張祥和

摘 要：遙感與測繪技術(shù)是指應(yīng)用遙感衛(wèi)星等工具對于地球表面觀察的技術(shù)。本文列舉了遙感與測繪技術(shù)的基本信息及其在航空、地球探測等各方面應(yīng)用。同時(shí)，本文還深入解釋了這項(xiàng)技術(shù)的物理原理，如二體問題，衛(wèi)星軌道，電磁波，光電技術(shù)等，并進(jìn)行了總結(jié)和展望。

關(guān)鍵詞：遙感;測繪;物理知識

中圖分類號：P23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）21-0197-02

0 引言

遙感與測繪技術(shù)是地理信息技術(shù)中的一門重要學(xué)科，其包含了多種現(xiàn)代高新科技技術(shù)，如空間測繪技術(shù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算技術(shù)、信息處理技術(shù)等。近年來，隨著“數(shù)字地球”等科學(xué)概念的提出和“信息高速公路”的飛速發(fā)展，遙感與測繪技術(shù)也不斷向前發(fā)展著。

在當(dāng)今時(shí)代，基于信息技術(shù)的科技進(jìn)步速度大大加快，科技成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力的速度越來越快。尤其是在1998年誕生的GIS技術(shù)，成功將各種高新科學(xué)技術(shù)的相關(guān)概念與網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)相結(jié)合，從而構(gòu)建了一種能夠通過數(shù)字技術(shù)來處理和運(yùn)算各種社會活動與自然活動問題的新型計(jì)算方法，有效提高了各種資源的利用效率，使人們能夠在網(wǎng)絡(luò)上便捷的查詢各種地球信息，從全新的視角更加深入的認(rèn)識地球。GIS技術(shù)地球、地球上的活動及整個地球環(huán)境的時(shí)空變化數(shù)字化為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，將各種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在人們的日常生活中得到運(yùn)用，全面提高日常服務(wù)質(zhì)量，提高人們的生活效率，并使其成為人類的生存之源。本文將針對遙感與測繪技術(shù)在物理領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行討論。

1 遙感與測繪技術(shù)綜述

1.1 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)作為20世紀(jì)以來最具應(yīng)用價(jià)值的航空領(lǐng)域技術(shù)之一，在地球探測和研究中起到了至關(guān)重要的作用。這一技術(shù)應(yīng)用到電磁學(xué)中的很多理論。例如，在利用傳感類儀器判斷距離時(shí)，可以通過電磁波的釋放和接收來確定所需的距離信息。這一過程是通過電磁波的輻射和反射產(chǎn)生的信號實(shí)現(xiàn)的。遙感技術(shù)不僅要運(yùn)用電磁波技術(shù)，還要對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。在這一過程后，可以實(shí)現(xiàn)對地球表面各種地形地貌和景物的識別和成像。遙感技術(shù)應(yīng)用方面廣泛，小到每個地區(qū)的天氣、環(huán)境、資源狀況，大到對一個國家建設(shè)、國防等方面的評估，而且對全球氣候變化的預(yù)估也大有裨益。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，遙感技術(shù)日益成熟，從1909年，第一張航空相片的誕生，再到1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了人類第一顆人造衛(wèi)星，然后，現(xiàn)代遙感技術(shù)進(jìn)入1m高分辨率和立體觀測，在眾多領(lǐng)域取得了令人矚目的成就。遙感技術(shù)在我國同樣發(fā)展迅速，在航空遙感方面，我國正在開展對地觀測系統(tǒng)的研制，無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研制，其中在軍用及民用方面均獲得了較大的成就。同時(shí)，可查詢到高分辨率遙感影像[1]。

1.2 測繪技術(shù)

在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中，測繪學(xué)科具有十分重要的地位。其主要是通過對各種地球資源信息、物理信息、活動信息的測量、采集、整理、運(yùn)算、處理、描述和應(yīng)用。它的研究涵蓋廣泛的主題，包括：研究與描述形狀、大小、重力場以及地球表面與內(nèi)部物質(zhì)的變化規(guī)律;構(gòu)建人造物體的三維坐標(biāo)系，從而掌握各種物體在空間位置上的特征;構(gòu)建人工基礎(chǔ)設(shè)施，繪制各種位置坐標(biāo)圖形，構(gòu)建預(yù)制相關(guān)的信息管理系統(tǒng)。測繪學(xué)涉及到的學(xué)科內(nèi)容較多，發(fā)展歷程較長，在較早時(shí)期主要被用于地圖繪制、水利工程測繪、農(nóng)業(yè)建設(shè)等方面。古代的尼羅河在每年的雨季都會發(fā)生洪澇災(zāi)害，肆虐的洪水在每年都會吞噬陸地的邊界，當(dāng)水位退去后陸地的邊界會發(fā)生較大變化，從而需要人們對邊界區(qū)域進(jìn)行新的劃分，測量工作逐漸深入。隨著人類認(rèn)識的逐漸深入，人們需要去研究地球的形狀，需要準(zhǔn)確地測量地球的大小，從而促進(jìn)了測量的發(fā)展。以圖形的繪制來測量地形的尺寸參數(shù)是非常有必要的，地理圖形制作方法的演變?yōu)闇y繪科學(xué)的發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)，測繪學(xué)對技術(shù)的要求非?？量蹋瑴y量工具與測量儀器的緊密度對測繪的準(zhǔn)確性具有決定性影響。

1873年，Listin通過對地球橢球形狀偏差問題的研究，明確了地球表面水平面上的地理形狀特征。蘇聯(lián)科學(xué)家在1945年提出了一種能夠?qū)Φ厍虮砻孀匀晃镔|(zhì)形狀進(jìn)行測量的理論，這位高低落差環(huán)境下的重力減少問題找到了最佳的解答方式。人類對地球形狀的理解和測量已經(jīng)過了球-橢球-地球水平的三個階段。隨著對地球形狀和大小測量準(zhǔn)確性的提高，在地圖繪制工作中精確計(jì)算出地面坐標(biāo)和地面高程。漸漸地，一個可靠的科學(xué)基礎(chǔ)豐富了測繪理論。測繪這一門蓬勃發(fā)展的科學(xué)也在中國取得了迅猛的發(fā)展。自1950年以來，中國在本土范圍建設(shè)了大量網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位，其中包含了多個國家級的大小重力網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星測繪網(wǎng)絡(luò)，完成了對全國陸地?cái)?shù)據(jù)測量的升級和改造。在攝影測量技術(shù)中，電子計(jì)算機(jī)已被廣泛用于分析空中三角測量，并且正在開發(fā)分析圖和正投影儀。人們正在研究自動測繪系統(tǒng)和空間遙感數(shù)據(jù)在測繪中的應(yīng)用，這也進(jìn)一步推動了中國的測繪業(yè)務(wù)的發(fā)展。

2 物理知識

2.1 二體問題

在經(jīng)典力學(xué)領(lǐng)域，二體問題始終是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。所謂的二體問題實(shí)際上就是兩個不同物體在萬有引力的作用下會按照特定的規(guī)律發(fā)生相互運(yùn)動。事實(shí)上，很多天體的關(guān)系都可以被近似看作二體問題。例如：在行星相鄰衛(wèi)星的公轉(zhuǎn)現(xiàn)象解讀方面，雖然衛(wèi)星和行星的形狀都不是規(guī)則的，但它們的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各自的直徑，因而可被近似看作二體問題;在行星繞恒星公轉(zhuǎn)、雙星系統(tǒng)和雙行星等問題中，這一情形也是類似的。除此之外，彗星的大部分質(zhì)量高度集中在慧核，因此彗星公轉(zhuǎn)也可以看作兩個質(zhì)點(diǎn)之間的二體運(yùn)動。將行星與太陽的質(zhì)量進(jìn)行對比后可以發(fā)現(xiàn)，已知最大行星的質(zhì)量僅為太陽的千分之一。

2.2 衛(wèi)星軌道

衛(wèi)星軌道問題是研究空間定位與導(dǎo)航的一個重要問題。隨著航天事業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星軌道的應(yīng)用領(lǐng)域愈發(fā)廣泛，主要針對于在軌空間目標(biāo)，深空探測等領(lǐng)域。在軌空間目標(biāo)如衛(wèi)星的研制與發(fā)射，其中包含衛(wèi)星通訊、衛(wèi)星遙感、衛(wèi)星導(dǎo)航以及測繪學(xué)和軍事學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用[2]。

衛(wèi)星軌道技術(shù)的應(yīng)用迅速發(fā)展，尤其是自世界上第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射升空后，世界各國相繼向太空發(fā)射了19000個繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)的微型。中國在1970年成功發(fā)射了東方紅1號衛(wèi)星，以它為核心的工作衛(wèi)星數(shù)量眾多，在全世界上僅少于美國。在衛(wèi)星導(dǎo)航方面，GPS，GLONASS等系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)可用，而中國的BDS系統(tǒng)，即北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，也發(fā)揮著重要作用。在探測方面，美國于上世紀(jì)便完成了阿波羅登月計(jì)劃，旅行者一號已經(jīng)在深空中飛行，中國的嫦娥工程也取得了重大成就。而如今的航天領(lǐng)域也有了商業(yè)化的趨勢，各種民營化的火箭生產(chǎn)機(jī)構(gòu)相繼涌入市場，例如：美國spaceX公司基于商業(yè)化發(fā)展理念提出了火星移民計(jì)劃，這個公司也從初期不被看好到火箭成功回收的實(shí)現(xiàn)、火箭成本的不斷降低以及循環(huán)使用技術(shù)的逐步發(fā)展都給這類企業(yè)增添了活力，同時(shí)也推動了空間應(yīng)用技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 電磁波

電磁波是由多種電磁信號集合后形成的電磁輻射波段，電場與地球磁場發(fā)生接觸后推動電磁波在特定的空間區(qū)域中以波紋的形式逐漸向前傳播，其傳播的路徑與電磁場的延伸路徑相同，能夠?qū)崿F(xiàn)對各種動能和勢能的傳輸[3]。隨著人們研究的深入，電磁頻譜誕生，依據(jù)電磁波由低至高的傳輸頻率，可以將其劃分為多種類型的頻譜成分，如：無線電波、強(qiáng)紫外線、弱紫外線、X光、伽馬射線等。

電磁波在我們的生活中應(yīng)用廣泛，最常用的例子便是無線電波的傳輸了，在無線電廣播中，人們先將聲音信號統(tǒng)一收集，調(diào)制成一定頻率，發(fā)射信號，在接收端，可以通過調(diào)頻或者調(diào)幅等方式檢測到信息，在經(jīng)過頻率上的調(diào)整，還原信息。而電視的成像則是再接收信號之后，將其轉(zhuǎn)化為聲音信號和光信號。電磁波技術(shù)同樣在遙感側(cè)領(lǐng)域起到了至關(guān)重要的作用，測繪時(shí)對于未知物體的描繪， 使用光電技術(shù)對于深空領(lǐng)域的探測，無不用到了電磁波技術(shù)。1864年，英國科學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋在研究電磁現(xiàn)象的過程中，結(jié)合前人的理論對電磁波的成分進(jìn)行了分析，并提出了電磁波理論。他在研究中發(fā)現(xiàn)，電磁波的傳播特性與光的傳播特性高度一致。在1887年，德國科學(xué)家郝茲通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在，并提出了電磁波存在的依據(jù)。1898年，馬可尼在進(jìn)行光學(xué)試驗(yàn)的過程中發(fā)現(xiàn)光的本質(zhì)與電磁波完全相同，所有光纖中都含有多種形式的電磁波成分?；诖?，光與電磁波在本質(zhì)上的相同特性得到了認(rèn)定，兩者之間的差異主要集中在電磁波的波長范圍與電磁波傳輸強(qiáng)度方面。

2.4 光電技術(shù)

光電技術(shù)是在探測可見光或不可見光的波段時(shí)才用的一種探測手段，其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)樾畔⒌奶綔y與獲取， 實(shí)現(xiàn)對深空儀器的智能控制主要依賴于信息技術(shù)和軍事應(yīng)用技術(shù)[4]。光電技術(shù)主要側(cè)重于對深空領(lǐng)域的開發(fā)。光電技術(shù)在探測技術(shù)中擁有舉足輕重的地位，軍用技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了光電設(shè)備的產(chǎn)生與升級[5]。其大致分類為偵查、抵御干擾和反偵察等，通常是接收其未知的頻率，利用光電對抗技術(shù)體系加以分析，以獲取信息。面對遙不可及的太空，人們難以觀察到他的全貌，但因人們對于太空的向往，使人們不斷加大對光電技術(shù)的研究力度，由此推動了宇宙生命研究、深空激光探測裝置、紅外線深空探測設(shè)備的發(fā)展，人們對太空的探索也更近了一步。

3 總結(jié)與展望

遙感與測繪技術(shù)涉及知識廣泛，同時(shí)也可以應(yīng)用于多種專業(yè)，其中許多理論都在不斷發(fā)展，有一些已經(jīng)得到了較為完備的解答，有一些仍待解決。二體問題得到了較為合理的解釋，但更為復(fù)雜的三體乃至多體問題尤待解決。衛(wèi)星發(fā)射技術(shù)已經(jīng)不是難題，但是想要突破高成本的發(fā)射問題，甚至實(shí)現(xiàn)回收利用等技術(shù)，還需要很多努力。同樣，在宇宙中飛行了長達(dá)41年之久的旅行者一號也即將在2025年徹底與地球失去聯(lián)系，成為一顆“流浪探測器”，而其發(fā)回的各種信息，有許多仍無法解釋。除此之外，使衛(wèi)星以更高速飛向更遙遠(yuǎn)的地方的技術(shù)難題還未被攻克。

雖然有許多問題沒有得到充分的解決，但不可否認(rèn)的是，遙感與測繪技術(shù)及其領(lǐng)域的發(fā)展前景是十分光明的。如今，遙感與測繪技術(shù)在地理信息技術(shù)等領(lǐng)域發(fā)揮著愈發(fā)重要的地位。而從人類文明誕生伊始，人們對于太空航天的想象就沒有間斷，再加之各國對于航天及人才的重視，很大程度使相關(guān)領(lǐng)域更加受關(guān)注，也一定會使該領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[2] 萬敏輝，朱慶生，薛華建.衛(wèi)星軌道跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動化，2017，39（11）：22-27.

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[5] 張海馨，張正龍.中國深空探測中光電技術(shù)的應(yīng)用[J].信息記錄材料，2017，18（03）：36-37.