章节要点
描述遥感概念，解释什么是地理信息系统（GIS）；为什么说二者都是地理分析的工具？
1.5遥感与地理信息系统
地理学家通过遥感和地理信息系统（geographicinformationsystem，GIS）对地球表面进行探测、分析和地图绘制。这些技术增进了我们对地球的认识。
1.5.1遥感
当代，人类可以从外太空轨道借助航空器和海洋潜水遥感器对地球进行观测，科学家由此可获得更广泛的遥感数据（图1.27）。遥感对人类来说不是新鲜事物，当我们环视周围环境时，眼睛就在做这件事：感知远处物体的形状、大小和颜色；并对电磁波中的可见光能量进行配准识别。类似地，当照相机按照胶卷或传感器设定的波长范围拍摄景物时，就是对景物反射（或发射）能量的遥感。
我们的眼睛与照相机相似，即在没有物理接触的情况下，获得远处物体的遥感信息。许多年前，航空照片被用于改进地图的准确度，这比现场调查的成本低很多而且便捷。从影像中提取准确测量信息是摄影测量学的范畴，也是遥感应用的重要内容。
卫星、国际空间站以及太空船上搭载的遥感器远远超出肉眼所能感知的波长范围，遥感器能够“看见”比可见光更短或更长的波长，如紫外线、红外线和雷达微波。
卫星通过火箭发射可进入3种类型轨道（图1.28）：地球同步卫星轨道、极地轨道和太阳同步轨道。图1.28（a）中的地球同步（地球静止）轨道，其典型高度为km，卫星步调与地球自转速度一致，因此卫星能够“悬停”于地表某个具体位置上方，通常是赤道，因而能够很好地记录半个地球的天气，例如地球同步环境卫星（GOES）。
图1.28三种卫星轨道路径图1.28（b）是一个极地轨道卫星，其典型高度在~km，卫星随着地球自转，从上空能够扫描到地球上的任何区域，完成一次轨道运行用时90min。这类卫星适用于对偏远艰苦地区（例如两极）环境的监测和研究，如Terra和Aqua卫星。
图1.28（c）是一个太阳同步轨道卫星，其高度范围为~km，属于近极地轨道卫星，其每天大约转1°（1年天环绕地球1周，为°）。这类卫星可提供的地表影像是在阳光持续照射下由可见波长生成的，或在连续黑暗条件下由长波辐射生成的图像。
卫星记录图像采用的不是传统胶卷，而是以数码相机或类似于电视卫星的传输方式把图像传输至地面接收器。扫描的景象被分解成像素（图像元素）进行传输，接收到的每个像素再通过线（lines，即水平的行）和列（samples，垂直的列）的像素坐标进行识别。例如，由0线和列组成的一个栅格影像中包含有40000个像素，影像信息非常详细。生成一幅卫星影像所需数据庞大，需要地面站数据存储设备和计算机处理。
经过多种方式处理后的数字影像，实用性大幅增强：模拟自然色、利用“假”彩色凸显某些特性、增强对比度、信号分析过滤以及各种采样率和分辨率分析。遥感系统包括主动和被动两种类型。
主动遥感主动遥感是向某一表面定向发射一束能量波，对表面反射返回的能量波进行分析。雷达（无线电探测和定位）就是一个例子。雷达发射器向目标地域发出短促的能量波，其波长相对较长（0.3~10cm），能够穿透云层和夜空；之后，再对其返回的反射能量波进行分析。雷达接收到的反射能量，叫做反向散射。当前轨道上运行的几个重要雷达卫星包括：QuikSAT、RADARSAT-1和-2、SCISAT-1、JERS-1和-2卫星。
在美国加利福尼亚州的圣马特奥市附近，圣安德烈亚斯断层的图像就是由搭载于飞机上的合成孔径雷达系统完成的。为了跟踪该断层系统的运动以及未来可能发生地震的能量积蓄区域，NASA和JPL的研发系统对断层进行反复观测，以获取详细的三维图像信息（图1.29）。根据某一时间序列的图像集，科学家利用电脑对图像中的像素进行逐一对比，监视图像上发生的微小位移（水平或垂直方向上），进而诊断地震断层中积蓄的应力。图1.29地震活跃断层的雷达影像注：搭载于航天器上的合成孔径雷达系统按时序对断层连续重复拍摄，通过影像对断层中压力积蓄区进行研究。从这幅9年的假彩色影像中，你能看到已被水库淹没、呈南北走向的断层裂谷吗[JPL/NASA，UACSAR图像；作者摄]被动遥感被动遥感系统就是对某一表面辐射能量的记录，尤其是可见光和红外线。我们的眼睛就是被动遥感器，就像阿波罗17号的宇航员在3km太空中使用照相机（胶片）拍摄的地球照片一样（封底）。
Landsat卫星上的被动遥感器提供了各种数据影像，譬如：阿巴拉契亚山脉和圣海伦火山的影像卡特里娜飓风前后新奥尔良以及河流三角洲的影像冰岛瓦特纳冰帽的影像在NASS、国家海洋和大气管理局（NOAA，