4.5.5城市环境结构与环境质量分析
导致城市环境质量恶化的因素很多，但归根结底是由于城市环境结构的非生态化和物质代谢的超负荷、超容量。后者即为城市环境污染问题，用遥感方法对它进行分析和监测，国内外已做了大量工作。而对于前者，即对城市生态环境结构与环境质量的分析研究却较少。利用航空和航天遥感资料提供的城市环境信息，分析城市生态系统的空间结构，研究它与城市环境质量的关系，为科学地评价城市环境，改善生态环境提供科学依据。这是环境地学遥感应用研究的一个重要课题，这里仅以某市为例概略介绍城市环境结构遥感分析的方法，以供参考。从环境和生态的观点来看，可以把城市环境的空间结构区分为建筑空间、交通空间和绿地空间。根据它们内部环境特性和环境效应的差异，对三者再进行细分，从而建立一个城市环境结构的分类系统。判读不同时间的航空黑白相片和航空红外彩色相片，并进行实地调查，建立各个类型的判读标志，编制出城市环境结构类型图。然后以区为统计单元对各个环境类型的面积进行量算，分别求出各区内建筑空间各类型面积所占该空间面积的比重。以建筑空间各个类型环境质量的优劣，将全市9个建筑空间类型合并为5个环境质量等级，依次分别取2，1，0，－1，－2这5个指标作为权系数，并依次与上述5个等级所占建筑空间的比重相乘后求和（即B值），将此B值作为相对评价各区建筑空间环境质量分级次序的依据。
使用1985年11月18日南京幅的TM图像，通过多种方案的光学合成处理，提取专题信息，进行城市环境结构分析。在TM3、TM4、TM5合成的125万假彩色图像上，植被为绿色，水体呈蓝色，城市为黄褐色。其中老城区呈褐色，建筑密度越高，色调越深；新城区呈灰白色，建筑密度越高，色调越浅。据此可以区分出城市三大空间分布的格局，还可对建筑空间和主干道作进一步的分类。为了进一步突出城市信息，采用TM3（蓝）、TM4（绿）、TM7（红）组合方案获得的图像上，所有的城市及城镇建成区都明显地呈粉红色，其中老城区色调较深，新城区色调较浅，能较实际地反映出市区内部环境的差异。根据对几种合成图像的综合分析，编制出1：5万南京市环境结构类型图。该图主要反映出市区绿化和新、老建成区分布概貌等环境结构信息。
总之，利用遥感信息分析城市环境是可行的。其优点是耗时短、成本低、更新快，可用于城市环境动态监测；缺点是受影像分辨力的限制，类型界线比较模糊，分类也较概略。若采用地面分辨力更高的SPOT影像，就能更好发挥卫星遥感在城市研究中的应用潜力。
4.6遥感应用与技术的发展趋势
4.6.1遥感应用的发展趋势
应用领域中实体、现象和过程的地学特征、遥感机理是首先需要解决的问题。遥感通过直接或间接分析与应用目标相关的地理环境因子等实现对该领域的研究；在具备一定的机理、特征的基础上，有效的遥感信息源选择将是非常重要的环节；遥感信息处理技术是遥感应用的关键，既包括常规遥感分类、信息处理技术的应用，也包括一些新的遥感分类与信息处理技术，同时还应重视面向应用领域的遥感信息处理模型建立与遥感应用系统建立；最后，还应注重遥感应用的精度评价、遥感与其他技术（特别是GIS技术），以及遥感数据驱动的专题模型的研究工作。
随着可用遥感信息源的不断增加、遥感信息处理方法的改进和精度的提高、遥感应用优越性得到广泛认可、更多领域对遥感需求的增加，今后遥感应用无论在深度还是广度方面都将得到进一步的改进和提高。具体来讲，遥感应用一些主要的发展趋势包括：
1.高分辨率遥感图像将得到广泛应用，形成多尺度、多平台的遥感信息源，商业化运行全色、多光谱、高光谱、微波遥感系统将为不同领域应用提供充足的遥感信息源组合方案，航空遥感、地面遥感、航天遥感将形成全方位、多层次的遥感信息获取系统。
2.对应用领域的需求分析、遥感机理、遥感信息特征挖掘将成为提升遥感应用水平的重要方面，即不同领域应用的遥感信息机理、遥感物理基础研究将得到重视。
3.遥感信息处理的智能化水平和自动化程度将不断提高，人工智能与专家系统、计算智能（人工神经网络、遗传算法等）、基于知识的遥感图像处理等将在不同领域得到广泛应用，新的遥感信息处理方法将不断得到应用。
4.基于统计分析、物理机理分析等方法建立面向专题应用的遥感模型（遥感信息模型、参数反演模型、遥感动态模型）将成为提高应用水平重要的手段，遥感数据将与各种模型结合，成为地学现象与过程机理、动态、模拟和调控的基础。
5.遥感应用将实现定性（类别）、定量（面积或范围）、定谱（参数反演）、定时（时相）、定形（地形起伏或地形图生成，主要是应用遥感手段获取数字地面模型）的有效结合，提供不同需求的多主题信息，特别是基于多光谱、高光谱和微波遥感的地表参数遥感定量反演将成为今后遥感应用的重要内容。
6.对遥感应用将从以往的“是否可用”向“应用精度如何”发展，即重视不同领域遥感应用的精度问题。
7.多源多尺度遥感信息融合以提高分类和应用精度、多时相遥感信息融合进行遥感动态监测将成为遥感应用的重要方向。
8.在当前一些通用遥感软件系统的基础上，建立面向专业领域应用的遥感业务化运行系统（如作物估产系统、作物生长遥感监测系统、土地利用动态监测系统等）将直接推动遥感在不同领域的应用。
9.遥感应用范围的拓展和应用水平的提高将直接促进遥感科学技术相关产业的快速形成与规模化发展，实现科学、技术、服务与产业的相互促进。
10.遥感与地理信息系统、全球定位系统等技术将不断集成，实现优势互补，共同解决不同领域的应用问题，遥感将成为空间数据基础设施、4D产品重要的基础支持。
4.6.2遥感：从技术走向科学
早期遥感的发展一般是按照技术先行、应用支撑的模式。为了解决技术问题，提高应用水平，研究人员通常采用逐步推进策略，提出和建立有效的信息处理方法，但方法的设计往往受限于理论基础。随着研究的深入，已有的理论基础已不能适应方法设计的要求，也难以进一步推动技术发展和应用拓展，因此需要加强科学理论方面的创新研究。近年来，国家重点基础研究计划（“973计划”）先后支持了三项与遥感科学相关的项目：“复杂自然环境时空定量信息获取与融合处理的理论与应用”、“地球表面时空多变要素的定量遥感理论及应用”和“对地观测—空间信息—地学知识转化机理”，体现出遥感理论研究的重要性，其研究成果将促进遥感科学体系的建立。从遥感技术及其应用的发展历程可以看出，随着遥感传感器性能的改进和发展，遥感信息获取的能力已大大提高。但与其快速发展不相称的是信息处理与遥感应用水平的发展相对滞后，如何处理、应用大量甚至海量遥感信息已成为迫切解决的任务。为实现这一目标必须克服以往重遥感的技术属性而轻其科学属性的现象，即将传统的遥感技术发展为遥感科学与技术，从科学的角度，重视提炼和研究遥感信息处理与应用中的科学问题.促进理论分析与技术方法及应用的结合、共同繁荣。正如地理信息系统从传统的技术工具发展为现代的地理信息科学一样，遥感也正在发展成为一门新的学科。在这一背景下，国内外对遥感的研究重点逐步从技术转向科学，或科学与技术并重，特别是强调通过理论分析和科学研究解决技术中存在的问题。遥感科学的概念已逐步得到认可，如中国科学院遥感应用研究所与北京师范大学联合设立了“遥感科学国家重点实验室”，武汉大学等高校则设置了“遥感科学与技术”本科专业。
总之，遥感正从早期的专门领域如遥感应用、遥感制图、遥感传感器设计、遥感信息处理等不同的分支与方向，初步形成一门新的综合性的科学技术———遥感科学与技术。遥感科学应包括以下主要内容：
1.遥感信息机理。遥感信息机理是遥感影像信息获取、处理与应用的基础，也是遥感科学的重要基础理论。遥感信息机理的物理基础主要包括地物光谱特性、太阳辐射、电磁波传输等。随着遥感应用的深入，对遥感物理基础的研究也在不断深入，特别是在理论模型的改进、分析与设计方面，国内外正在进行大量深入的研究。随着对遥感过程认识的深入，遥感的复杂性、非线性研究也更为受到重视。
2.遥感器与信息获取。掌握遥感信息机理的目的在于获取准确、全面的图像数据，而这些图像数据的采集在很大程度上取决于是否具有适宜的、质量优良的各种遥感器，因此，遥感器设计与遥感平台研制是信息机理向应用转换的关键环节。遥感器的研制既是物理学、材料科学、光电子学的范畴，又需要多学科的联合攻关，通过遥感机理研究揭示大气窗口、有效电磁波范围等则是选择遥感器波段区间的基础。而遥感器运载平台的发射等则主要是由空间科学、控制科学等学科共同协作完成的。资源环境遥感卫星发射后，要求能够以固定的周期源源不断地向地面提供遥感影像，供后续处理和应用分析。目前，航空遥感是卫星遥感的有力补充，特别是城市、自然保护区等典型区域，航空与航天结合的遥感信息获取方式具有明显的优越性。近年来，遥感器的研究主要体现在高空间分辨率传感器研制与卫星遥感系统开发、高光谱分辨率遥感器研制与平台建设等。
3.遥感信息处理。遥感信息处理是综合运用模式识别、图像处理、认知科学、统计科学、计算机技术等科技方法，对遥感器获取的模拟或数字信息（当前主要是数字影像）进行处理的过程。遥感信息处理是遥感应用的关键环节，也是当前研究的热点和重点内容。
4.遥感应用。应用是遥感发展的推动力，应用领域的拓展、应用水平的提升、应用效果的改进、应月效益的提高，也是推动遥感科学与技术不断发展的关键因素。目前遥感应用已从早期的资源遥感、环境遥感、交通遥感、军事遥感、遥感制图等领域，拓展到了生态遥感、遥感地球化学、遥感考古、遥感估算社会经济信息、公共卫生遥感等众多新的应用方向和领域。今后遥感应用还将在速度、精度、效益、可靠性等方面不断改进和提高，并推动产业发展和技术更新，进而推动方法研究和理论创新，以及学科发展。陈述彭院士认为，20世纪的卫星遥感应用比较侧重于自然、资源、无机环境和静态观测与识别，而21世纪的卫星遥感应用，必将更多地关注人文、生态环境以及动态监测与评估，通过遥感手段的优选、多平台的组合乃至多源信息的融合，最终会集成一条快速的生产流水线。
5.遥感应用模型。随着遥感应用水平的深入，如何将遥感与不同领域的需求相结合，建立比较完善的遥感信息模型，将成为遥感科学应用的重要方面。遥感应用模型是机理、遥感平台、信息处理与应用领域的结合，能否突破当前遥感应用主要依靠分类、信息提取，然后进行统计分析的模式，实现直接基于遥感数据的机理分析、过程分析、格局评价、趋势预测与决策支持，将是今后深化遥感应用的重要课题。
