遙感探測

遙感探測指通過搭載在人造衛星、飛機或其他飛行器平台上的感測器收集地物目標的電磁輻射信息，從觀測到的光譜中提取所需物理信息。

基本介紹

• 中文名：遙感探測
• 外文名：remote sensing
• 簡介：利用遙感技術進行信息探測收集
• 主要套用：大氣成分探測、植物病蟲害探測
• 遙感技術：綜合性感測技術
• 套用領域：大氣科學、物理學、測繪科學

介紹

遙感探測

遙感技術是從人造衛星、飛機或其他飛行器上收集地物目標的電磁輻射信息，判認地球環境和資源的技術。它是60年代在航空攝影和判讀的基礎上隨航天技術和電子計算機技術的發展而逐漸形成的綜合性感測技術。任何物體都有不同的電磁波反射或輻射特徵。遙感探測即利用遙感技術進行各項信息的探測收集。

遙感方程

在大部分遙感方法中，測值是被遙感量發出的信號沿空間的積分，遙感問題就是積分方程(或泛函方程)的反演問題。雖然各個具體遙感問題對應於具體的一個泛函方程，但它們有共同性，用統一的概念和方法進行研究，對發展遙感理論來說是有很大好處的。我們建議用“遙感方程”一詞統稱這些方程。這樣一來，大部分遙感理論問題就歸結為對各種典型的遙感方程進行深人的數學物理分析。而就實用上說，遙感問題中最重要的是通道選擇、反演求解以及誤差估計等。這些問題的解決也正好需要對遙感方程進行深入的定性和定量的分析研究。

研究遙感方程的適定性有根本性的意義。如果遙感方程的解具有存在和唯一性，且對側值誤差是穩定的，則利用相應的遙感方法可以較準確地求出被遙惑的最;反之，該遙惑方法將具有局限性，還需引人適當的補加條件才可能作真正有效的遙感

典型探測種類

1. 光學遙感探測
   光學遙感圖像雖然有時會被雲層遮蓋，但以中解析度成像光譜儀(MODIS)為代表的中解析度光學遙感器，其圖像覆蓋範圍大、時間解析度高、數據公開免費等優勢成為研究的重要數據來源。
2. 衛星大氣成分遙感觀測
   衛星大氣成分遙感觀測是指搭載在衛星平台上的感測器通過接收電磁波，從觀測到的光譜中提取大氣成分含量、高度等物理信息，衛星觀測數據具有全球覆蓋、精度高、時間序列長等特點。

植物病蟲害

基本原理

套用遙感技術監測植物病蟲害，主要通過以下3條途徑：

1. 套用遙感手段探測病蟲害對植物生長造成的影響，跟蹤其發生演變狀況，分析估算災情損失：
2. 套用遙感手段監側病蟲害草生地，即蟲源或寄主基地的分布及環境要素變化來推斷病蟲害爆發的可能性，：
3. 套用遙感技術直接研究害蟲及寄主的活動行為。

病蟲害對植物生長造成的影響主要有兩種表現形式，一為植物外部形態的變化，一為植物內部的生理變化。外部形態變化特徵有落葉、卷葉，葉片幼芽被吞噬，枝條枯萎，導致冠層形狀起變化。生理變化則可能表現於葉綠素組織遭受破壞，光合作用，養分水分吸收、運輸、轉化等機能衰退。但無論是形態的或生理的變化，都必然導致植物光譜反射與輻射特性的變化，從而使遙感圖象光譜值發生變異，在高分辯、大比例尺遙感圖象上有時還可以直接識辨出遭受病蟲害襲擊的異化影象，有時甚至可以看到害蟲副產品如螞蟻堆、昆蟲蜜露等物的存在。

綠色植物受害後光譜曲線變化示意圖

成功實例

六、七十年代，美國、加拿大的大面積山核桃樹遭受蛀根蟲和蚜蟲危害，前者蛀食樹根，使枝葉喪失水分、養分供應而逐條枯死後者蠶食山核桃樹葉，使樹葉開始變黃，逐漸變為深褐色，以至掉葉成光乾枝權。歐洲曾發生紅蜻危害桃園的災難。這種小蟲專門吸取桃樹葉片中的液汁，破壞葉綠素組織，使葉色逐漸失綠，嚴重時呈古銅色甚或銀白色。這些受害果園在航空拍攝的彩紅外片上都可以清楚看出它們與健康果園不同的影象紅色明顯減退，樹冠外貌參差不齊，有時還可看到枯乾枝條所反映的手指狀圖形。

有些果樹害蟲如危害柑桔的黑實蠅、粉紛蟲，會在果樹上分泌蜜露。這些蜜露成為煙祥真菌的寄生媒介，而煙霉則會使柑桔樹葉變黑髮亮，改變其光譜特性，從而在航空遙感圖象上清楚地反映出來。線蟲、根腐病等果樹病蟲害也會引起植物外形及其光譜特性的變化，均為套用航空遙感進行監側的成功實例。

環境要素分析

植物病蟲害的發生一般都與昆蟲有關。昆蟲或者就是直接的肇事者，或者是某種病毒、蟲卵的攜帶與傳布者。這些作為植物病蟲害源的昆蟲都有各自的生理生態習性也就是說，它們的產生、繁衍以至大爆發，都需具備一定的環境條件，其中最重要的是寄主植物的存在與分布，以及雨盆，濕度和氣溫等這些環境要素大多可運用遙感技術，包括氣象衛星數據來分析判斷。

例如70年代曾經肆虐非洲大陸，造成非洲農牧業慘重損失的沙漠草原飛蝗，革生於乾早地區中地勢比較低濕的草甸或草甸草原地段，那裡土壤水分狀況較好，而且表土比較疏鬆，易於產卵孵化，孵化出的幼蟲有鮮嫩的草甸植物或荒漠中的短命植物做食料。如果這年春夏之交，雨量比較充沛，氣溫回升較高，蝗蟲就會迅速大量繁殖，吃完了擎生地附近的植物之後，成群結隊往外遷移。所過之處遮天蔽日，一切可供食用的農作物、牧草，甚至樹葉都會一掃而光所以運用遙感技術識別蝗蟲草生地，監測蝗蟲幼蟲喜食的短命植物、草甸植物的長勢，並配合氣象條件的分析，就可及早測報蝗蟲蟲害爆發的可能性，指導蝗蟲防治工作有針對性地開展，減少和避免盲目性。在非洲和澳大利亞都積累了成功的經驗。

活動行為監測

植物害蟲的個體一般均較細小，套用一般被動式遙感器很難捕捉到它們的存在信息。可是運用人工主動向目標物發射微波束，然後根據目標反射回來的微波特徵而識別物體的主動遙感器—雷達，則可直接探測體型達到一定程度的害蟲，特別是監測密集群體的活動行為效果更好。微波在無線電波中波長最短，被地物反射的性能好，易於聚成較窄的波束，近似直線傳布，不受高空電離層的反射，特別是能穿透雲霧，可全天侯、全天時作業。對那些喜在夜間或早晚出來活動的害蟲，更是目前唯一的有效探測手段。

目前用於研究昆蟲行為的雷達波長為3.2厘米。對於體型較大的昆蟲個體進行探側的最大距離為1.5~2公里。密集群體的探測距離則可達數十公里。

雷達識別昆蟲目標，監測昆蟲活動行為通常分兩步進行首先應區分昆蟲回波還是鳥、編蝠或降雨的回波，然後對昆蟲回波進行深入分析，以確定昆蟲的種類。第一步通常比較容易，因為降水的漫射回波與昆蟲的離散回波差異很大昆蟲的飛行速度與翅膀振動頻率也明顯不同於鳥類、蝙蝠等飛行動物。第二步識別不同的昆蟲種類則相當困難、複雜，因為不同類昆蟲的翅膀振動頻率範圍往往有部分重疊，從而造成回波特徵的混淆。所以雷達識別昆蟲種類在很大程度上還需依賴其它輔助手段，如空中誘捕，起飛地的地面採樣等此外，近年發展的垂直觀測雷達可以利用旋轉轉化裝置探測昆蟲的不同體形，為昆蟲識別提供了另一個重要標誌這種設備對於探測沿飛機航向分布的昆蟲特別有利。

目前監測昆蟲活動行為的雷達有地面雷達與機載雷達之分。地面雷達探測距離有限，而機載雷達則可跟蹤昆蟲飛行。具有很大的套用潛力。

大氣成分

獲得長期穩定的大氣成分數據對監測大氣環境、預測全球變化至關重要。傳統的地面觀測雖然精度高，但單個站點的代表能力有限，並且在海洋、森林、極地上空站點稀疏，無法獲得全球覆蓋的觀測數據。而衛星觀測能夠在保證觀測精度的條件下，彌補傳統觀測的不足，獲得實時全球大氣成分數據。衛星大氣成分遙感觀測是指搭載在衛星平台上的感測器通過接收電磁波，從觀測到的光譜中提取大氣成分含量、高度等物理信息，衛星觀測數據具有全球覆蓋、精度高、時間序列長等特點。20世紀70年代至今，已有大量的大氣成分遙感衛星產品。

為了進行更高時間解析度的大氣成分遙感觀測，目前歐洲、美國、韓國都提出了利用靜止衛星進行痕量氣體觀測的計畫。