1.3　遙感技術及其在旱情監測中的作用

1.3.1　遙感技術介紹

1.3.1.1　遙感的定義

遙感(remote sensing，RS)，從字面上來看，可以簡單理解為遙遠的感知。遙感技術是20世紀60年代興起的一種探測技術，是根據電磁波理論，應用各種航空、航天及地面遙感平臺搭載的傳感儀器，對遠距離目標所輻射或反射的電磁波信息進行收集、處理，并最后成像，從而定性、定量地揭示出地面物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。

1.3.1.2　遙感的分類

遙感的分類有很多種，下面主要介紹按遙感平臺的高度的分類和遙感所利用電磁波的光譜段分類。

1.按遙感平臺的高度分類

按遙感平臺的高度分類大體上可分為航天遙感、航空遙感和地面遙感:

(1)航天遙感又稱太空遙感(space remote sensing)泛指利用各種太空飛行器為平臺的遙感技術系統，以地球人造衛星為主體，包括載人飛船、航天飛機和太空站，有時也把各種行星探測器包括在內。衛星遙感(satellite remote sensing)為航天遙感的組成部分，以人造地球衛星作為遙感平臺，主要利用衛星對地球和低層大氣進行光學和電子觀測。

(2)航空遙感泛指從飛機、飛艇、氣球等空中平臺對地觀測的遙感技術系統。

(3)地面遙感主要指以高塔、車、船為平臺的遙感技術系統，地物波譜儀或傳感器安裝在這些地面平臺上，可進行各種地物波譜測量。

2.按所利用的電磁波的光譜段分類

按所利用的電磁波的光譜段分類可分為可見光反射紅外遙感、熱紅外遙感、微波遙感三種類型:

(1)可見光/反射紅外遙感。主要指利用可見光(0.4～0.7μm)和近紅外(0.7～ 2.5μm)波段的遙感技術統稱，前者是人眼可見的波段，后者即是反射紅外波段，人眼雖不能直接看見，但其信息能被特殊遙感器所接受。它們的共同的特點是，其輻射源是太陽，在這兩個波段上只反映地物對太陽輻射的反射，根據地物反射率的差異，就可以獲得有關目標物的信息，它們都可以用攝影方式和掃描方式成像。

(2)熱紅外遙感。指通過紅外敏感元件，探測物體的熱輻射能量，顯示目標的輻射溫度或熱場圖像的遙感技術的統稱。遙感中指8～14μm波段范圍。地物在常溫(約300K)下熱輻射的絕大部分能量位于此波段，在此波段地物的熱輻射能量，大于太陽的反射能量。熱紅外遙感具有晝夜工作的能力。

(3)微波遙感，指利用波長1～1000mm電磁波遙感的統稱。通過接收地面物體發射的微波輻射能量，或接收遙感儀器本身發出的電磁波束的回波信號，對物體進行探測、識別和分析。微波遙感的特點是對云層、地表植被、松散沙層和干燥冰雪具有一定的穿透能力，又能夜以繼日地全天候工作。

1.3.1.3　遙感的特點

遙感的出現，擴展了人類對于其生存環境的認識能力，與常規信息采集方式相比，遙感技術在旱情信息的獲取上具有明顯的優勢，主要表現在以下幾個方面[10]:

(1)覆蓋范圍廣。遙感技術可以對大范圍的受災地區進行觀測和數據采集，并且不受災害造成的地形阻隔，能夠從宏觀上反映受災地區的情況。例如，一景TM影像可覆蓋185km×185km的地表范圍;我國“HJ-1”衛星獲取的影像幅寬為360km(2臺組合不小于700km)，能夠覆蓋更大的地表范圍。大范圍的數據獲取能力也為全球氣候變化以及區域地質活動的研究提供了有利條件。

(2)獲取信息時效性強、手段多。遙感技術可以通過對災區進行周期性的觀測來獲取不同時相的影像，不斷更新原有資料。通過受災前后遙感影像的對比分析，能夠準確確定受災區域、估計影響范圍、跟蹤災情的動態變化。例如，搭載MODIS光譜儀的上午星Terra和下午星Aqua可以一天過境4次;SPOT衛星的HRV傳感器具有傾斜觀察能力，能夠在不同軌道上用不同的觀察角對同一地區進行觀測，產生立體像對以獲得三維空間數據。遙感技術的多時相、高分辨率、多觀測角度的特點，為實時獲取災情信息提供了可能。

(3)信息量大，數據種類多。遙感通過探測可見光反射紅外、熱紅外和微波等不同波長范圍的電磁輻射能，來獲取包括植被覆蓋、土壤水分、區域地質、水文地質、地表形態及地物內部的信息。不同時間分辨率、不同光譜分辨率以及不同空間分辨率的遙感影像能滿足不同的應用需求。

(4)技術應用經濟性。與傳統的方法相比，遙感技術的應用可以大大地節省人力、物力、財力和時間，性價比較高，能獲得很高的經濟效益和社會效益。

1.3.2　遙感技術在旱情監測中的作用

傳統的土壤墑情監測方法是基于測站的點監測方式，只能獲得少量的點上數據，再加上人力、物力、財力等因素的制約，難以迅速而及時地獲得大面積的土壤水分和作物信息，使得大范圍的旱情監測和評估缺乏有效的時效性和代表性，而遙感旱情監測方法則是面上的監測，具有監測范圍廣、空間分辨率高、信息采集實時性強和業務應用性好等特性，可有效彌補地面觀測系統成本高、空間覆蓋率低和觀測滯后的缺點，為各級減災部門及時高效提供決策支持服務。隨著衛星遙感技術的迅速發展，干旱遙感監測模型實用化程度越來越高，遙感技術已成為旱情監測重要支撐手段。基于遙感的旱情監測的作用主要體現在如下幾個方面。

1.大面積同步觀測土壤墑情

土壤墑情是旱情監測重要指標。遙感探測能在較短的時間內，從空中乃至宇宙空間對大范圍地區進行對地觀測，反演土壤含水量。相對于傳統的土壤墑情監測，獲取信息的速度快，周期短，成本低廉。

2.農作物信息快速獲取

農作物信息是農業干旱監測重要內容，也是旱災損失評估的基礎數據，利用遙感技術可以快速獲取受旱區作物類型及分布。另外，由干旱導致的植被光譜信息的變化、植被生長信息的變異以及不同生長階段的生長狀況也可以通過遙感數據獲取和反演得到。

3.抗旱水源地監測

在抗旱減災中，水源地信息對于農業灌溉、城市供水都至關重要。遙感技術可以應用于地表水監測，結合數字高程模型等數據可以估算地表水資源量，對于地下水資源估算也可以發揮重要作用。