卫星遥感探测

　　遥感探测范围由大到小依次是宇宙飞船、陆地卫星、飞机。遥感探测范围的大小，与运载传感器的飞行工具的高度有关，高度越高范围就越大。
　　遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征，并将特征记录下来，供识别和判断。把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感，称为航空遥感。把遥感器装在航天器上进行遥感，称为航天遥感。完成遥感任务的整套仪器设备称为遥感系统。 航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测，获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用。例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。

（一）主要卫星数据简介

1.美国陆地卫星数据

用Landsat系列卫星的热红外第6波段进行地下煤火区地表热异常信息的提取、确定火区的位置是比较准确的，费用相对于使用夜航航空热红外扫描图像来说大为降低。它是地下煤火探测的常用数据源。

Landsat的重访周期为16天，这使得其白天和夜间成像的TM6（ETM⁺6）数据对于地下煤火动态探测、检查灭火效果和指导灭火行动的开展而言是理想的数据源。然而，因为TM6 的空间分辨率是120m，面积较小的或深层的煤火不能探测出来。60m热空间分辨率的Landsat-7、ETM⁺6的探测煤火应用使得状况有改善，但该数据现在已经无法获取。

2.地球观测系统EOS卫星数据

（1）ASTER。ASTER热红外谱区的波段数达到了5个，分辨率仅为90m，但其量化值为12bit；因此，热图像像元值的动态范围更大，温度信息更丰富，更有利于热信息分析提取。故用其进行地表温度反演比较合适。在地下煤火的探测中，越来越倾向于使用ASTER数据进行大规模火区的初步定位和地表温度反演。

（2）MODIS。尽管MODIS数据的温度反演精度比较高，基本上可以实现免费提供；但是在地下煤火的研究中，一般而言煤火区的面积有限，而其空间分辨率又相对太低，故而应用效果和前景不是很好。

3.高空间分辨率卫星数据

（1）QuickBird。QuickBird影像产品分基本影像、标准影像、正射影像、立体像对等不同类型，从波段组成上分全色波段影像数据、多光谱影像数据、全色波段影像数据与多光谱影像数据产品包、融合影像数据（真彩色或假彩色）等多种类型。

（2）IKONOS。IKONOS卫星数据具有高精度、高分辨率的特点，可广泛用于城市、港口、土地、森林、环境、灾害调查和军事目标动态探测。尤其在土地利用调查中更能发挥优势、提高调查的实效性，节省人力、物力，基本实现土地利用管理的高技术化。

（3）SPOT系列。SPOT4图像最突出的优点是它具有比TM图像更高的空间分辨率，并且可以组成立体像对，生成数字高程模型。TM和SPOT4图像可以组合成分辨率为1：50000的图像。SPOT5图像的空间分辨率又有显著提高，使得遥感技术向精确化迈进了一大步，可以在地下煤火动态探测中发挥更重要的作用。

利用SPOT、IKONOS和QuirkBird卫星图像，可直接获得与地下煤层自燃有关的燃烧系统大小、位置、性质及环境相互关系等精细特征信息。

（4）其他高空间分辨率卫星。除这三种常见的高空间分辨率卫星影像数据外，还有以色列的EROS⁃1A和印度的IRS⁃1D等。这些高空间分辨率的卫星数据，一般都覆盖可见光波段，对地表物体的探测比较精细，适合于大比例尺成图。利用其提供的立体测图能力，还可以制作DEM，在地下煤火区地表裂隙的探测和煤火工程的设计施工中可发挥其重要作用。

4.雷达遥感数据

（1）欧空局的ERS⁃1、2。欧洲地球资源卫星ERS⁃1、2为欧空局所属卫星，主要用于科学研究与应用。ERS⁃1、2工作于C波段，采用VV极化。这些参数使ERS⁃1、2 适于中等或大范围地形测绘和林草探测。

（2）加拿大RADARSAT。RADARSAT是加拿大的遥感卫星系统，于1996年发射使用。该系统提供可靠的、成本低的环境和资源数据。RADARSAT 是第一颗真正满足商业化运营的雷达遥感卫星。RADARSAT独特的机动能力使它的探测范围几乎达整个南极地区。RADARSAT有多种工作方式，包括宽幅测绘、良好的分辨力和标准的波束宽度，还可选择入射角。

（3）欧空局的ENVISAT⁃1。ENVISAT⁃1属极轨对地观测卫星系列之一，该卫星是欧洲迄今建造的最大的环境卫星。作为ERS⁃1/2合成孔径雷达卫星的延续，ENVISAT⁃1数据主要用于监视环境，即对地球表面和大气层进行连续的观测，供制图、资源勘查、气象预报及灾害判断运用。

干涉雷达（INSAR）技术是雷达遥感的热点研究领域。当前，INSAR的主要应用除进行地形制图，生成大范围高精度的数字高程模型（DEM）及坡度测量外，基于干涉雷达基础上发展起来的雷达差分干涉测量技术在地表下陷、山体滑坡探测和地震形变探测等方面具有重要的作用。

5.中巴资源卫星数据

中巴卫星遥感数据用途广泛，可用于土地利用、水资源调查、农作物估产、探矿、地质测绘、城市规划、环境保护、海岸带探测等地球资源与环境调查的各个方面。IRMSS热红外B9波段的空间分辨率比较低，数据的质量不是很稳定。对于地下煤火的遥感探测而言，其利用效果还有待进一步验证和提高。

6.微小卫星BIRD数据

双波段热红外探测仪（BIRD，Bi⁃Spectral InfraRed Detection）是德国宇航中心所属的新型科学实验小卫星，于2001年10月发射升空，其目的是识别和定量描述地球表面的高温事件。BIRD卫星数据的应用领域主要是森林草原火灾、火山爆发、煤火等较大面积火情的探测。已有研究资料表明，其夜间热红外影像可探测地下煤火，不容易准确定位。

（二）卫星遥感数据组合与探测目标优化

卫星遥感方法具有周期短、覆盖面积广和效益高的特点。由于其空间分辨率的限制，目前作为一种区域性煤层自燃的探测方法。

卫星遥感探测方法应用的关键是必须以合适的地下煤火调查和应用目标为前提，以地下煤火热辐射特征及光谱特征为依据，选择经济、技术指标均较为合理的遥感数据源或数据源组合。

中分辨率卫星遥感。以ASTER、ETM、中巴资源卫星为代表，热红外波段空间分辨率60～156m，灵敏度1℃，夜间的热红外信息经过大气校正、辐射校正、几何校正、阈值分析、图像变换和彩色增强等处理后，可提取地下煤火产生的地面热辐射异常信息，确定与煤火区有关的热异常区域。主要用于中比例尺的煤火区普查，初步圈定具有一定规模的煤田燃烧活火区的范围和煤火探测靶区。通过不同时相的热异常区域对比，用于探测煤火区及周边区域的热场动态变化。可见光波段空间分辨率15～30m，利用地下煤火作用下地面岩石和植被等光谱特征的变化，采用图像信息处理方法提取与煤火有关的环境变化信息，确定煤田构造、煤系地层及燃烧环境；用于探测煤火区及周边区域的环境、灾害动态变化。星载热红外遥感用于火灾探测的优越性表现在其可重复性、数据获取费用比较便宜、加上多波段操作比较容易等，缺点是空间分辨率相对比较低。

高分辨率卫星遥感。以SPOT、IRS、QuickBird、IKONOS为代表，空间分辨率可以达到0.61～5.8m。利用高分辨率卫星遥感结构信息，分析地下煤火作用下地面物质色调和结构特征的变化，提取地下煤火燃烧中心、燃烧裂隙、燃烧系统、采空燃烧区、烧变岩、燃烧塌陷和煤田内非煤火区的燃烧信息等。

ASTER、TM与QuickBird数据结合使用，是研究地下煤火比较合适的技术组合。QuickBird等高分辨率卫星数据价格相对比较昂贵，且单幅覆盖范围有限，仅仅适合单个煤火区的高精度燃烧裂隙系统等煤火信息探测。

卫星数据时相的选择也是煤火探测的一个重要因素。由于中国北方煤田分布区冬季植被普遍稀少，TM图像能较准确地反映地质体的波谱特征；夏季植被相对发育，对地质体的谱特征干扰较大。因此，冬季数据具有一定的优势。

a.成像时太阳高度角小，对地貌起伏和地质构造反映显著，便于分析煤层自燃和地质构造的潜在关系。

b.冬季地表常有积雪，对解译和识别火区有特殊的帮助。这是由于煤自燃释放的热量融化了积雪，使深色煤系出露，与白色雪景形成强烈反差，使得活火区一览无余。

利用合成孔径雷达的干涉测量可以获得地下煤火区地面沉降量，探测地表塌陷的变化，卫星高光谱遥感可以探测煤火区的岩石矿物、土壤和植被的物理化学成分的变化。目前在煤火探测中的这方面应用研究还很少，它的应用对煤火探测有很大的作用。