第3节 海洋遥感技术

第三节海洋遥感技术遥感（RemoteSensing），从广义上说是泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过仪器（传感器）探测和接收来自目标物体的信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。通常遥感是指空对地的遥感，即从远离地面的不同工作平台上（如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等）通过传感器，对地球表面的电磁波（辐射）信息进行探测，并经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。遥感在地理学中的应用，进一步推动和促进了地理学的研究和发展，使地理学进入到一个新的发展阶段。遥感有如下主要特点：1.感测范围大，具有综合、宏观的特点遥感从飞机上或人造地球卫星上，居高临下获取的航空像片或卫星图像，比在地面上观察视域范围大得多。又不受地形地物阻隔的影响，景观一览无余，为人们研究地面各种自然、社会现象及其分布规律提供了便利的条件。例如，航空像片可提供不同比例尺的地面连续景观像片，并可供像对的立体观测。图像清晰逼真，信息丰富。一张比例尺1∶35000的23cm×23cm的航空像片，可展示出地面60余平方千米范围的地面景观实况。并且可将连续的像片镶嵌成更大区域的像片图，以便总观全区进行分析和研究。卫星图像的感测范围更大，一幅陆地卫星TM图像可反映出34225平方千米（即185km×185km）的景观实况。我国全境仅需500余张这种图像，就可拼接成全国卫星影像图。因此，遥感技术为宏观研究各种现象及其相互关系，诸如区域地质构造和全球环境等问题，提供了有利条件。2.信息量大，具有手段多，技术先进的特点遥感是现代科技的产物，它不仅能获得地物可见光波段的信息，而且可以获得紫外、红外，微波等波段的信息。不但能用摄影方式获得信息，而且还可以用扫描方式获得信息。遥感所获得的信息量远远超过了用常规传统方法所获得的信息量。这无疑扩大了人们的观测范围和感知领域，加深了对事物和现象的认识。例如，微波具有穿透云层、冰层和植被的能力；红外线则能探测地表温度的变化等。因而遥感使人们对地球的监测和对地物的观测达到多方位和全天候。3.获取信息快，更新周期短，具有动态监测特点遥感通常为瞬时成像，可获得同一瞬间大面积区域的景观实况，现实性好；而且可通过不同时相取得的资料及像片进行对比、分析和研究地物动态变化的情况（版图3），为环境监测以及研究分析地物发展演化规律提供了基础。例如，陆地卫星4/5每16天即可对全球陆地表面成像一遍，气象卫星甚至可每天覆盖地球一遍。因此，可及时地发现病虫害、洪水、污染、火山和地震等自然灾害发生的前兆，为灾情的预报和抗灾救灾工作提供可靠的科学依据和资料。此外，遥感还具有用途广，效益高的特点。遥感已广泛应用于农业、林业、地质矿产、水文、气象、地理、测绘、海洋研究、军事侦察及环境监测等领域，深入到很多学科中，应用领域在不断扩展。而遥感成果获取的快捷以及所显示出的效益，则是传统方法不可比拟的。遥感正以其强大的生命力展现出广阔的发展前景。二、遥感的分类由于分类标志的不同，遥感的分类有多种。按遥感工作平台（即运载工具）的不同:地面遥感（或近地遥感）、航空遥感、航天遥感；按探测电磁波的工作波段分类:可见光遥感、红外遥感、微波遥感等；按遥感应用目的不同:又可分为环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、海洋遥感等等。成像方式（或称图像方式）就是将所探测到的强弱不同的地物电磁波辐射（反射或发射），转换成深浅不同的（黑白）色调构成直观图像的遥感资料形式，如航空像片、卫星图像等。非成像方式（或非图像方式）则是将探测到的电磁辐射（反射或发射），转换成相应的模拟信号（如电压或电流信号）或数字化输出，或记录在磁带上而构成非成像方式的遥感资料。如陆地卫星CCT数字磁带等。按照记录信息的表现形式主动式遥感或被动式遥感所谓主动式是指传感器带有能发射讯号（电磁波）的辐射源，工作时向目标物发射，同时接收目标物反射或散射回来的电磁波，以此所进行的探测。被动式遥感则是利用传感器直接接收来自地物反射自然辐射源（如太阳）的电磁辐射或自身发出的电磁辐射，而进行的探测。按传感器工作方式光学摄影亦指通常的摄影，即将探测接收到的地物电磁波依据深浅不同的色调直接记录在感光材料上。扫描方式是将所探测的视场（或地物）划分为面积相等顺序排列的像元，传感器则按顺序以每个像元为探测单元记录其电磁辐射强度，并经转换、传输、处理，或转换成图像显示在屏幕或胶片上，或制成扫描数字产品。遥感分类尽管很多，但依照其分类标志的不同，即可了解不同的遥感分类系统。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(MultiSpectralScanner，MSS)、专题制图仪（ThematicMapper,TM）、反束光导摄像管（RBV）、HRV（HighResolutionVisiblerangeinstruments）扫描仪、合成孔径侧视雷达（Side-LookingAirborneRadar，SLAR）。三、遥感过程及其技术系统遥感过程是指遥感信息的获取、传输、处理，以及分析判读和应用的全过程。它包括遥感信息源（或地物）的物理性质、分布及其运动状态；环境背景以及电磁波光谱特性；大气的干扰和大气窗口；传感器的分辨能力、性能和信噪比；图像处理及识别；以及人们的视觉生理和心理及其专业素质等等。因此，遥感过程不但涉及到遥感本身的技术过程，以及地物景观和现象的自然发展演变过程，还涉及到人们的认识过程。这一复杂过程当前主要是通过地物波谱测试与研究，数理统计分析，模式识别，模拟试验方法，以及地学分析等方法来完成。遥感过程实施的技术保证则依赖于遥感技术系统。遥感技术系统是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存贮、传输处理到分析判读、应用的完整技术体系。它主要包括以下四部分。（一）遥感试验其主要工作是对地物电磁辐射特性（光谱特性）以及信息的获取、传输及其处理分析等技术手段的试验研究。遥感试验是整个遥感技术系统的基础，遥感探测前需要遥感试验提供地物的光谱特性，以便选择传感器的类型和工作波段；遥感探测中以及处理时，又需要遥感试验提供各种校正所需的有关信息和数据。遥感试验也可为判读应用提供基础。遥感试验在整个遥感过程中起着承上启下的重要作用。（二）遥感信息获取遥感信息获取是遥感技术系统的中心工作。遥感工作平台以及传感器是确保遥感信息获取的物质保证。遥感（工作）平台是指装载传感器进行遥感探测的运载工具，如飞机、人造地球卫星、宇宙飞船等。按其飞行高度的不同可分为近地（面）工作平台，航空平台和航天平台。这三种平台各有不同的特点和用途，根据需要可单独使用，也可配合启用，组成多层次立体观测系统。传感器是指收集和记录地物电磁辐射（反射或发射）能量信息的装置，如航空摄影机、多光谱扫描仪等。它是信息获取的核心部件，在遥感平台上装载上传感器，按照确定的飞行路线飞行或运转进行探测，即可获得所需的遥感信息。（三）遥感信息处理遥感信息处理是指通过各种技术手段对遥感探测所获得的信息进行的各种处理。例如，为了消除探测中各种干扰和影响，使其信息更准确可靠而进行的各种校正（辐射校正、几何校正等）处理，为了使所获遥感图像更清晰，以便于识别和判读，提取信息而进行的各种增强处理等。为了确保遥感信息应用时的质量和精度，以及为了充分发挥遥感信息的应用潜力，遥感信息处理是必不可少的。（四）遥感信息应用遥感信息应用是遥感的最终目的。遥感应用则应根据专业目标的需要，选择适宜的遥感信息及其工作方法进行，以取得较好的社会效益和经济效益。遥感技术系统是个完整的统一体。它是建筑在空间技术、电子技术、计算机技术以及生物学、地学等现代科学技术的基础上的，是完成遥感过程的有力技术保证。海洋声学遥感技术是探测海洋的一种十分有效的手段。利用声学遥感技术，可以探测海底地形、进行海洋动力现象的观测、进行海底地层剖面探测，以及为潜水器提供导航、避碰、海底轮廓跟踪的信息。海洋遥感技术是海洋环境监测的重要手段。卫星遥感技术的突飞猛进，为人类提供了从空间观测大范围海洋现象的可能性。目前，美国、日本、俄罗斯等国已发射了10多颗专用海洋卫星，为海洋遥感技术提供了坚实的支撑平台。世界海洋卫星包括三大类：海洋水色卫星、海洋地形卫星海洋环境卫星。海洋水色卫星是通过星上装载的遥感设备对海洋水色要素进行探测，为海洋生物资源开发利用、海洋污染监测与防治、海岸带资源开发和海洋科学研究等提供科学依据和基础数据。最具代表性的海洋水色卫星是1997年8月1日美国宇航局成功发射的专用海洋水色卫星“海星”，它标志着因水色遥感器“沿海水色扫描仪”在1986年停止运转而中断了10年的全球海洋水色遥感数据又得以继续，而且可以得到质量更高的海洋水色资料。美国计划自“海星”卫星发射开始，进行20年时序全球海洋水色遥感资料的连续积累。到目前为止，世界上已经发射的具有海洋水色遥感功能的主要卫星有10多颗。海洋地形卫星主要是通过卫星上装载的雷达高度计对海洋地形进行探测，它在地球物理、海洋大中尺度动力过程等学科研究上的科学价值以及海洋灾害预报和海底油气资源勘探开发方面的经济价值显而易见。最具代表性的是美国的“测地卫星”系列和“托佩克斯/海神”系列卫星。自美国1978年发射世界上第一颗海洋卫星以来，前苏联、日本、法国、加拿大和印度等相继发射了一系列海洋卫星。这些卫星一般搭载有光学遥感器、主动式微波遥感器和被动式微波遥感器等多种海洋遥感有效载荷，可提供全天时、全天候海况的实时资料，如海表温度、海面风场、有效波高、流场、海面地形、海冰等多项海洋要素，对改进海况数值预报模式和提高中、长期海况预报准确率效果显著。北京时间今天上午9时50分，“长征四号乙”运载火箭在太原卫星发射中心成功地将我国第一颗海洋探测卫星“海洋一号”和气象卫星“风云一号D”送入太空。“海洋一号”探测卫星的发射成功，结束了我国没有海洋卫星的历史，标志着我国在海洋卫星遥感应用领域迈入了世界先进行列。“风云一号D”气象卫星是我国自行研制的第一代太阳同步轨道业务应用气象卫星，主要任务是获取地球大气、云、陆地、海洋资料，为天气预报、气候预测、自然灾害和生态环境监测服务。2002年5月15日这次发射是长征系列运载火箭第67次飞行，也是第13次成功地进行“一箭双星”的发射。自1996年10月以来，我国运载火箭发射已经连续25次获得成功。有关专家指出，“风云一号D”和“海洋一号”卫星的发射升空，标志着我国长期稳定运行的卫星对地观测体系基本建成，对于加速我国气象现代化，提高灾害性天气预报水平，增强海洋资源监测、调查和开发能力，促进国民经济发展具有重要意义。遥感通常是指通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接触的情况下，获取其特征信息（一般是电磁波的反射辐射和发射辐射），并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门科学和技术。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。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。应用空间遥感技术观测和研究海洋，已形成一门新的海洋学科