遥感技术的历程和未来发展趋势

遥感这一名词最早被提出是在20世纪60年代。最早使用“遥感”一词的是1960年美国海军研究局的艾弗林·普鲁伊特（Evelyn.L.Pruitt）。他为了全面概括探测目标的技术和方法，把以摄影方式和非摄影方式获得被探测目标的图像或数据的技术称作“遥感”。1961年，在美国国家科学院（National Academy of Sciences）和国家研究理事会（Nation Research Council）的资助下，“环境遥感国际讨论会”在密歇根大学的Willow.Run实验室召开，遥感一词被正式采用。

遥感根据传感器与地面距离的远近划分为航空遥感和航天遥感。

航空遥感技术主要发展于两次世界大战期间，当时主要应用在军事上。在战争期间，航空摄影成了军事侦察的重要手段，并形成了一定的规模。我们知道，1903年，莱特兄弟发明了人类历史上第一架飞机。1915年年底，世界上就有了第一台航空摄影专用相机，此后航空摄影技术被广泛应用于军事侦察领域。在此之前，人们还用气球、鸽子、风筝等作为摄影平台进行摄影。例如1858年，Gaspard Felix Tournachon用气球拍摄了巴黎的“鸟瞰”照片，可以说是最早的航空摄影。第一次世界大战结束后，航空摄影方法开始应用在地质、土木工程中的勘察和制图，农业中的牧场、土地调查等民用领域也得到应用。第二次世界大战中，随着伪装技术的不断改进，普通的航空照相技术已不能完全准确地获取敌方目标的信息，因此出现了彩色、红外和多光谱照相技术。

航天遥感，又称为卫星遥感，因为传感器搭载在卫星之上，离地面高度至少为400 km，其广泛的应用始于20世纪70年代，这些都得益于人造卫星的成功发射。1957年10月4日，第一颗人造地球卫星在苏联发射成功，这意味着航空遥感开始向航天遥感发展。1958年2月1日，美国发射了第一颗人造卫星——“探险者1号”。我国发射的第一颗人造卫星是“东方红1号”，时间是1970年4月24日。目前，人造卫星已经成为发射数量最多、用途最广、发展最快的航天器件。而在卫星上安装各种传感器，可以用于各种科学探测和研究、天气预报、土地资源调查、土地利用、区域规划、通信、跟踪、导航等各个领域。

下面讲一下美国陆地卫星发展规划。美国陆地卫星计划是目前运行时间最长的地球观测计划。该计划在1966年发起时被称为“地球资源卫星计划（Earth Resources Technology Satellites Program）”。此计划1969年在休斯圣塔芭芭拉研究中心（Hughes Santa Barbara Research Center）启动，该中心率先进行设计和制造3架多光谱扫描仪；同一年，人类登月。9个月后，也就是1970年秋天，陆地卫星需要搭载的多光谱扫描仪（MSS）的原型机完成，并在测试中成功对美国优胜美地国家公园的著名景点“半圆顶”进行了扫描。

1972年美国发射了第1颗地球资源技术卫星ERTS-1，1975年发射了第2颗地球资源技术卫星，由于在第2颗卫星发射前整个计划更名为陆地卫星（LandSat）计划，因此第1颗地球资源技术卫星ERTS-1被称为LandSat-1，第2颗卫星被称为LandSat-2。1979年，美国总统吉米·卡特签署54号总统令，将此计划从美国国家航空航天局转移到美国国家海洋和大气管理局，建议发展成长期的卫星计划，在陆地卫星3号之后追加发射4颗卫星，直到LandSat-7，并建议成立民营的陆地卫星公司。后来在1985年，地球观测卫星公司（EOSAT）成立，该公司为美国国家海洋和大气管理局挑选美国休斯飞机公司和RCA公司合作成立，双方签下10年合约。

该计划原本发射7颗卫星后不再发射新的卫星，想用高分辨率卫星取代这种低分辨率的卫星，但在实际应用中，这个计划并没有结束。LandSat-7是1999年4月15日发射的，至今仍能正常作业，但扫描路线校正器有缺陷（2003年5月发现），影响了影像图的使用。1994年，美国总统克林顿签署法案，宣布解除1m分辨率卫星影像商业销售的禁令。这样在21世纪初，大量的高分辨率卫星成功发射并应用于民用商业中。由于高分辨率卫星其地面分辨率（1m）远远优于Landsat卫星（15m）的分辨率，因此今天的城市遥感监测都基本上使用IKONOS、QuickBird、EarthEye这样的高分影像卫星。

高分影像卫星尽管优势明显，但是由于其数据量庞大，对于大范围陆地监测反而不利，因此2013年2月11日，美国又延续这个计划，发射了陆地卫星8号，这是目前此计划最新的卫星。它在美国范登堡空军基地搭载擎天神五号运载火箭401型发射成功。该卫星携带陆地成像仪（Operational and Imager，简称“OLI”）和热红外传感器（Thermal Infrared Sensor，简称“TIRS”），它们属于扫描式成像仪。TIRS是有史以来最先进，性能最好的热红外传感器。TIRS将收集地球热量流失，目标是了解所观测地带水分消耗，特别是干旱地区水分消耗。它们将持续提供宝贵的地球数据和图像，用于农业、教育、商业、科学和政府领域。(www.xing528.com)

2015年4月，NASA和USGS又正式宣布将继续研发新一代LandSat-9号卫星，预期将于LandSat卫星计划50周年的2023年发射并接替LandSat-8号的任务。

在美国推行陆地卫星计划的同时，其他国家也开展了自己的对地观测系统研究。例如20世纪80年代，法国相继发射了SPOT系列卫星，欧空局相继发射了ERS系列卫星，日本发射了JERS系列卫星，印度相继发射了IRS系列卫星，俄罗斯发射了ALMA22卫星（1996年）和RESOURSO2卫星（1995年），这些卫星多数已进入商业运行阶段，众多商业遥感卫星的应用使航天遥感技术进入了全面发展和应用的新阶段。

除我们常说的可见光遥感技术外，热红外遥感和微波遥感技术是近十几年来发展起来的具有美好应用前景的两类遥感技术。利用热红外成像技术可以探测到地球表面的温度变化情况，而地球表面的温度又和地表层中的热辐射有关。由于热红外成像技术主要是利用地面目标的热辐射信息来成像，因此可以日夜获得目标的数据，是一种全天时的遥感技术。微波遥感技术是地面目标反射从雷达发射出来的电磁波成像的，由于它采用主动式地向目标发射电磁波的探测方法，并且微波波段不受阴雨天的干扰，因此可以在阴雨天和夜晚成像，也是一种全天候的遥感技术。

随着传感器技术、航空和航天平台技术、数据通信技术的发展，现代遥感技术已经进入一个能够动态、快速、准确、多手段提供多种对地观测数据的新阶段。新型传感器不断出现，已从过去的单一传感器发展到现在的多种类型的传感器，并能在不同的航天、航空遥感平台上获得不同空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率的遥感影像。现代遥感技术的显著特点是尽可能地集多种传感器、多级分辨率、多谱段和多时相技术于一身，并与全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、惯性导航系统（INS）等系统相结合以形成智能型传感器。

目前，通感应用正由定性向定量、静态向动态方向发展。航天遥感影像的空间分辨率已经达到米级，甚至是分米级，例如QuickBird卫星，其全色波段影像的分辨率是0.61 m，等于对LandSat卫星影像放大了25倍。光谱分辨率已达到纳米级，波段数已增加到数十甚至几百个。卫星的回归周期可达几天甚至十几小时，如NOAA的一颗卫星，每天可对地面同一地区进行两次观测。微波遥感已逐渐采用多极化技术、多波段技术及多种工作模式。加拿大1995年发射的RADARSAT、欧空局的ERS-1、日本的JERS-I和印度的IRS-1C等卫星中的微波传感器已采用了多极化技术、多波段技术和多种工作模式。

与遥感应用紧密相关的遥感信息处理理论和技术也有了实质性的进展，在遥感信息模型研究方面，已有热扩散系数遥感信息模型、表观热惯量遥感信息模型、土壤含水量遥感信息模型、作物旱灾损失估算遥感信息模型、土壤侵蚀量遥感信息模型、土地生产潜力遥感信息模型、三维海洋温度遥感信息模型、地质构造应力场遥感信息模型等许多成熟的研究成果。

在遥感数据处理软件方面，国际上相继推出了一批高水平的遥感影像处理商业软件包，如加拿大ERM公司研制的ER MAPPER、美国ERDAS公司推出的ERDAS IMAGINE、美国Exelis Visual Information Solutions公司的旗舰产品ENVI等。所有这些都为遥感影像的快速处理奠定了坚实的基础。