遥感技术介绍指南

遥感是在不存在的情况下获取区域物理特性的科学。 它允许用户捕获、可视化和分析地球表面的对象和特征。 通过收集图像，我们可以将其分类为土地覆盖和其他类型的分析。 它允许用户捕捉、可视化和分析地球表面的物体和特征。 通过收集图像，我们可以将其分类为土地覆盖和其他类型的分析。

1.传感器类型

遥感使用传感器捕捉图像。 例如，飞机、卫星和无人机都有携带传感器的专用平台。 下图显示了主要的遥感技术及其典型高度。

每种类型的传感器都有其自身的优点和缺点。 当想要捕捉图像时， 必须考虑飞行限制、图像分辨率和覆盖范围等因素。 例如，卫星在全球范围内捕获数据。 但无人机更适合在小范围内飞行。 最后，飞机和直升机采取中间立场。

图像分辨率

对于地球观测， 还必须考虑图像分辨率。 遥感将图像分辨率分为三种不同类型：

• 空间分辨率
• 光谱分辨率
• 时间分辨率

空间分辨率

空间分辨率是图像的像素细节。 高空间分辨率意味着更多细节和更小的像素尺寸。 然而，较低的空间分辨率意味着较少的细节和较大的像素尺寸。 通常，像 DJI 这样的无人机以最高空间分辨率之一捕捉图像。 尽管卫星在大气层中最高，但它们的像素大小可达 50 厘米或更大。

光谱分辨率

光谱分辨率是波段中光谱细节的数量。 高光谱分辨率意味着它的波段更窄， 而低光谱分辨率具有覆盖更多光谱的更宽波段。

时间分辨率

时间分辨率是卫星完成完整轨道运行所需的时间。 无人机、飞机和直升机是完全灵活的， 但是卫星以固定路径绕地球运行。

全球定位系统卫星位于中地球轨道 (MEO)。 因为它们遵循连续的轨道路径， 所以重访时间是一致的， 这意味着我们的 GPS 接收器几乎总能达到 3 颗或更多卫星的高精度。

轨道类型

三种类型的轨道是：

• 地球静止轨道与地球的自转速度相匹配。
• 太阳同步轨道使地球表面的阳光角度尽可能保持一致。
• 极地轨道在地球两极之上或几乎在地球两极之上。

卫星在地球表面上方的高度决定了它完成一个完整轨道所需的时间。 如果卫星的高度较高，则轨道周期会增加。

我们按高度对轨道进行分类：

• 近地轨道 (LEO)
• 中地球轨道 (MEO)
• 高地球轨道 (HEO)

我们经常在高地球轨道上找到气象、通信和监视卫星。 但立方体卫星、国际空间站和其他卫星通常位于近地轨道。

2.遥感的类型

两种类型的遥感传感器是：

• 被动传感器
• 有源传感器

有源传感器

有源传感器之间的主要区别在于这种类型的传感器照亮其目标。 有源传感器测量反射光。 例如，Radarsat-2 是一种使用合成孔径雷达的主动传感器。 想象一下相机的闪光灯，它照亮了目标。 接下来，它捕获返回光， 这与有源传感器的工作原理相同。

被动传感器

被动传感器测量从太阳发出的反射光。 当太阳光从地球表面反射时， 无源传感器会捕获该光。 例如，Landsat 和 Sentinel 是无源传感器， 它们通过感应电磁波谱中反射的阳光来捕捉图像。

被动遥感测量从太阳发射的反射能量， 而主动遥感则照亮其目标并测量其反向散射。

3.电磁频谱

电磁波谱范围从短波（如 X 射线）到长波（如无线电波）。 我们的眼睛只能看到可见范围（红色、绿色和蓝色）， 但其他类型的传感器可以超越人类视觉。 归根结底，这就是遥感如此强大的原因。

电磁频谱

我们的眼睛对可见光谱 (390-700 nm) 很敏感。 但是工程师设计的传感器可以在大气窗口中捕获超出这些波长的波长。 例如，近红外 (NIR) 处于 700-1400 nm 范围内。 植被反射更多的绿光，因为我们的眼睛就是这样看到的。 但它对近红外线更加敏感， 这就是使用 NDVI 等指标对植被进行分类的原因。

光谱带

光谱波段是一组波长。 例如，紫外线、可见光、近红外线、热红外线和微波都是光谱波段。 我们根据频率 (v) 或波长对每个光谱区域进行分类。 被动传感器有两种类型的图像：

• 多光谱图像
• 高光谱图像

多光谱和高光谱之间的主要区别在于波段的数量和波段的宽度。 高光谱图像有数百个窄波段， 多光谱图像由 3-10 个较宽的波段组成。

多光谱

多光谱影像一般指3至10个波段。 例如，Landsat-8 为每个场景生成 11 个单独的图像。

• 沿海气溶胶 (0.43-0.45 um)
• 蓝色（0.45-0.51 um）
• 绿色（0.53-0.59 um）
• 红色（0.64-0.67 um）
• 近红外 NIR (0.85-0.88 um)
• 短波红外 SWIR 1 (1.57-1.65 um)
• 短波红外 SWIR 2 (2.11-2.29 um)
• 全色 (0.50-0.68 um)
• 卷云 (1.36-1.38 um)
• 热红外 TIRS 1 (10.60-11.19 um)
• 热红外 TIRS 2 (11.50-12.51 um)

高光谱

高光谱图像具有更窄的波段 (10-20 nm)。 一张高光谱图像有数十万个波段。 例如，Hyperion（EO-1 卫星的一部分）产生 220 个光谱带（0.4-2.5 um）。

4.图像分类

当检查一张照片并试图从中提取特征和特征时， 这就是使用图像解释的行为， 我们在林业、军事和城市环境中使用图像解释。

我们可以解释特征， 因为所有物体都有自己独特的化学成分。 在遥感中，通过获取它们的光谱特征来区分这些差异。

光谱特征

在采矿业中，地球上有4000 多种天然矿物。 每种矿物都有自己的化学成分， 使其与众不同。

物体的化学成分决定了它的光谱特征。 可对每种矿物进行分类， 因为它有自己独特的光谱特征。 当拥有更多的光谱波段时， 这会给图像分类带来更大的潜力。 光谱特征是在特定波长中反射的能量的量， 光谱特征的差异是我们区分物体的方式。

图像分类

当将类分配给地面上的要素时， 这就是图像分类的过程。

图像分类的三种主要方法是：

• 监督分类
• 无监督分类
• 基于对象的图像分析

图像分类的目标是产生土地利用、土地覆盖。 通过使用遥感软件， 这就是我们对土地覆盖中的水域、湿地、树木和城市地区进行分类的方式。

5.应用和用途

遥感有数百种应用。 从天气预报到 GPS， 太空中的卫星在日常生活中监控、保护和引导我们。 通常，使用无人机、直升机和飞机解决当地问题， 但卫星也可用于当地研究领域。

以下是一些常见的传感器技术：

• 光探测和测距 (LiDAR)
• 声音导航测距（Sonar）
• 辐射计和光谱仪

我们使用光探测和测距 (LiDAR)， 而声纳是构建地形模型的理想选择。 但两者之间的主要区别在于“在哪里”。 虽然激光雷达最适合地面， 但声纳在水下效果更好。

通过使用这些技术， 构建了数字高程模型。 使用这些地形模型， 可以预测洪水风险、考古遗址和划定分水岭（仅举几例）。

国际问题

随着世界变得更加全球化， 我们才刚刚开始看到遥感的普及。 例如，卫星解决的问题包括：

• 使用全球定位系统导航
• 气候变化监测
• 北极监视

如果要解决这个时代的一些重大挑战， 卫星信息至关重要。 考虑到所有因素， 这是一个达到新高度不断扩展的领域。 对于气候变化、自然资源、灾害管理和环境等问题， 遥感在全球范围内提供了丰富的信息。