衛(wèi)星遙感的工作原理及分類

遙感的基礎(chǔ)主要是以電磁波為媒介，得以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸探測(cè)。遙感的原理是：電磁波與物體相互作用，使其載有物體的有關(guān)信息；對(duì)電磁波敏感的遙感器接收載有信息的電磁波，得到含有信息的遙感數(shù)據(jù)；再經(jīng)過(guò)處理，反演和解譯出物體所含的信息。

遙感的歷史可以追溯到 19 世紀(jì)中葉，法國(guó)物理學(xué)家達(dá)蓋爾發(fā)明了攝影術(shù)之后，納達(dá)爾從氣球上拍攝了巴黎的鳥(niǎo)瞰照片。20 世紀(jì)初，萊特兄弟發(fā)明了飛機(jī)，為航空攝影創(chuàng)造了有利條件。1957 年 10 月 4 日，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。1959 年 2 月，美國(guó)利用發(fā)射的先鋒 2 號(hào)衛(wèi)星首次拍攝了地球云圖，開(kāi)啟了衛(wèi)星遙感時(shí)代。

衛(wèi)星遙感系統(tǒng)主要由用于獲取遙感數(shù)據(jù)的遙感器，裝載遙感器并保障其正常工作的衛(wèi)星平臺(tái)，以及對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理、完成信息提取和生成遙感信息產(chǎn)品的設(shè)施共同組成。

衛(wèi)星遙感的工作原理主要包括輻射傳輸、光譜特征、空間分辨率和時(shí)間序列觀測(cè)等方面。通過(guò)測(cè)量和分析地面物體反射和散射的電磁波能量，以及獲取物體的光譜信息，可以推測(cè)物體的類型和性質(zhì)。同時(shí)，利用多光譜影像的疊加和波段過(guò)濾的方法，可以獲取高空間分辨率的影像，從而得到高質(zhì)量的地物特征信息。此外，衛(wèi)星遙感還可以通過(guò)連續(xù)觀測(cè)同一區(qū)域多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的影像，獲取地表變化的信息，用于監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害、城市擴(kuò)張等變化過(guò)程。

如下圖所示，遙感有不同的分類方法。

典型遙感的分類

按工作機(jī)理可分為被動(dòng)遙感和主動(dòng)遙感：

被動(dòng)遙感和主動(dòng)遙感示意圖

被動(dòng)遙感，又稱無(wú)源遙感系統(tǒng)，是指直接接收來(lái)自目標(biāo)物的輻射信息，依賴于外部能源進(jìn)行的遙感。這種遙感方式不帶有輻射源，而是獲取和記錄目標(biāo)物體自身發(fā)射或是反射來(lái)自自然輻射源（如太陽(yáng)）的電磁波信息。被動(dòng)遙感器主要工作在紫外、可見(jiàn)光、紅外、微波等波段，主要遙感器有各種類型的航空攝影機(jī)、電視攝影機(jī)、紅外和多光譜掃描儀、微波輻射計(jì)、光譜輻射計(jì)等。其優(yōu)點(diǎn)在于可以晝夜工作，不受人工輻射源的限制，主要依賴于大氣對(duì)電磁波的吸收和輻射特性進(jìn)行探測(cè)。被動(dòng)遙感在航空遙感中得到廣泛應(yīng)用。

而主動(dòng)遙感，又稱有源遙感，是指從遙感平臺(tái)上的人工輻射源向目標(biāo)物發(fā)射一定形式的電磁波，再由傳感器接收和記錄其反射波的遙感系統(tǒng)。主動(dòng)遙感不依賴太陽(yáng)輻射，可以晝夜工作，而且可以根據(jù)探測(cè)目的的不同，主動(dòng)選擇電磁波的波長(zhǎng)和發(fā)射方式。主動(dòng)遙感使用的電磁波主要是微波波段和激光，常用的系統(tǒng)包括普通雷達(dá)、側(cè)視雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、紅外雷達(dá)和激光雷達(dá)等。主動(dòng)遙感的優(yōu)點(diǎn)在于其靈活性和可控性，能夠根據(jù)具體需求調(diào)整發(fā)射的電磁波類型和方式。

衛(wèi)星遙感技術(shù)有哪些缺點(diǎn)和局限性

衛(wèi)星遙感技術(shù)雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些缺點(diǎn)和局限性。

首先，衛(wèi)星遙感技術(shù)受天氣條件的影響較大。例如，當(dāng)存在云霧、水氣等遮擋物時(shí)，圖像的質(zhì)量可能會(huì)下降，甚至無(wú)法成像，這直接影響了遙感數(shù)據(jù)的獲取和解析。

其次，衛(wèi)星遙感的空間分辨率可能偏低，這導(dǎo)致目視效果不佳，難以識(shí)別細(xì)節(jié)特征。雖然新一代的商用衛(wèi)星影像已經(jīng)大大提高了對(duì)地表的分辨率，但在某些精細(xì)的監(jiān)測(cè)需求中，仍可能無(wú)法滿足要求。

再者，衛(wèi)星遙感的數(shù)據(jù)處理也是一個(gè)復(fù)雜且專業(yè)的過(guò)程。相當(dāng)多的遙感衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商并不提供分析就緒數(shù)據(jù)，用戶需要自行處理原始數(shù)據(jù)，這可能會(huì)引入幾何和輻射誤差，影響后續(xù)的信息提取。同時(shí)，多源數(shù)據(jù)的融合也是一個(gè)技術(shù)難題，不同類型的數(shù)據(jù)具有不同的特征和分辨率，將它們有效融合成一套統(tǒng)一的數(shù)據(jù)使用需要克服技術(shù)上的難題。

此外，衛(wèi)星遙感技術(shù)獲取的圖像判讀、解譯后往往只能得到對(duì)地物的大致估計(jì)或間接信息，與實(shí)際情況可能存在出入。在很多情況下，計(jì)算機(jī)判讀、解譯的誤差可能比熟練的人工更大。而且，城市規(guī)劃中需要的地物的社會(huì)屬性往往無(wú)法通過(guò)遙感直接獲取，還需要依賴實(shí)地調(diào)查。

最后，遙感技術(shù)的成本也是一個(gè)需要考慮的因素。盡管隨著技術(shù)的進(jìn)步，成本已經(jīng)在逐漸降低，但相對(duì)于一些傳統(tǒng)方法，衛(wèi)星遙感技術(shù)的投入仍然較高，需要投入大量的資金和人力資源。

在過(guò)去 60 年時(shí)間里，衛(wèi)星遙感獲得了迅猛發(fā)展，世界各國(guó)發(fā)射的遙感衛(wèi)星超過(guò) 2500 顆，這些衛(wèi)星在資源調(diào)查、測(cè)繪、天氣與海況預(yù)報(bào)、防災(zāi)減災(zāi)和軍事偵察領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。如今，衛(wèi)星遙感已成為人類認(rèn)識(shí)世界、理解人與自然的相互關(guān)系、維護(hù)國(guó)家安全、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展不可或缺的手段。

審核編輯：黃飛