遥感技术及其应用

突破思路
　　森林大火、特大洪灾的监测，如果单靠人工进行，不仅要花费大量的人力和财力，而且要经过很长的时间才能获得全面的资料；而用遥感技术，则能在很短的时间内获得全面的资料，以便于及时安排防灾、救灾工作。实际上遥感技术的应用领域很广，例如：资源普查、灾害监测、环境监测、工程建设及规划、军事侦察、海上交通和海洋渔业等。为便于学生理解本节内容，教材以1998年长江流域特大洪水淹没区估算为例，介绍遥感技术及其应用。
　　另外，我们可以组织学生搜集一些遥感图像，同学之间交流一下，并尝试判读、分析。
RS技术的应用
　　遥感技术包括传感器技术，信息传输技术，信息处理、提取和应用技术，目标信息特征的分析与测量技术等。
　　遥感技术依其遥感仪器所选用的波谱性质可分为：电磁波遥感技术、声纳遥感技术、物理场（如重力和磁力场）遥感技术。电磁波遥感技术是利用各种物体／物质反射或发射出不同特性的电磁波进行遥感的。其可分为可见光、红外、微波等遥感技术。按照感测目标的能源作用可分为：主动式遥感技术和被动式遥感技术。按照记录信息的表现形式可分为：图像方式和非图像方式。按照遥感器使用的平台可分为：航天遥感技术、航空遥感技术、地面遥感技术。按照遥感的应用领域可分为：地球资源遥感技术、环境遥感技术、气象遥感技术、海洋遥感技术等。
　　常用的传感器：航空摄影机（航摄仪）、全景摄影机、多光谱摄影机、多光谱扫描仪（Multi Spectral Scanner，MSS）、专题制图仪（Thematic Mapper，TM）、反束光导摄像管（RBV）、HRV（High Resolution Visible range instru—ments）扫描仪、合成孔径侧视雷达（Side—Looking　Airborne　Radar，SLAR）。常用的遥感数据有：美国陆地卫星（Landsat）TM和MSS遥感数据、法国SPOT卫星遥感数据、加拿大Radarsat雷达遥感数据。遥感技术系统包括：空间信息采集系统（包括遥感平台和传感器），地面接收和预处理系统（包括辐射校正和几何校正），地面实况调查系统（如收集环境和气象数据），信息分析应用系统。
　　遥感应用：陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等。目前，主要的遥感应用软件是PCI、ERMapper和ERDAS。
RS发展史
　　遥感作为一种空间探测技术，至今已经经历了地面用感、航空遥感和航天遥感三个阶段。广义地讲，遥感技术是从19世纪初期（1839年）出现摄影术开始的。19世纪中叶（1858年），就有人使用气球从空中对地面进行摄影。
　　1903年飞机问世以后，便开始了可称为航空遥感的第一次试验，从空中对地面进行摄影，并将航空像应用于地形和地图制图等方面。可以说这揭开了当今遥感技术的序幕。
　　随着空间技术、无线电电子技术、光学技术和计算机技术的发展，20世纪中期，遥感技术有了很大发展。遥感器从第一代的航空摄影机，第二代的多光谱摄影机、扫描仪，很快发展到第三代固体扫描仪（CCD）；遥感器的运载工具，从收音机很快发展到卫星、宇宙飞船和航天飞机，遥感信息的记录和传输从图像的直接传输发展到非图像的无线电传输。
在这期间，我国遥感技术的发展也十分迅速，我们不仅可以直接接收、处理和提供卫星的遥感信息，而且具有航空航天遥感信息采集的能力，能够自行设计制造像航空摄影机、全景摄影机、红外线扫描仪、多炮谱扫描仪、合成孔径侧视雷达等多种用途的航空航天遥感仪器和用于地物波谱测定的仪器。而且，进行过多次规模较大的航空遥感试验。
　近十几年来，我国还自行设计制造了多种遥感信息处理系统。如假彩色合成仪、密度分割仪、TJ一82图像计算机处理系统、微机图像处理系统等。
RS定义
“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其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体。遥感的实现还需要遥感平台，像卫星、飞机、气球等，它们的作用就是稳定地运载传感器。当在地面试验时，还会用到像三角架这样简单的遥感平台。针对不同的应用和波段范围，人们已经研究出很多种传感器，探测和接收物体在可见光、红外线和微波范围内的电磁辐射。传感器会把这些电磁辐射按照一定的规律转换为原始图像。原始图像被地面站接收后，要经过一系列复杂的处理，才能提供给不同的用户使用。
合作讨论1
材料：1987年5月6日至6月2日，中国东北大兴安岭北部发生了特大森林火灾，在扑灭大火的过程中，卫星遥感监测技术发挥了重要作用。在扑灭大火战斗中，国家气象局向森林防火总指挥提供了70余幅反映林火发展情况的卫星影像图。为制定灭火计划、做出灭火部署提供了科学的依据。
　　问题：遥感技术在森林灭火中是如何发挥作用的？它还能应用于其他领域吗？
　　我的思路：地球上的物体都在不停地吸收、发射和反射电磁波，并且不同物体的电磁波特性是不同的——遥感技术就是在这个原理基础上发展起来的。遥感的关键装置是一种被称为传感器的仪器。传感器在航空或航天器中接收地面物体反射的电磁波信号，以图像的胶片或数据磁带形式记录下来，传送到地面，最后通过处理和判读分析，揭示物体的特征、性质及其变化。
　　由于遥感探测范围大，获取资料速度快、周期短，受地面限制少，因而广泛应用于资源普查、灾害监测、工程建设及规划等各个领域。
合作与讨论2
我国是多自然灾害的国家。读相关材料，回答有关问题。
　　材料一：在过去的2200年间，我国共发生大水灾1600多次，大旱灾也有1600多次。1977年以前的508年中，称得上“风调雨顺”的年份仅有7年。20世纪80年代以来，受灾的耕地每年都在40%左右。
　　材料二：今年从3月18日傍晚起，我国北方大部分地区经历了20世纪90年代以来最强的一次沙尘暴天气过程，持续时间最长达100小时，甘肃局部地区能见度小于50米；20日一天内便给北京“输送”了3万吨沙土，北京人均分摊3千克。
　　材料三：2002年3月29日《中国环境报》以“高科技‘千里眼’锁定沙尘暴”为题报道：我国对沙尘暴研究使用的方法与手段同发达国家并无太大区别，已建立了由激光雷达和地球同步气象卫星观测信息接收站等组成的遥感系统和由25个监测站组成的地面监测网络系统，覆盖了北方200多万平方千米的荒漠化土地。
　　问题：
　　（1）水旱灾害是我国严重的自然灾害，它的频发地区是____________（填灾害区名称）。我国夏季多暴雨，暴雨在山区可能诱发泥石流、滑坡等____________灾害。目前人类尚不能控制水旱灾害的发生。我国通过大规模的____________和营造防护林等改善____________的工程措施，以减轻灾害的损失。
　　（2）试分析沙尘暴天气形成的原因。为了减轻沙尘暴天气的危害，可采取哪些对策？
　　（3）我国和世界发达国家一样，对大尺度天气系统和大范围自然灾害的研究，目前水平处于………………………………………………………………………………………（　　）
　　A．跟踪阶段——实时报告事象的发生、过程、影响
　　B．探索阶段——寻找科学的研究方法，凭经验预测其发展变化
　　C．预报阶段——根据发生机制，预测将发生的时间、强度、发展和影响
　　D．控制阶段——虽不能控制其发生，但能对发生时间、强度和演变加以控制
　（4）简要说明高科技在这次沙尘暴天气过程中所起的作用。
　　我的思路：自然灾害的种类很多。各种自然灾害的分布具有一定的规律性。水旱灾害是我国严重的自然灾害，它的频发地区是东部平原区。我国夏季多暴雨，暴雨在山区可能诱发泥石流、滑坡等地质地貌灾害。人类活动虽然不能控制自然灾害的发生，但可以想方设法减轻灾害带来的损失。我国通过大规模的治河（或治水）和营造防护林等改善生态环境的工程措施，以减轻灾害的损失。
　　沙尘暴天气形成的原因既有自然原因，也有人为原因。自然原因：西部有大片荒漠半荒漠区，气候异常，干旱少雨，冬春常出现强劲西风和西北季风；人为原因：滥垦滥伐，过度放牧，土地沙化。
　　为了减轻沙尘暴天气的危害，可采取的对策有营造“三北”防护林体系，退耕还林、还草，推广轮牧等。
　　我国和世界发达国家一样，对大尺度天气系统和大范围自然灾害的研究，目前水平处于预报阶段——根据发生机制，预测将发生的时间、强度、发展和影响。
　　高科技在这次沙尘暴天气过程中所起的作用是提供图像数据资料，跟踪监测、预报等。
思考过程1 走近遥感技术
　　1．主干知识
　　遥感技术的概念：遥感，就是遥远的感知，简称RS，是一种不通过直接接触目标物而获取其信息的一种技术。包括空对地、地对空、空对空遥感，它是实时获取、动态处理空间信息的观测、分析的先进技术系统。
　　遥感技术的原理：地球上的物体都在不停地吸收、发射和反射电磁波，并且不同物体的电磁波是不同的。
　　遥感技术的环节：信息的获取→传输→接收与处理→分析和应用
　　遥感技术的作用：遥感技术具有探测范围大、获取资料快、受地面条件限制少、获取信息量大等特点，能在很短的时间内获得全面的资料。以陆地卫星多光谱扫描图像为例，一幅图像所含的信息量就达7.58×106个。
　　2．思维提示
　　遥感技术是在“地球上的物体都在不停地吸收、发射和反射电磁波，并且不同物体的电磁波是不同的”这个原理基础上发展起来的。从传感器接受信息到遥感信息的应用过程称遥感技术。如空对空遥感，就是从不同的工作平台（如气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机）的探测仪器（传感器）对地球表面的电磁波（包括反射和发射）特征信息进行探测，并经信息的传输、处理及判读分析，以对地球资源及其环境等进行调整等进行调查、监测、评估研究的综合技术。
　　遥感包括信息的获取、传输、接收与处理、分析和应用几个环节。如图4—15：

图4—15
3．能力提升
遥感技术是比较成熟的技术。教材对遥感技术的概念、工作原理及其应用介绍比较详细，过程中，教师可以选取一些学生较为熟悉的地理事物的遥感影像，介绍它们与普通地图的区别，加深学生对遥感技术手段远距离探测、感知地理事物，获取图像信息的认识，遥感就是“顺风耳”“千里眼”。了解遥感技术在经济建设和国土整治方面起到了很大的作用。
思考过程2 遥感技术的应用领域
　　1．主干知识
应用领域具体内容备注
资源普查矿产资源、水资源、土地资源、森林草场资源、野生动物资源等可对农作物进行估产
灾害监测旱情、水灾，滑坡、泥石流、地震、农林病虫害、森林失火等有助于防灾减灾
环境监测荒漠化、土壤盐渍化、环境污染、海洋生态、全球气候变化及其影响、植被变化、海洋冰山漂流等
工程建设及规划大型水利工程、港口工程、核电站、路网、城市规划等
其他军事侦察、海上交通、海洋渔业等
　　2．思维提示
　　遥感技术已被应用于国民经济的各个领域，包括资源评估、环境监测、灾害预警及其他地物变化的分析等。随着遥感技术应用的广度和深度发展，遥感技术的用途将大大扩展。
　3．能力提升
遥感探测将更趋于实用化、商业化和国际化。
思考过程3 学看遥感影像
　　1．主干知识
　　判读标志：不同地物有不同的影像特征，这些影像特征是判读识别各种地物的依据，这种依据就叫遥感影像解译标志，又称判读标志。解译标志分为直接解译标志和间接解译标志。
　　直接解译标志指能够直接反映和表现目标地物信息的遥感影像的各种特征，包括遥感影像上的色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图型等。解译者利用直接解译标志可以直观识别遥感影像上的目标地物。
　　间接解译标志指能够间接反映和表现目标地物信息的遥感影像的各种特征，借助它可以推断其他的相关地物。
　　2．思维提示
　　学看遥感影像：（以假彩色卫星影像的判读为例）
解译标志目标地物
直
接
解
译
标
志色调色彩自然要素人文要素
边界轮廓水文要素为深蓝色或者蓝黑色，如河流、湖泊等；植物为红色人工建筑为灰白色或者浅蓝色，如城市、村庄、道路等
形状边界圆滑的多为自然事物边界棱角明显往往是人工建筑、工程
图型城市为面状、村庄为不规则的点状或星状湖泊为面状、道路、河流多是线状
线状地物河流的宽度从上游到下游逐渐变宽且弯曲多变道路的宽度往往不发生变化而且相对比较顺直
间
接
解
译
标
志难以分辨的小村庄、小池塘与湖泊相连的线状地物为河流、河渠；与村庄相连的线状地物则多为道路
与河流相连的是小池塘，与道路相连的是小村庄

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