卫星遥感技术应用讲解学习

卫星遥感技术应用

卫星遥感技术应用现状（对地）

首先，到目前为止，我国已经成功发射了十六颗返回式卫星，为资源、环境研究和国民经济建设提供了宝贵的空间图像数据，在我国国防建设中也起到了不可替代的作用。我国自行研制和发射了包括太阳和地球同步轨道在内的六颗气象卫星。气象卫星数据已在气象研究、天气形势分析和天气预报中广为使用，实现了业务化运行。一九九九年十月我国第一颗以陆地资源和环境为主要观测目标的中巴地球资源卫星发射成功，结束了我国没有较高空间分辨率传输型资源卫星的历史，已在资源调查和环境监测方面实际应用，逐步发挥效益。我国还发射了第一颗海洋卫星，为我国海洋环境和海洋资源的研究提供了及时可靠的数据。

其次，除了上述发射的遥感卫星外，我国还先后建立了国家遥感中心、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站等国家级遥感应用机构。同时，国务院各部委及省市地方纷纷建立了一百六十多个省市级遥感应用机构。这些遥感应用机构广泛的开展气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划和地图测绘等遥感业务，并且与全球遥感卫星、通信卫星和定位导航卫星相配合，为国家经济建设和社会主义现代化提供多方面的信息服务。这也为迎接２１世纪空间时代和信息社会的挑战，打下了坚实的基础。

最后，非常关键，必须要重点指出的是两大系统的建立完成。一是国家级基本资源与环境遥感动态信息服务体系的完成，标志着我国第一个资源环境领域的大型空间信息系统，也是全球最大规模的一个空间信息系统的成功建立；二是国家级遥感、地理信息系统及全球定位系统的建立，使我国成为世界上少数具有国家级遥感信息服务体系的国家之一。我国遥感监测的主要内容为如下三方面；

１、对全国土地资源进行概查和详查；

２、对全国农作物的长势及其产量监测和估产；

３、对全国森林覆盖率的统计调查。

卫星遥感技术在海洋中的应用

2.2.1在海岸开发中的应用

我国有1．8万公里海岸线，海岸带面积约35万平方公里，其中泥沙问题比较突出，特别是黄河、长江、杭州湾、珠江口等大的河口，年平均输沙量在5—12亿吨以上。如果我们掌握了泥沙的运动规律，加以很好地利用，就是一笔巨大的财富；反之，则会带来巨大的灾难。利用多时相的卫星遥感图像不仅可以反映大面积海区水体表层悬浮泥沙的分布规律和变化动态，而且还可以确定大风天时高含沙量的活动范围。这些信息对新港口选址、新航道的开辟、近海石油开采以及解决旧港口淤积等问题是必不可少的依据。

2.2.2在海洋渔业中的应用

卫星遥感信息可以用于渔场海洋环境研究，主要有：第一、水温反演：海水温度与鱼类的生存、洄游有着密切关系，各种鱼类不仅有自己生存的最适温度范围，而且随季节进行适温洄游。海洋卫星可提供大面积海面温度信息，为渔业生产服务。第二、流隔研究：海洋中存在着不同的流系，不同流系之间存在着较大的温度梯度，成为流隔。计算机对红外图像进行密度分割处理后，可以清楚反映出不同流系分布，为确定中心渔场提供指标。第三、渔场小尺度水文现象监测：当利用卫星监测到渔场存在着直径为几十到几百公里的中、小尺度冷水涡旋时，在涡旋中心附近可形成中心渔场。第四、叶绿素浓度分析：海洋捕捞资源是以浮游生物年产量为基础，通过浮游生物年产量的测定，来估算捕捞资源潜力。而海洋叶绿素又是反映海洋浮游生物光合作用的重要参数。海洋卫星可以提供海洋中叶绿素相对浓度分布。

2.2.3在保护海洋生态环境中的应用

随着海洋经济日益发展，海洋环境受到的破坏也越来越严重。比如海洋近岸的水体污染越来

越严重，对海洋近岸水质传统的监测方法，由于空间覆盖小和观测频率低，已无法满足实际要求，迫切需要利用高新技术对海洋近岸水质实现近实时、高频率的监测。发挥卫星遥感技术在信息收集方面的优势, 把海洋生态环境置于严密的动态监视监测之下,使海洋生态环境得到良好保护。如我国建立的“近岸水质遥感实时监测和信息快速报送系统”，该系统可以自动接收多颗卫星数据，并提供水质分类图像、水温、悬浮物、赤潮和水体污染状态等，通过卫星进行水质监测并通过互联网把信息实时上报给相关政府管理部门以便及时做出治理措施。

2.2.4在海洋灾害监测方面的应用

众所周知，海洋环境具有复杂性、不可完全预估性，因而对海洋灾害的预测对于减少沿海地区人们的生命财产安全又很大意义。海洋灾害一般是指海上强台风、海啸、巨浪、风暴潮和海冰等, 这些灾害性海况不仅对海上作业、海上交通运输及海洋油气开发造成重大影响, 甚至会使沿海陆上的经济生产巨大损失,如强台风登陆。灾害性海况监测与预报, 需要对海上风场、海面波浪场以及波浪能量谱等进行全天时、全天候监测, 而且要求监测覆盖面广、周期短、精度高, 卫星遥感正好满足这方面的需求。通过卫星上的合成孔径雷达、微波散射计等传感器, 可以获得海况的监测数据, 或者把数据作为预报模型的输入, 经过推理、演算后应用于海况预报。

2.2.5在海洋科学研究方面的应用

现代海洋科学的研究体系，大体可以分为基础性学科研究和应用性技术研究两部分。基础性学科是直接以海洋的自然现象和过程为研究对象,探索其发展规律；应用性技术学科则是研究如何运用这些自然规律为人类服务。比如海洋物理学、海洋化学、海洋地质学、海洋生物学等就是海洋科学研究的基础性学科，由于现代科学技术发展很快，海洋资源开发技术与日俱新，因此需要专门研究如何把基础理论研究成果应用到实践中去，解决生产技术问题。这样，在海洋科学研究中就逐渐分化出一系列技术性很强的应用学科和专业技术研究领域。如海洋工程。所有这些学科的研究，离不开对研究对象——海洋的探测、数据的测量和采集等获取研究信息，传统的海洋探测技术已经远远不能满足现代海洋科学研究的需求，卫星遥感技术有常规的海洋探测调查手段无可企及的优势，因而利用卫星遥感技术对海洋探测、监控、收集数据等变得越来越不可或缺。

遥感技术对天

大气遥感是利用传感器对大气结构,状态及变化进行监测。大气传感器可以监测大气中的O3、CO2、SO2、CH4及气溶胶、有害气体的三维分布。这些物理量通常不可能用遥感手段直接识别。大气监测主要利用的是卫星遥感和航空遥感平台，主要利用的数据包括遥感集市高分数据GF-1、ZY-3数据、美国Landsat-MSS、TM数据，法国SPOT-HRV数据以及各种航空遥感数据。

由于水汽、CO2、O3、CH4等微量气体成分具有各自分子所固有的辐射和吸收光谱,可以通过测量大气的散射、吸收及辐射的光谱而从中识别出来。应用于大气环境监测的电磁波谱主要是近紫外线到红外线范围(0.4～25μm),以及微波范围(10～200GHZ)。按照所利用电磁波辐射源的不同,可将大气遥感技术分为被动式遥感技术和主动式遥感技术。根据遥感平台的不同,大气环境遥感监测又可分为空基遥感和地基遥感。

1.1大气气溶胶监测

气溶胶是指悬浮在大气中的各种液态或固态微粒。气溶胶粒子的来源很复杂,地球表面的岩石和土壤风化,海洋表面由于风浪的作用使海水泡沫飞溅而形成的海盐粒子,植物花粉、孢子,人类燃烧活动和自然火灾(包括火山爆发,森林及农田火灾)以及工厂排放的气体或发生化学反应而产生的液态或固态粒子等,构成了来源广泛而又复杂的大气气溶胶体系。气溶胶本身

是污染物,同时又是许多有毒、有害物质的携带者,它的分布在一定程度上反映了大气污染的状况。在对气溶胶的遥感监测方面,高分辨率的卫星遥感不但提供了监测大气气溶胶的可能性.

1.2有害气体监测

有害气体通常指人为或自然条件下产生的二氧化硫、氟化物、光化学烟雾等对生物有机体有毒害的气体。利用相关光谱技术可对大气中NO、NO2、SO2浓度进行监测。监测这3种污染物组分的实际工作波长范围分别是:NO为195～230nm,NO2为420～450nm,SO2为250～310nm。NOX、CO、CO2、SO2、O3等污染物及其浓度也可用红外激光2荧光遥感器监测,其监测频率在可见光至紫外光区域,根据荧光波长和强度可分别作定性和定量监测。

1.3城市热岛监测

它是一种城市热岛遥感NOAA/AVHRR的热AVHRR数据的地面空间(1.1km),利用NOAA/AVHRR 数据只,无法对城市内部微观的热环境进行有效的观测。LandsatTM数据的热红外波段(10.4～12.5μm)具有较高的空间分辨率(120m),能够更好地用于城市热岛研究。目前对城市热岛的监测主要有基于温度的热岛监测方法和基于植被指数的热岛监测方法。基于温度的热岛监测方法是最常用,也是最直接的方法,根据处理温度手段的不同,又可分为基于亮度温度的检测方法和基于地表温度的检测方法。

无人机

对海：

2.1 灾害监测

近年来，浒苔、赤潮、海冰、风暴潮等海洋自然灾害频发，不断影响我国沿海地区的生产和生活，造成了巨大的经济损失。然而，对这些灾害缺乏全面、及时的信息掌握，造成预报不及时、监测不准确和处置不合理等结果。利用无人机搭载遥感传感器摄取灾害区影像，搭载摄像设备拍摄现场实时视频，获取灾情信息比其他常规手段更加快速、客观和全面，能够达到灾前预报、灾中监控、灾后评估“三效合一”的监测效果。灾前预报：利用无人机在灾害频发时段加强对海域的巡检，视察防暴大堤是否受损，调查浒苔、赤潮、海冰的分布，预测走向，及时向可能受到危害的地区发布灾害预警；并且可通过长时间的观测，掌握灾害发生的规律，以便在后期做到提前预知，采取应对措施。灾中监控：在海洋灾害发生时，一方面，通过无人机调查灾害发生的范围、程度，制定合理的消灾方案，另一方面，利用无人机在空中获取的实时遥感影像、视频，布置消灾方案，指挥消灾任务，观察消灾成效。灾后评估：与GIS 技术相结合，对无人机获取的受灾海域遥感数据分析，提取受灾范围、受灾等级、损失程度等量化信息，指导灾后补救和后期防范。 2.2 海洋测绘

港口、河流入海口、近海岸等水陆交界地带是人类活动相对频繁的海域，在人为因素和自然因素的作用下，这些区域的地形地势变化也比较频繁。在人为因素方面，随着经济的发展和需求，人们对水陆交界海域的开发利用度不断增强，例如填海造地、养殖区扩展、港口平台搭建等；在自然环境因素的作用下，海岸侵蚀造成海岸线变更，入海口冲击、淤积等原因造成入海口地形变更。加强对这些海域的测绘，对指导人们的开发和利用具有重要意义。利用无人机进行海洋测绘，比传统的测绘方法速度快，并能深入海水区域，获取的遥感数据具有更高的空间分辨率，可以完成大比例尺制图。从无人机遥感影像中可以提取海岸、入海口、港口等海域的轮廓线及其变化，结合GIS 技术对面积、长度、变化量等量化分析并预测变化趋势。在填海造地时，利用无人机搭载LiDar 实时测量填造区域，

指导工程的实施。利用SAR 和高光谱遥感数据可以探测浅海区域的海底地形，绘制海底地形图。利用LiDar 数据建立海岸线DEM，为风暴潮的预警提供参考。在海岛礁测绘中，利用无人机同时搭载LiDar 和光谱传感器获取多源数据，提取海岛礁的轮廓线、面积、DEM、覆被类型等信息，可建立三维海岛礁模型。

2.3 海洋参数反演

海洋是全球气候变化中的关键部分，海表温度、盐度、海面湿度等环境参数是全球气候变化、全球水循环、海洋动力学研究的重要输入参数。遥感技术是快速大范围监测海洋环境参数的有效手段，可以对海洋长时间连续观测，为气候变化、水循环和海洋动力等研究提供依据数据。无人机可以监测局部重点海域的环境参数，是卫星遥感大范围监测的重要补充，为海洋区域气候、海洋异常变化、海洋生物环境、入海口海水盐度变化、沿海土地盐碱化等研究提供数据信息。无人机获取的海洋环境参数还可以为海上油气平台、浮标、人工建筑等耐腐蚀性、抗冻性研究提供数据支持。无人机配备微波辐射计、热红外探测仪、高光谱成像仪等传感器探测海洋得到遥感数据，利用海洋参数的定量遥感反演算法模型反演海洋的各个参数。目前，反演模型大多是统计模型，利用遥感数据与反演的海洋参数之间建立起统计关系，通过统计回归的方法可以反演得到海洋温度、湿度、盐度等环境参数。

2.4 海事监管

无人机配备高清照相机、摄像机及自动跟踪设备，可以执行海上溢油应急监控、肇事船舶搜寻、遇险船舶和人员定位、海洋主权巡查等任务，能够快速到达事故现场，立体地查看事故区域、事故程度、救援进展等情况，即可回传影像和视频，在事故调查、取证等工作中为事故救援决策提供实时、准确的信息，监视事故发展，是海事监管救助的空中“鹰眼”；而且由于无人机的特殊性，抗风等级大，遥控不受视觉条件限制，比舰载有人直升机更适于恶劣天气下的搜寻救助工作；一旦发生危险，不会危及参与搜救人员的生命，最大限度地规避了风险，是海洋恶劣天气下搜寻救助的可靠装备。目前，我国利用无人机进行海域巡检、监管已经开始进入业务阶段。

对地

2.1地震灾害

地震灾害发生后，无人机能够克服交通阻断、灾区情况危险等不利因素，可以第一时间赶到灾区空域，进行灾情图像信息的获取，计算灾害范围和受灾面积，从而为灾害损失的评估提供科学依据，是抗震救灾的有力武器。2008年5月，四川坟川8.0级大地震发生后，民政部国家减灾中心等单位立即携带2架无人机航空遥感系统赶赴灾区，在灾情勘查、实时监测、应急救援等发挥重要作用。

2.2农业

无人机可以通过不断监测作物长势、土地条件变化、农药施用效果和虫害预防等，为精准农业管理控制提供准确信息。1987年日本研制了世界上第1台农用喷药无人机“R-50 "。我国于2008年开始系统研究微小型无人机航空施药喷雾技术，到2012年末，生产航空施药无人机与配套设备的企业达80多家

2.3林业

随着社会对森林资源信息需求的多样化，遥感技术在林业调查中的作用越来越重要，范围越来越广。由于需求不同，森林调查需要的遥感数据分辨率类型多样，从千米级到厘米级

不同空间分辨率，以及从单波段到高光谱不同光谱分辨率。2013年6月，我国自主研发的中型无人机ZS型无人直升机在内蒙古大兴安岭林区根河航空护林站首航成功，这属于首次应用于林业系统。

2.4环保

无人机在环境保护方面的应用十分广泛，其中包括:大气、水污染等环境监测、环境监察监管、建设项目环境保护管理、环境应急、自然保护区和饮用水源保护区等生态环境保护方面。像在环境监测方面，北京市气象局2003年在全国第一次利用无人驾驶气象飞机，在渤海湾探测沿海陆地和大城市边界空中臭氧层:在环境监察方面，无人机被环保执法部门不断使用，逐渐成为执法新“利器”，目前己督促解决了200多起环境违法案件:在环境应急方面，中科宇图天下科技有限公司开发了我国首例环境应急大气监测无人机系统，主要应用于爆炸、泄漏、火灾等环境突发事件引发的大气环境污染应急监测。

相对于广阔的海洋，船舶巡航覆盖范围较小，需要大量的人力物力支持，这导致执法效率低、无法及时获取相关现场数据资料。无人机遥感技术，能够弥补船舶巡航的不足，获取高分辨率的数据资料，为海域与海岛监测、海洋生态环境监测等方面提供很好的技术手段，为海洋执法和海洋管理提供技术支持。目前，国家海洋局利用海域无人机遥感监测，能够实现对包括黄岩岛、钓鱼岛、苏岩礁以及西沙、中沙和南沙群岛海域在内的全部管辖海域的综合管控。

2.6气象

无人机在气象方面的应用主要是对温度、湿度、压强等气象参数的测定，且取得了较好的成果。在20世纪60年代美国就开始采用名为Compass Cope的遥控飞行器(RPV)即无人机代替气象飞机作为空中气象侦查平台。