遙感技術及其應用

突破思路　　森林大火、特大洪災的監測，如果單靠人工進行，不僅要花費大量的人力和財力，而且要經過很長的時間才能獲得全面的資料；而用遙感技術，則能在很短的時間內獲得全面的資料，以便于及時安排防災、救災工作。實際上遙感技術的應用領域很廣，例如：資源普查、災害監測、環境監測、工程建設及規劃、軍事偵察、海上交通和海洋漁業等。為便于學生理解本節內容，教材以1998年長江流域特大洪水淹沒區估算為例，介紹遙感技術及其應用。　　另外，我們可以組織學生搜集一些遙感圖像，同學之間交流一下，并嘗試判讀、分析。rs技術的應用　　遙感技術包括傳感器技術，信息傳輸技術，信息處理、提取和應用技術，目標信息特征的分析與測量技術等。　　遙感技術依其遙感儀器所選用的波譜性質可分為：電磁波遙感技術、聲納遙感技術、物理場（如重力和磁力場）遙感技術。電磁波遙感技術是利用各種物體/物質反射或發射出不同特性的電磁波進行遙感的。其可分為可見光、紅外、微波等遙感技術。按照感測目標的能源作用可分為：主動式遙ks5u感技術和被動式遙感技術。按照記錄信息的表現形式可分為：圖像方式和非圖像方式。按照遙感器使用的平臺可分為：航天遙感技術、航空遙感技術、地面遙感技術。按照遙感的應用領域可分為：地球資源遙感技術、環境遙感技術、氣象遙感技術、海洋遙感技術等。　　常用的傳感器：航空攝影機（航攝儀）、全景攝影機、多光譜攝影機、多光譜掃描儀（multi spectral scanner，mss）、專題制圖儀（thematic mapper，tm）、反束光導攝像管（rbv）、hrv（high resolution visible range instru—ments）掃描儀ks5u、合成孔徑側視雷達（side—looking　airborne　radar，slar）。常用的遙感數據有：美國陸地衛星（landsat）tm和mss遙感數據、法國spot衛星遙感數據、加拿大radarsat雷達遙感數據。遙感技術系統包括：空間信息采集系統（包括遙感平臺和傳感器），地面接收和預處理系統（包括輻射校正和幾何校正），地面實況調查系統（如收集環境和氣象數據），信息分析應用系統。　　遙感應用：陸地水資源調查、土地資源調查、植被資源調查、地質調查、城市遙感調查、海洋資源調查、測繪、考古調查、環境監測和規劃管理等。目前，主要的遙感應用軟件是pci、ermapper和erdas。rs發展史　　遙感作為一種空間探測技術，至今已經經歷了地面用感、航空遙感和航天遙感三個階段。廣義地講，遙感技術是從19世紀初期（1839年）出現攝影術開始的。19世紀中葉（1858年），就有人使用氣球從空中對地面進行攝影。　　19xx年飛機問世以后，便開始了可稱為航空遙感的第一次試驗，從空中對地面進行攝影，并將航空像應用于地形和地圖制圖等方面。可以說這揭開了當今遙感技術的序幕。　　隨著空間技術、無線電電子技術、光學技術和計算機技術的發展，20世紀中期，遙感技術有了很大發展。遙感器從第一代的航空攝影機，第二代的多光譜攝影機、掃描儀，很快發展到第三代固體掃描儀（ccd）；遙感器的運載工具，從收音機很快發展到衛星、宇宙飛船和航天飛機，遙感信息的記錄和傳輸從圖像的直接傳輸發展到非圖像的無線電傳輸。在這期間，我國遙感技術的發展也十分迅速，我們不僅可以直接接收、處理和提供衛星的遙感信息，而且具有航空航天遙感信息采集的能力，能夠自行設計制造像航空攝影機、全景攝影機、紅外線掃描儀、多炮譜掃描儀、合成孔徑側視雷達等多種用途的航空航天遙感儀器和用于地物波譜測定的儀器。而且，進行過多次規模較大的航空遙感試驗。　近十幾年來，我國還自行設計制造了多種遙感信息處理系統。如假彩色合成儀、密度分割儀、tj一82圖像計算機處理系統、微機圖像處理系統等。rs定義“遙感”，顧名思義，就是遙遠地感知。人類通過大量的實踐，發現地球上每一個物體都在不停地吸收、發射信息和能量，其中有一種人類已經認識到的形式——電磁波，并且發現不同物體的電磁波特性是不同的。遙感就是根據這個原理來探測地表物體對電磁波的反射和其發射的電磁波，從而提取這些物體的信息，完成遠距離識別物體。遙感的實現還需要遙感平臺，像衛星、飛機、氣球等，它們的作用就是穩定地運載傳感器。當在地面試驗時，還會用到像三角架這樣簡單的遙感平臺。針對不同的應用和波段范圍，人們已經研究出很多種傳感器，探測和接收物體在可見光、紅外線和微波范圍內的電磁輻射。傳感器會把這些電磁輻射按照一定的規律轉換為原始圖像。原始圖像被地面站接收后，要經過一系列復雜的處理，才能提供給不同的用戶使用。 合作討論1材料：1987年5月6日至6月2日，中國東北大興安嶺北部發生了特大森林火災，在撲滅大火的過程中，衛星遙感監測技術發揮了重要作用。在撲滅大火戰斗中，國家氣象局向森林防火總指揮提供了70余幅反映林火發展情況的衛星影像圖。為制定滅火計劃、做出滅火部署提供了科學的依據。 　　問題：遙感技術在森林滅火中是如何發揮作用的？它還能應用于其他領域嗎？ 　　我的思路：地球上的物體都在不停地吸收、發射和反射電磁波，并且不同物體的電磁波特性是不同的——遙感技術就是在這個原理基礎上發展起來的。遙感的關鍵裝置是一種被稱為傳感器的儀器。傳感器在航空或航天器中接收地面物體反射的電磁波信號，以圖像的膠片或數據磁帶形式記錄下來，傳送到地面，最后通過處理和判讀分析，揭示物體的特征、性質及其變化。 　　由于遙感探測范圍大，獲取資料速度快、周期短，受地面限制少，因而廣泛應用于資源普查、災害監測、工程建設及規劃等各個領域。 合作與討論2我國是多自然災害的國家。讀相關材料，回答有關問題。 　　材料一：在過去的22xx年間，我國共發生大水災1600多次，大旱災也有1600多次。1977年以前的5xx年中，稱得上“風調雨順”的年份僅有7年。20世紀80年代以來，受災的耕地每年都在40%左右。 　　材料二：今年從3月18日傍晚起，我國北方大部分地區經歷了20世紀90年代以來最強的一次沙塵暴天氣過程，持續時間最長達100小時，甘肅局部地區能見度小于50米；20日一天內便給北京“輸送”了3萬噸沙土，北京人均分攤3千克。 　　材料三：xx年3月29日《中國環境報》以“高科技‘千里眼’鎖定沙塵暴”為題報道：我國對沙塵暴研究使用的方法與手段同發達國家并無太大區別，已建立了由激光雷達和地球同步氣象衛星觀測信息接收站等組成的遙感系統和由25個監測站組成的地面監測網絡系統，覆蓋了北方200多萬平方千米的荒漠化土地。 　　問題： 　　（1）水旱災害是我國嚴重的自然災害，它的頻發地區是____________（填災害區名稱）。我國夏季多暴雨，暴雨在山區可能誘發泥石流、滑坡等____________災害。目前人類尚不能控制水旱災害的發生。我國通過大規模的____________和營造防護林等改善____________的工程措施，以減輕災害的損失。 　　（2）試分析沙塵暴天氣形成的原因。為了減輕沙塵暴天氣的危害，可采取哪些對策？ 　　（3）我國和世界發達國家一樣，對大尺度天氣系統和大范圍自然災害的研究，目前水平處于………………………………………………………………………………………（　　） 　　a.跟蹤階段——實時報告事象的發生、過程、影響 　　b.探索階段——尋找科學的研究方法，憑經驗預測其發展變化 　　c.預報階段——根據發生機制，預測將發生的時間、強度、發展和影響 　　d.控制階段——雖不能控制其發生，但能對發生時間、強度和演變加以控制 　（4）簡要說明高科技在這次沙塵暴天氣過程中所起的作用。 　　我的思路：自然災害的種類很多。各種自然災害的分布具有一定的規律性。水旱災害是我國嚴重的自然災害，它的頻發地區是東部平原區。我國夏季多暴雨，暴雨在山區可能誘發泥石流、滑坡等地質地貌災害。人類活動雖然不能控制自然災害的發生，但可以想方設法減輕災害帶來的損失。我國通過大規模的治河（或治水）和營造防護林等改善生態環境的工程措施，以減輕災害的損失。 　　沙塵暴天氣形成的原因既有自然原因，也有人為原因。自然原因：西部有大片荒漠半荒漠區，氣候異常，干旱少雨，冬春常出現強勁西風和西北季風；人為原因：濫墾濫伐，過度放牧，土地沙化。 　　為了減輕沙塵暴天氣的危害，可采取的對策有營造“三北”防護林體系，退耕還林、還草，推廣輪牧等。 　　我國和世界發達國家一樣，對大尺度天氣系統和大范圍自然災害的研究，目前水平處于預報階段——根據發生機制，預測將發生的時間、強度、發展和影響。 　　高科技在這次沙塵暴天氣過程中所起的作用是提供圖像數據資料，跟蹤監測、預報等。 思考過程1 走近遙感技術　　1.主干知識 　　遙感技術的概念：遙感，就是遙遠的感知，簡稱rs，是一種不通過直接接觸目標物而獲取其信息的一種技術。包括空對地、地對空、空對空遙感，它是實時獲取、動態處理空間信息的觀測、分析的先進技術系統。 　　遙感技術的原理：地球上的物體都在不停地吸收、發射和反射電磁波，并且不同物體的電磁波是不同的。 　　遙感技術的環節：信息的獲取→傳輸→接收與處理→分析和應用 　　遙感技術的作用：遙感技術具有探測范圍大、獲取資料快、受地面條件限制少、獲取信息量大等特點，能在很短的時間內獲得全面的資料。以陸地衛星多光譜掃描圖像為例，一幅圖像所含的信息量就達7.58×106個。 　　2.思維提示 　　遙感技術是在“地球上的物體都在不停地吸收、發射和反射電磁波，并且不同物體的電磁波是不同的”這個原理基礎上發展起來的。從傳感器接受信息到遙感信息的應用過程稱遙感技術。如空對空遙感，就是從不同的工作平臺（如氣球、飛機、火箭、人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機）的探測儀器（傳感器）對地球表面的電磁波（包括反射和發射）特征信息進行探測，并經信息的傳輸、處理及判讀分析，以對地球資源及其環境等進行調整等進行調查、監測、評估研究的綜合技術。 　　遙感包括信息的獲取、傳輸、接收與處理、分析和應用幾個環節。如圖4—15：