热红外遥感技术

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　　所有的物质，只要其温度超过绝对零度，就会不断发射红外能量。常温的地表物体发射的红外能量主要在大于3μm的中远红外区，是热辐射。它不仅与物质的表面状态有关，而且是物质内部组成和温度的函数。在大气传输过程中，它能通过3-5μm和8-14μm两个窗口。热红外遥感就是利用星载或机载传感器收集、记录地物的这种热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。(摘自李小文等，多角度与热红外对地遥感)。　　热红外遥感对研究全球能量变换和可持续发展具有重要的意义，在地表温度反演、城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热，岩溶区探水等领域都有很广泛的研究。在这里几个方面简单介绍一下，希望能起到抛砖引玉的作用。（1）林火监测　　目前遥感监测火灾的主要利用NOAA/AVHRR和MODIS影像，原理是高温点在中红外波段的辐射能量比热红外波段大，中红外比热红外对高温点的反映更敏感，方法主要有三种：固定阈值法、临近像元分析法、温度结合植被指数的方法。林火监测的难点是混合像元的判断和明火区与闷烧区的区别，另外火点信息、烟尘光学厚度、烧痕面积等火灾相关参数的提取及火灾的预警也是研究的热点。（2）地表温度反演　　地表温度与土壤温度、近地气温、光合作用、蒸散发、风形成、火灾危险等都有直接的关系，是地表能量平衡的重要参数，也是资源环境动态变化的主要影响因素，地表温度遥感已经成为遥感地学分析的一个重要研究领域。目前用于地表温度反演的方法主要有单窗算法、劈窗算法、多通道和多角度算法。单窗算法是只利用一个热红外通道反演地表温度的方法，最初是根据Landsat TM6波段来设计的，后来又有了普适性的单通道算法，适用于几乎所有的热红外波段。劈窗算法是利用相邻的两个热红外通道来进行地表温度反演的方法，是目前为止发展最为成熟的地表温度反演算法，在国际上已经公开发表了十几种劈窗算法。多通道算法是随着多通道传感器的发展而发展起来的，比较有代表性的是Wan and Li的算法，利用MODIS的多波段特点，研究设计了可以同时反演地表温度和比辐射率的方法，用于NASA标准地表温度产品的生产。（3）旱灾监测　　目前国内外用于旱灾遥感监测的方法有很多，从原理上可分为两大类：一类是基于土壤水分的变化会引起土壤的光谱反射率的变化；另一类则基于干旱会引起植物生理过程的变化，从而改变叶片的光谱属性，并显著地影响植冠的光谱反射率。植被指数和地表温度是旱灾监测中的关键参数，当作物供水正常时，植被指数在一定的生长期内保持在一定的范围内，而作物冠层温度也保持在一定的范围；如果遇到干旱，作物供水不足，一方面作物的生长受到影响，植被指数将降低，另一方面作物的冠层温度将升高。因此，利用植被指数与地表温度的关系可以有效的进行旱灾监测，也发展了很多种不同的旱灾指数，如植被供水指数(VSWI)、温度植被旱情指数(TVDI)、条件植被温度指数(VTCI)等。 遥感（Remote Sensing）作为一门综合技术是美国学者在1960年提出来的。为了比较全面地描述这种技术和方法，E.L.Pruitt把遥感定义为“以摄影方式或以非摄影方式获得被探测目标的图像或数据的技术”。从现实意义看，一般我们称遥感是一种远离目标，通过非直接接触而判定、测量并分析目标性质的技术。因遥感技术的应用领域非常广泛，所以在这种强大动力的驱使下遥感得到了极大的关注和高速发展。      自世纪初莱特兄弟发明人类历史上第一架飞机起，航空遥感就开始了她在军事上的应用，此后，航空遥感在地质、工程建设、地图制图、农业土地调查等方面得到了广泛应用。二次世界大战中，由于伪装技术的不断提高。促使军事遥感出现了彩色、红外和光谱带照像等技术。     多光谱摄影技术是航空遥感的重要发展，从20世纪60年代最早采用的多像机型传感器多光谱摄影，到稍后的多镜头型传感器多光谱图象获取，人们把多光谱特征用到了地形、地物判别上。      卫星遥感把遥感技术推向了全面发展和广泛应用的崭新阶段，从1972年因第一颗地球资源卫星发射升空以来。美国、法国、俄罗斯、欧空局、日本、印度、中国等国都相继发射了众多对地观测卫星，现在，卫星遥感的多传感器技术，已能全面覆盖大气窗口的所有部分，光学遥感可包含可见光、近红外和短波红外区，以探测目标物的反射和散射热红外遥感的波长可从8微米到14微米,以探测目标物的发射率和温度等辐射特征，微波遥感的波长范围从1mm到100cm ,其中被动微波遥感主要探测目标的散发射率和温度，主动微波遥感通过合成孔径雷达探测目标的反向散射特征。微波遥感实现了全天时、全天侯的对地观测，雷达干涉测量采用两付天线同时成像或一付天线相隔一定时间重复成像，并利用同名像点的相位差测定地面目标的3维坐标，高精度可达5-10m,差分干涉测量测定相对位移量的精度可达厘米至毫米级。大大提高了自动获取数字高程模型的精度。      随着传感器技术、航空航天技术和数据通讯技术的不断发展，现代遥感技术已经进入一个能动态、快速、多平台、多时相、高分辨率地提供对地观测数据的新阶段。      光学传感器的发展进一步体现为高光谱分辨率和高空间分辨率特点，高空间分辨率已达纳米级，波段数已达数十甚至数百个。目前已发射和将发射的部分商用高分辨率卫星系统如下图。      微波遥感的发展进一步体现为多极化技术、多波段技术和多工作模式。     为协调时间分辨率和空间分辨率这对矛盾，小卫星群计划将成为现代遥感的另一发展趋势，例如，可用6颗小卫星在2-3天内完成一次对地重复观测，可获得高于1m的高分辨率成像光谱仪数据。除此之外，机载和车载遥感平台，以及超低空无人机载平台等多平台的遥感技术与卫星遥感相结合，将使遥感应用呈现出一派五彩缤纷的景象。