流层遥感过程及控制平流层遥感过程是指入射能量从传感器—仪器—飞艇平台—传输的全链路过程，只能自动化实现。
飞艇平台介于航空近地层（借助空气浮力）和航天低轨道（无阻净空借助惯性空间轨道）之间的平流层，主要指距离地面的20～50km区间。相比航天/航空遥感而言，平流层遥感是地球观测领域中较为空白的平台区间，人类已经开启了对平流层遥感的技术原理和方法探索，目前的平流层研究和试验主要在17～20km。平流层遥感可全天候、全天时对地观测，获取遥感数据。平流层遥感一般采用飞艇作为遥感平台，与航天/航空遥感平台的差别如表1.1所示。
（3）航空遥感过程及控制
航空遥感过程是指入射能量从传感器—仪器—航空平台—传输的全链路过程。航空遥感主要依赖有人机和无人机平台：①对于载人机平台，前面三个环节已经实现了自动化，但传输环节必须等待载人机返回地面后进行手动拷贝数据来实现。②而对于无人机平台，基本实现了四个环节的自动化过程控制，但传输环节分为两种，一种是直接下传影像的快视图，另一种是等待无人机返回地面后进行手动拷贝数据。
航空平台主要指近地 20km以下借助飞机、飞艇等航空平台搭载传感器的系统。1915年世界出现了第一台航空摄影相机，并服务于两次世界大战。在此之前，人类还用气球、鸽子、风筝等作为平台进行摄影；1858年，Gaspard Felix Tournachon用气球拍摄了巴黎的“鸟瞰”照片，可以说是*早的航空摄影。第一次世界大战结束后，航空摄影方法开始在地质和土木工程领域广泛应用，主要用于勘察和制图。此外，还应用于牧场和土地调查等。随后，多光谱、RGB等其他成像技术应运而生[14]。
中国的航空遥感摄影测量始于 1902年，北洋大学曾用进口的摄影经纬仪做建筑摄影测量试验。
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