遥感科学及其应用思考
摘要：无论是医学上流行病研究，农业上植物病虫分析，还是天气预报里的卫星云图，互联网的影像地图，遥感都发挥着不可替代的作用。可以说遥感在我们身边无处不在。遥感为国家安全、资源开发、防灾减灾、环境保护以及社会可持续发展提供科学决策依据，为国防现代化、信息化建设提供遥感应用技术支撑，为地方政府、重大工程、企业和公众用户提供空间信息服务。尝试尽量用非专业的、自然辩证的思路来思考遥感科学及其应用。
关键词：遥感 RS 遥感应用 科学技术 地理信息服务
0引言
改革开放30多年，中国经济快速增长，GDP超过日本跃居世界第二位，国民生活水平显著提高，初步达到小康水平。但是中国走的是赶超型工业化的道路，资源消耗及环境破坏严重。中国资源的拥有量在世界各国中是比较低下的，石油储量只占世界石油储量的1.8%，天然气只占世界的0.7%，煤储量能够开采的只有60亿吨，铜矿储量只占世界5%，铁矿储量只占世界的9%，水资源人均占有量占世界人均占有量的1/3，人均耕地不到世界人均耕地的4%，人均森
林面积占世界人均面积的2%。中国资源的消耗，在资源短缺的情况下是十分严重的，中国生产单位GDP所消耗的能源是日本的11倍，美国的7倍，印度的4倍。中国每年消耗全世界煤总量的30%，全世界水资源年产量的40%，钢铁年消耗量2.5亿吨，相当于美、日和欧共体的总和。据统计，中国经济发展的2/3是在生态环境透支的情况下完成的，国家环保局和国际统计局公布2004年中国环境污染损失5118亿元，占GDP的3.08%，平均一万城市居民有6个人死于空气污染，全国有600多个城市，400多个缺水，其中100多个严重缺水。
国家不断强调落实科学发展观，加快转变经济增长方式，将循环经济的发展理念，贯穿到区域经济发展，城乡建设生产的实践中，使资源得到最有效的利用。
友好型的循环经济发展模式，是今后相当长一个历史时期的严重任务。全力配合这一中心任务，对遥感应用来说是一个重要的机遇，也是一个严重的挑战。循环经济本质上是一种生态经济，是运用生态学规律来指导人类社会的经济活动。遥感利用科学的方法，提供直观高效的技术手段，为国家安全、资源开发、防灾减灾、环境保护以及社会可持续发展提供科学决策依据，为国防现代化、信息化建设提供遥感应用技术支撑，为地方政府、重大工程、企业和公众用户提供空间信息服务。
利用科学哲学中科学认识论、方法论和工具论来指导认识遥感科学，也从遥感应用技术方面大量的论著、课题和项目成果、工程和技术开发案例中总结、挖掘和凝练方法和技术手段，从而集成各种方法，实现方法和技术的创新。以此提升遥感科学认识的功能，增强其社会实践价值。
1遥感科学与技术
遥感（Remote Sensing，RS），即web技术的三个关键技术“遥远的感知”。遥感是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。按遥感平台的不同分为地面遥感（如车载、手提或固定平台）、航空遥感（气球、飞机、无人机）、航天遥感（卫星、空间站、火箭）、航宇遥感（星际飞船）。
在我们常见的天气预报的卫星云图、google卫星地图等地方都有遥感应用的影子。遥感是一个从地面到空中，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。为了提高对这样庞大数据的处理速度，遥感数字图像技术随之得以迅速发展。遥感技术已广泛
应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。在未来遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。
遥感可按数据获取、处理、分析和应用的整个过程中的主要内容分类。遥感科学技术包括五个方面的内容：传感器研制、数据获取、数据处理、信息提取和遥感应用。从这几方面的内容可见，遥感是一个多学科交叉的产物。遥感应用主要是指对遥感数据和信息的科学、生产和应用。遥感辐射传输理论以及相应的模型模拟与反演，是支持遥感发展的基础理论，是遥感做为一门科学的标志。遥感应用虽然广泛，但是随着新的遥感科学技术的发展，新的应用领域不断成为可能，传统应用领域也不断深化。
遥感做为一门技术是对人类感知的延伸。人有视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉，尽管目前教科书里一般指那些记录电磁能量并能成图（谱线图和图像）的探测技术。实际上，它不仅包括对人类视觉的延伸，还有触觉、听觉和嗅觉。触觉的低级阶段也在遥感中得到一定的实现，如热红外遥感是对人类通过触摸才能实现的对冷热的感知的延伸。此外，现代技术早已
延伸了我们听觉和嗅觉这两种感觉。“声感”起源于录音机，以及后期的声纳技术。“嗅感”起源于各种化学探测器的发明。但是声感和嗅感至今没有进入到主流的遥感教科书中，因为仅凭探测技术本身探测“声”和“气味”还无法从很远的位置实现。这种局面很快会被迅速发展起来的无线传感器网络技术所改变
2典型遥感应用思考
2.1城市建筑能耗的遥感监测
中国国家“循环经济促进法”对节能减排将从法律上进行控制。建筑能耗占全社会总能耗的比例为30%，国家规定“十一五”全国建筑节能指标，实现节约1.01 亿吨标准煤，也就是减排4 亿多吨CO2 ，要求北京，天津试行节能65%的标准，那么如何监测建筑节能？遥感是对城市建筑的能源排放进行监测的重要手段。童庆禧院士、郑兰芬教授在澳大利亚达尔文市率先应用高光谱进行城市能耗监测，中科院遥感所近几年还以建筑节能减排为中心，通过中分辨率TM、ASTER 和CBERS 以及高分辨率遥感影像和航空成像光谱仪OMIS 及地面测量数据，对不同区域包括工业区、休闲区、生产区、文教区和居民小区的城市建筑热环境进行遥感反演，取得了成果，对中国推动建筑节能减排将具有重要的现实意义。因此，城市建筑能耗的
遥感监测仍然将是能源遥感中的一项重要任务。
2.2生态遥感
建立资源节约型和环境友好型社会是落实科学发展观的重要环节，国家环保局确定了十四个生态省，若干个生态市，生态区域生态城的建设已经成为当前的热点问题。大区域和生态城市的生物物理参数的获取必须依赖遥感。遥感以其大面积、快速、动态的优势在宏观生态研究中得到广泛应用。借用遥感手段提取森林生态系统生物物理参数研究也取得了较大的发展，加深了对于地球表层物质和能量循环的理解，并且推动全球碳循环、水循环等模型的应用。在生态遥感方面，摄影生态测量学、生态雷达遥感和生态高光谱遥感等几个方面具有较大的发展空间。
2.3循环经济遥感
循环经济遥感是指应用遥感技术监控循环经济中资源、生产、环境与消费全过程。循环经济本质上是一种生态经济，是运用生态学规律来指导人类社会的经济活动。循环经济在资源的利用方面，充分考虑到自然生态的环境承载力，节约资源、提高资源的利用率、循环使用资
源以及尽可能用可再生资源代替不可再生资源。在资源的使用过程中，不再认为传统经济上的废料、垃圾等是不可再用的废弃物，而是将这些物质作为次生资源，利用科学的方法，使其资源化成为再生资源。
2.4抗震救灾
遥感技术应用到地震灾害信息的获取最早开始于国外。早在1906年G.R.劳伦斯利用风筝成功拍摄美国旧金山8.3级地震的震后灾情，标志着人类利用遥感技术记录地震灾害信息的开始。20世纪60年代在日本、美国、加拿大、印度、新西兰、泰国等国航空遥感被广泛的应用于地震灾害调查中。航天遥感以前因为分辨率等各种原因很少直接用于地震灾害调查中。但是随着遥感技术的发展，20世纪90年代以来，特别是IRS、IK0NOS、Quickbird和OrbView等高分辨率商业卫星的发射，利用航天遥感影像提取震害信息变的更为符合现实要求，卫星遥感技术才被逐步应用于地震灾害的分析。1966年开始，中国科学院和地震部门应用航空遥感技术对邢台、海城、唐山等地震进行灾情调查，直到90年代地震灾害调查一直以航空遥感为主；1998年开始，我国有关学者才开始使用卫星遥感技术进行震害调查和评估，21世纪后，我国利用卫星遥感进行地震灾害监测才进入实用阶段。“5.12”汶川地震后，利用卫星遥感技
术进行震害监测得到大规模应用；“4.14”玉树地震后，利用遥感技术进行震害监测的进行了更加有序和成熟的阶段。
“5.12”地震发生后，国内外拥有遥感数据获取手段的机构和单位纷纷调动资源，或奔赴灾区利用飞机进行现场对地观测，或调整卫星姿态对地观测，积极获取灾后遥感影像数据；各行业有遥感分析能力的单位也积极行动，主动寻遥感数据资源，进行灾区房屋倒塌、交通设施损毁、次生地质灾害发育、植被破坏、农田损毁、堰塞湖形成及变化等的分析和监测，为各级各部门抗震救灾应急指挥和科学决策提供有力的技术支持，发挥了极其重要的作用。主要体现在以下两个方面：
（1）应急阶段
利用震后高分辨率遥感影像，通过分析，监测灾区交通基础设施受损情况：公路被阻断、掩埋、淹没、冲毁、塌陷，桥梁垮塌、落梁等情况，确定灾害体的范围、位置，量算被毁路段的长度等。通过对每条道路的损毁情况的总体分析，可以初步判断损毁程度最小、最易抢通的线路，为应急抢通决策指挥提供辅助信息支持。
（2）灾后重建阶段
利用震后高分辨率遥感影像，通过分析，可以调查重建工程沿线的地形、地貌、地质及次生灾害发育情况，制作设计用的地质图、土地利用图、数字高程模型图（DEM）、坡度图、坡向图等，为公路设计提供基础资料;还可以通过将DEM与遥感影像、公路设计矢量图进行叠加，虚拟出公路施工后的效果图，计算公路施工的挖填方量等信息，大大减少人工地面调查的工作量，减少人员因外业作业而遭遇的危险性。利用多期高分辨率雷达遥感影像，利用干涉测量的原理，进行计算和分析，可以动态监测工程沿线地表微小形变的演变趋势，有助于地质灾害的风险预测。
3遥感与地理信息系统结合应用
地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。地理信息系统处理、管理的对象是多种地理空间实体数据及其关系，包括空间定位数据、图形数据、遥感图像数据、属性数据等，用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程，解决复杂的规划、决策和管理问题。
地理信息系统是新一代的地图语言，也是地理信息数据的智慧“大脑”。数据是其运转的基础
和“养分”，遥感为地理信息的获取和更新提供了快速、精确的有效手段。同时遥感数据本身也是地理信息系统管理的对象，遥感影像库是地理信息系统的重要专题，很多空间分析就是基于影像完成，用户决策也是基于影像完成。影像数据与矢量的地理信息叠加，所有点、线、面都变得立体起来。普通大众判读影像更容易，获取矢量的地理信息更直观、真实和清晰。

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