第1章 绪论
遥感作为一门综合技术，是美国学者E．L．Pruitt在1 960年提出来的。为了比较全面地描述这种技术和方法，E．I。．Pruitt把遥感定义为“以摄影方式或非摄影方式获得被探测目标的图像或数据的技术”。从现实意义看，一般称遥感是通过某种传感器装置，在不与研究对象直接接触的情况下，获取其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门技术。
遥感，顾名思义，就是遥远地感知。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式——电磁波；并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感就是根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和白身发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。
人类一直憧憬具有遥感的能力，像唐代诗人李贺的《梦天》就幻想从月球上获取大地的图像；宋代诗人苏轼则论证了跳m地表来观察地表宏观结构的必要：“不识庐山真面目，只缘身在此山中。”从古代幻想的千里眼，到近代用信鸽来做平台进行照相侦察，直到20世纪后期，人类才真正走进了从航空航天平台上频繁获取地表海量空间信息的时代。
遥感是现代科技推动下发展起来的对她观测信息获取和处理技术的一场革命。遥感技术对地理学的推动作用可以与望远镜的发明对天文学的推动作用相比。天文学的发展推动了数学、物理学的发展，进而推动了欧洲的工业革命。
遥感技术对地学的推动作用在现代中国则得到了高度重视，这应该归功于老一辈科学家，如王之卓、黄秉维和陈述彭等老先生们对新技术的敏锐洞察和对地理学发展的高瞻远瞩。他们很早就抓住了从航片解译到航天遥感的机遇，既推动遥感应用，又强调对遥感影像的地学理解和智能分析，为中国现代地理学的发展开拓了一条充满希望的大道。
反观美国，直至1 978年，当时的美国地理学会会长还著文批评一批较年轻的地理学家以计算机和遥感为技术手段，打着科学的旗号，篡改地理学作为一种描述性艺术的实质。二十年来的事实证明，美国大学中凡是没有抓住计算机和遥感机遇的地理系，纷纷走向衰亡。但是，二十年来的事实也证明，卫星和计算机只能辅助，并不能取代人们对地学规律的认识、分析和表述。如果数据获取和地学规律提炼“一手硬，一手软”，就会造成人类有了海量卫星数据，却无法从中提取有用信息以形成知识的窘况。
总之，遥感不单是现代科学技术在地理学上的应用，遥感也是一门科学。遥感科学是在地球科学与传统物理学、现代高科技基础上发展起来的一门新兴交叉学科，有自己*特的科学问题。
1.1 什么是遥感
遥感的定义：遥感是通过不接触被探测的目标，利用传感器获取目标数据，通过对数据进行分析，获取被探测目标、区域和现象的有用信息。
遥感的英文缩写是RS(remote sensing)，广义遥感是在不直接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一种探测技术；狭义遥感是指在高空和外层空间的各种平台上，应用各种传感器（摄影仪、扫描仪和雷达等）获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及其环境的相互关系的一门现代化应用技术科学。
1.2 遥感数据获取的基本过程
遥感是通过对地面目标进行探测，获取目标的信息，再对所获取的信息进行处理，从而实现对目标的了解和描述。获取信息是通过传感器来实现的。传感器之所以能收集地表的信息，是因为地表任何物体表面都辐射电磁波，同时也反射人照的电磁波。这种入照的电磁波可以是太阳直射光、天空和环境的漫射光，也可以是有源遥感器的“闪光灯”。总之，地表任何物体表面，随萁材料、结构、物理/化学特性，呈现白己的波谱辐射亮度。
这些不同亮度的辐射，向上穿过大气层，经大气层的吸收衰减和散射，穿透大气层，到达航天遥感器。遥感器可以是帧成像的，好像相机，一次成一幅二维遥感图像；可以是推帚式的，即一次成一条线状的图像，随着卫星的前进，再成下一条线状图像，*后拼成一“轨”卫星图像；也可以是扫描式的，即一次只记录下一个像元的亮度波谱，逐点扫描推进，*后组装为一幅遥感图像（或者不组装）。这三种方式，加上多谱段的处理，原则上都是成像时间和传感器阵列空间之间各种要求的折中，对一个像元来说则都是一样的。我们这里可以忽略各种纠正（留待以后的章节），简单理解卫星上的遥感器为一个个“相机”，给地表照相。但注意“相机”有很多种。
1.3 遥感的分类
1．按平台高度
按平台高度大致可以分为航空、航天与地面测量。这里地面的测量是基础性和服务性的（如收集地物波谱，为航空航天遥感器定标，验证航空航天遥感性能及结果等）。平台高度包括手持（约Im）、观测架(1.5～2m)、遥感车(10～20m)、观测塔(30～350m)等。航空遥感平台的高度从数百米、数千米、20km（高空侦察机）到35km（高空气球）。航天平台高度从低轨《500km)、极轨（保持太阳同步，随重复周期轨道高度可变，一般在700-- 900km）到静止卫星轨道（与地面白转同步，高度约3.6万km），再到L-I轨道(此处太阳与地球对卫星引力平衡，离地约150万km)。
2．按遥感波段
以遥感使用的波段大体上可分为光学与微波。这里光学包括波长小于热红外（1 0 ym左右）的电磁波。由于波长小于数十微米，可以认为地面物体的特征远大于波长，因而可以忽略衍射，用几何光学处理光与地表的相互作用。
微波波长可以从亚毫米到米，此时衍射、干涉和极化已很难忽略，故与光学遥感在成像机理和仪器制造上差别较大。
3．按成像信号能量来源
以成像信号能量来源来分，遥感可分为被动式与主动式两种。被动式又可分为反射式（反射太阳光）与发射式（被感目标本身的辐射）两种；而主动式又可分为反射式（反射“闪光灯”的照射）与受激发射两种。
4．按应用
以应用来分，这本身又是一个多维的分类问题。从空间尺度分类，有全球遥感、区域遥感、局地遥感（如城市遥感）；从地表类型分类，有海洋遥惑、陆地遥感、大气遥感；从行业分类，有环境遥感、农业遥感、林业遥感、水文遥感、地质遥感等。
1.4 遥感技术与科学的发展历史
人类憧憬从高空观察地球的历史是非常悠久的。人类的这种憧憬，大概来白登山。我国的春秋时代就有“登东山而小鲁，登泰山而小天下”的说法，对观察对象与观测距离的尺度效应有了初步的认识。战国时期，就有了登高临远时大气中的气溶胶影响能见度的记载。烽火台、箭楼、敌楼等建筑，无不沉淀着人类对观察高度的追求。
现代意义上的航空遥感，一般追溯到1 85 6年，法国用载人气球从空中拍摄了巴黎的街区图，离摄影技术的发明（1 83 9年）不到20年。20世纪，航空遥感以飞机为主，但气球（或飞艇）仍有其优点，迄今仍有运用。从传感器和记录器方面来说，1 934年开始有彩色摄影，9年后有了彩红外胶片，在诺曼底登陆战中初露锋芒，迄今仍为航测航判的主要媒介之一。
1.4.1 可见光、近红外和热红外遥感的发展历史
20世纪60年代以来，航天遥感加速发展。*初是气象卫星，1960年美国“泰诺斯”卫星和“云雨”卫星发回了**张全球云图。卫星云图的出现不动声色地结束了我国关于应该靠气象台站和模型还是应该靠发动群众看蚂蚁搬家来预报天气的大辩论。
气象卫星后来迅速向两个方向发展：一是极轨太阳同步卫星（1 978，NOAA系列，高度800km左右，轨度倾斜角98。左右），分辨率容易做得较高；二是白转同步静止卫星（1 975，GOES，轨道高度36 000m），与覆盖地域（约半个地球）白转同步，但边缘分辨率太低，只标中间部分。
在“云雨”气象卫星基础上，美国1 972年发射了**颗“地球资源技术卫星”(ERTS)，1975年发射第二颗时正名为“陆地卫星”(Landsat2)，迄Landsat-3止主要传感器均为MSS（多光谱扫描仪），地面分辨率79m，包括绿、红及两个近红外共四波段。
1 982年7月，Landsat4成功发射，较之前三颗卫星，Landsat4新增了TM（专题成像仪），与MSS相比空间分辨率提高到30m（热红外除外），波段数增到7个（扩展到热红外），全球覆盖周期以18天缩至1 6天，从此TM取代MSS成为陆地遥感卫星的主流。
在TM成功的基础上，各国竞相改进。法国的SPOT卫星于1 986年成功发射，搭载两台CCD相机，空间分辨率提高到lOm（全色）和20m（三波段），能偏离星下点成像以构成立体像对。这些带原创性的改进也成为后来各国仿效和改进的基础，如印度的IRS系列（IRS-I，发射于1 9 95）、日本的AVNIR(1996)和ALOS(2002)等。
我国的资源卫星系列也分别可视为TM或SPOT的改进型。美国白己发射的Landsat-7搭载的ETM（增强型TM）则主要在TM的基础上，吸取了SPOT的一些优点，如增加全色波段（分辨率15m）。
1.4.2 微波遥感的发展历史
*早的航天SAR是海洋卫星（美，Seasat），1978年6月人轨，共获取了70天的数据。但美国花了4年才处理完这些数据，广泛应用于极冰测绘、海洋监测、地质测绘、水文学等领域。随即美国又用航天飞机实施了SIRA/B/C等SAR遥感项目。
随着SIR-A/B/C(1981/1984/1991)的巨大成功，各发达国家迅速跟进，苏联在1987/1990分别发射成功钻石一工／Ⅱ；欧洲空间局发射了ERS 1．2(1991/1995)，Envisat-I(2000)；日本在1 992年发射了JERS-I；加拿大1 995年成功发射了Radarsat-I，这颗卫星获得的巨大成功主要在其产业化程度，其SAR影像全球销售额稳居**。
除SAR以外，其他类型的微波遥感由于其对云层和小雨的穿透能力强，在对地（和大气）遥感有重要的应用价值，其中常用的有微波辐射计、微波散射计和雷达高度计。前者为被动式，后二者为主动式，但用途各异，不能相互取代。目前总的趋势是探测频带进一步拓宽，一方面拓展到米波频段，一方面拓展到亚毫米波段（主要用于大气遥感）。
1.5 遥感技术与科学的发展趋势
陆地卫星进一步朝高空间分辨率和高光谱分辨力发展。新一代对地遥感器的标志性的指标大致为：全色波段分辨力达到0. 15～3m，在保持中等空间分辨力（数十米到数百米）的情况下，光谱分辨力达Znm，从可见光到红外范围获取数百到上千波段，且波段覆盖向长波红外延伸。
航天遥感目前的另一个发展趋势是小卫星。小卫星主要指体积小、重量轻、功能单一的卫星，使用小火箭或搭载发射，研制周期短，卫星成本大为降低。在对地观测领域，小卫星使对地球的观测功能增强，向大众化和商业化迈进一大步。仆卫星技术促使整个空间技术发生变革，可能将成为未来航天高技术竞争的主要热点之一。
为了用小卫星来实现像EOS那样大计划的目的，很快又发展了小卫星群的概念。但是微、小卫星群平台技术、有效载荷、定位技术、编队飞行及管理模式等方面都有很多关键技术有待突破。
遥感科学的发展远远滞后于遥感技术。直到20世纪80年代初，美国航空航天局(NASA)终于认识到遥感是一门新兴的科学，所以组织了“遥感科学计划”项目，执行了15年。随后又酝酿组织了EOS计划中的科学层面的研究项目（见后EOS计划简介）。
遥感技术是一种以物理手段、数学方法和地学分析为基础的综合性应用技术，是现代科学技术的一个重要组成部分。
物理手段——指传感器、平台以及信息获取及传输的各种手段。
数学方法——包括计算机图像处理、数理统计分析以及地学计量分析等。
地学分析——指以地学规律为基础的进行遥感分析的地学处理过程(geoprocessing)遥感的特性。
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