什麼是遙感?

在斐濟 Ono-i-Lau 上的 Nukuni 村進行衛星定位。 Ono-i-Lau 是斐濟勞群島群島中堡礁系統中的一組島嶼。 照片 © Planet Labs Inc.

遙感是“在不與物體進行物理接觸的情況下獲取有關物體的信息”(Elachi 和 van Zyl,2006 年)。

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遙感原理

遙感涉及光與感興趣的物體(珊瑚、樹木、田野等)之間的相互作用。 有六個主要組成部分:

  • A 光源 – 來自太陽或人造
  • An 感興趣的對象 (例如,珊瑚、樹、房子)
  • A 傳感器 安裝在平台(例如,衛星、飛機、無人機)上,收集目標物體發射或反射的輻射
  • A 接收器 在地球或太空中將接收來自傳感器的信息
  • A 系統 將遙感信息轉化為數據
  • 專家 可以將數據轉換成地圖

請參閱下圖,了解無源衛星遙感系統。

被動遙感

無源衛星遙感系統示例。 圖片 © 大自然保護協會

遙感基於電磁輻射(光)與物體之間始終存在相互作用的原理。 物體吸收、反射、散射、傳輸或折射輻射。 根據物體的大小、方向、紋理、顏色或化學成分,物體以不同的方式將輻射反射回遠程傳感器。

例如,乾燥的白色沙子具有高反照率,並且比潮濕的深色泥漿反射更多的光。 正是反射模式的差異創造了獨特的光譜特徵,並允許區分棲息地、物體甚至紋理。

反射的波長由傳感器檢測並由計算機轉換為數據。 這使得在大空間尺度上遠程收集信息成為可能,例如溫度、化學成分、高度或水分含量。 具有遙感和製圖技能的專家將計算機生成的數據轉化為地圖。 這些地圖可供非專家使用,用於諸如結合了當地知識和地理數據的參與式製圖等應用。

傳感器類型

傳感器根據其光源分為有源或無源。 它們可以安裝在不同的平台上,例如衛星、飛機甚至無人機。

無源和有源傳感器

用於遙感的無源和有源傳感器之間的區別。 圖片 © 大自然保護協會

無源傳感器 記錄從地球表面反射或發射的自然能量。 無源傳感器檢測到的最常見的輻射源是反射的陽光。 被動傳感器的一個例子是關閉閃光燈的相機。

有源傳感器 提供自己的能量來源,例如激光或微波電磁輻射,以照亮他們觀察到的物體。 有源傳感器可以通過向要研究的目標方向發射輻射來晝夜工作。 有源傳感器的一個例子是打開閃光燈的相機。

光譜特徵

衛星和航拍圖像由像素組成,以網格形式組織,就像從數碼相機獲取的圖像一樣。 每個像素包含用數值表示每個區域的亮度的數值信息。 傳感器將捕捉不同波長區域的亮度。 例如,與僅使用四個波段的 Planet Dove 傳感器相比,衛星 WorldView 2 上的傳感器使用不同波長的九個波段捕獲圖像。 WorldView 2 傳感器具有更高的光譜分辨率。

光譜分辨率差異

用於捕獲 Allen Coral Atlas 珊瑚礁圖像的 Planet Dove 多光譜傳感器(4 個波段)與 WorldView-2 的多光譜傳感器(9 個波段)之間的光譜分辨率比較。 WorldView-2 具有更高的光譜分辨率。 圖片 © DigitalGlobe

地球上的每個物體都有獨特的光譜特徵,一種獨特的反射光的方式。 傳感器的光譜帶越多,就越能更好地捕捉這些光譜特徵並顯示物體之間的反射差異。

光譜特徵

在澳大利亞蒼鷺礁水下測量的不同底棲生物和基質類別的光譜特徵。 N 是為獲得曲線而測量的樣本數。 資料來源:Leiper 等人。 2014年

哪些波段對於繪製珊瑚礁等水下特徵最有用?

在第一米深度內,水吸收了大部分波長的入射輻射。 唯一可以進一步穿透水柱的波長是可見波段、沿海氣溶膠、藍色、紅色、黃色和綠色。 紅光首先被吸收,然後是綠光,然後是藍光,這限制了對水下特徵的觀察,越深入,即使是在最清澈的水中。 從這些可見波段中,我們嘗試提取珊瑚、藻類和海草等水下特徵的光譜特徵。

珊瑚礁的鮮豔色彩

珊瑚礁的鮮豔色彩。 照片 © Jeff Yonover

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