高光谱遥感技术的应用篇1
关键词:遥感技术生态环境监测
随着全球环境问题日益突出,环境灾害与环境事故频发,卫星遥感技术在环境监测与管理中得到大量应用,在环境保护中发挥的作用受到国际社会的高度重视。美国、日本及欧洲的一些国家近年来都在大力发展环境遥感监测技术。目前在轨运行的和计划发展的国内外卫星传感器提供数据的空间分辨率已从公里级发展到亚米级,重复观测频率从月周期发展到几小时,光谱波段跨越了可见光、红外到微波,光谱分辨率从多波段发展到超光谱,遥感数据获取技术正走向实时化和精确化,卫星遥感应用正在向定量化和业务化快速发展[1]。当前,我国环境监测任务十分繁重,特别是对基于卫星遥感技术的环境遥感监测有着迫切需求。
1、遥感技术简介
遥感技术(RemoteSensing,简称RS)是在现代物理学、空间技术、计算机技术、数学方法和地球科学理论的基础上建立和发展起来的边缘科学,是一门先进的、实用的探测技术,目前正进入一个能快速、及时提供多种对地观测及测量数据的新阶段。按遥感平台的高度大体上可分为航天遥感、航空遥感和地面遥感,按所利用的电磁波的光谱段分类可分为可见反射红外遥感,热红外遥感、微波遥感3种类型,按研究对象可分为资源遥感与环境遥感两大类。随着热红外成像、机载多极化合成孔径雷达和高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔径雷达技术日益成熟,遥感波谱域从最早的可见光向近红外、短波红外、热红外、微波方向发展。波谱域的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波谱的特征峰值波长的宽域分布。高光谱遥感的发展,使得遥感波段宽度从早期的0.4μm(黑白摄影)、0.1μm多光谱扫描)到5nm(成像光谱仪),遥感器波段宽度窄化,针对性更强,可突出特定地物反射峰值波长的微小差异;同时,成像光谱仪等的应用,提高了地物光谱分辨力,有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性。
2、环境遥感基础工作的应用技术
水环境遥感监测方面,初步开展了水环境可遥感指标体系研究,对叶绿素a悬浮物有色可溶性有机物溶解性有机碳水面温度透明度等监测指标的光谱特征和规律进行了研究;初步开展了环境一号卫星在水环境领域中的应用潜力分析研究;初步开展了水环境指标(如叶绿素a悬浮物水温)遥感反演与信息提取的技术流程研究大气环境遥感监测方面,初步开展了大气可遥感指标体系研究,对气溶胶悬浮颗粒物o3,So2,no2,Co2,CH4等监测指标的光谱特征和规律进行了研究;初步开展了环境一号卫星在大气环境领域中的应用潜力分析研究以及大气环境指标(如气溶胶光学厚度)遥感反演与信息提取的技术流程研究[2]。
2.1可见光、反射红外遥感技术
用可见光和反射红外遥感器进行物体识别和分析的原理是基于每一物体的光谱反射率不同来获得有关目标物的信息。该类技术可以监测大气污染、温室效应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等,是比较成熟的遥感技术,目前国际上的商业和非商业卫星遥感器多属此类。该类遥感技术用于环境污染监测,目前主要是要提高传感器多个谱段信息源的复合,发展图像处理技术和信息提取方法,提高识别污染物的能力。重点发展其在大气污染、温室效应、水质污染、固体废弃物污染、热污染等监测中的应用。
2.2热红外遥感技术
自然界中的所有物质,无论白天或夜间,都以一定波长向外辐射能量。在热红外遥感中,所有被观测的电磁波的辐射源都是目标物。目前红外探测器所使用的电磁波段,主要有3～5μm和8～14μm两个波段,对地表常温物体的探测通常使用8～14μm波段。热红外遥感主要探测目标物的辐射特性(发射率和温度),鉴别出物质材料的类型,评价出各种现象根据热辐射特征。
2.3高光谱遥感技术
高光谱遥感技术的发展是人类在对地观测方面所取得的重大技术突破之一,是21世纪的遥感前沿技术。高光谱遥感数据的特点高光谱分辨率和高空间分辨率,它将传统的图像维与光谱维信息融合为一体,在获取地表空间图像的同时,得到每个地物的连续光谱信息,从而实现依据地物光谱特征的地物成份信息反演及地物识别,因此在环境污染物监测中发挥主要作用。
3、遥感技术在生态环境监测与保护中的应用
我国的生态环境日益恶化,因此,如何在保护和改善生态环境的前提下发展生产已经提到了决策者们的议事日程上来。建立生态监测信息系统已经成为当务之急。这样的生态监测系统集生态环境信息管理、数据库管理、生态环境各要素的实时监测、时间和空间查询分析等多功能为一体,可满足实时动态、分时段监测、查询和分析的要求[3]。
目前,环境污染已成为一些国家的突出问题,利用遥感技术可以快速、大面积监测水污染、大气污染和土地污染以及各种污染导致的破坏和影响。近些年来,我国利用航空遥感进行了多次环境监测的应用试验,对沈阳等多个城市的环境质量和污染程度进行了分析和评价,包括城市热岛、烟雾扩散、水源污染、绿色植物覆盖指数以及交通量等的监测,都取得了重要成果。国家海洋局组织的在渤海湾海面油溢航空遥感实验中,发现某国商船在大沽锚地违章排污事件,以及其它违章排污船20艘,并作了及时处理,在国内外产生了较大影响。随着遥感技术在环境保护领域中的广泛应用,一门新的科学——环境遥感诞生了。
4、结语
总之,多种对地观测系统的发展,尤其是雷达遥感成倍地提高了信息的覆盖频率,从而大大增强了对资源环境的动态监测能力。随着科学技术的进一步发展,各项新技术不断地交叉融合,将使人们认识自然、改造自然的能力得到极大的提高。
参考文献
[1]聂洪峰,杨金中等.矿产资源开发遥感监测技术问题域对策研究[J].国土资源与遥感,2007.10(4):11~13.
高光谱遥感技术的应用篇2
关键词：水工环地质；应用；遥感信息；调查
中图分类号：p283文献标识码：a文章编号：
概述
遥感技术首先应用在资源宏观普查、动态监测上，而后才扩展到生态环境调查、环境污染监测等方面。经过多年的试验、推广和应用，遥感已成为各种自然资源调查、环境动态监测与工程应用不可缺少的地理空间信息获取、更新和分析的手段和数据库。随着空间技术的进步，遥感技术已从过去单一的遥感技术发展到包括遥感、地理信息系统和全球定位技术在内的空间信息技术的应用，其领域已深入到了国民经济、社会发展、国际安全以及人民生活的各个方面，称为水工环地质调查与灾害监测评估的重要技术支撑。
二、水工环领域遥感应用技术的发展现状
经过近30年的应用研究，遥感技术依靠传感器技术、图像处理技术及计算机技术的提高，在水工环领域的应用取得了长足的发展。遥感水文地质开始逐步形成一门独立的学科。传统的遥感水文地质着重于水文地质测绘系统中定性特征的解释和特殊标志的识别，近期的研究则扩展到应用热红外和多光谱影像进行地下水流系统内的地下水分析和管理，目前研究的重点集中到了空间补给模式、污染评价中植被、区域测图单元参数的确定和空间地下水模型中地表水文地质特征的监测。纵观国内外遥感技术在水工环领域的一些应用成果，可把近年来遥感技术的应用发展现状概括为以下几个方面：
4.1从目视解译发展到计算机辅助解译
如线性影像计算机自动判释专家系统及土地利用（分类）计算机判读模型以及机助信息提取与制图系统等。由于影像的多解性及识别系统的不完善性，虽还需要投入一定的人力工作，但已大幅提高解译工作效率。
4.2从几何形态解译到充分利用光谱信息
过去的多光谱遥感数据波段划分过少，只有几个波段，使地面波谱测试数据与图像光谱数据难以精确比较。因此，图像解译工作很少考虑地物的波谱特征，主要根据影像的色彩、色调、纹理、阴影等所形成的几何形态特征。随着机载成像光谱仪（高光谱）技术的商业运作及2000年前后的高光谱成像卫星的发射，使得用光谱信息对地物的分析更精细、更准确。
4.3出现地面温度反演技术
地面温度反演是指从热红外图像数据的辐射亮度值获得地表温度信息。反演方法主要有地表温度多通道反演法和多角度数据进行组分温度反演法等。
4.4从定性分析评价到依靠计算机数字模型模拟的定量分析评价
如遥感技术在地下水流系统应用中，根据遥感数据建立的地形、流域面积、水系密度等数据集结合气象数据建立空间补给模型。数字模型成为遥感技术实现定量评价的重要途径，而Dem/Dtm是涉及地形数据计算方面不可缺少的工具。
4.5使用单一遥感信息源到多元信息拟合
目前的遥感应用技术，已不再是单一使用各种遥感数据，而是根据需要结合利用了其他信息源，如地质、地形、水文、土壤、植被、气象、岩土物理力学特征及人类活动等资料。这样，图像数据的预处理尤其重要，如几何较正、多波段数字合成、镶嵌、数据变换等，而地理信息系统（GiS）在多元信息数据管理中起着重要作用。
4.6从单一手段应用到多手段应用
近年来，遥感技术（RS）与地理信息系统（GiS）和全球定位系统（GpS）的综合应用，即“3S”技术，成为遥感技术应用的主流。GiS是数据库管理、数据图形处理、各主题图件叠加、制图的重要工具。GpS卫星定位的基本原理是将无线电信号发射台从地面点搬到卫星上，组成一个卫星导航定位系统，应用无线电测距交会的原理，便可由3个以上地面已知点(控制站)交会出卫星的位置，反之利用3颗以上卫星的已知空间位置又可交会出地面未知点(用户接收机)的位置。用户使用GpS接收机在某一时刻同时接收3颗以上的GpS卫星信号，测量出测站点(接收机天线中心)到3颗以上GpS卫星的距离，并解算出该时刻GpS卫星的窄间坐标，据此利用交会法解算出测站点的位置。实时动态测量的基本工作方法是，在基准站上安置l台GpS接收机，对所有可见GpS卫星进行连续的观测，并将其观测数据通过无线电传输设备实时地发送给用户观测站(流动站)。在流动站上，GpS接收机在接收GpS卫星信号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据和转换参数，然后根据GpS相对定位的原理，即时解算出相埘基准站的基线向量，解算出基准站的wGS-84坐标；再通过预设的wGS-84坐标系与地方坐标系的转换参数，实时地计算并显示出用户需要的三维坐标及精度；GpS可以对地面控制点精确定位，提高遥感数据空间精度。另外，在具体手段配合上，也出现了遥感技术与物探技术、钻探技术等相结合的新方法。
4.7数字摄影测量技术的发展
数字摄影技术的成熟，推进了制图工作的现代化，改善了基础图件的质量和成图效率，并影响着遥感技术的调查方法。该技术的产品可直接作为GiS的数据源，便于遥感与GiS一体化研究与开发。如我国自己开发的全数字摄影测量软件ViRtUoZo，具有数字化测图、自动生成Dem/Dtm和等高线、生成正射影像等功能。
4.8遥感技术应用成果向着便于保存、复制、携带及传输方向发展
这意味着遥感技术应用成果的数字化。由于是数字成果，可载于多种介质上，如CD-Rom、磁带及计算机硬盘上，使携带处理更加方便。随着1998年“数字地球”计划的提出及我国国土资源部“数字国土”工程的实施，遥感应用成果数字化显得尤其必要。
三、主要遥感信息源及其发展
根据传感器类型不同，遥感图像可分为可见光摄影、红外摄影和扫描、多光谱扫描、微波雷达和成像光谱图像等。近10年来，传感器技术迅猛发展，主要表现在：①图像分辨率提高，卫星图像分辨率已达到米级。②具备立体观察功能。③应用波段数增加，机载高光谱成像仪已投入使用。如美国的aViRiS（航空可见光/红外成像光谱仪），波谱范围0.4~2.5/l，波段数224个。CaSi（袖珍航空光谱成像仪），波谱范围0.4~0.95/u，波段数72个。高光谱成像光谱仪简称成像光谱仪，也称超光谱成像仪，按其波段数目可分为高光谱成像光谱仪（波段数
四、结语
在水工环地质中对3S技术的采用，已经得到了很好验证，可以一步到位外业的测量，节省了很多不必要的中间环节，对外业工作量进行最大限度地减少，从而缩短整个测量工期，提高工作效率。同时，简化外业工序和迅速完成也可以使所有的后续专业工序更快的完成。
参考文献：
高光谱遥感技术的应用篇3
矿产资源作为人类生存的主要物质来源，是国家经济发展的物资基础。如今，社会正处于高速发展的时期，社会生产需要大量的矿产资源以满足各行各业的正常运作。国内的矿产勘查技术和策略在此大环境下得到不断的改进和创新，其中以现代化信息技术、计算机技术和遥控技术为一体的遥感技术，由于其具有信息量比较大，波段较多，定位准确，画面立体感较强等特性，得到了地质找矿人员的青睐，尤其在自然和地理环境较为恶劣，不便于工作人员到现场探测及寻找的高寒区域，该技术具有明显的优越性。
1遥感岩石矿物识别
任何物体都具有光谱特性，并且在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。遥感技术就是根据这些原理，对物体进行判断。由于岩石类型存在差异，它们反映在图像上的色调、颜色和纹理也存在相应的差异，岩石矿物的信息可以根据其呈现的光谱特征，结合图像增强、变换和分析等方法提取出来。唐兰兰[1]在遥感岩性信息提取的基础和技术研究进展中提出，0.4～2.5μm和8～14μm是适合研究岩石、矿物光谱特征的两个最佳的窗口，其中0.4～2.5μm研究反射光谱特征，8～14μm发射光谱特征。
2遥感技术在找矿工作中的具体应用
遥感技术在地质找矿中的应用一般以地质制图为主，并与地质图相套盒，使得遥感影像图与地质图具有相同的地图投影坐标系统，使得工作区遥感概貌与地质图相互对应，对当地的地质情况进行详细再现。遥感找矿大致按照以下几方面进行。第一，以波谱图形式的方式将矿产资源构成的土层、地质等特征体现出来，以此确定具体的找矿方向。第二，结合遥感解译地质勘测信息资料，利用矿区波谱测试的结果从而预测矿区资源的形成条件。第三，利用遥感技术对具体地质条件进行检测，结合遥感检测技术形成的具体图像、资料，利用物质探测仪对化学探测地质信息进行全面统计分析预测，以实现远距离矿产资源的确认和圈定。
2.1地质构造信息的提取
地质构造运动的差异会形成不同类型的矿产资源，两者紧密相关，所以不同规模的地质构造运动会导致矿床分布不同[2]，矿产的构造信息可根据不同的构造环境和条件进行分析推断并提取，地质构造信息的提取主要是线性影像和环形影像的解译[3]。
在具体的遥感找矿工作中，遥感成像过程往往会产生“模糊作用”，即用户较为感兴趣的纹理、线性、环形等重要信息在遥感影像中显示不清楚，模糊不清的信息给用户造成读取的困扰。但通过边缘增强、灰度拉伸、方向滤波、比值分析、卷积运算等遥感影像处理方法进行相关处理，可以有用的重要信息，使地质构造信息凸显出来[4]。再对解译的线性和环形影像进行统计分析，结合地质、物探、化探等方面资料。最终确定成矿构造的分布及其特征。
2.2植被波谱特征的应用
不同种类的植被会形成不同类型的矿产资源，两者紧密相关。植被在生长过程中，需要吸收各种各样的微生物，这些微生物都是由金属元素（即矿产资源）生成的，不同种类的植被对不同金属元素的吸收程度并不相同，而是具有不同的表现，所以，矿产金属元素的构成能够通过地表植被的种类以及生长特征表现出来，利用植被的波谱性质有利于提高找矿的效率，很大程度上帮助地质勘探工作者提供了一个发现矿区构造的好方法。
植被生长环境下的土壤结构类型可以通过分析遥感波谱的特征推断出该区域的哪一种矿产资源较为丰富。莫火华[2]在现代遥感技术地质找矿中的应用研究中指出，正常土壤和含铜土壤的波普反射率存在差异。所以，生物地质特征为矿产资源勘测提供了重要的信息，以此为依据，利用遥感技术对地表结构进行成像分析，结合遥感成像资料分析植被金属物质的含量，大体上判断出区域中不同矿产资源的分布状况。
2.3矿化蚀变信息提取
围岩蚀变是指围岩结构受到岩浆热液的影响，岩石和热液在相互作用下形成的一种物质。常见的围岩蚀变有硅化、绢云母化、绿泥石化、碳酸盐化、高岭土化、云英岩化、青磐岩化、夕卡岩化和褐铁矿化等[5]。矿区的实际范围要比围岩蚀变的范围小，围岩蚀变可作为有效的找矿标志。
正常的岩石在矿产种类、结构、颜色等方面区别于矿化蚀变岩石，具体差异反映在岩石的反射光谱特征，在某一特定的光谱波段上，某一特定的蚀变岩石的光谱呈现异常，遥感图像上异常信息的识别可圈定矿化蚀变异常区和确定找矿靶区。目前，常用的遥感数据主要是多光谱和高光谱等，其中应用最多的是多光谱etm+数据源[5]。
3遥感地质找矿技术的发展趋势及前景
近年来，我国社会经济发展迅速，地质找矿技术的蓬勃发展为各行各业的物质需求提供了保障。未来地质找矿既要依靠传统的找矿技术，更要发现新的遥感地质找矿技术，遥感地质找矿技术具有“窥一斑而知全豹”的特点，节省了人力财力和物力等方面的资源。在未来，遥感地质找矿在意识上从单一追求矿产资源的开采规模到综合考虑生态环境保护，区域上从陆地到海洋，从地球到太空拓展，实现遥感地质找矿技术更加多元化。
在遥感地质找矿新技术的创新和拓展的探索过程中，高光谱遥感技术在地址中得到较多学者的重视和青睐，因为高光谱遥感技术利用成像光谱仪获取许多非常窄的连续的光谱影像数据，能使地质勘探工作者准确找到新的矿产区，有效辨识矿与其他物质的差异性。当代社会3S技术（全球定位系统及（GpS）、遥感（RS）和地理信息系统（GiS）三种技术）集成为地质找矿提供了更加智能方案和便捷途径。GpS技术进行定位，测量矿区的空间位置；GiS技术可集合地理信息，具有储存、处理地理信息数据等多种功能。GiS技术与RS技术结合，为海量遥感影像数据提高存储空间，并进行数据及图像的管理及浏览。
高光谱遥感技术的应用篇4
【关键词】海上溢油；遥感；监测
中图分类号：C35文献标识码：a
0.引言
在各类海洋污染中，造成主要污染的因素就是海上溢油。由于轮船的碰撞、海上油井的破裂、翻船、海底油田泄露等各种不同的意外事故，造成大海大面积的石油污染，不仅损害海洋、自然环境，对生态环境、人体健康也是一种危害。溢油对海洋的污染已经引起了各国政府的重视，很多国家都建立了海上溢油的探测系统，对近海领域进行巡视、监测和管理。一旦发生溢油事故，能够在最短的时间内了解到溢油发生的位置以及扩散趋势。通过建立完整的监测系统，大范围有效了解海洋面积的动态信息，对于海洋溢油污染进行定量分析，准确反映溢油污染的情况与程度。
1.遥感技术监测海上溢油范围
海面发生溢油灾害后，溢油区域水面的电磁波谱特性发生变化，相对于没有石油区域的水面有明显差别，利用这种光谱特性的差异可以划分油水分界线，从而确定溢油范围。
1.1可见光、近红外红外遥感技术
利用可见光、近红外红外波段的遥感监测技术是我国针对溢油污染发展最为成熟的监测技术。在其波段的范围内，入射物表面的电磁波与物体发生光学作用，监测系统的传感器通过记录来源物与入射电磁波发生的反射作用，由于物体不同，对电磁波的反射率也不同。实验表明，油种的类型以及厚度都会对海面油膜的光谱曲线造成影响，卫星遥感的最佳敏感波段也存在差异[1]。
1.2微波雷达遥感技术
合成孔径雷达（syntheticapertureradar，SaR）和侧视机载雷达（side-lookingradar，SLaR）是微波雷达的遥感技术用于溢油范围监测的两种雷达。前者是利用多普勒效应，依靠短天线达到高空间分辨率。后者是一种传统雷达，造价低，空间分辨率与天线长度成正比。现阶段，合成孔径雷达已经被广泛运用到溢油范围监测。SaR传感器通过接收仪器发出的电磁波信号，对物体进行识别。海面的毛细波是可以反射雷达的波束，从而造成海面杂波，在SaR传感器的图像上呈现亮图像，油膜覆盖海水表面，致使雷达传感器接收到的波束减少，无法在SaR传感器上体现亮的颜色。
2.遥感技术监测海上溢油类型
如何判断海面上的溢油类型，是遥感技术中的模式识别问题，也是遥感监测中较难实现的问题。
2.1激光荧光遥感技术
激光荧光法是利用激光作为激励光源，激发物质的荧光效应，利用物质的荧光光谱作为信息的参照，通过SaR传感器的监测，进行输入远的荧光光谱分析方法。当物质被光波照射时，基态的物质分子吸收光能量，由原来的能级跃转移到较高的第一电子单线激发态或者第二电子激发态。所谓的荧光效应，就是指通常情况下，转移的电子会急剧地降落，降至最低振动能级，并且以光的形式释放能量。每种物质的荧光谱不同，由于石油油膜中所含有的荧光基质种类的不同以及各种基质比例不同，在相同激光照射条件下所反馈的荧光也不同，荧光谱通常具有不同的强度和形状，这就是激光荧光遥感技术鉴别溢油种类的原理[2]。
2.2红外偏振遥感技术
作为一种新颖的遥感监测手段，被动傅里叶变换红外遥感（Fouriertransforminfraredspectroscopy，FtiR）是一种检测多原子分子的方法，可以实现多组目标的同时进行检测与鉴别。这和传统的红外遥感技术不同，红外偏振遥感技术是能够获取物质表面的状态以及物质的信息等相关偏振信息，这样有助于识别石油的种类。
2.3高光谱遥感技术
在针对溢油种类进行检测时，需要得到足够多的光谱信息，高光谱遥感技术是以其宽度与庞大的波段数量为主要特点，使其成为溢油种类的一种可行手段。通过光谱混合分析的方法对溢油高光谱数据进行研究分析。利用Hyerion高光谱卫星数据进行溢油监测研究，对多种原油的高光谱波谱进行分析，同时利用Ga-pCa特征进行提取法与Sam-SFF方法对不同的油种的高光谱波进行提取，以达到鉴别油种的差异。
3.遥感技术监测海上溢油量
溢油量取决于溢油油膜的厚度，根据油膜的厚度对其进行分布以及估算，可以大致得出溢油总量。
3.1紫外遥感技术
紫外遥感技术是通过紫外传感器油膜油层进行探测，对于小于0.05um的薄油层即使在紫外波段也具有很高的反射，通过紫外光与红外光的叠加，大致可以得到油膜的厚度。但是，紫外遥感技术有一个很大的缺点，就是紫外遥感很容易受到外界环境因素的干扰，一旦受到外界因素的干扰紫外遥感就很容易出现虚假信息。
3.2热红外遥感技术
由于油膜在吸收太阳辐射之后会将一部分能量以热能的形式进行释放，所以采用热红外遥感技术，这种技术中红外波段包含地物的温度信息，所以能够辨别油层的厚度，较厚油层表现为“热”的特性，中等厚度油层表现为“冷”的特性。经相关研究表明，发生“冷”、“热”的油膜厚度范围大致为50-150um之间，而这种技术的最小探测油层厚度大约为20-70um之间，由于厚度的区间很小，所以SaR传感器的敏感性因此受到限制[3]。
3.3微波雷达遥感技术
由于海洋的海水本身会发射微波辐射，而海上溢油发生以后油膜区域会发射比海水更强的微波信号，水的微波辐射发射率约为0.4，而油的发射率约为0.8，因此在海水背景中，溢油区域呈现亮信号，并且信号强弱与油膜厚度具有一定的比率。通过微波雷达遥感技术监测溢油量，一方面能够监测海上溢油的范围，一方面可以通过被动式的微波辐射大致计算油膜厚度。但是，我国这方面的技术还不是很发达，油膜厚度的微波遥感定量技术受到环境、传感器等多方面因素的影响，其精度仍然有待提高[4]。
4.结语
本文介绍了海上溢油的三大监测指标，海上溢油监测指标分为溢油范围、溢油类型和溢油量。但是，针对溢油类型和溢油量的监测技术仍不成熟，随着我国海上溢油监测系统的不断完善，溢油遥感技术不断发展，为实现全面监测海上溢油指标而不懈努力。
【参考文献】
[1]李栖筠，陈维英，肖乾广,等．老铁山水道溢油事故卫星监测[J].环境遥感，2010，9（4）：256-262.
[2]李四海．海上溢油遥感探测技术及其应用进展[J].遥感信息，2012,03（2）：:53-56.
高光谱遥感技术的应用篇5
关键词：遥感；环境监测；运用
中图分类号tp79文献标识码a文章编号1007-7731（2016）13-0130-03
1引言
随着我国经济和社会的快速发展，环境污染问题日益变得严重，突发性环境污染事故时有发生，环境监测为环境污染的管理决策提供重要数据依据，在环境治理发挥着不可替代的作用。传统的环境监测技术受制于自然条件和时空等因素的影响，具有一定的局限性[1]，仅依靠现有的监测台和传统监测技术无法满足宏观、动态、连续、及时的污染监测和预测要求。遥感的高时间、空间和光谱分辨率恰好能够适应当下的监测要求，伴随遥感技术的不断进步，其在环境监测领域的运用也运来越广泛。目前，遥感技术在环境领域主要运用在水环境遥感、大气环境遥感和生态环境遥感3个方面[2]。
2遥感技术在大气环境监测中的运用
近年来，大气环境污染已成为公众关注的焦点，大气环境监测也显得越发重要。传统的大气监测主要以湿法电化学技术和抽气取样后的实验室分析为基础[3]，无法满足大范围的实时监测，遥感监测技术逐渐成为大气环境监测的理想工具。遥感技术在大气监测中的运用范围广泛，例如对大气中的o3、Co2、So2等痕量气体成分分析，对大气气溶胶监测，大气pm2.5的监测以及部分有害气体的监测等[4]。本文简单介绍大气臭氧和气溶胶监测。
2.1大气臭氧监测平流层臭氧分子在200～290nm以及600nm附近对太阳紫外辐射具有极强的吸收作用[5]，阻挡了强太阳紫外线到达地面，对地球生物圈起到保护作用；同时由于臭氧吸收太阳紫外辐射能量使平流层大气增温，对平流层的温度场合大气起决定性作用，对全球气候和环境变化具有重要影响[6-9]。近几十年来，卫星遥感技术的快速发展，国内外对臭氧的研究取得了丰硕的成果。徐晓斌[10]、张莹[11]利用toR、tomS、omi等多源遥感数据，分析中国大陆上空臭氧多年变化特征，发现多年来臭氧浓度呈下降趋势，且具有明显的季节性特征；杜君平[12]等基于遥感omi数据对中国臭氧总量的时空分布特征进行研究，得到中国臭氧总量呈现北高南低、东高西低，冬春高、夏秋低的特征。大气臭氧监测成为大气环境监测的一项重要内容，也是评价大气空气质量的一个重要参数。
2.2大气气溶胶监测大气气溶胶是悬浮在大气中的固态和液态颗粒物（粒子直径0.001～100μm）的总称[13]。大气中的气溶胶主要来于自然过程和人为活动过程[14]，其对大气环境质量、人体健康以及全球气候的辐射平衡都有着重要的影响。大气气溶胶研究已成为国际学术界的研究热点。齐海等[15]利用CaLipSo星载激光雷达研究气溶胶光学厚度与青岛空气污染指数的相关性，发现通过激光卫星遥感气溶胶分层数据较柱状气溶胶光学厚度具有更高的相关性；施建中等[16]利用拉曼-瑞利-米氏激光雷达系统反演不同天气条件下的典型气溶胶消光轮廓线，发现多云或者污染天气气溶胶光学厚度明显偏大，同时气溶胶光学厚度还受到风向和风速的影响；陈辉等[17]利用moDiS资料研究京津地区不同季节气溶胶厚度，并由此获取近地面的pm2.5反演算法；盛莉等[18]利用环境卫星CCD结合红外数据，成功实现了大气气溶胶光学厚度的反演。卫星遥感技术在大气环境保护、监测和预测中具有不可替代的作用。
3遥感技术在水环境监测中的运用
常规的水质监测是在被测水域设置大量监测点，通过人工取样实验室分析进行水质监测，其过程周期性较长且只能够获取监测断面的水质情况，无法实现快速、大范围、周期性的水质信息获取。遥感水质监测恰好能够弥补常规水质监测的不足。本文基于多光谱和高光谱2种光谱数据源对遥感水质监测进行简述。
3.1基于多光谱技术的水质监测童晓华等[19]利用tm数据提取水质采样点光谱数据，并与实际监测数据建立数学模型，反演了太湖的水质分布情况，对太湖叶绿素的分布规律进行了探讨；张飞等[20]采用tm数据分析了阿克苏河-塔里木河断面水质污染状况，通过波段Dn值和常规监测数据建立了能够反应水质状况的污染物监测模型。限于多光谱数据的局限性，通常在水质监测中利用实测数据与遥感数据之间建立相关数学模型，其缺点是通用性较差。
3.2基于高光谱数据的水质监测与多光谱数据相比，高光谱数据具有波段多，光谱分辨率高的特点，能够有效的捕捉到水体光谱特征的细微变化[21]，高光谱遥感技术在水质监测中的运用越来越广泛。莫登奎等[22]、闻建光等[23]分别基于Hyperion高光谱数据对提取叶绿素a、悬浮物浓度的光谱特征进行分析，并建立了相应的反演估算模型；王婷等[24]基于对光谱反射率与水质参数的相关分析，提取水质参数的特征波长并建立估测模型，对鄱阳湖水体富营养化进行了研究。
水质污染是目前重要的环境问题之一，遥感技术在水质监测方面具有巨大的应用潜力。尤其是高光谱遥感技术的快速发展，使得更高精度的水质反演算法的实现成为可能。
4遥感技术在生态环境监测中的应用
生态环境监测，就是利用遥感在时间和空间上对特定区域范围内生态系统组合体的类型、结构和功能及其组合要素等进行系统的测定和观测的长期动态监测[25]。生态监测必须进行长期的动态监测，才能够从大量的数据中揭示或预测其变化规律和趋势，其变化监测的周期较长[26]。长期以来，环境监测部门注重环境污染的监测，对生态宏观监测的重视不够[26]。我国生态环境起步晚，近年来随着遥感技术的快速发展和普及，生态监测发展迅速。邢诒等[27]基于遥感技术对深圳20a的城市景观生态变化进行研究，提出了一套完整的城市景观生态遥感监测技术方法。徐涵秋[28]基于遥感技术，提出了遥感生态指数，以达到对城市生态状况进行快速监测与评价。曹宇等[29]利用多项遥感植被指数对额济纳天然景观生态类型进行解译和分类，为增强植被指数在景观生态类型专题图方面的运用能力做出了有益的尝试。丁照东等[30]基于遥感像元二分模型理论，提出了海岛植被生态遥感评价指数，为海岛植被生态环境的动态监测以及趋势预测提供了一种新的思路。欧阳志云等[31]提出了一套基于中分辨率遥感数据的生态系统分类体系，探讨了以遥感数据为基础的区域生态系统构成分析方法与应用效果，可以支持更加深入的生态系统评估。
5结语
基于遥感技术开展环境监测，是一种快速、高效、经济的办法，有助于突破传统手工监测的局限性，有效地提高环境监测的能力。随着我国卫星遥感技术的发展，其在环境监测领域的优势将进一步得到体现，运用前景将更加广阔。但是，遥感监测并不是全能的，依然有很多的污染因子基于各种原因无法通过遥感技术直接进行监测，环境遥感监测还不能够完全取代常规监测手段，在实际运用中，只有将手工监测与遥感监测相结合，整合其各自的优势，才能够更好地为环境监测、环境监管、环境保护服务。
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高光谱遥感技术的应用篇6
关键词：遥感技术；地质勘查找矿；应用
中图分类号：C35文献标识码：a
引言
矿场资源是众多自然资源的一种，是人类来意生存的重要的物质资源。由于我国人口基数较大，对矿产资源的使用量需求较高，所以，如何有效开发利用、合理使用、以及后备资源的补充等方面的研究逐渐成为我国研究的重点。经济的发展提高了矿产资源的需求量，同时推动了找矿工作的发展。在地质找矿中运用遥感技术，主要是通过获取遥感信息，提取岩石中的矿物信息，并进行成矿分析，减轻了地质找矿工作的难度，有利于提高地质找矿工作的效率和质量。
一、遥感技术在地质找矿中的运用
1、遥感识别岩石矿物
成矿的赋存条件和物质基础是岩石组合和类型，岩石在成矿过程中具有十分重要的作用，遥感技术能够提前岩石矿物信息，研究矿物的光谱特征，遥感技术中的数据提取技术能够提取岩性信息。对图像进行增强、变换和分析，能够使图像颜色增强，色调、纹理差异明显，从而区分出不同类型的岩石及其岩性组合。同时，遥感技术的矿物识别功能在地质填图中也发挥了重要作用。通常，适合对矿物的光谱特征进行研究的大气窗口有两种：0.4-2.5μm，反映了岩石的反射光谱特征；8-14μm，反映岩石的发射光谱特征。遥感技术识别地物依靠其空间特征和地物光谱的差异，高光谱遥感技术的分辨率很高、波段巨多、数据量大，其窄波段能够对不同岩石的吸收特征进行区分，并提取、量化、重建岩石的光谱特征，识别混合象元的模型并进行分解分析，区分出岩石矿物的不同。如今，我国将遥感技术的岩性识别功能多应用在岩石率高、植被稀少的地区，在植被覆盖较多的区域运用较少，对遥感识别岩性技术的研究重点是高光谱和多光谱提取岩性信息。
2、提取矿化蚀变信息
遥感技术在地质找矿中的应用主要是提取地质信息，而岩石的蚀变信息是其中的重要内容。围岩蚀变是围岩和含矿热液相互作用产生的，围岩相应的矿床类型、化学成分与蚀变类型密切相关。通常，围岩蚀变范围超出矿化范围，因此围岩蚀变是找矿的有效标志。围岩蚀变的常见类型包括绢云母化、硅化、褐铁矿化、云英岩化、矽卡岩化和青磐岩化等。岩石矿化蚀变后会与正常岩石在颜色、结构和种类方面形成差异，导致岩石反射光谱差异，蚀变岩石的光谱波形出现异常，为遥感技术提取图像信息提供了科学依据。所以利用遥感技术能够识别图像异常，找出准确的围岩矿化蚀变区域和开采位置。现阶段，我国大多使用aSteR、etm+数据和遥感微波数据等作为数据源，其中etm+数据源应用最多，将该数据作为信息来源，通过彩色图像合成法对单波段的图像进行分类，并提取区域生金矿的蚀变信息，从而有效圈定异常矿化蚀变信息，结合野外验证工作，能够发现矿化蚀变带；此外，利用etm+数据，对图像实施大气校正、几何校正等预先处理，并通过掩膜方法提取了矿化蚀变信息，从而发现了多个金、铜矿点。
3、提取地质构造信息
地质构造信息也是地质信息的重要组成部分。通过户外地质观察发现，矿化蚀变区域是沿着地质构造分布。成矿的主要条件即地质构造，对内生矿床作用显著。提取的主要地质构造信息是环形影像和线性影像。构造环境不同导致提取出的成矿信息不尽相同。例如，不同区域的破碎断裂带、节理带的线状信息、火山盆地、热液活动、深成岩浆等环状信息、赋矿岩层、矿源层等带状信息、蚀变、矿化等色块、色带、色环异常信息。通过多波段数据，能够综合解译矿区构造信息，从而确定矿区的成矿构造和成矿环境；结合几何学方法，定量分析矿区线性构造，能够确定成矿远景区。遥感技术具有成像模糊功能，能够使研究区域的线性纹理和形迹逐渐清晰，拉伸遥感影像的灰度、增强图像边缘、进行比值分析、方向滤波、卷积运算后，突显出了构造信息。同时，通过分辨率较高的卫星数据，能够使构造信息更加清晰。统计分析解译的环形或线性影像，并结合物探、化探等相关资料，能够明确成矿构造的特征及其分布；通过数学统计方法，能够分形解译出遥感图像的线性构造，验证内生金属矿与线性构造之间的分布规律，从而明确找矿靶区；利用地质构造、水系特征、地表岩性、植被分布、山谷地貌等信息，能够提取出地质构造隐伏信息。
4、利用植被波谱特征确定找矿位置
地下水和微生物能够引发地表矿化岩石结构和成分的变化，从而改变岩石上覆盖的土壤成分。遥感技术的利用生物化学方法确定找矿位置的原理是：植物生长会吸收岩石和土壤中蕴含的矿物元素，矿物元素与植物生物循环共同作用，形成植物组织，对植物酶的活性具有直接影响。当植物体内重金属积累超过阈值后，便会出现毒化作用，对植物生存必要的生命元素的吸收产生抑制作用，使植物在生态和生理方面出现变异。这些变异使植物的光谱反射率以及光谱波形变化异常，反映在在遥感图像上，则呈现出色彩、色度和灰度的变化，而遥感技术则能够提取或探测出这些特征。
5、提取多光谱遥感蚀变信息
多光谱遥感技术具有多光谱摄影和系统扫描的功能，对不同普段的电磁波谱进行摄影遥感，从而获取植被和其他地物的影像。多光谱遥感能够影像的结构和形态差异或光谱特征对不同地物进行判别，增加了遥感信息量。多光谱遥感由于空间分辨率和波谱分辨率的影像，其数据源在地质找矿运用中受到一定限制，但是新的数据源出现为地质找矿提供了更加有效的信息。其中，aSteR遥感数据具有较多波段、更高的空间分辨率和更窄的光谱范围，在提取矿化信息时具有显著优势。需要重视的是，单一数据源只能够反映出目标地物的单一特征，在判别地物时并不准确，集中多源数据，能够汇总有效信息，剔除无效信息。数据源集中包括遥感数据之间和遥感与非遥感数据融合。目前，遥感找矿中应用最为广泛的是物探、化探和多光谱的融合。
二、遥感技术在找矿工作中的利用
1、线性构造与成矿之间的关系
通过对线性结构进行分析，需找成矿的可能性地质地貌所形成的线性构造，会对成矿有一定的影响。通常情况下，在地质地貌发生变化比较大的地区会出现矿产，比如巨型断裂带。但是，很多具有工业远景的矿床主要分布在平行的次级断裂以及节理带之中。通过感知地形结构，对矿区的特点进行分析在利用遥感图像中，可以得知，岩浆区中的矿床一般会存在与剪切应力场的拉张区域，在利用遥感技术进行技术处理，可以使人们的目光锁定在该区域之内，对拐点的附近进行勘察，从而减少时间与精力。
2、环形构造影像与成矿之间的关系
影像环形构造是由航天遥感图像发现的，并且与矿产有着相应的联系。在与矿产形成密切关系的影响环形构造中，很多原因是与岩浆有着密切关系的，因此导致找矿的意义有所不同。除此之外，岩浆侵入中造成环形体的重要因素为金属矿产，由于岩浆在侵入的时候会引起围浆的变化，往往会导致边界变得模糊。影像线性体与环形体之间相互依存的关系为找矿工作提供了理论基础，具有复合的关系。
结束语
总之，一个地区地质条件造就了矿产资源的不同，在勘察矿产资源的过程中，不仅要结合以往的经验，并且还要根据实际情况进行研究，从基础出发，在理论上阐述矿床的基本成因&遥感技术，在总结分析的过程中，建立相应的遥感资料，积极寻找勘察矿石的有效方案。
参考文献
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高光谱遥感技术的应用篇7
1超光谱遥感发展趋势
*从航空到航天
高成像光谱仪正从机载遥感应用为主趋向航天遥感齐头并进。相同的地面分辨率，星载仪器灵敏度需要高百倍，这是目前的技术难点。在描绘21世纪航空航天力量太空蓝图时，美国将超光谱（超光谱）遥感器及算法研究作为关键技术之一，美国防部《军事关键技术清单》针对星载光谱仪的光谱处理能力提出了需研发新的软件及算法。
*总体技术指标提高
多光谱、超光谱成像技术的方向发展是“三高”（高空间分辨率、超光谱分辨率、高时相分辨率）和“三多”（多传感器、多平台、多角度），各种新材料、新技术的应用导致新的高成像光谱仪体积更小，性能更高。
*从定性探测到定量探测
高成像光谱仪的光谱和辐射定标与数据的定量化反演，对遥感数据从定性解释转为定量计算有重要作用。美国于1993年召开了第一届国际机载成像仪定标讨论会，制定了“定标指南”。
*以军事需求为引领
目前各国在军事领域的竞争较为激烈，并且诸多手段都需要多光谱、超光谱成像技术的辅助，而且目前各国所支持的研究项目大多数以军事应用为背景。在可预见的未来，超光谱成像技术在军事上的应用将越来越广泛。
*数据海量化、设备小型化
目前各种目标/背景光谱特性的研究将越来越深入，由于全球地表的超光谱特征存在一定的确定性，总体变化过程较为缓慢，所以可以建立大量标准光谱特征数据库来存储全球超光谱特征。这将导致海量数据在存储、查询、分析等多方面的问题。另一方面随着各种新材料、新技术的应用导致新的成像光谱仪器体积更小、性能更高，光谱、图像数据的处理算法将更高效、快捷，进一步满足实时处理的需要。
近年来，随着航天技术的快速发展，促进了天基光电技术的发展，世界各国都在积极研发各种新型天基光电技术与装备。处于领先地位的美国一直十分重视发展天基光电技术，其天基光电系统将向分辨率更高、谱段更多及范围更广的方向发展。多光谱、超光谱成像技术由于其独特的优点，受到各军事强国的重视，该技术的掌握和运用必将对未来高技术战争中掌握战场信息主动权具有重大的意义。我国在这方面起步较晚，与先进国家相比还有相当差距，但相信随着该领域研究工作的展开，相比一定会在不久的将来逐渐缩小这一差距。可以预计，随着航天技术和装备的飞速发展，空间光电将开启空间态势感知的新纪元。
2相关思考
超光谱遥感仪器的发展来看，各种机载超光谱仪器已经发展成熟，国外的星载仪器已经投入使用.超光谱在多光谱遥感的基础上对测试目标的光谱特征进行了细分，可以识别出各种人工目标和伪装目标，利用超光谱在热红外波段可以探测目标表面的真实温度和发射率，改善了热成像探测中的不足之处，可以有效地识别利用传统热红外伪装技术进行伪装的目标。关于实现超光谱隐身，现有两种建议：
一是采取趋同法。即隐身材料在全波段与背景同色同谱或者相似，这是一种最全面、最有效的隐身方法。事实上，现代军队都加强了隐身技术的研究与应用，对其军事装备都进行了各种各样的伪装，但是其技术原理都是尽力减小目标与背景在紫外、可见光、红外等易暴露的谱段上的辐射强度的差异，使目标隐藏于背景中。然而，使目标在全谱段上与背景相似是极其困难的，现行隐身材料都不能达到全波段与背景相同或相似。
二是采用变异法。利用背景有一些变化的相同目标或目标有一些变化的相同背景，就能对某些光谱段进行伪装。对于后者，通过改变目标物的光谱特征曲线就可实现目标变化，从而以实现超光谱隐身。特别对建立了目标光谱库的超光谱成像仪，使其探测到的目标物的光谱特征曲线与目标光谱库中的光谱特征曲线相异，就能降低超光谱成像仪探测的时效性和精确性，降低其对目标物的探测概率，从而就有可能实现一定程度的超光谱隐身。由此可见，使目标物光谱特征曲线变化有可能是一种有效的超光谱隐身方法。但关键所在是能否实现和如何实现目标物表面的光谱特征曲线改变。
高光谱遥感技术的应用篇8
[论文摘要]为适应当前高等教育中新型农科人才培养的要求，针对农科本科生的特点，本文明确了遥感课程教学目标，通过分析当前遥感教材的优缺点确定了适宜教材，依据理论联系实际以及学以致用的原则提出了以应用为目标的主要教学内容。
遥感就是对地球表面的地学过程及特征进行物理量测量，并以数字量的形式客观地收集、记录、传输、处理和重现这一信息的科学技术，是现代空间信息科学的主要组成部分[1]，涉及到空间、电子、光学、计算机和生物学、地学等学科领域，特别是在资源监测、环境管理、全球变化、动态监测等中应用非常广泛，显示其优越性。目前已广泛应用于农业、林业、地质、地理、水文、海洋、气象、环境等领域，已发挥重大作用。农业遥感即为将现代遥感技术与农业科学相结合，而应用于农业生产领域的一门新兴前沿技术，在当今遥感领域中最为活跃，也是迄今遥感应用最成功的领域之一，一直受相关科研机构、高等院校以及政府的积极关注。其中与农业学科领域关系密切的应用主要有：土壤调查，水分监测，草原调查、估产及监测，农学中的作物长势监测、营养诊断与作物估产，植保中的病虫害监测，农业气象中的农业气候研究与监测，农业生态中的环境保护和鱼情水产研究等[2]。伴随我国农业信息化进程的快速提升，遥感课程在高校农科本科生教育中的地位日趋重要。面对当前高等教育中新型农科人才需求，许多本科专业，对遥感技术都提出了很高的要求[3]，因此，为适应农业现代化和信息化的要求，必须进一步加强遥感课程教学以及提升学生遥感技术应用水平。基于此，根据笔者近5年的遥感课程教学实践，本文结合农科本科生的实际特点制定遥感课程教学目标、选择适宜教材以及调整教学内容。
一、教学目标
通过本课程的教学，使农科本科生了解农业遥感的基本理论、基础知识、研究现状及农业遥感技术发展趋势与应用，了解电磁辐射与电磁波谱的相关知识，学习地物波谱的测定方法，认识地物反射光谱的响应规律，学习绘制地物反射光谱曲线的方法，掌握常规的遥感仪器和软件的操作方法，理解遥感技术农学机理，掌握遥感图像处理的基本原理和方法，掌握遥感图像的地物影像特征、遥感图像解译及遥感制图的基本技能，掌握光谱数据处理方法，使农科本科生掌握研究农业遥感的基本方法和基本技能，注重培养农科本科生的实际操作和应用能力。
二、适宜教材
依据农科特点和遥感在农业领域中的应用现状，选择适宜教材是比较困难。如教育部面向21世纪课程教材《遥感导论》[2]，这部教材的特点是内容丰富，涉及技术原理较多、较深，对于农科本科生而言，技术原理显得过深、有些内容较为陈旧，尤其应用案例。《植被与生态遥感》[4]教材内容系统，编排合理，理论分析深入、学术价值较高，但有关遥感基础概念和基本技能甚少，作为农科本科生教材尚不合适。《遥感概论》[5]内容编排逻辑性强，概念清晰易懂，实验内容简单而易开展，但很多应用案例比较陈旧，不能满足当今新型农科本科生人才需求。21世纪高等院校教材《遥感技术导论》[6]内容系统，理论构架完整，概念清晰易懂，技术注解详细，但对于农业应用涉及较少，所选应用案例也较老化。《农业定量遥感基础与应用》[7]是一本系统阐述农业遥感新应用的专著，可作为农科本科生教学的参考书，但由于技术理论基础体系不完整、内容因偏重于农情遥感而显得覆盖面不够广泛，不适宜作为农科本科生教材。为此，笔者讲解遥感原理时选择《遥感技术导论》作为教材，讲解较新遥感农业应用案例时选择《农业定量遥感基础与应用》作为教材，这样可有效地提高学生的遥感理论和实践应用水平，以适应新型农科人才培养的要求。
三、教学内容
科学地选择教学内容，优化教学内容，合理教学分配，是《遥感导论》教学的关键环节[8]。主要内容为遥感的基本概念、类型、特点、发展概况与在不同应用领域中所发挥的作用、电磁辐射与地物光谱特征、遥感成像原理与遥感图像特征、遥感图像处理、遥感图像目视解译与制图、遥感在农业领域的应用等。
电磁辐射与地物光谱特征主要讲解斯忒藩-玻尔兹曼定律、维恩位移定律、基尔霍夫定律、黑体辐射规律或普朗克公式、大气的成份和结构、典型植被光谱反射特性以及地物反射三种形式（镜面反射、漫反射和方向反射），重点解释该内容所涉及到的一些术语或概念，比如电磁波谱、光谱特征、辐照度、辐射出射度、朗伯源、绝对黑体、太阳常数、大气窗口、光的干涉和衍射、反射率及反射波谱等，该内容要配套开展光谱测定仪的使用及光谱数据处理操作方法等光谱实验。遥感成像原理与遥感图像特征主要讲解世界范围内主要的陆地卫星、气象卫星、对地观测系统（eoS）卫星和海洋遥感卫星平台、摄像像片的几何特征（垂直摄像、倾斜摄像、几何特征、中心投影、垂直投影和像片的比例尺）、微波遥感的概念和特点以及四种分辨率（光谱分辨率、空间分辨率、时间分辨率和辐射分辨率）间的关系。遥感图像处理主要讲解光学原理（亮度对比、颜色对比、颜色性质、明度、色调、饱和度以及加色法和减色法等）、遥感影像的预处理（包括辐射校正、几何校正、对比度增强、空间滤波、彩色变换、图像运算、多光谱变换等）和多源信息复合等，该内容要配套开展辐射校正、几何校正、拼接、镶嵌、掩膜、融合、link等上机操作性实验。遥感图像目视解译与制图主要讲解遥感影像的目视解译、遥感影像的监督分类和非监督分类及其误差和精度评价、专题图制作等。遥感在农业领域的应用主要讲解植被遥感、土壤遥感、水体遥感等。
四、结语
遥感技术是20世纪60年代兴起的一种从远距离不实际接触物体而感知地表目标物及其特征的综合性探测技术，是现代空间信息科学的主要组成部分，涉及到多种学科领域，它的功能和价值引起了许多学科的关注。
近5年，面向农科本科生基础知识的实际情况，笔者以学生发展为本紧扣教学大纲开展遥感课程教学，教学目标制定明确，教材选用适宜，教学内容丰富，覆盖面广，应用实例典型且较新。结合遥感技术在农业领域中的应用，主要内容涵盖了农业资源与农田环境监测、数字农作技术、精确农业、农情监测预报等主要应用领域，集中体现遥感可视为农业资源利用的“好管家”、农田管理的“好帮手”、农情监测的“千里眼”等重要作用。
课程教学目标定位合理，重点突出，符合农科本科生实际，适应当前新型农科人才发展的需求。所选用的教材互补性强，主次分明，难易程度适中，有利于农科本科生人才培养。教学内容本着理论联系实际以及学以致用的总体原则进行系统讲授，概念讲解透彻，有明显的重点和难点，遥感图像解译方法适应当前农业应用需求，覆盖面较广，且系统性强，适应当前高等教育中新型农科人才培养的要求。
近5年教学实践证实，针对农科本科生的特点，本文该课程的教学目标、教材和教学内容是合理的，与当前高等教育中新型农科人才培养的要求是相适应的。
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高光谱遥感技术的应用篇9
一、遥感的基本原理
（一）基本概念
遥感一词来源于英语“RemoteSensing”，其直译为“遥远的感知”，时间长了人们将它简译为遥感。遥感是20世纪60年展起来的一门对地观测综合性技术。自20世纪80年代以来，遥感技术得到了长足的发展，遥感技术的应用也日趋广泛。随着遥感技术的不断进步和遥感技术应用的不断深入，未来的遥感技术将在我国国民经济建设中发挥越来越重要的作用。关于遥感的科学含义通常有广义和狭义两种解释:广义的解释:一切与目标物不接触的远距离探测。狭义的解释:运用现代光学、电子学探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析、解译揭示出目标物本身的特征、性质及其变化规律。
（二）系统的组成
遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成（参见下图）:1、信息源信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。2、信息获取信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等;传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。3、信息处理信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。4、信息应用信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有:军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。
（三）遥感原理
振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。电磁波的波段按波长由短至长可依次分为:γ-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。太阳作为电磁辐射源，它所发出的光也是一种电磁波。太阳光从宇宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过大气层时，会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:紫外、可见光和近红外波段。地面上的任何物体（即目标物），如大气、土地、水体、植被和人工构筑物等，在温度高于绝对零度（即0°k=-273.16℃）的条件下，它们都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性。当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时，地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同，因此它们对入射光的反射率也不同。各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱。遥感探测正是将遥感仪器所接受到的目标物的电磁波信息与物体的反射光谱相比较，从而可以对地面的物体进行识别和分类。这就是遥感所采用的基本原理。
（四）遥感的分类
为了便于专业人员研究和应用遥感技术，人们从不同的角度对遥感作如下分类:1、按搭载传感器的遥感平台分类根据遥感探测所采用的遥感平台不同可以将遥感分类为:地面遥感，即把传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等；航空遥感，即把传感器设置在航空器上，如气球、航模、飞机及其它航空器等;航天遥感，即把传感器设置在航天器上，如人造卫星、宇宙飞船、空间实验室等。2、按遥感探测的工作方式分类根据遥感探测的工作方式不同可以将遥感分类为:主动式遥感，即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波;被动式遥感，即传感器不向被探测的目标物发射电磁波，而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。3、按遥感探测的工作波段分类根据遥感探测的工作波段不同可以将遥感分类为:紫外遥感，其探测波段在0.3～0.38um之间;可见光，其探测波段在0.38～0.76um之间;红外遥感，其探测波段在0.76～14um之间;微波遥感，其探测波段在1mm～1m之间;多光谱遥感，其探测波段在可见光与红外波段范围之内，但又将这一波段范围划分成若干个窄波段来进行探测。高光谱遥感是在紫外到中红外波段范围内，并且也将这一波段范围划分成许多非常窄且光谱连续的波段来进行探测。4、按遥感探测的应用领域分类根据遥感探测的应用领域，从宏观研究角度可以将遥感分类为:外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等;从微观应用角度可以将遥感分类为:军事遥感、地质遥感、资源遥感、环境遥感、测绘遥感、气象遥感、水文遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、灾害遥感及城市遥感等。
高光谱遥感技术的应用篇10
关键词土壤盐分；遥感影像；光谱特征；光谱指数；模型
中图分类号tp79文献标识码a文章编号1007-5739（2016）19-0185-02
abstractRemotesensingcouldbeagoodtoolforprecisionsoilsalinization.progressinstudiesofspectroscopycharacteristicindex，simulationmethods，modelingapplicabilitywerereviewedinthispaper.theresearchshowedthatwiththerapiddevelopmentofspaceinformationtechnology，theapplicationofremotesensingtechnologyinsoilsalinitymonitoringhadthewideprospects.theapplicabilityofsimulatingmodelinginlandcover/usepatterns，soilmoisture，groundwaterdepthandsoiltypes，thechoiceofthespectroscopycharacteristicsanddynamic，combinationofremotesensingandelectromagneticinductionandestablishingnationalandevenglobalscalemonitoringmodelcouldbethefutureresearcherfields.
Keywordssoilsalinity；remotesensingdata；spectroscopycharacteristic；spectralindices；model
我国盐渍土总面积约0.36亿hm2，土壤盐分是盐渍土农业生产的重要限制因子之一[1-2]，及时掌握土壤盐分的空间差异，准确快速获取大面积土壤的盐渍化程度是当前盐渍化监测的研究热点。
传统的土壤盐分测定一般需要野外定点挖掘、土钻法和透度计等侵入式土壤剖面采样，然后将采集的样品进行室内实验分析，该方法费时费力、成本高，且无法全面获取数据[3]。遥感具有波段多、信息量丰富、范围广等技术优势，能很好弥补传统方法的不足，为大面积动态实时监测土壤盐渍化状况提供了可能[4-6]。
目前土壤盐分遥感监测主要是从获取的多光谱、高光谱、雷达等遥感影像中提取有用的信息，采用建模的思路对土壤盐分进行反演[7]。一个模型反演是否成功，不仅与观测数据对反演参数的敏感程度有关，还与反演方法及模型适用性有关。土壤盐分遥感监测中所使用的观测数据，都是从作物冠层光谱和土壤光谱中提取的与土壤盐分密切相关的光谱特征指标[3-7]。为此，本文从光谱特征指标的选择、反演方法的比较和反演模型的适用性3个方面介绍土壤盐分遥感监测的应用进展。
1光谱特征指标
原始反射光谱常常受到干扰，往往不能直接反映出光谱与土壤盐分含量之间的关系。因此，实际中往往采用原始光谱的变换形式作为反映土壤盐分变化的光谱特征指标，变换形式主要包括光谱形状特征参数的数学运算和光谱指数两大类。
1.1光谱形状特征及其运算形式
光谱的形状特征参数包括特征谱段的斜率和特征位置的反射率，其中反射率在土壤盐分监测中应用相对较多。一般情况下，盐渍土光谱反射率大于其他类型的土壤，光谱曲线与土壤含盐量之间有良好的线性关系，盐分含量越高，光谱反射能力就越强[8-9]。目前，大量研究人员采用原始光谱的运算形式作为光谱特征指标，运算形式主要包括代数运算和微分运算，其中代数运算主要包括对原始光谱取对数、倒数、倒数的对数、对数的倒数和均方根；微分运算包括一阶微分和二阶微分，一阶微分形式有一阶导数、均方根一阶导数、对数一阶导数、倒数的一阶导数和对数的倒数的一阶导数，二阶微分形式有二阶微分、对数的二阶微分和对数的倒数的二阶微分。大量研究表明，土壤发射率光谱经过数学变换后与实测盐分数据的相关性会发生变化[10-12]。有研究人员将上述光谱变换形式与土壤的实测含盐量数据进行相关分析，发现一阶导数[10]和对数的二阶微分[12]变换与土壤含盐量的相关性较好。
1.2光谱指数
利用遥感影像中提取的各类光谱指数构建特征空间进行土壤盐分信息的反演和监测是当前土壤盐分遥感监测研究的前沿方法。目前常用到的有干旱指数、植被指数、盐分指数、亮度指数、湿度指数、水体指数、组成物指数、黏土指数等[13-14]，不同的光谱指数又包含多种形式，比如：植被指数包括归一化植被指数、差值植被指数、比值植被指数、土壤调节植被指数、增强型植被指数等[13]，盐分指数Si包含Si1、Si2、Si3、nDSi和Bi[15-16]；随着实际应用的不断开展，光谱指数又衍生出许多新形式，比如引入短波红外数据对传统植被指数进行扩展得到改进植被指数[13]，为消除近红外波段中无法准确辨识盐渍土和植被的问题而只利用可见光波段建立的盐分指数oLi-Si[17]等。同时，光谱指数在使用过程中要与遥感影像进行比较分析，选择遥感影像波段反射率数据反演结果相关性较好的用于建模。研究表明，土壤盐分反演模型中光谱指数的选择与地物类型[18]、土壤盐渍化程度[18]、土壤深度[19]等有关。还有研究显示，使用单一光谱指数建立模型适用性较差[15，18]，多个指数综合建模或多个指数比较建模可以提高模型精度[14，18]。
2反演方法
构建反演模型的方法大多使用统计学方法。除了传统的直线回归、指数回归、多元逐步回归以外，偏最小二乘回归分析法、Bp神经网络、支持向量机等其他高级统计和机器学习方法也被广泛用于土壤盐分的反演[20-23]。从目前来看，各种建模方法比较分析，寻找具有较好稳定性和较高精度的反演模型是广大学者需要努力研究的方向。
多元线性回归模型能准确计量各因素之间的相关程度与回归拟合程度的高低，在土壤盐分反演中是比较常规的建模方法[11-12]，而当变量数目远远大于样本数量时，往往采用引入主成分分析思想的偏最小二乘回归法[24]。研究表明，偏最小二乘回归分析方法在保证信息量最大的基础上，降低光谱数据维数，提高了分析效率[25-26]。有研究显示，利用偏最小二乘回归建立的土壤盐分预测模型，对全盐、eC值、na++K+、Cl-、HCo3-有较好的反演精度，其中对eC值的模型判定系数高达0.879[3]。除此以外，Bp神经网络和支持向量机在土壤盐分遥感监测中应用也备受瞩目[13，22，27-28]。由于受植物、水分、土壤系统的影响，土壤盐分空间分布与后向散射特性存在着复杂的非线性函数关系，而神经网络正是基于非线性函数逼近理论的方法，其成熟的Bp技术可为研究土壤盐分遥感监测中非线性函数逼近问题提供了新的思维方法和建模手段。有研究表明，在盐渍土盐分的遥感反演中，Bp神经网络较多元线性回归法有较高的精度[27]，但Bp神经网络有收敛速度慢、存在局部极小值和结构确定无理论支撑等缺点。支持向量机法是基于结构风险最小化原则、收敛速度及泛化误差的界等定理的统计学习理论，从线性可分扩展到线性不可分的一种新型机器学习方法，只考虑输入和输出，能较好地解决局部极小点、非线性和高维数等实际问题。有研究表明，支持向量机较多元线性回归和Bp神经网络，模型精度显著提高[13]。
3反演模型适用性
输入变量和建模方法是影响函数模型的主要因素，研究表明选用不同光谱指数，采用不同的建模方法会给模型的精度带来很大影响。但同样的输入和建模方法也可能得到不同反演模型，这与复杂的土壤环境密不可分。
不同地区具有不同的土壤环境，植被覆盖度也不尽相同，这给模型的普适性带来障碍。研究显示适合吉林大安市盐土的土壤盐分反演模型不适合新疆和田县的盐渍水稻土[29]。有研究表明，灌溉区域土壤盐分反演模型相关性系数低于荒漠区，因为土壤水分对盐分观测影响较大[30]；还有研究认为植被覆盖度对反射光谱的影响超过土壤水分[31]。此外，土壤盐分还受盐分矿物及其含量、土壤颜色、表面粗糙度、土壤质地、土壤有机质、地下水埋深、地下水矿化度、地形、气候等因素影响[27，29，32-33]。
同一反演模型针对土壤不同盐分离子反演精度有所差异。研究显示土壤盐分预测模型对全盐、eC值、na++K+、Cl-、HCo3-反演结果较理想，但pH值、Ca2+反演精度不高，Co32-、So42-、mg2+预测精度尚未达到显著水平[25]。此外，相同土壤模型在不同深度的土壤盐分反演结果也不完全相同。研究显示同一模型在不同深度土壤上反演精度差异明显，而且表层土壤（0～10cm）反演精度普遍高于深层土壤（10～30cm，30～50cm）[34]。还有研究表明，随着土壤深度的增加模型预测精度降低，主要因为土层深度的加深使得遥感影像反映的土壤的信息量减少[34]。研究表明，将所有地区的土样汇总来建立统一的全局反演模型精度低于针对不同地区的土样建立单独的局部反演模型[29]。这表明，某一地区土壤盐分遥感反演模型可以适用于该地区表层土壤或深层土壤，但可能不适用于其他地区，建立更大尺度、更广泛适用的反演模型非常必要。
4结语
土壤盐分的遥感反演虽然取得了一定的研究进展，但仍存在以下问题：①主要是对土壤表层盐分进行解析，整体剖面的盐分动态涉及较少；②模型研究尺度主要是区域，建立国家尺度甚至全球尺度的统一土壤盐渍化定量反演模型还较少涉及。目前，将遥感技术与电磁感应相结合是监测土壤盐分的新方法[15]。为此，今后可从以下几个方面进一步探索：一是进一步发现和完善与土壤盐分高度相关的光谱特征指标，提高模型预测的精度；二是针对不同的土地覆盖/利用模式、土壤湿度、地下水埋深、土壤类型进一步研究遥感数据用于预测土壤盐分的可能性；三是将遥感与电磁感应技术相结合，研究土壤盐分时空变异特征；四是建立国家甚至全球尺度的统一土壤盐分定量反演模型来满足大面积监测的需要。
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