遥感影像图它是如何获取的？在哪里可以找到？费用如何？有哪些具体应用？详细解答

遥感影像图是什么？

遥感影像图，简单来说，就是通过非接触的方式，利用安装在飞机、卫星、无人机等平台上的传感器，接收或发射并记录地物发射或反射的电磁波信号，经过处理后形成的图像。它不是普通的照片，而是包含了丰富电磁波信息的数据可视化产品。

与人眼只能看到可见光不同，遥感传感器可以感知从紫外线、可见光、红外线到微波等不同波段的电磁波。这些不同波段的信息能揭示地物的不同特性，比如植被的健康状况（通过近红外波段）、土壤的湿度、地表的温度等等。因此，一张遥感影像图往往由多个波段的图像叠加而成，可以合成出彩色图像（包括假彩色），也可以提取特定波段进行分析。

影像图的核心特性包括：

• 空间分辨率：图像中每个像素所代表的地面实际面积大小。分辨率越高（例如0.5米），能识别的地面物体越小越精细（如汽车、单栋房屋）。分辨率越低（例如10米、30米），适合大范围的地物类型识别（如大片森林、农田）。
• 光谱分辨率：传感器能够接收和区分电磁波谱的波段数量和宽度。多光谱影像有几个到十几个波段，高光谱影像则有几十到几百个连续且窄的波段，能更精细地区分地物成分。
• 时间分辨率：同一区域被传感器重复拍摄的频率。高时间分辨率意味着可以频繁获取最新影像，适合监测快速变化的地物（如作物生长、灾害发生）。
• 辐射分辨率：传感器记录电磁波信号强度的精确度（通常用比特数表示）。分辨率越高，记录的灰度级越多，影像细节层次越丰富。

为什么使用遥感影像图？它提供了哪些独特优势？

选择遥感影像图并非仅仅因为它是从高空或太空拍摄的，而是因为它具备地面调查、航空摄影甚至普通航拍难以比拟的独特价值：

1. 大范围覆盖与宏观视角：卫星遥感可以在一次成像中覆盖极大的区域（数百甚至数千平方公里），提供宏观的地理视角，这对于进行区域规划、环境监测、资源调查等需要大尺度分析的工作至关重要。
2. 获取困难或危险区域的信息：对于人迹罕至、地形复杂、环境恶劣（如沙漠、高山、极地）或发生自然灾害、存在安全风险（如疫情爆发区、战场）的区域，遥感是获取信息最安全、最有效甚至唯一可行的手段。
3. 周期性重复观测：卫星按照固定轨道运行，可以定期对同一区域进行重复拍摄。这使得监测地物的动态变化成为可能，例如城市扩张、森林砍伐、冰川退缩、作物生长周期等。
4. 获取人眼不可见的谱段信息：遥感传感器能够捕捉红外、微波等波段的信息，这些信息对揭示地物的物理和化学属性非常有用，比如利用近红外识别植被健康状况，利用热红外监测地表温度，利用微波穿透云层和地表进行探测。
5. 提供历史数据存档：多年的遥感影像数据构成了宝贵的历史档案，可以用于研究长期的环境变化趋势、土地利用变迁等。
6. 标准化数据便于定量分析：遥感数据经过辐射和几何校正后，是标准化的数字数据，可以方便地进行各种定量分析和模型构建，例如计算植被指数、估算作物产量、模拟洪水淹没范围等。

在哪里可以获取遥感影像图？

获取遥感影像图的途径多种多样，取决于你需要什么类型的影像（分辨率、谱段、时间）以及你的用途（科研、商业、个人）。主要来源包括：

政府/公共部门数据平台：

• 国际：
  • 美国地质调查局（USGS）的EarthExplorer和GloVis平台：提供大量的免费数据，尤其是历史悠久的Landsat系列影像。
  • 欧洲空间局（ESA）的Copernicus计划：其Sentinel系列卫星提供丰富的免费开放数据，包括光学、雷达等多种类型，时间分辨率高。
  • NASA的其他传感器数据：如MODIS、ASTER等，主要用于大尺度研究。
• 中国：
  • 国家对地观测科学数据中心：提供高分系列等国产卫星数据服务。
  • 中国资源卫星应用中心：提供资源系列等卫星数据。
  • 部分省市或行业的地理信息公共服务平台也可能提供区域性的遥感影像。

商业卫星公司：

这些公司拥有高分辨率甚至极高分辨率的商业卫星星座，提供更加灵活的定制化服务（如指定区域、指定时间新采集影像）。数据价格通常较高，但可以满足对细节要求极高的商业应用需求。

• 例如：Maxar Technologies (WorldView系列, GeoEye-1), Airbus (Pléiades系列, SPOT系列), Planet (PlanetScope小卫星星座提供高时间分辨率数据, SkySat提供高分辨率数据), Satellogic等。

云平台和地理空间数据服务商：

一些云服务提供商和地理空间数据平台整合了多家数据源，并提供在线处理和分析工具，简化了获取和使用流程。

• 例如：Google Earth Engine (集成大量公共和商业数据源，提供强大的在线分析能力), ESRI ArcGIS Online/Living Atlas等。

其他途径：

• 航空摄影：通过飞机搭载传感器获取，分辨率通常高于卫星影像，但覆盖范围较小，成本较高。
• 无人机遥感：灵活性最高，可以获取超高分辨率影像，适用于小范围、特定区域的详细调查，但受天气、续航等限制。
• 数据经销商/增值服务商：从原始数据提供商处获取数据，并可能提供预处理、专题产品制作等服务。

获取时需要考虑数据的可用性（是否覆盖你的研究区域、是否有你需要的时间段）、分辨率、谱段、格式以及最重要的——使用许可。

遥感影像图的费用是多少？

遥感影像图的费用差别极大，从完全免费到每平方公里数千甚至数万美元不等。影响价格的因素非常多：

主要影响因素：

• 分辨率：这是最主要的因素。分辨率越高（例如0.3米、0.5米），单位面积（如每平方公里）的价格越贵。免费数据通常是较低分辨率的（如10米、30米），而最高分辨率的商业影像最昂贵。
• 数据来源：公共部门提供的基础科学数据（如Landsat, Sentinel）大多是免费或象征性收费；商业公司的数据则是为了盈利，价格较高。
• 采集方式：获取已有存档数据（Archive）通常比新采集（New Tasking）便宜得多。新采集需要调度卫星或飞机按需拍摄，成本更高，且成功率受天气等因素影响。
• 覆盖面积：通常按平方公里计费，但可能会有最低购买面积限制。购买面积越大，单位价格可能有优惠。
• 处理级别：原始数据（Raw Data）最便宜，经过几何校正、辐射校正、大气校正、正射校正等不同级别处理的数据价格逐步升高。分析就绪数据（Analysis Ready Data, ARD）通常是最高价位但最便于直接使用的数据产品。
• 光谱信息： panchromatic (全色，单波段，高空间分辨率)通常比multispectral (多光谱，多个波段，较低空间分辨率)便宜。若需要高光谱数据，价格会更高。
• 使用许可：数据通常带有使用许可，限制了使用范围（例如仅限内部使用、不可分发、不可用于商业目的等）。更宽松的许可（例如允许二次分发、商业化使用）会显著增加费用。购买数据的使用权，而非数据本身的所有权。
• 附加服务：如果需要数据提供商提供额外的服务，如目标识别、变化检测、专题图制作等，会产生额外的费用。

费用示例（仅供参考，价格随市场变化且各公司差异大）：

• 免费：Landsat (30米), Sentinel-2 (10米, 20米), MODIS (250米, 500米)。
• 较低分辨率商业存档数据：可能几十到几百美元每平方公里。
• 高分辨率商业存档数据（如0.5米）：可能几百到数千美元每平方公里。
• 极高分辨率商业新采集数据（如0.3米）：可能数千到数万美元每平方公里，甚至更高，取决于采集难度和许可范围。

需要明确的是，购买少量高分辨率商业影像进行特定分析的成本可能很高，但对于大范围、高频率监测或需要免费数据的应用，公共数据是更好的选择。

遥感影像图是如何获取和处理的？

从传感器捕捉信号到我们最终看到的、可用于分析的遥感影像图，这是一个包含数据获取、传输和处理的复杂流程：

1. 数据获取 (Acquisition):

• 平台与传感器：卫星、飞机或无人机搭载遥感传感器在预定轨道或航线上飞行。传感器类型多样，可以是光学相机、扫描仪、合成孔径雷达(SAR)、热红外探测仪等。
• 能量来源：
  • 被动遥感：传感器接收地物反射或发射的自然电磁波。例如，可见光传感器接收地物反射的太阳光；热红外传感器接收地物自身发射的热辐射。
  • 主动遥感：传感器主动向地物发射电磁波（如雷达、激光雷达），然后接收地物反射或散射回来的信号。主动遥感不受天气（云、雾）和光照条件影响，可以在夜间或恶劣天气下工作。
• 记录信号：传感器将接收到的不同波段的电磁波信号强度转化为数字信号，并记录下来。

2. 数据传输与接收：

• 卫星将记录的数字数据通过无线电信号传输到地面接收站。
• 地面站接收到数据后进行初步的质量检查和格式转换。

3. 数据预处理 (Preprocessing):

原始数据包含多种误差和畸变，不能直接用于精确测量和分析，需要进行一系列预处理。这是将原始数据转化为有意义影像的关键步骤。

• 辐射校正 (Radiometric Correction):
  • 消除传感器内部误差（如传感器本身的响应不均匀性、噪声）。
  • 将传感器记录的原始亮度值(Digital Number, DN)转换为具有实际物理意义的辐射亮度、反射率或亮度温度等。这有助于比较不同时间、不同传感器获取的影像。
• 几何校正 (Geometric Correction):
  • 消除影像因传感器姿态、地球自转、扫描方式、地形起伏等引起的几何畸变。
  • 将影像上的像素坐标转换到地面上的地理坐标系统（如经纬度或投影坐标）。这通常通过地面控制点(Ground Control Points, GCPs)或高精度卫星轨道参数和地面高程模型(Digital Elevation Model, DEM)来完成。
  • 正射校正(Orthorectification)是几何校正的一种高级形式，它利用DEM彻底消除地形起伏引起的位移，使得影像具有地图的几何精度，可以用于精确测量距离、面积等。
• 大气校正 (Atmospheric Correction):
  • 消除大气成分（如水汽、气溶胶）对电磁波的散射和吸收影响。
  • 将传感器接收到的表观反射率转换为地表真实反射率。这对于需要比较不同大气条件下获取的影像或进行定量遥感分析至关重要。

4. 数据增强 (Enhancement):

• 通过调整影像的对比度、亮度、色彩平衡等，使其视觉效果更佳，便于人眼解译或进一步的计算机分析。
• 常用的方法包括直方图均衡化、线性拉伸、假彩色合成等。

5. 数据分析 (Analysis):

预处理后的影像即可用于各种应用分析，这通常是“如何使用”遥感影像的核心部分。常见的分析方法包括：

• 目视解译：通过人眼观察影像的颜色、纹理、形状、大小、空间关系等特征来识别地物类型。
• 计算机自动解译：
  • 分类：将影像中的每个像素或对象归类到特定的地物类型（如森林、水体、耕地、建筑）。分为监督分类（利用已知地物样本训练分类器）和非监督分类（计算机自动识别像素的统计特征进行聚类）。
  • 目标识别：自动检测和识别影像中特定对象（如车辆、飞机、建筑物变化）。
  • 变化检测：比较同一区域不同时相的影像，识别发生变化的地物及其变化类型。
  • 指数计算：利用不同波段的组合计算各种地物指数，如植被指数(NDVI)、水体指数(NDWI)、建筑指数等，以突出特定地物。
• 空间分析：结合GIS数据进行叠置分析、缓冲区分析、地形分析等。

遥感影像图有哪些实际应用？

遥感影像图因其独特的优势，在众多领域发挥着不可替代的作用，提供了丰富、及时、宏观的地理信息。以下是一些具体的应用实例：

1. 土地利用与土地覆盖制图及监测：

• 识别、绘制和更新区域、国家乃至全球尺度的土地利用类型图（如耕地、林地、草地、水域、城镇、未利用地）。
• 监测土地利用的变化过程，例如农田转变为城镇用地、森林被砍伐等。
• 为城市规划、国土管理、生态环境保护提供基础数据。

2. 农业监测与管理：

• 监测作物类型分布、生长状况和健康程度（通过植被指数如NDVI）。
• 估算作物种植面积和预测产量。
• 监测农作物病虫害、干旱、洪涝等灾害影响。
• 指导精准农业，如变率施肥、灌溉管理。

3. 灾害监测与应急响应：

• 快速获取灾区影像，评估灾害类型（洪水、地震、滑坡、泥石流、火山爆发、森林火灾）的范围、烈度和损失。
• 为救援队伍提供导航信息和最优路径。
• 监测灾后恢复进程。
• 例如，洪灾时利用雷达影像穿透云层获取淹水范围图；地震后快速评估建筑物倒塌情况。

4. 环境监测与保护：

• 监测森林覆盖变化、评估毁林情况。
• 监测水体面积、水质（如藻华、悬浮物含量）。
• 监测冰川、积雪覆盖范围和变化。
• 监测大气污染物的空间分布（特定传感器）。
• 监测海岸线变化和海洋环境（如溢油、赤潮）。
• 评估生态系统的健康状况和生物多样性。

5. 城市规划与管理：

• 监测城市扩张的速度和方向。
• 识别城市内部不同功能区（住宅、商业、工业）。
• 监测基础设施建设进度。
• 评估城市热岛效应（利用热红外影像）。

6. 资源调查与管理：

• 协助地质调查，识别岩石类型、地质构造，用于矿产勘探。
• 评估森林资源蓄积量。
• 监测水资源分布（湖泊、水库、河流）。

7. 制图与导航：

• 提供基础地理信息，用于制作和更新地理信息系统（GIS）中的地图图层，例如土地利用图、行政区划图等。
• 为高精度导航和定位服务提供背景影像。

8. 国防与安全：

• 监测边境线、重要设施、军事活动等。
• 为军事行动提供情报支持。

总而言之，遥感影像图是一种强大的工具，能够从宏观到微观、从过去到现在地观察和理解我们的地球，为科学研究、政府决策、商业运营和日常生活提供着不可或缺的信息支持。