分析为基础,取得的成果。我国在遥感的区域分析应用中,已形成一定特色, 进入世界先进水平行列 近年来随着城市化及城市建设的热潮,城市遥感方兴未艾。城市遥感可 提供诸如城市土地利用现状,城市用地分析,城市环境监测及评价,城镇布 局结构分析,城市道路交通分析,城市人口分析及城镇的生态分析等城市发 展的基础信息,为城市建设规划及决策服务。例如,由北京市政府和地质矿 产部、城乡建设部联合组织实施的“北京航空遥感(8301工程),于1983 年开始遥感飞行,到1986年底,在城市环境地质、城市建设、农业水利建设、 生态环境、影像地图以及文物、古建筑等诸多方面,共获得41项研究成果, 有23项填补了北京市基础资料的空白,取得了良好的经济效益和社会效益。 继北京市之后,城市遥感在全国各大、中城市较为普遍地开展起来,并 在应用的深度和广度上有不同程度的提高。特别是随着城市遥感应用的深 化,城市地理信息系统的建立及在城市总体规划、城市建设的辅助决策中的 应用,将城市遥感应用提高到一个更高层次的阶段。 四、遥感在全球性宏观研究中的应用 遥感的全球性研究虽然目前尚未系统地进行,形成规模。但是,随着社 会经济的发展,特别是诸如世界人口增加,资源危机,环境恶化等一系列涉 及全球性的问题,越来越引起人们的关注。全球性研究( Global study)已 提到日程上,得到世界各国普遍的重视,全球性研究必将有一个较大的发展。 全球研究的目的主要是宏观地、整体性地对人类赖以生存的岩石圈、大 气圈、水圈、生物圈的研究,以此带动区域性研究的深化,促进全球环境的 改善。因此,这无疑为遥感发挥自身的特点和优势,开拓的又一应用领域。 遥感可为全球研究提供各种便利条件,促进全球性研究的进一步开展和深 化。例如,可利用遥感全球定位系统(GPS)监测和研究板块的运移,深大断 裂活动,研究环形构造的成因及其机制;利用气象卫星资料及其它遥感信息 进行全球性气象研究及世界灾情的预报;海洋动力学研究,地球表面固态水 的分布,世界冰川的进退,以及世界大环境的监测和治理等。遥感必将在全 球性研究中发挥出更大的作用,做出更大的贡献。 当前,全球性研究已陆续开展,1992年已确定为国际空间年(SY) 种全新的数字式全球变化百科全书将问世,它将说明遥感可以对监测全球 变化做出的贡献。我国已决定积极地参与“地圈与生物圈”(|GBP)、“国 际空间年”(IsY)、“国际减灾十年”等科技项目合作。承接全球变化地图 集与全球变化电子百科全书等部分项目的工作。中国将对全球性研究作出贡 献 五、遥感在其它方面的应用 (一)在测绘制图方面的应用 航空摄影测量一直是测绘制图的一种主要资料来源和重要的技术方法 形成了完整而系统的学科体系。当代遥感的发展使测绘制图的资料来源更为 多样化,资料的准确可靠性及其快速及时性和适时动态性等方面都有较大的 改观;成图周期大为缩短;影像地图、数字地图等新图种和制图新工艺大量 涌现,使测绘制图产生了新的变化和进展。例如,我国依据近年来所发射的 卫星获得的图像,完成了黄河三角洲1:5万,1:10万地图的编制,绘制完
分析为基础，取得的成果。我国在遥感的区域分析应用中，已形成一定特色， 进入世界先进水平行列。 近年来随着城市化及城市建设的热潮，城市遥感方兴未艾。城市遥感可 提供诸如城市土地利用现状，城市用地分析，城市环境监测及评价，城镇布 局结构分析，城市道路交通分析，城市人口分析及城镇的生态分析等城市发 展的基础信息，为城市建设规划及决策服务。例如，由北京市政府和地质矿 产部、城乡建设部联合组织实施的“北京航空遥感（8301 工程），于 1983 年开始遥感飞行，到 1986 年底，在城市环境地质、城市建设、农业水利建设、 生态环境、影像地图以及文物、古建筑等诸多方面，共获得 41 项研究成果， 有 23 项填补了北京市基础资料的空白，取得了良好的经济效益和社会效益。 继北京市之后，城市遥感在全国各大、中城市较为普遍地开展起来，并 在应用的深度和广度上有不同程度的提高。特别是随着城市遥感应用的深 化，城市地理信息系统的建立及在城市总体规划、城市建设的辅助决策中的 应用，将城市遥感应用提高到一个更高层次的阶段。 四、遥感在全球性宏观研究中的应用 遥感的全球性研究虽然目前尚未系统地进行，形成规模。但是，随着社 会经济的发展，特别是诸如世界人口增加，资源危机，环境恶化等一系列涉 及全球性的问题，越来越引起人们的关注。全球性研究（Global Study）已 提到日程上，得到世界各国普遍的重视，全球性研究必将有一个较大的发展。 全球研究的目的主要是宏观地、整体性地对人类赖以生存的岩石圈、大 气圈、水圈、生物圈的研究，以此带动区域性研究的深化，促进全球环境的 改善。因此，这无疑为遥感发挥自身的特 点和优势，开拓的又一应用领域。 遥感可为全球研究提供各种便利条件，促进全球性研究的进一步开展和深 化。例如，可利用遥感全球定位系统（GPS）监测和研究板块的运移，深大断 裂活动，研究环形构造的成因及其机制；利用气象卫星资料及其它遥感信息， 进行全球性气象研究及世界灾情的预报；海洋动力学研究，地球表面固态水 的分布，世界冰川的进退，以及世界大环境的监测和治理等。遥感必将在全 球性研究中发挥出更大的作用，做出更大的贡献。 当前，全球性研究已陆续开展，1992 年已确定为国际空间年（ISY）； 一种全新的数字式全球变化百科全书将问世，它将说明遥感可以对监测全球 变化做出的贡献。我国已决定积极地参与“地圈与生物圈”（IGBP）、“国 际空间年”（ISY）、“国际减灾十年”等科技项目合作。承接全球变化地图 集与全球变化电子百科全书等部分项目的工作。中国将对全球性研究作出贡 献。 五、遥感在其它方面的应用 （一）在测绘制图方面的应用 航空摄影测量一直是测绘制图的一种主要资料来源和重要的技术方法， 形成了完整而系统的学科体系。当代遥感的发展使测绘制图的资料来源更为 多样化，资料的准确可靠性及其快速及时性和适时动态性等方面都有较大的 改观；成图周期大为缩短；影像地图、数字地图等新图种和制图新工艺大量 涌现，使测绘制图产生了新的变化和进展。例如，我国依据近年来所发射的 卫星获得的图像，完成了黄河三角洲 1∶5 万，1∶10 万地图的编制，绘制完
成了我国第一幅南沙群岛影像地图。遥感还能在各种气候气象条件复杂,常 规方法难于进行工作的地区获得资料,填补地面工作的空白。例如,巴西亚 马孙河流域有近500万平方公里的热带雨林区,那里人烟稀少,云雾终日不 散,常规测量工作难于进行。利用遥感侧视雷达技术,在不到一年的时间里 就完成了该地区1:40万雷达扫描成像工作,取得了有价值的资料,为该地 区测量制图提供了基础。利用遥感图像进行各种专题图的编制,以及编制中 小比例尺大区域的省(区)、全国乃至大洲影像地图已较普遍,西欧各国已 应用SP0T卫星资料修编和更新1:5万地形图等。随着遥感信息在空间分辨 率、光谱分辨率以及时相分辨率方面的提高,遥感将为测绘制图技术的发展 应用,开拓出更加美好的前景。 (二)在历史遗迹、考古调查方面的应用 近年来在进行野外考古调查中,配合应用遥感图像分析,发现了许多重 大的历史遗迹,取得显著的成果。例如,英国遥感专家通过计算机增强的卫 星图像,在英国伦敦以北约30公里的地下发现了罗马时代的古城堡遗迹。我 国也曾利用遥感提供的信息,进行北京圆明园遗迹考察,长城遗迹的考察, 以及内蒙古金代古城的发现等方面取得很好的效果。遥感为野外考古调查带 来了变革,成为考古工作者有力的工具和手段,促进和加快了野外考古工作 (三)军事上的应用 遥感在军事上的应用是不言而喻的。事实上,军事应用是遥感最早最成 功的应用,今天遥感的发展是得利于遥感军事上成功的应用而迅速发展起来 的。目前,发射的绕地球运行的卫星,绝大部分是与军事有关的。当今战争 的胜负,不仅决定于军事实力(人力、武器)的对比上,准确可靠的信息获 取,传输和决策对战争的胜负起着关键性的作用。英国、阿根廷的马岛战争、 中东战争,以及海湾战争都充分证实了遥感在军事战争中所起到的至关重要 的作用。 复习思考题 1.何谓遥感?遥感技术系统主要包括哪几部分? 遥感的主要特点表现在哪几方面?并举例说明。 3遥感有哪几种主要分类?其分类标志各是什么? 4遥感的发展主要经历了哪几个阶段? 5当前遥感发展的现状和特点如何? 6.试述遥感在地理学中的作用和意义? 7.试述遥感在地学中的主要应用,并举实例说明 8.例举遥感在其它领域中的应用
成了我国第一幅南沙群岛影像地图。遥感还能在各种气候气象条件复杂，常 规方法难于进行工作的地区获得资料，填补地面工作的空白。例如，巴西亚 马孙河流域有近 500 万平方公里的热带雨林区，那里人烟稀少，云雾终日不 散，常规测量工作难于进行。利用遥感侧视雷达技术，在不到一年的时间里 就完成了该地区 1∶40 万雷达扫描成像工作，取得了有价值的资料，为该地 区测量制图提供了基础。利用遥感图像进行各种专题图的编制，以及编制中 小比例尺大区域的省（区）、全国乃至大洲影像地图已较普遍，西欧各国已 应用 SPOT 卫星资料修编和更新 1∶5 万地形图等。随着遥感信息在空间分辨 率、光谱分辨率以及时相分辨率方面的提高，遥感将为测绘制图技术的发展 应用，开拓出更加美好的前景。 （二）在历史遗迹、考古调查方面的应用 近年来在进行野外考古调查中，配合应用遥感图像分析，发现了许多重 大的历史遗迹，取得显著的成果。例如，英国遥感专家通过计算机增强的卫 星图像，在英国伦敦以北约 30 公里的地下发现了罗马时代的古城堡遗迹。我 国也曾利用遥感提供的信息，进行北京圆明园遗迹考察，长城遗迹的考察， 以及内蒙古金代古城的发现等方面取得很好的效果。遥感为野外考古调查带 来了变革，成为考古工作者有力的工具和手段，促进和加快了野外考古工作。 （三）军事上的应用 遥感在军事上的应用是不言而喻的。事实上，军事应用是遥感最早最成 功的应用，今天遥感的发展是得利于遥感军事上成功的应用而迅速发展起来 的。目前，发射的绕地球运行的卫星，绝大部分是与军事有关的。当今战争 的胜负，不仅决定于军事实力（人力、武器）的对比上，准确可靠的信息获 取，传输和决策对战争的胜负起着关键性的作用。英国、阿根廷的马岛战争、 中东战争，以及海湾战争都充分证实了遥感在军事战争中所起到的至关重要 的作用。 复习思考题 1.何谓遥感？遥感技术系统主要包括哪几部分？ 2.遥感的主要特点表现在哪几方面？并举例说明。 3.遥感有哪几种主要分类？其分类标志各是什么？ 4.遥感的发展主要经历了哪几个阶段？ 5.当前遥感发展的现状和特点如何？ 6.试述遥感在地理学中的作用和意义？ 7.试述遥感在地学中的主要应用，并举实例说明。 8.例举遥感在其它领域中的应用
第二章遥感的物理基础 遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。不同物体具有各自的 电磁辐射特性,才有可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。遥感的物 理基础涉及面广,但是对地学工作者来说,主要是应用遥感技术所获取的图 像或磁带(经过处理)进行判读和识别。因此,本章只介绍有关遥感资料应 用中所涉及到的主要物理基础知识,如电磁波与电磁波谱,太阳辐射与大气 影响及地物的光谱特性等
第二章 遥感的物理基础 遥感技术是建立在物体电磁波辐射理论基础上的。不同物体具有各自的 电磁辐射特性，才有可能应用遥感技术探测和研究远距离的物体。遥感的物 理基础涉及面广，但是对地学工作者来说，主要是应用遥感技术所获取的图 像或磁带（经过处理）进行判读和识别。因此，本章只介绍有关遥感资料应 用中所涉及到的主要物理基础知识，如电磁波与电磁波谱，太阳辐射与大气 影响及地物的光谱特性等
第一节电磁波与电磁波谱 电磁波及其特性 波是振动在空间的传播。如在空气中传播的声波,在水面传播的水波以 及在地壳中传播的地震波等,它们都是由振源发出的振动在弹性介质中的传 播,这些波统称为机械波。在机械波里,振动着的是弹性介质中质点的位移 矢量。光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源发岀的电磁振荡在空间 的传播,这些波叫做电磁波。在电磁波里,振荡的是空间电场矢量E和磁场 矢量B。电场矢量E和磁场矢量B互相垂直,并且都垂直于电磁波传播方向V 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的。根据麦克斯韦电磁场理 论,空间任何一处只要存在着场,也就存在着能量,变化着的电场能够在它 的周围空间激起磁场,而变化的磁场又会在它的周围感应出变化的电场。这 样,交变的电场和磁场是相互激发并向外传播,闭合的电力线和磁力线就象 链条一样,一个一个地套连着,在空间传播开来,形成了电磁波。实际上电 磁振荡是沿着各个不同方向传播的。这种电磁能量的传递过程(包括辐射、 吸收、反射和透射等)称为电磁辐射。电磁波是物质存在的一种形式,它是 以场的形式表现岀来的。因此,电磁波的传播,即使在真空中也能传播。这 点与机械波有着本质的区别,但两者在运动形式上都是波动。基本的波动 形式有两种:横波和纵波,横波是质点振动方向与传播方向相垂直的波,电 磁波就是横波。纵波是质点振动方向与传播方向相同的波。例如,声波就是 种纵波。 波动的基本特点是时、空周期性。时、空周期性可以由波动方程的波函 数来表示,如图2-1所示 单一波长电磁波的一般函数表达式为: ψ=Asin[(ωt-Kx)+φ] (2-1) 式中ψ——波函数(表示电场强度);A——振幅;(ωt-kx)十φ—位相; φ——初位相;ω=2n/—圆频率;k=2π/λ——圆波数;t、x—时、 空变量(t表示时间,x表示距离)。 波函数由振幅和位相组成。一般传感器仅记录电磁波的振幅信息,而舍 弃位相信息;在全息摄影中,除了记录电磁波的振幅信息,同时也记录位相 信息。 以上介绍了电磁辐射以波动的形式在空间传播。因此,电磁波具有波动 的特性(如干涉、衍射、偏振和色散等现象)。同时,电磁波还具有粒子(量 子)性。电磁辐射的粒子性,是指电磁波是由密集的光子微粒组成的,电磁 辐射实质上是光子微粒流的有规律运动,波是光子微粒流的宏观统计平均状 态,而粒子是波的微观量子化。电磁辐射在传播过程中,主要表现为波动性; 当电磁辐射与物质相互作用时,主要表现为粒子性,这即谓电磁波的波粒二 象性。遥感传感器所探测到的目标物在单位时间辐射(反射或发射)的能量, 由于电磁辐射的粒子性,所以某时刻到达传感器的电磁辐射能量才具有统计 性。电磁波的波长不同,其波动性和粒子性所表现的程度也不同,一般来说, 波长愈短,辐射的粒子特性愈明显,波长愈长,辐射波动特性愈明显。遥感 技术正是利用电磁波波粒二象性这两方面特性,达到探测目标物电磁辐射信 息的
第一节 电磁波与电磁波谱 一、电磁波及其特性 波是振动在空间的传播。如在空气中传播的声波，在水面传播的水波以 及在地壳中传播的地震波等，它们都是由振源发出的振动在弹性介质中的传 播，这些波统称为机械波。在机械波里，振动着的是弹性介质中质点的位移 矢量。光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源发出的电磁振荡在空间 的传播，这些波叫做电磁波。在电磁波里，振荡的是空间电场矢量 E 和磁场 矢量 B。电场矢量 E 和磁场矢量 B 互相垂直，并且都垂直于电磁波传播方向 V。 电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的。根据麦克斯韦电磁场理 论，空间任何一处只要存在着场，也就存在着能量，变化着的电场能够在它 的周围空间激起磁场，而变化的磁场又会在它的周围感应出变化的电场。这 样，交变的电场和磁场是相互激发并向外传播，闭合的电力线和磁力线就象 链条一样，一个一个地套连着，在空间传播开来，形成了电磁波。实际上电 磁振荡是沿着各个不同方向传播的。这种电磁能量的传递过程（包括辐射、 吸收、反射和透射等）称为电磁辐射。电磁波是物质存在的一种形式，它是 以场的形式表现出来的。因此，电磁波的传播，即使在真空中也能传播。这 一点与机械波有着本质的区别，但两者在运动形式上都是波动。基本的波动 形式有两种：横波和纵波，横波是质点振动方向与传播方向相垂直的波，电 磁波就是横波。纵波是质点振动方向与传播方向相同的波。例如，声波就是 一种纵波。 波动的基本特点是时、空周期性。时、空周期性可以由波动方程的波函 数来表示，如图 2-1 所示。 单一波长电磁波的一般函数表达式为： ψ=Asin[（ωt-кx）+φ] （2-1） 式中ψ——波函数（表示电场强度）；A——振幅；（ωt-kx）＋φ——位相； φ——初位相；ω=2π/T——圆频率；k=2π/λ——圆波数；t、x——时、 空变量（t 表示时间，x 表示距离）。 波函数由振幅和位相组成。一般传感器仅记录电磁波的振幅信息，而舍 弃位相信息；在全息摄影中，除了记录电磁波的振幅信息，同时也记录位相 信息。 以上介绍了电磁辐射以波动的形式在空间传播。因此，电磁波具有波动 的特性（如干涉、衍射、偏振和色散等现象）。同时，电磁波还具有粒子（量 子）性。电磁辐射的粒子性，是指电磁波是由密集的光子微粒组成的，电磁 辐射实质上是光子微粒流的有规律运动，波是光子微粒流的宏观统计平均状 态，而粒子是波的微观量子化。电磁辐射在传播过程中，主要表现为波动性； 当电磁辐射与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这即谓电磁波的波粒二 象性。遥感传感器所探测到的目标物在单位时间辐射（反射或发射）的能量， 由于电磁辐射的粒子性，所以某时刻到达传感器的电磁辐射能量才具有统计 性。电磁波的波长不同，其波动性和粒子性所表现的程度也不同，一般来说， 波长愈短，辐射的粒子特性愈明显，波长愈长，辐射波动特性愈明显。遥感 技术正是利用电磁波波粒二象性这两方面特性，达到探测目标物电磁辐射信 息的
子 图2-1波函数图解 电磁波谱 实验证明,无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、Y射线等都是 电磁波,只是波源不同,波长(或频率)也各不同。将各种电磁波在真空中 的波长(或频率)按其长短,依次排列制成的图表(图2-2)叫做电磁波谱 在电磁波谱中,波长最长的是无线电波,无线电波又依波长不同分为长 波、中波、短波、超短波和微波。其次是红外线、可见光、紫外线,再次是 Ⅹ射线。波长最短的是γ射线。整个电磁波谱形成了一个完整、连续的波谱 图。各种电磁波的波长(或频率)之所以不同,是由于产生电磁波的波源不 同。例如,无线电波是由电磁振荡发射的,微波是利用谐振腔及波导管激励 与传输,通过微波天线向空间发射的;红外辐射是由于分子的振动和转动能 级跃迁时产生的;可见光与近紫外辐射是由于原子、分子中的外层电子跃迁 时产生的;紫外线、Ⅹ射线和y射线是由于内层电子的跃迁和原子核内状态 的变化产生的;宇宙射线则是来自宇宙空间。 在电磁波谱中,各种类型的电磁波,由于波长(或频率)的不同,它们 的性质就有很大的差别(如在传播的方向性、穿透性、可见性和颜色等方面 的差别)。例如,可见光可被人眼直接感觉到,看到物体各种颜色;红外线 能克服夜障;微波可穿透云、雾、烟、雨等。但它们也具有共同性 1.各种类型电磁波在真空(或空气)中传播的速度相同,都等于光速: c=3×1010cm/s 2.遵守同一的反射、折射、干涉、衍射及偏振定律。 目前,遥感技术所使用的电磁波集中在紫外线、可见光、红外线到微波 的光谱段,各谱段划分界线在不同资料上采用光谱段的范围略有差异。本书 采用表2-1中所列出的波长范围 表2-1遥感技术使用电磁波分类名称和波长范围
二、电磁波谱 实验证明，无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、γ射线等都是 电磁波，只是波源不同，波长（或频率）也各不同。将各种电磁波在真空中 的波长（或频率）按其长短，依次排列制成的图表（图 2-2）叫做电磁波谱。 在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，无线电波又依波长不同分为长 波、中波、短波、超短波和微波。其次是红外线、可见光、紫外线，再次是 X 射线。波长最短的是γ射线。整个电磁波谱形成了一个完整、连续的波谱 图。各种电磁波的波长（或频率）之所以不同，是由于产生电磁波的波源不 同。例如，无线电波是由电磁振荡发射的，微波是利用谐振腔及波导管激励 与传输，通过微波天线向空间发射的；红外辐射是由于分子的振动和转动能 级跃迁时产生的；可见光与近紫外辐射是由于原子、分子中的外层电子跃迁 时产生的；紫外线、X 射线和γ射线是由于内层电子的跃迁和原子核内状态 的变化产生的；宇宙射线则是来自宇宙空间。 在电磁波谱中，各种类型的电磁波，由于波长（或频率）的不同，它们 的性质就有很大的差别（如在传播的方向性、穿透性、可见性和颜色等方面 的差别）。例如，可见光可被人眼直接感觉到，看到物体各种颜色；红外线 能克服夜障；微波可穿透云、雾、烟、雨等。但它们也具有共同性： 1.各种类型电磁波在真空（或空气）中传播的速度相同，都等于光速： c=3×1010cm/s 2.遵守同一的反射、折射、干涉、衍射及偏振定律。 目前，遥感技术所使用的电磁波集中在紫外线、可见光、红外线到微波 的光谱段，各谱段划分界线在不同资料上采用光谱段的范围略有差异。本书 采用表 2－1 中所列出的波长范围。 表 2－1 遥感技术使用电磁波分类名称和波长范围