1.3 遥感应用
遥感技术自20世纪60年代初兴起并迅速得到发展以来，遥感应用的领域在不断地扩展。遥感应用从其内容上可概括为资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划及全球宏观研究四大领域。主要应用于陆地水资源调查、土地资源调查、植被资源调查、地质调查、城市遥感调查、海洋资源调查、测绘、考古调查、环境监测和规划管理等方面。
遥感在资源调查中可发挥很大的作用，特别在自然资源调查中，近年来做了很多工作，取得了丰硕的成果和可观的效益。其主要表现在国民经济建设中的农业、林业、地质矿产及水利等行业中。
1.3.1 在农业、林业方面的应用
遥感在农林方面的应用主要是在农、林土地资源调查，土地利用现状调查，农林病虫害调查，土壤干旱、盐化、沙化的调查及监测，农作物长势的监测与估产，以及森林资源的清查等方面。近年来，在牧场、草场资源调查，短中期农林灾害调查，农用水资源调查，以及野生动物生态环境调查等方面也相继开展工作，取得了丰硕成果。
遥感在土地资源与土壤调查中，得到广泛应用。遥感加快了调查工作的进度，工作精度和质量也有很大提高。例如，我国利用560幅陆地卫星图像，仅用两年时间完成了全国15种土地利用类型的分析和量算统计工作，提供了全国和各省份的土地利用基本数据和有关图件。
作物估产是体现遥感在农业方面综合应用的最好例证。自1974年以来，美国、苏联、阿根廷、中国、日本、印度等国先后进行了不同范围、不同作物的估产工作。美国对世界小麦产量的估产精度已达90%以上，并扩大到对玉米、大豆等8种以上作物的估产。我国于1983—1986年在京津冀进行跨省（直辖市）的统一网络较大范围冬小麦遥感估产试验，精度也超过90%。
遥感在林业上的应用也很广泛。例如，我国近年完成的“三北”防护林遥感综合调查。在包括西北大部、华北北部和东北西北部总面积为128万km2的“三北”造林一期工程的调查中，完成了对现有防护林类型、分布、面积和保存率，草地数量、质量和分布，土地资源类型、分布、数量及利用现状的调查。提供了200余幅各类遥感专题系列图，并建成了全区资源与环境信息系统，为掌握防护林区现状和林区的进一步发展与规划奠定了基础。
1.3.2 在地质矿产方面的应用
遥感地质是以遥感技术进行地质调查的重要方法，它的研究对象是表层地质体经受各种地质作用后在遥感图像上显示的波谱信息，通过利用不同的技术手段对这些波谱信息进行加工、处理和分析，从而能够识别各种地质构造、岩石类型、火山结构、矿化蚀变带等重要的地质现象，能够为矿产资源勘查、区域地质调查、环境和灾害地质监测等领域的工作提供科学依据。遥感已成为地质矿产调查研究中的一种先进工作手段和重要方法。
遥感图像视域宽阔，客观真实地反映出各种地质现象及其相互间的关系，形象地反映出区域地质构造及其区域构造间的空间关系，为跨区域甚至全球的区域地质研究提供了极有利的条件和基础。例如近年来对雅鲁藏布江深断裂带的延伸和走向的研究，断裂的延伸和走向问题的论证，以及重新修编的1∶400万中国构造体系图的工作，都体现了建立在遥感图像基础上新的认识和发现，解决了一些地质学界长期争论或按常规很难解决的问题。遥感为持不同学术观点的地质学者提供了一个可共同参照的基础，推动和促进了地质学的发展。
遥感在矿产地质工作中的应用已取得许多成果，获得了一致的好评。例如，我国地矿系统采用遥感地质调查方法，在小秦岭金矿田地区划分出线性构造1030条，环形构造138个，古采峒1000余处；综合化探、物探成果提出13个远景地段。经检查发现含金石英脉带、蚀变构造带22条，已见金矿3处，全部工作仅历时一年。又如，煤田总公司在东北大兴安岭西坡，采用遥感地质方法圈定出17个含煤盆地，其中4个属新发现，新增储量540亿t。类似的实例不胜枚举，遥感地质方法已成为矿产地质工作的重要方法。
最近十几年来，在遥感地质应用领域又兴起了高光谱遥感，高光谱遥感传感器有能力对目标物进行几十上百乃至上千个波段的连续覆盖监测，它能够直接、定量的获取目标物的物质组成、物理化学等信息。在高光谱地质应用方面，矿物识别和信息处理技术主要为基于单个诊断性吸收特征的特征参数、基于完全波形特征以及基于光谱知识模型等。
基于遥感在地质矿产调查中广泛的应用以及取得的显著效益，我国地勘部门相继成立了专业的遥感应用和科研机构，遥感地质队伍也不断扩大，成果累累，展现出遥感在地质矿产资源方面美好的发展前景。
1.3.3 在大气环境监测方面的应用
臭氧层位于地球上空25～30km的平流层中，对0.3m以下紫外区的电磁波有较大吸收，可用紫外波段来测定臭氧层的变化。臭氧层在2.74mm处也有一个吸收带，可用频率为11083MHz的地面微波辐射计来测定臭氧在大气中的垂直分布。另外臭氧层会吸收太阳紫外线而升温，可使用红外波段来探测，如用7.75～13.3μm热红外探测器测定臭氧层的温度变化，参照浓度与温度的相关关系，推算出臭氧浓度的水平分布。
利用遥感图像可分析大气气溶胶的分布和含量，工业烟雾、火灾浓烟和大规模沙尘暴在遥感图像上都有清晰的图像，可以直接圈定其大致范围。利用周期性气象卫星图可监测沙尘运动，估计其运动速度，及时预报沙尘暴。通过卫星资料可及早发现森林火灾，把灾害损失降到最低。大比例图片可用来调查城市烟囱的数量和分布，还可以通过烟囱阴影的长度来计算其大致高度。应用计算机对影像进行微密度分割，建立烟雾浓度与影像灰度值的相关关系，可测出烟雾浓度的等值线图。
彩红外相片可监测有毒气体对污染源周围树木和农作物的危害情况，通过植物对有害气体的敏感性来推断某地区大气污染的程度和性质。一般污染较轻的地区，植被受污染的情况不宜被人察觉，但其光谱反射率却会明显变化，在遥感影像上表现为灰度的差异。正常生长的植物叶片能强烈反射红外线，在彩红外相片上色泽鲜红明亮。受到污染的叶片，其叶绿素遭到破坏，对红外线的反射能力下降，其彩红外相片颜色发暗，如白蜡树受污染后呈紫红色，柳树呈品红色略带蓝灰色。
由美国、欧盟、日本和俄罗斯的地球同步轨道气象卫星组成的静止气象卫星监测系统昼夜不停地观测地球的气候变化，得到全球范围内的大气参数、海洋参数、地表状况、辐射收支和臭氧分布等信息，对全球变暖、臭氧层空洞以及厄尔尼诺现象的研究非常重要。
1.3.4 在城市环境监测与管理中的应用
城市道路宽的呈带状和环状，窄的呈线状，城市广场一般以块状蓝灰色与街道紧密相连于中心地带。居民区呈灰色，高层楼房带有宽长影，平房呈密集排列的小长方块状。水系呈浅蓝色，绿地呈红色。从遥感图像上获取这些信息，对优化城市结构有很大帮助。另外城市里的高大建筑物对太阳辐射和其他热辐射的吸收和释放特性与以土地和农作物为主要下垫面的郊区有很大不同，利用热红外遥感对城市下垫面进行分析就可以得出城市的热岛效应。
1.3.5 利用遥感技术监测自然灾害
遥感技术对于暴雨、水土流失、地震和山体滑坡等地质灾害的调查与监测也很有效。比如地震与地球活动构造块体分布及其活动方式密切相关，利用卫星预测地震技术主要集中在电磁波辐射和电离层异常监测、地表形变监测、红外辐射监测以及卫星重力监测等方面。但由于目前技术条件的限制，地震还是不能准确预测，期待有一天，能通过遥感技术准确预测地震灾害。
1.3.6 在水环境科学中的应用
1.遥感技术在水环境监测方面的应用
自20世纪70年代初期开始，对陆地水体的遥感研究，从单纯的水域识别发展到对水质参数进行遥感监测、制图和预测。某些水质参数所代表的物质引起水体表面光学特性的改变，因此可以通过基于接收和记录电磁辐射的遥感技术量测其水体表面光学特性，进而量测物质含量。常规的水质监测、评价需要在水域布置大量的测点才能得到准确的水质分布信息，这些调查受人力、物力和气候、水文条件的限制，且难于长时间跟踪监测。遥感监测则可以大面积、迅速地提供水质信息。卫星遥感还以其特有的优势成为持久监测区域乃至全球尺度上湖泊、水库的有效监测手段。
随着对物质光谱特征研究的深入、算法的改进以及遥感技术本身的不断革新，遥感监测水质从定性发展到定量，且可通过遥感预测的水质参数种类逐渐增加，包括悬浮颗粒物、水体透明度、叶绿素a浓度以及溶解性有机物、水中入射与出射光的垂直衰减系数，以及一些综合污染指标如营养状态指数等。高分辨率的遥感图像还可用于监测河流入湖口处的汇流、扩散等影响污染的流体动力学现象，并可用于一些生态模型、水力模型的验证。具体应用有以下几个方面。
（1）油污染方面。利用红外扫描仪监视石油污染。全球每年排入海洋的石油及其制品高达1000万t，利用多光谱航片可对海面石油污染进行半定量分析，将彩色航片同步拍照与近红外片做的彩色密度分割图相比较，更精密地判断和解译信息，参照图片画出不同油膜厚度的大致分级图。通过彩色密度分割图像，特别是数字密度分割图，可以更准确地判断油量的分布情况。通过彩色密度分割可把相差零点零几米厚度的海面油膜区分出层次来，这有利于用航空遥感对海面油的扩散分布和半定量研究。浓度大的地方是黄色，往外扩散的油膜变薄，呈黄紫混在一起的颜色，再往外扩散的油膜就更薄些，呈紫色。通过对污染发生后各天的气象卫星图像的对比分析，确定油膜的漂移方向，计算出其扩散速度和扩散面积。
（2）水富营养化方面。利用遥感技术监测水体富营养化。浮游植物中的叶绿素对蓝紫光和红橙光有较强的吸收作用，当水体出现富营养化时，我们就可以利用遥感技术推算出水体中的叶绿素分布情况。赤潮区的海水光谱特征是藻类、泥沙和海水的复合光谱，另外有机或无机颗粒物也会吸收入射光，影响水体的透明度。
（3）水中悬浮物方面。通过遥感技术调查废水污染和泥沙污染。废水的颜色与悬浮物性状千差万别，特征曲线上的反射峰位置和强度也不大一样，可以用多光谱合成图像进行监测。水中悬浮泥沙的浓度和粒径增大，水体反射量也会相应增加，反射峰随之红移，定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波段是0.65～0.85μm。
（4）水热污染方面。应用红外扫描仪监测水体热污染。应用红外扫描仪记录水体的热辐射能量，真实反映其温度差异。在热红外图像上，热水温度高，辐射能量多，呈浅色调。冷水和冰辐射能量少，呈深色调。热排水口处通常呈白色羽流，利用光学技术和计算机对热图像做密度分割，根据少量的同步实测水温，画出水体等温线。
（5）水流域制图。通过遥感技术分析水域的分布变化和水体沼泽化。水体总体反射率较低，选择1.55～1.75μm波段的多时域影像可以分析水域的分布变化。沼泽化在时域图像上反映为水体面积缩小，从水体向边缘有规律变化，显示出不同程度的植被特征。
（6）地下水遥感监测。随着多时相、多波段、多角度、高光谱和微波多极化遥感技术的发展，多源遥感数据广泛用于与地下水密切相关的地质条件的解译分析和地下水有关的地表植被、温度、土壤水分等环境因素的提取，取得了有效的成果。有些学者从遥感图像中提取地层岩性、构造、水文等水文地质信息，确定了有利的蓄水构造，判断含水层发育规律及各种边界类型，再结合物探结果，对地下水资源进行了较准确地评价。
地下水遥感监测的依据是地下水与地表水、植被、土壤水分和温度等遥感信息的相关性。通过分析遥感图像上与地下水有关的地表信息，可以了解地下水状况。目前，地下水遥感监测的方法主要有以下几种：水文地质遥感信息分析法；环境因素遥感信息分析法；热红外遥感地表热异常监测法；遥感信息定量反演模型。
2.遥感在湿地监测方面的应用
20世纪80年代以来，随着全球范围内湿地生态系统面临的威胁加重以及对湿地景观价值认识的提高，国际上开始热衷湿地景观面积变化的研究，而研究的结果是全球范围内湿地面积减少显著。国内学者当时也开始关注湿地开发利用对湿地景观面积动态变化所带来的影响，对三江平原沼泽湿地、拉鲁湿地和若尔盖高原沼泽湿地都开展了相关研究。2003年我国第一次利用“3S”技术对全国湿地景观的类型、面积和分布等进行了全面调查。而随着“3S”技术的发展和成熟，景观生态学诞生并被应用到地理、环境科学等相关领域，进一步推动了湿地景观格局变化研究的深入，由传统经验性和描述性范围的定性研究，进入到注重湿地景观格局和过程的定量化格局分析，以及模型分析和模型研究。
湿地景观格局的变化会对区域乃至全球的气候产生深远影响，尤其是湿地转化为农田或由于干化导致的景观格局改变对湿地生物多样性、温室气体排放、湿地水文以及区域气候都必然会产生深刻影响。而湿地和开放水体也由于具有高蒸发潜力，被证实是气候变化的最敏感区域。气候变化能显著影响湿地的各种生态过程和湿地生态系统生产力，是控制湿地景观格局变化的动因。而湿地也通过蓄水、泄流和蒸散发调节蓄水量、洪水、径流以及地表水和地下水的转换，发挥着重要的水文调节功能。同时，降水、径流等水文要素的改变也会直接或间接影响湿地景观的变化。
3.遥感在洪水监测方面的应用
水监测研究已从传统的雨量观测站网研究、水文站网研究发展到当前结合传统观测站网的洪灾遥感监测阶段。“遥感监测洪水原理”主要是通过传感器接收水体所反射的电磁波谱，然后根据影像上水体的波谱特征来识别与提取洪水水体。早在20世纪70年代中期美国即率先于一些地区开展了环境卫星在灾害方面的应用研究，80年代美国、加拿大、日本等发达国家的洪灾遥感监测就进入了实用阶段。我国应用遥感对洪涝灾害的监测起步与国外时间大致相同，但是发展相对缓慢。1981年东北三江平原大水、1984年合肥大水、1985年辽河大水、1986年松辽流域洪水，遥感监测都发挥了一定的作用。1986年以来发展起来的机、地、星一体化的实时、全天候监测洪水险情的航空遥感信息系统，在1998年大水中有力地支援了灾区的抗洪救灾工作，也为灾后重建和今后的防洪水利规划与建设提供了科学依据。
目前针对洪水监测和灾后评估方面，很多专家和学者进行了一系列的探讨。比如，黄淑娥等利用气象卫星和地理信息系统相结合对鄱阳湖区的洪涝灾害进行了研究，建立了水体淹没模型和水位数字高程模型；周红妹等采用模糊非监督分类、比值、归一化植被指数方法对洪涝信息进行分析处理，确定受灾范围，划分受灾等级，同时在GIS平台上建立了华东区域动态监测系统；丁志雄等提出了基于基础背景数据库、实时水文信息及多时相遥感影像对比等进行洪水汛情遥感监测分析的方法，在2003年淮河大洪水中得到应用，可以比较准确、及时、全面地把握整个流域洪水的汛情状况及其发展变化趋势，起到防洪减灾的作用；刘志明等用NOAA卫星资料对1998年吉林西部地区洪涝灾害进行了动态监测，取得了一定效果；刘亚岚等以遥感和GIS为基础，快速将多源数据复合，通过网络集成了多种技术成果和数据，进行快速、准确、连续、动态与全天候的洪涝灾害的监测；Musigasam等利用航片、SPOT卫星、TM数据进行灾害损失评估监测；王世新等建立了基于网络的洪涝灾害遥感系统，用于洪涝灾害的动态监测。
遥感洪水灾害监测的基本方法是利用灾前遥感影像，通过解译、判读和分析，然后通过洪水遥感影像与本底数据叠加比较，提取洪涝灾害淹没面积和地理位置，辅以数字高程模型数据和土地利用数据，对洪涝灾害的淹没面积、淹没水深以及受灾损失等进行综合评价。目前用于洪水遥感监测的主要资料有中高分辨率影像、低分辨率高时相影像、微波影像、高精度DEM以及多源数据。在基于中分辨率系列数据监测研究中，中分辨率系列影像主要包括TM与ETM+等影像；在基于低分辨率高时相数据监测研究中，低分辨率高时相数据主要指NOAA-AVHRR影像数据，因此应用低分辨率高时相数据，在洪水监测的应用比较广泛；在基于微波影像数据监测研究中，微波影像是遥感影像之一，是指侧视成像雷达获得的影像，它不同于早期以雷达为中心、沿方位向扫描获得的极坐标表达的雷达影像。