遥感是传感器不直接与目标物接触而能收集其资料的一种过程。它是通过测量目标物的反射或辐射电磁波来收集信息的。人有眼睛和大脑，是当今最复杂的遥感系统。眼睛是传感器，躯体是平台；神经是传播的发射机；大脑则是处理资料和提取信息的计算机。

现代遥感技术是多种类型的传感器组成；这些传感器比人眼强得多，可以探测电磁波谱中各种波段，而眼睛所能感受的可见光，仅仅是电磁波谱中一扇狭窄的窗户。电磁波谱就是用波的形式以光速传播的能谱。这种辐射的连续波谱有几个波段，其中可见光、红外和微波波段对收集资料特别有用。仪器设计成能探测不同波段的电磁辐射。一种传感器感受一种波段，许多种传感器组合起来，可同时记录同一个目标物的资料。分辨力是把目标物彼此辨认出来所必需的最小距离。

遥感是摄影术、航空器、辐射物理学、空间技术和计算机等五个领域共同发展的结果。遥感的发展过程可追溯到1839年第一次图像摄影的定影航空。摄影到了第一次世界大战时才告完善，主要用于广泛地收集情报。直到五十年代发展起来了雷达和热红外成像。

随着技术的进步，人类从气球发展到飞机，进而又发展到宇宙飞行器，遥感随着这些平台发展起来。对宇宙进行首次有系统的观测，是I960年发射的气象观测卫星泰罗斯1号。人造卫星水星号、双子星座和阿波罗飞船完成了高质量的地球摄影。阿波罗9号和天空实验室装有各种多光谱摄影仪；后者装有类似陆地卫星上的仪器，是高精度收集地球资源资料第一座固定的平台。陆地卫星1号，原名地球资源技术卫星，是1972年7月23日发射的，接着在1975年发射了陆地卫星2号，1978年和1982年又相继发射了陆地卫星3号和4号。

遥感在美国陆军工程师团中的应用

陆军工程师团从三十年代起就开始应用遥感。早期将传统的航空摄影用于测绘平面图、绘制地形图、摄制工程的投影图和工程设计。随着遥感技术的发展，六十年代和七十年代里，新的传感器通过了鉴定并作了试验。地面和机载雷达提供了海岸和海洋和地质信息，含有红外和可见光光谱的多光谱扫描仪，从测定建筑物中热绝缘效应到监测水域中泥沙扩散中进行了试验。七十年代把普遍使用的卫星系统作为遥感仪器的平台。工程兵师团很快将这种获得资料的新方法应用到水资源调查中去。

Goes资料收集系统

地球同步运行环境卫星资料收集系统（GOES）是工程师团应用卫星技术的一个成功事例。尤其是对洪水控制要求实时或准实时的水文资料。像水位和降水这些基本参量，主要靠资料收集平台获取，然后通过卫星将资料传送到用户。资料收集平台有三种。第一种叫定时平台，按规定的时间表（通常每四小时）发出报告；第二种叫问询平台，向平台索取资料时就要用到它；最后一种叫不定时报告平台，或报警不定时平台或自适应不定时平台。“报警”式的用来发出故障信号，同时中断连续发出观测资料的报告；自适应的用于在某些参量达到危险临界值时发出报告。一旦参量超过临界值，平台便按预先编好的时间表发出报告，直到参量回到正常值时为止。如今全师团拥有585台定时平台和208台不定时报告台。自适应不定时平台发挥其作用的一个例子是收集洪水水文资料。平台按规定每四小时报告一次，在水位超过警戒线时除外。一旦出现这种情况，平台发出报告的次数就增加，甚至增加到每几分钟报告一次，直至洪峰过境。

工程师团新英格兰分区为研制和使用资料收集平台做了大量的工作。七十年代初期，这个分区进行了使用陆地卫星1号的试验，并且完成了地面系统，包括接收站和处理资料的计算机，新英格兰分区的水库控制中心就是使用了40多个工作台报告的实时资料，从而有力地帮助了对35个大坝和4个防台堤坝的管理。

地貌分析

有关地形地貌和区域大地构造的信息可从陆地卫星图像中得出。为配合研究阿拉斯加州而建立的寒冷地区研究工程实验室，用卫星图作其分析用图的基本资料，对Susitna河上游盆地进行了研究。不用同空中摄取的现场资料作比较，仅用陆地卫星图像就能完成资料的收集工作，并且发表了有关报告。

Susitna河上游盆地位于阿拉斯加州的东南部，那里地势险峻，人烟稀少，冬天严寒。20个站的记录显示，该地区上空云覆盖平均占了70%的面积；云覆盖使陆地卫星图像模糊起来。

研究工作分三个组成部分：绘制水系图、判定地质构造线和绘制地表物质图。这三部分都得分析陆地卫星图像；这比研究其它方面的资料要先进。人工相片判读技术（这里无需高精尖设备）证明了陆地卫星图像的有用。

利用5和7波段黑白陆地卫星图像来绘制水系图。波段7显示的水域和海岸线比任何别的波段都明显。有时水面看不见时，河流可从地形或植被中分析出来。一条条槽状冰冲刷平原、水道中的沙坝和Susitna河中的岛屿在图像中清晰可辨。多数情况下，盆地的水系呈树枝状。在盆地中央，水系呈辐射状，盆地上游水系是彼此平行的。除了水系图提供的水文信息外，还可以从水系形状看出如下地质信息：坡度、基岩变化、结构、近代大地构造和盆地的地貌史对水系形状的影响。

湖泊、冰川和雪原也同样可从图像中画出其分布图。直径为100米，水面积仅8000平方米那样小的湖泊也能画得出。再小一点的湖泊在图像中能看得出、但画不清楚。冰川和雪原最容易由彩色合成来，绘制在合成图像上冰显示为蓝色，雪为白色。从雪原中分出小冰川是困难的，因为冰川被雪覆盖着。

构造线在1：250，000比例尺无云7波段陆地卫星多光谱扫描图像上绘制。许多构造线在影像上是一目了然的，但仅仅绘制了跟所记录的大地构造有联系的那些特征，合成图显示出的初级和次级构造线，已为有关文献、现场勘探和航空摄影所证实。

六个地表地质单元也已画出。色调与纹理差异显示出六个单元的空间范围。现场勘探结果指出，裸露的基岩区能精确地作出图来，但尚未固结的泥沙区还不能作图。

全国大坝清理计划

1972年工程师团被邀制定全国大坝检查计划。公法92-367要求师团至少要对25英尺高度或容量在50英亩一英尺以上的大坝进行检查和维护、需要检查的大坝中最小高达26英尺、容量为16英亩一英尺。检查期间，陆地卫星作为确定待查大坝位置的全国统一仪器，同时用来随时修正有关数据。

芝加哥工区使用陆地卫星的经验表明，只有陆地卫星系统能测定大坝容量，而别的方法都不行。它的缺点是不能检查小容量的大坝和浊度高的水体。为了弥补这个不足，采取了以陆地卫星资料为基础，增加空中摄影和区域性资料的办法。目前列入检查的大坝已达68153个。

地面覆盖分类

陆地卫星相片的多光谱性质能作出不同地面覆盖的区域图。由于从中可以估算流域的潜在径流，工程师团对地面覆盖资料感到兴趣。水文模式的建立就需使用这些资料。

陆地卫星资料的数字形式，可用电子计算机加以分析。加利福尼亚大学为师团研制了可从数字卫星资料进行地面覆盖分类的一个装置。这个装置叫UCD程序。

UCD程序已在五个工区试用。水文工程中心把程序给出的地面覆盖资料同搜集和贮存在网格格式中各区同类资料作了比较。

多光谱扫描仪收集的陆地卫星资料的形式是象元，即代表象片中最小元素的方块。多光谱扫描仪每个象元相当于覆盖1.1英亩的地面面积。而在1982年7月发射的新型热制图器的象元覆盖0.25英亩的面积。象元上的谱值代表平均值或优势值。这就是说，一个象元中可以有几类地面覆盖，但只记录下一个谱值，陆地卫星相片所划分的地面覆盖类型同传统的分类可能不太一致。这就给确定UCD程序的精度带来麻烦。

用于研究的网格大小同卫片象元大小相当接近，覆盖面积在0.74 ~ 1.53英亩间，当陆地卫星覆盖资料用于计算径流频率曲线时，水文工程中心发现，传统的和卫星取得的频率曲线间差别是不大的。

机载激光器

安装在飞机上的激光器可用来收集地形和测深资料。根据飞机所处高度和激光脉冲发射到地面和反射回来所需的时间，便可计算地面高程。激光器测量地形断面或扫描一行地形资料，取决于它的结构。高程资料是地形数据基的关键部分，计算机模拟水资源规划和管理时就用到这种资料。这些高程资料收集费用比收集别种地形资料昂贵十倍。

Wilmington工区把这项技术用于论证由国家航空和空间管理局（NASA）实施的方案。NASA机载海洋LIDAR（光测定和测距），一种激光装置，被用来绘制海岸线图、港汊和水道测深，以及岸滩修复。岸滩和近海地区收集到的资料，其扫描行距和等深浅间距都是0.5米。近岸地带只在水深为0.5 ~ 6.0米范围内收集资料。

地形呈定常变化的海岸地区用这类系统高速收集资料，其优越性更加明显。用传统技术绘制水下地形特征，当遇到风浪或海面骤变情况，是很困难的。论证方案的结果表明，用机载激光器为收集这些资料提供了方便又可靠的方法。

水道实验站已做了几次用机载激光器绘制地形图的试验。为了测定植物叶子对激光装置的影响，测量工作分别在冬天和夏天进行。

冬天收集的断面资料同摄影测量、地面测量的资料作了比较，其差值的均方根为12 ~ 20厘米；夏天（其时绿叶茂盛）收集的资料同摄影测量资料比较结果，则均方根为50厘米。机载激光器收集地形资料的费用是摄影测量或现场测量费用的三分之一。

在其它领域中的应用

工程师团的多项研究，结合应用几种遥感技术，收集资料既省时又省钱。旧金山工区用遥感来研究海岸和河口问题。收集的环境资料包括地表温度、植物密度和种类、水流、波浪、湿地、浊度和水体形状、这类信息过去主要靠航空摄影收集，现在也可用热扫描仪、卫星多光谱扫描仪、天空实验室和机载侧视雷达图像来获取。波的折射用U-2飞机摄影在彩色胶卷上。红外扫描仪也提供湿地、水流和植物种类的信息。特别是多光谱扫描仪用于分析植物种类和密度。不同植物群的光谱信号，用蓝、使过度曝光黄滤色层彩色片，近红外和彩色红外四种不同类型胶片成像。这种研究结果证实了遥感作为收集海岸环境资料的工具是完全可信的。

Tulsa工区用彩色红外航空摄影绘制Little河和Cossatot河的植物群图。在约4，400英亩的研究区域内绘制了12种不同的植物群图。1980年10月和1981年3月二次航空摄影把它们记录在彩色红外相片上，比例尺为1：12，000。该资料得到美国地质调查局1：24，000比例尺图和研究区域现场考察资料所证实。1980年10月图像用于绘制开阔地区图，1981年3月图像对辨认大森林特别有用。有时同时需用两组图像来分类，各类植物都以97%的精度绘制成图。研究发现，经现场核对的1：12，000秋天和春天彩色红外图像提供足够的信息来绘制区域中的植物群图。

根据1972年联邦水污染控制法修正案，Portland工区已用航空摄影监测疏浚物质的扩散。水污染控制法第404款要求工程师团管理疏浚物质的排放或疏浚物质抛入美国水域。该工区将现在的照片和当前作为检测变化手段的照片作了对比，对需要引起注意的变化地方，开出清单，以备现场调查，这样一来，那些无明显变化或不易到达的地方，就不必再作现场调查。Portland工区已使用了各种比例尺的这类照片，发现1：24，000比例尺的彩色红外照片效果最好。

计算机技术

计算机有能力处理大量数据并快速进行重复的、迭代的计算，成为处理遥感数字资料必不可少的工具。许多遥感资料的空间（而不是点）特性，是发展网格数据带的补充。水文工程中心在其空间分析方法研究中发展了这种技术。工程师团现已正式开始使用这个空间数据管理技术。

Buffalo工区研制陆地资源信息系统，网格数据基，收集土地利用、土壤、小集水区和美国伊利湖流域的2，200平方英里区域的资料。土地利用资料由彩色红外摄影收集，资料经数字化处理后编入数据基。数据基的一个用途是计算潜在的侵蚀、数据基分析可提供精确的侵蚀率图。比较不同状态下的侵蚀率可以确定管理土地、减少土壤流失的最有效方法。Vicksherg工区使用存有遥感信息的计算机网格数据基来编制Yazoo Backwater区域不同时期的地域表和分析Tensas河流域各个洪水地带土地冲刷范围的历史演变趋势。数字数据这两种研究所得的令人满意的不同时期的地域表已经作出。Tensas河研究使数据基进一步分析洪水控制对陆地澄清的影响。这两种情况未来研究的费用将大为减少，因为高程信息数字化和研制空间数据基的最初花钱多的工作已告完成。这些数据基适应陆地卫星资料也是容易做到的。

Rock岛工区已经验证了同数字陆地卫星信息（关于密西西比河上游洪泛区的管理）相结合的网格数据基的可用性。工区工作已经证明，洪泛区植被图能适合新的要求而无需昂贵的调查。

Rock岛工区也应用这个技术来研究水域中疏浚抛泥合理性的分析。除了地面覆盖外，离河和陡岸位置的距离也选为重要参量，加上表征每个特征数重要性和合理性的相对重量这个参量，把这些参量结合在一起，便产生一张样本图，可以从中看出水域中最理想的抛泥区。

未来的系统

美国于1982年7月发射了一颗新型陆地卫星，即陆地卫星4号。该系统携带一架多光谱扫描仪和一台叫作主题制图仪的新装置。后者能提供30米分辨力的多光谱资料，以区别于前者80米分辨力，还提供六个波段（蓝到红外）和120米分辨力的热红外波段的资料。陆地卫星4号按计划将提供直到1988年为止的连续资料。陆地卫星4号发射后，又在设计一种多用途的卫星。政府还在鼓励研制一种包括商业使用的多用途卫星。

航天飞机发射计划中，打算在上面安装勘测地球资源的遥感仪器。1981年11月升空的第二架航天飞机上对这类仪器作了试验。此外还装有多光谱红外辐射仪、空气污染检测仪、海洋水色仪、特征辨别和定位仪，以及SIR-A（航天飞机成像雷达），合成孔径雷达。未来升空的航天飞机上计划安装一种新雷达——SIR-B。

法国的国家空间研究中心研制了一种地球资源宇宙飞船，计划在1985年升空。这架宇宙飞船叫做SPOT（大地观测测量系统），将携带一架20米分辨力的三波段多光谱扫描仪。此外，已在设计SPOTII的使命。看其完成情况，再考虑SPOTⅢ和SPOTⅣ的使命。

[Water Spectrum，1983年春]