遙感模型又稱遙感信息模型，是集地形模型、物理模型和數學模型之大成，套用遙感信息和地理影像化的方法建立起來的一種模型，它由集合相似律、物理相似律、數學方程組成，是形象模型與抽象模型的結合。
用遙感技術研究地球的實質是以各種數字或模擬影像來模擬地表景觀，用物體的光譜特徵來刻劃地面物體的物理、化學、形態等方面的屬性。因此遙感信息是地面物體的一種映射，兩者間存在數學和地學意義上的對應關係，我們可以藉助於多波段的遙感信息來客觀描述地面物體或特徵，並將這種模型稱為地面特徵遙感信息模型。
基本介紹
- 中文名：遙感模型
- 外文名：Remote sensing model
- 類別：模型
- 套用領域：地理
- 運用：大氣校正、散射方程等
- 又稱：遙感信息模型
遙感信息特徵,分類,建模方法,套用,不確定性遙感模型,對地學發展的貢獻,未來發展,
遙感信息特徵
遙感技術所獲得的信息，除極少數表觀形態的描述，可以直接套用外，絕大多數需要經過某種模型完成信息轉換後才能被套用。根據地面特徵在遙感影像上的表現能力，其相應的提取技術可分為直接信息提取和隱藏信息提取。直接信息提取是指根據影像的波譜特徵以及色調、顏色、紋理、空間布局等提取信息的方法。而隱藏信息則需根據其本身的內在規律和周圍要素的關係，才能確定，如土壤肥力的差異性只能根據其地表植被長勢好壞、周圍環境或參考其他輔助信息予以確定。所以建立地面特徵的遙感信息模型時應充分注意這種差異性，以確定模型的複雜性及構成。
另一方面根據信息處理的複雜程度，可將遙感信息分為一次性信息、再加工信息。例如土壤含水量、海洋溫度、土地利用信息等，屬於一次信息資源；而洪澇災情、作物產量等是二次信息資源，需要複雜的信息加工過程。
分類
一般分為三類：
物理模型是以事物發展的機理為根基，研究遙感信息同傳輸介質、目標相互作用的定量過程和結果，它是基於物理定律的確定性模型。經驗模型是根據大量重複的遙感信息和其相應的地面實況的統計結果所得的模型。統計模型是介於物理模型和經驗模型之間的一種類型，它的根基還來自於物理機制，但由於自然界的影響因素太多，從一定時空尺度衡量，變化是隨機的，因此兩者相結合。目前三種模型各有其發展的背景和套用範圍，是並行發展的。
建模方法
傳統的非監督分類和監督分類是基於統計特徵的對整幅圖像反演的信息模型，但其僅僅利用了最直接的光譜信息，而後來在傳統方法基礎上加入的空間特徵和知識數據，實質上是進行初分類的後處理，並未對相應的遙感信息模型進行擴充。在此我們提出一種逆向思維方式來進行地物信息提取，拋開傳統分類方法，即從特定的圖像空間進行特定地物識別的正向思維方式，首先根據分析已有地物的遙感特徵建立地物的遙感信息模型，結合到圖像上進行地物光譜分析，形態結構分析，調整和修改模型參數。這種採用面向對象的設計思路，使整個模型具有可繼承性，可進行多種地物多種感測器的推廣套用。
從影像理解的角度建立遙感信息模型關鍵是多種知識模型的建立，可以分別選用產生式、框架、語義網路、邏輯、判定表、過程和神經元網路等知識表示模型，為不同套用領域和不同方向構造各自的知識庫，建立知識表達模型(Gahegan等，1996)。建立地面特徵遙感信息模型的關鍵在於首先對各種地面特徵，特別是環境獨立因子的波譜特性及其在不同感測器上的表現有深刻的認識，通過大量具有代表性的樣本的分析，總結出內在規律，充分反映地面特徵的屬性、空間分布及時相變化特徵。
由於地球表層景觀的高度複雜性，地學現象空間分布的差異性與時域的變異性，針對一定地面特徵在一定時空條件下所建立的遙感信息模型需要進行大量驗證試驗，並進一步從遙感信息機理，模型因子與構造等方面給予修改和完善，從而生成可實用模型。
套用
已經研究的遙感信息模型，主要是水、土、泥沙領域內的一些模型。實際上涉及到大氣圈(降水、蒸散)、水圈(水溫、熱擴散)、土圈(土壤侵蝕、土壤含水量)、生物圈(作物受旱)、岩石圈(地質構造應力場)各個圈層。或者說，遙感信息模型是突破了圈層結構、涉及各個圈的可視化的、定量的地理模型。因此，它具有地學領域內的共性。根據估計，在地學領域內將可產生數百個遙感信息模型。例如
1．農作物類
各類農作物估產的遙感信息模型，農作物受水旱災害影響的遙感信息模型，農作物受病蟲害的遙感信息模型；農作物生產潛力的遙感信息模型；農業管理的遙感信息模型；農業規劃設計的遙感信息模型；農業政策與實施的遙感信息模型；等等。
2．林草類
各林種生長率的遙感信息模型，森林蓄積量的遙感信息模型；森林長勢與變遷的遙感信息模型；森林火災的遙感信息模型；森林病蟲害的遙感信息模型；森林管理的遙感信息模型；森林規劃設計的遙感信息模型；森林監測的遙感信息模型}草原監測的遙感信息模型；產草量的遙感信息模型l載畜量的遙感信息模型；等等。
3．水利類
洪水監測遙感信息模型，洪水淹沒損失遙感信息模型；洪水預報遙感信息模型；行洪過程的遙感信息模型；防洪決策遙感信息模型；旱情強度監測遙感信息模型；灌溉管理遙感信息模型；水庫淹沒損失遙感信息模型；等等。
4．地質礦產類
岩性識別遙感信息模型，構造識別遙感信息模型；各類礦產成礦遙感信息模型；各類礦產控礦遙感信息模型；地下三維岩體模擬影像模型；礦產品位與儲量計算的模擬影像模型；地震監測遙感信息模型；地球內部結構影像模擬模型；等等。
5．土地類
土地利用類型識別遙感信息模型，土地資源評價遙感信息模型；土地類型規劃遙感信息模型；地籍管理遙感信息模型；等等。
6．城市類
為了縮小城鄉差別，我國農村改造將出現1萬個鎮級小城市，4萬個鄉級小城市，再加上近千個中級城市和上百個大城市。城市體系的規劃、設計、實施和管理都將用到遙感信息模型。每一個城市內的布局規劃、設計、建設也將會用到影像模擬的技術。
7．環保類
地球經歷了天文期、地文期、生文期、人文期，現在已經又回歸宇宙自然，稱為地球村了。人類的工業化給地球帶來了各種污染，大到臭氧空洞，小到一個工廠的煙塵、污水排放。在這個領域中有許多遙感信息模型等待去開發。例如：酸雨的遙感信息模型，湖泊與沿海水域中的各種污染物的遙感信息模型；等等。
8．災害類
除了洪水、旱災、火災、地震、病蟲害外，還有：風暴潮遙感信息模型，滑坡、土石流遙感信息模型；土層侵蝕遙感信息模型；土地沙漠化遙感信息模型；土地鹽鹼化遙感信息模型；土地沼澤化遙感信息模型；等等。
9．通信、交通類
通信與交通都是線性網路，因此，這是一種特殊的遙感信息模型。但是在鐵道的選線、橋樑的選址上都是可能建立遙感信息模型的。
10．軍事類
軍事上主要是識別各種軍事目標。目標的分類是分層次和等級的。根據軍事上的特殊需要，完全可以做出各種軍事遙感信息模型。這裡不再展開。
11．經濟類
經濟方面的數據，大都是按行政區域劃分的統計數據。這些數據可以影像化、可視化，在我們的系統中一樣可以進行影像信息模型計算。例如：國民經濟總產值影像信息模型；人均產值影像信息模型；人均收入影像信息模型；人均消費影像信息模型；等等。從這些可視化的影像圖，可以直接看到全國的分布情況。這比一般的統計報表形象化、直觀化，有利於決策。
12．政策類
高層決策時，根據政治、經濟、軍事方面的可視化信息，建立人工智慧模型，預計也是可以進行影像信息模型計算的。例如：不同經濟區開發政策的影像信息模型；不同地區的人口政策影像信息模型；不同地區的產業結構影像信息模型；產業結構變動的影像信息模型；等等。
地球表面的現象是非常交錯複雜的，上面只是就國民經濟中的一些主要方面作了一些分析。人類社會與地球環境間的人地系統，隨著社會發展不斷地變化，遙感信息模型與其派生出來的影像信息模型也是發展變化的，研究的前景令人十分樂觀。
不確定性遙感模型
在此之前，討論的完全是定量化的遙感信息模型和影像信息模型。但是在實際問題中還有許多不確定性的定性問題存在。這就要用地理專家系統來解決。地理專家系統中，以遙感信息和地理信息系統中的圖像、圖形數據及屬性數據作為綜合資料庫，另外還要建立知識庫和邏輯庫。在地理專家系統的支持下，才能解決不確定性的遙感信息模型。在此只是提出研究方向，而不作深入討論。
1．知識形式化與知識庫
所謂知識是指定性描述的一些規律、目前還不能定量表達的一類問題，而且常常是不確定的，即在一定的條件下可能是這樣的，在另外的一定條件下可能是那樣的。這種不確定性有時還不知道條件，不確定的可能性又是多值的。例如：人類社會的發展與資源環境的開發之間的關係問題，總趨勢是可以預見的，但是其中每一個月的預測就十分困難。又例如：市場經濟的調控，影響因素也是很多的，預測十分困難。無論是自然界還是社會現象，目前有一種新的混沌學的觀點，其中有一種叫做蝴蝶效應的現象，某地的一個小小的變化，不斷地擴散，不斷地放大，傳到很遠的地方去會形成爆炸性的效應。由此可見，人類研究世界的水平還是很有限的．人類的知識表達也還是很有限的。但是，我們必須要把不確定性的知識數據化，並建立知識庫。由於知識是有層次的，因此知識庫內的數據層次是至關重要的。
要在計算機中存儲知識，必須要將知識形式化。換句話說，必須將知識轉變為數據。在《遙感與地理信息科學》一書中闡述這樣一種思想，即地理知識形式化是通過地理信息編碼模型來實現的。地理知識形式化後，自然，地理知識庫的建立就迎刃而解了。
2．地理邏輯與邏輯庫
地理邏輯繼承了數理邏輯，也還有非數理邏輯的演繹、歸納與類比。總之，這部分的邏輯問題是要專門討論的，在此不再深究。解決了邏輯問題，當然邏輯庫的問題也就迎刃而解了。在《地理信息科學》一書中闡述地理邏輯問題。
在地理知識庫與地理邏輯庫的支持下，遙感與地理信息系統才能做地理專家系統的工作。
這裡要強調出，在地理信息系統中，利用條件概念模型，以專家打分的方法得到的一些結論，只能稱做地理專家打分概念模型，而不是地理專家系統。目前，一些論文，在地理信息系統中，既沒有知識庫，又沒有邏輯庫，只有一個專家打分的概念模型，就自稱為專家系統。這與計算機領域中共識的專家系統概念相距甚遠。
3．管理與決策模型庫
在地理專家系統的基礎上，可建立各種確定性與不確定性的管理與決策影像信息模型。管理的本質是根據規律(模型)去協調各有關部門的工作，從而達到目的；決策的本質是根據規律(模型)提出傾向性的管理方略，以便徑直達到目的。由此可見，我們的研究目標自下而上，最終是要為決策服務的。
黃淮海地區的灌溉系統與水源不足以滿足作物的需水量要求，則需要做出決策：從長江三峽水庫引水到丹江口水庫，再沿著太行山向北，進行南水北調的工程設計。這就是決策影像信息模型。
由此可見，管理影像信息模型和決策影像信息模型都是要建立在遙感信息模型基礎上的。沒有遙感、影像信息模型的基礎，所做的管理數學模型和決策數學模型都不能達到可視化的程度。
對地學發展的貢獻
遙感信息模型對地學的發展是具有突破性意義的。首先是突破圈層結構，深入到獨立因子層上去研究地學問題，使許多定性問題定量化。這是還原論的觀點，也就是使研究問題深入到較為微觀的層次上去。其次是從系統論的高度，對獨立因子進行因子團的分析，擴展到巨觀的層次上來。系統論與還原論的結合、巨觀與微觀的結合、定性與定量的結合、抽象數理邏輯的推理與形象可視化的表達結合，促使地學科學向更深入、更實用的方面發展。具體的分析可從以下幾方面考慮。
1．提出了一類新模型
即指繼地形模型、物理模型、數學模型之後，建立的一類新模型。它繼承了上述各類模型實質性的內容，又發展了上述模型。用這類模型有可能簡明地解決一批地學中的定量問題。
2．全面地描述了地理現象
這類模型解決了地學現象中的必然性與偶然性結合的問題。因為，在地學現象中都包含著必然的規律性和偶然的隨機性，因此，一定要成因分析與統計分析相結合。在遙感信息模型中區別了物理因子團和地理地帶性分形參數。這樣就比較全面地反映了地理現象的規律。
3．可操作，便於套用
在地理信息系統處理遙感圖像的支持下，遙感信息模型是可用計算機軟體操作的。這就是說，所建立的遙感信息模型都是可以計算的，都是可以得到預期成果的。物理因子團的多少取決於可測量因子的多少，地理參數則包含了未測定量因子的總和。遙感信息模型的精度取決於測量數據的多少：測量到的數據密集，精度會提高。但也不是數據越多越好，達到了一定的精度，就沒有必要測量太多的數據。
4．為地理信息科學奠定了基礎
遙感信息模型是地理信息科學中的重要組成部分。地理信息科學除了遙感信息模型外，還包括地理數據、地理知識、地理邏輯、地理現象的可視化問題等等。但無疑模型是核心問題。遙感信息模型正是地理信息科學中的核心之一。
5．為理論地理學奠定了基礎
當前對理論地理學的認識，還有許多不同的觀點。地理學界從不同的角度出發，都意識到理論地理學的重要。我們從還原論和系統論出發，對微觀與巨觀的結合、理論的可操作性等方面比較重視，尤其是遙感信息模型是非常具體的、可視的。這為理論地理學提供了一方面的理論支柱。
未來發展
1．空間技術發展對遙感信息模型的影響
在空間技術的發展中，我們關心的是衛星技術和套用。衛星技術的發展方向，一方面趨向衛星體積越來越大，衛星中搭載的設備越來越多，人也要搭載進去；另一方面趨向衛星重量越來越小，成批的小衛星相繼出現。
衛星的套用主要是遙感(RS)、遙測(DCS)、全球定位系統(GPS)和衛星通訊系統(CS)。大家已經知道，1994年美國提出了國家信息基礎設施(NII)的建設問題，在電纜、光纜的信道基礎上，開發衛星的無線通訊。我國相應地正在考慮“金橋工程”，即信息高速公路。
由此可見，來自空間的信息量越來越多，世界各地的信息交換的速度越來越快。這對遙感、影像信息模型的要求也越來越迫切，它無疑會給遙感信息模型的理論、方法和套用帶來巨大的推進。
2．計算機技術發展對遙感信息模型的影響
計算機技術從差分計算、資料庫(DB)、輔助製圖(CAM)、地理信息系統(GIS)、多維地理信息系統(3～4D GlS)、面向對象的地理信息系統(00GIS)，逐步擴展到多媒體地理信息系統(MMGIS)、模組式地理信息系統(MGIS)，等等。發展的前景是非常令人振奮的。
日本的第六代計算機，美國的“虛擬現實”(VR)等，都是當今計算機發展中最前沿的研究。以VR(virtual Reality)為例，利用計算機自動模擬(simulation for Autonomy)、互動操作(Handling for Interaction)、表演顯現(Renfering for Presence)，即AIP技術實現VR功能，使人身臨其境(時、空環境)地進行創作。這在RS、GIS、GEs、MIS、PMS等系統中都將具有突破性的發展。
