1、熱紅外遙感技術及其應用紅外遙感是指傳感器工作波段限于紅外波段范圍之內的遙感。探測波段一般在0.761000微米之間，是應用紅外遙感器探測遠距離外的植被等地物所反射或輻射紅外特性差異的信息，以確定地面物體性質、狀態和變化規律的遙感技術。因為紅外遙感在電磁波譜紅外譜段進行，主要感受地面物體反射或自身輻射的紅外線，有時可不受黑夜限制。又由于紅外線波長較長，大氣中穿透力強，紅外攝影時不受煙霧影響，透過很厚的大氣層仍能拍攝到地面清晰的像片。用于紅外遙感的傳感器有黑白紅外攝影、彩色紅外攝影、紅外掃描儀和紅外輻射計。紅外遙感技術(thermalinfraredremotesensing)利用電磁波譜中814

2、/jn熱紅外波段本身和在大氣中傳輸的物理特性的遙感技術統稱。所有的物質，只要其溫度超過絕對零度，就會不斷發射紅外能量。常溫的地表物體發射的紅外能量主要在大于3pm的中遠紅外區，是熱輻射。它不僅與物質的表面狀態有關，而且是物質內部組成和溫度的函數。在大氣傳輸過程中，它能通過35pm和814pm兩個窗口。熱紅外遙感就是利用星載或機載傳感器收集、記錄地物的這種熱紅外信息，并利用這種熱紅外信息來識別地物和反演地表參數如溫度、濕度和熱慣量等。紅外遙感探測的應用隨著科學技術的進步，光譜信息成像化，雷達成像多極化，光學探測多向化，地學分析智能化，環境研究動態化以及資源研究定量化，大大提高了遙感技術的實時性和

3、運行性，使其向多尺度、多頻率、全天候、高精度和高效快速的目標發展，例如在水質監測、裸土濕度、遙感考古、赤潮遙感監等等，這些技術的發展極大地促進了生產生活的進步，。下面將簡略介紹這幾項技術。1遙感技術在水質監測中的應用1.1 水體遙感監測原理利用遙感技術進行水環境質量監測的主要機理是被污染水體具有獨特的有別于清潔水體的光譜特征，這些光譜特征體現在其對特定波長的光的吸收或反射，而且這些光譜特征能夠為遙感器所捕獲并在遙感圖像中體現出來。如當水體出現富營養化時，浮游植物中的葉綠素對近紅外波段具有明顯的“陡坡效應”，故而這類水體兼有水體和植物的光譜特征，即在可見光波段反射率低，在近紅外波段反射率卻明顯升

4、高。1.2 多光譜遙感數據在水質遙感監測中常用的多光譜遙感數據，包括美國Landsat衛星的MSS、TM、ETM+數據，法國SPOT衛星的HRV數據，氣象衛星NOAA的AVHRR數據，印度遙感IRS系統的LISS數據，日本JERS衛星的OPS（光學傳感器）接收的多光譜圖像數據，中巴地球資源1號衛星（CBERS-1）CCD相機數據等。Landsat數據是目前應用較廣的數據。AVHRR（高級甚高分辨率輻射計）是裝載在NOAA列衛星上的傳感器，每天都可以提供可見光圖像和兩幅熱紅外圖像，在水質監測等許多領域廣泛應用。1.3 發展趨勢（1）建立遙感監測技術體系。（2）加強水質遙感基礎研究。（3）開展微波

5、波段對水質的遙感監測。（4）提高水質遙感監測精度。（5）綜合利用“3S”技術。2裸土濕度的熱紅外遙感2.1裸土濕度的熱紅外遙感的特點和測試條件對于裸土的水分含量可由土表溫度變化測定，并可檢測到50cm的深度。Bartholic等發現，農田裸地表面日最高溫度隨近地表水分含量的增加而減小。從實用的角度考慮，在一定的氣象條件下（晴朗、無風），用白天下墊面溫度的空間分布可以有效地反映土壤水分的空間分布。2.2目前的主要方法熱慣量法遙感土壤水分Watson等最早成功地應用了熱慣量模型，Rosema等進一步發展了他們的工作，提出了計算熱慣量、每日蒸發的模型oPrice等在能量平衡方程的基礎上，簡化了潛熱蒸

6、發（散）形式，引入地表綜合參數概念，系統地闡述了熱慣量方法及熱慣量的成像機理，并提出了表觀熱慣量的概念，利用衛星熱紅外輻射溫度差計算熱慣量，然后估算土壤水分。這個方法已經得到普遍認可。隋洪智等在考慮了地面因子和大氣因子的情況下，進一步簡化能量平衡方程，使直接利用衛星資料推算得到地表熱特性參量成為可能。余濤等提出了一種改進的求解土壤表層熱慣量的方法，發展了地表能量平衡方程的一種新的化簡方法。經過這樣的處理，可從遙感圖像數據直接得到熱慣量值，進而得到土壤水分含量分布。馬藹乃等均從不同角度、在不同的區域利用NOAA/AVHRR資料進行熱慣量法遙感土壤水分的監測試驗。日本學者宇都宮陽二郎與中國科學院長

7、春凈月潭遙感實驗站合作以中國東北吉林省為中心進行區域土壤水分調查，采用CDEE衛星資料，結合近地層小氣候及地下熱流量觀測資料，進行熱慣量計算，并與同步測定的0-15cm土壤水分資料建立統計模式，繪成土壤水分分布圖。隨著熱慣量法遙感土壤水分理論的日臻成熟，對于在裸露或植被覆蓋度較低時土壤水分遙感采用熱慣量法的效果已得到認可，但在實際應用中，仍需根據當地的狀況對模型參數的求解和某些因子的省略做一些必要的調整。2.3土壤水分遙感研究的趨勢與展望GIS技術的應用地理信息系統(GIS)是最近幾十年迅速發展并廣泛使用的信息技術之一，與遙感技術的集成應用，在科研與生產中發揮了巨大作用。在土壤水分的遙感研究中

8、，也大量引入GIS技術。例如，陳懷亮等在對河南省麥田土壤水分NOAA/AVHRR監測中，利用GIS支持，重點探討了不同土壤質地和風速對遙感干旱監測的影響，用遙感表層土壤水分耦合深層土壤水分的方法與模型、用單時相遙感資料反演土壤水分的方法等，并最終建立了河南省冬小麥干旱遙感監測應用服務系統。(2) 土壤水分遙感監測的深度土壤溫度的日較差是隨土壤深度變化的，表層日較差最大，越向深層日較差越小，到一定深度后，日較差將為0，這個深度通常為日變化消失層。土壤日較差的消失層不是固定的，它隨緯度、季節、土壤性質而異，對于不同含水量的土壤，日變化的消失層在230-100cm之間。應用該理論，利用不同時次的衛星

9、資料反演不同深度的土壤水分，以10cm和20cm的反演效果最好。(3) 遙感波段的配合應用不同的方法配合應用，避免監測結果出現大的偏差。微波遙感具有全天候、高精度的優勢，是未來土壤水分遙感監測的方向。遙感技術的發展趨勢和總結1. 遙感影像獲取技術越來越先進(1)隨著高性能新型傳感器研制開發水平以及環境資源遙感對高精度遙感數據要求的提高，高空間和高光譜分辨率已是衛星遙感影像獲取技術的總發展趨勢。遙感傳感器的改進和突破主要集中在成像雷達和光譜儀，高分辨率的遙感資料對地質勘測和海洋陸地生物資源調查十分有效。(2) 雷達遙感具有全天候全天時獲取影像以及穿透地物的能力，在對地觀測領域有很大優勢。干涉雷達

10、技術、被動微波合成孔徑成像技術、三維成像技術以及植物穿透性寬波段雷達技術會變得越來越重要，成為實現全天候對地觀測的主要技術，大大提高環境資源的動態監測能力。(3) 開發和完善陸地表面溫度和發射率的分離技術，定量估算和監測陸地表面的能量交換和平衡過程，將在全球氣候變化的研究中發揮更大的作用。(4) 由航天、航空和地面觀測臺站網絡等組成以地球為研究對象的綜合對地觀測數據獲取系統，具有提供定位、定性和定量以及全天候、全時域和全空間的數據能力，為地學研究、資源開發、環境保護以及區域經濟持續協調發展提供科學數據和信息服務。2. 遙感信息處理方法和模型越來越科學神經網絡、小波、分形、認知模型、地學專家知識

11、以及影像處理系統的集成等信息模型和技術，會大大提高多源遙感技術的融合、分類識別以及提取的精度和可靠性。統計分類、模糊技術、專家知識和神經網絡分類有機結合構成一個復合的分類器，大大提高分類的精度和類數。多平臺、多層面、多傳感器、多時相、多光譜、多角度以及多空間分辨率的融合與復合應用，是目前遙感技術的重要發展方向。不確定性遙感信息模型和人工智能決策支持系統的開發應用也有待進一步研究。3.3S一體化計算機和空間技術的發展、信息共享的需要以及地球空間與生態環境數據的空間分布式和動態時序等特點，將推動3S體化。全球定位系統為遙感對地觀測信息提供實時或準實時的定位信息和地面高程模型；遙感為地理信息系統提供

12、自然環境信息，為地理現象的空間分析提供定位、定性和定量的空間動態數據；地理信息系統為遙感影像處理提供輔助，用于圖像處理時的幾何配準和輻射訂正、選擇訓練區以及輔助關心區域等。在環境模擬分析中，遙感與地理信息系統的結合可實現環境分析結果的可視化。3S一體化將最終建成新型的地面三維信息和地理編碼影像的實時或準實時獲取與處理系統。4. 建立高速、高精度和大容量的遙感數據處理系統隨著3S一體化，資源與環境的遙感數據量和計算機處理量也將大幅度增加，遙感數據處理系統就必須要有更高的處理速度和精度。神經網絡具有全并行處理、自適應學習和聯想功能等特點，在解決計算機視覺和模式識別等特大復雜的數據信息方面有明顯優勢

13、。認真總結專家知識，建立知識庫，尋求研究定量精確化算法，發展快速有效的遙感數據壓縮算法，建立高速、高精度和大容量的遙感數據處理系統。5. 建立國家環境資源信息系統國家環境資源信息是重要的戰略資源，環境資源數據庫是國家環境資源信息系統的核心。我們要提高對環境資源的宏觀調控能力，為我國社會經濟和資源環境的協調可持續發展提供科學的數據和決策支持。6. 建立國家環境遙感應用系統國家環境遙感應用系統將利用衛星遙感數據和地面環境監測數據，建立天地一體化的國家級生態環境遙感監測預報系統以及重大污染事故應急監測系統，可定期報告大氣環境、水環境和生態環境的狀況。環境遙感地理信息系統是其支撐系統，在各種應用軟件的輔助下實現環境遙感數據的存儲、處理和管理；環境遙感專業應用系統是其應用平臺，在環境專業模型的支持下實現環境遙感數據的環境應用；環境遙感決策支持系統是其最上層系統，在環境預測評價和決策模型的驅動下進行環境預測評價分析，制定環境保護的輔助決策方案；數據網絡環境是其數據輸入和輸出的開放網絡環境，