浅谈热红外遥感及其运用
一、概念：
热红外遥感即通过热红外探测器收集、记录地物辐射出来的人眼看不到的热红外辐射信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数（如温度、发射率、湿度、热惯量等）。
热红外遥感技术的发展是为了获取地物的热状况信息，从而推断地物的特征及其与环境相互 作用的过程，并为科学和生产所应用。简而言之，热红外遥感即确定地表温度和发射率及其应用!
二、常用波段及特点：
0.76 ~ 1000 μm ：红外辐射（红外谱段）；
其中0.76 ~ 3.0 μm ：反射红外波段 3.0 ~ 14 μm ：发射红外波段 3 to 5 μm 、8 to 14 μm
8 to 14 μm ：波段范围较宽，因此对于许多特定的物质类型，它的发射率较稳定，但还是有细微差异（10.5~11.5μm、11.5~12.5μm ）。用于调查地表一般的热辐射特性，探测常温下物体温度分布、目标的温度场从而进行热制图。
3 to 5 μm：对高温目标物的识别敏感，常用于获取高温目标的信息
由于被遥感的物体在任何时间都在不断地向外辐射热红外线，热红外遥感可以在白天或黑夜无人造光源的条件下实施，它是一种全天时的遥感手段。
优点—— 夜间成像、浅层探测、地物热特性。
局限性——空间分辨率低、光谱分辨率低、易受环境影响、混合像元问题、温度与发射率分离问题。
三、三大定律：
（一）黑体辐射定律 1.普朗克公式（Plank）
M——黑体辐射出射度 T—— 温度
h ——普朗克常数，6.626′10-34J·S
k—— 波耳滋曼常数，1.3806 ′10-23J·k-1 C——光速，2.998′108m/s l—— 波长
2.斯忒藩——波耳兹有曼定律（Stefen-Boltzmann）
任何给定温度的黑体表面的总辐射度，可由其光谱辐射度曲线与波长轴围成的面积给出。即，在所有波长范围内，如果一个传感器能测量黑体辐射度，记录的信号与在给定温度下黑体辐射度曲线下面积与波长轴围成的面积成正比，斯忒藩——波耳兹曼定律给出了该面积的数学表达式：
s—— 斯忒藩-波耳兹曼常数=5.6697′10-8(Wm-2K-4)斯忒藩——波耳兹曼定律绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比！黑体的辐射能量是该黑体表面温度的函数。
M——总辐射度（W m-2）
M(l)——光谱辐射散失（ W m-2mm ）
s—— 斯忒藩-波耳兹曼常数=5.6697′10-8(Wm-2K-4) 3.维恩位移定律（Wein）
在不同温度下黑体表面所辐射能量，在光谱分布范围内其曲线是十分相似的，随着温度的增加，其能量峰值朝着波长减少的方向移动。对于一个黑体，维恩位移定律给出了其峰值光谱
度的波长与具体温度之间的关系式：
维恩位移定律：在黑体辐射光谱中最强辐射的波长lm与黑体绝对温度T成反比。 从以上三个黑体的辐射定律可知： 1. 普朗克定律给出了黑体辐射的出射度与温度、波长的定量关系；维恩位移定律给出了黑体的发射峰值波长与温度的关系，指出随着黑体温度的增加、发射峰值波长减少，两者成反比关系；斯忒藩—波耳兹曼定律则以数学的方式描述了随着黑体温度的增加，总发射辐射也增加，黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比。这就是说：物体热辐射的强度和峰值波长都是随物体的温度而变化！
2. 可见，温度确定后，从普朗克公式、维恩位移定律可确定辐射源的光谱分布，推算出物体的峰值波长；从斯忒藩—波耳兹曼定律可计算出物体辐射的总功率。
3.反之，从物体的光谱分布及辐射总功率也可推算出物体的“实际温度”。显然这些推论对黑体是严格成立的，由此人们通过对地表辐射能量的测量或运用遥感热图像数据，可间接获得目标对象的“温度”信息（亮温——图像上的温度）。但是对非黑体的真实物体，由于比辐射率的影响，要获得地表真实温度的难度便大得多。
四、应用：
实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地进行综合观测。获取有关海洋、 陆地、冰雪圈和太阳动力系统等信息，进行土地利用和土地覆盖研究、气候季节和年际变化研究、自然灾害监测和分析研究、长期气候变化率以及大气臭氧变率研究等，进而实现对大气和地球环境变化的长期观测和研究总体（战略）目标。发展空间天气研究，研究全球气候变化。
用于调查地表一般的热辐射特性，探测常温下物体温度分布、目标的温度场从而进行热制图。地热调查、土壤分类、水资源调查、城市热岛、地质找矿、海洋渔群探测、海洋油污染。对高温目标物的识别敏感，常用于获取高温目标的信息。火灾（如：森林起火、残火、隐
火）、活火山、火箭发射等。
植物生长、作物产量、地表水分的蒸发及循环、气候变迁、全球变化以及地质矿产的开发 均与地球热系统状况。对复杂地形，如植被（包括森林）、斜地形、水体、裸土和城市景观的混合系统进行精确评价表面通量；以及云影响的探测和消除等问题。岩溶区探水、热红外探矿、探地热、城市热岛、林火监测。
运用了热红外波段采集地面数据，并将其应用于军事、地质填图、热制图、热惯量估算以及灾害监测、环境污染等方面。
五、举例分析：
遥感技术在水污染监测方面的应用 （1）利用红外扫描仪监视石油污染
全球每年排入海洋的石油及其制品高达1000万吨，利用多光谱航片可对海面石油污染进行半定量分
析，将彩色航片同步拍照与近红外片做的彩色密度分割图相比较，更精密地判断和解译信息，参照图片画出不同油膜厚度的大致分级图。通过彩色密度分割图像，特别是数字密度分割图，可以更准确地判断油量的分布情况。通过彩色密度分割可把相差零点零几厚度的海面油膜区分出层次来，这有利于用航空遥感对海面油的扩散分布和半定量研究。浓度大的地方是黄色，往外扩散的油膜变薄，呈黄紫混在一起的颜色，再往外扩散的油膜就更薄些呈紫色。通过对污染发生后各天的气象卫星图像的对比分析，确定油膜的漂移方向，计算出其扩散速度和扩散面积。 （2）利用遥感技术监测水体富营养化
浮游植物中的叶绿素对蓝紫光和红橙光有较强的吸收作用，当水体出现富营养化时，我们就可以利用遥感技术推算出水体中的叶绿素分布情况。赤潮区的海水光谱特征是藻类、泥沙和海水的复合光谱，另外有机或无机颗粒物也会吸收入射光，影响水体的透明度。 （3）通过遥感技术调查废水污染和泥沙污染
废水的颜色与悬浮物性状千差万别，特征曲线上的反射峰位置和强度也不大一样，可以用多光谱合成图像进行监测。水中悬浮泥沙的浓度和粒径增大，水体反射量也会相应增加，反射峰随之红移，定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波段是0.65～0.85微米。 （4）应用红外扫描仪监测水体热污染
应用红外扫描仪记录水体的热辐射能量，真实反映其温度差异。在热红外图像上，热水温度高，辐射能量多，呈浅色调。冷水和冰辐射能量少，呈深色调。热排水口处通常呈白色羽流，利用光学技术和计算机对热图像作密度分割，根据少量的同步实测水温，画出水体等温线。 （5）通过遥感技术分析水域的分布变化和水体沼泽化
水体总体反射率较低，选择1.55～1.75微米波段的多时域影像可以分析水域的分布变化。沼泽化在时域图像上反映为水体面积缩小，从水体向边缘有规律变化，显示出不同程度的植被特征。
六、心得：
通过学习热红外，使我了解到研究地球的方法原来还可以这样，有趣、多样化、方法灵活多变、还了解了一些有关热红外的计算机运用软件，相信这会给我以后的工作带来很大的帮助。
相信通过这次的学习加上我以后自己的努力，通过热红外的途径会给我的工作带来极大的便利，如：我可以通过热红外数据对一个基地进行分析，进而得到我想要的数据和地形特征，这就给我的工作带来了方便了，我就不用特意跑到是地区考察，这不但节省时间还节省人力物力。热红外，相信在将来会有更广阔的前景。