浅谈遥感与测绘领域的物理知识

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　　摘 要：遥感与测绘技术是指应用遥感卫星等工具对于地球表面观察的技术。本文列举了遥感与测绘技术的基本信息及其在航空、地球探测等各方面应用。同时，本文还深入解释了这项技术的物理原理，如二体问题，卫星轨道，电磁波，光电技术等，并进行了总结和展望。
　　关键词：遥感;测绘;物理知识
　　中图分类号：P23 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）21-0197-02
　　0 引言
　　遥感与测绘技术是地理信息技术中的一门重要学科，其包含了多种现代高新科技技术，如空间测绘技术、数据运算技术、信息处理技术等。近年来，随着“数字地球”等科学概念的提出和“信息高速公路”的飞速发展，遥感与测绘技术也不断向前发展着。
　　在当今时代，基于信息技术的科技进步速度大大加快，科技成果转化为实际生产力的速度越来越快。尤其是在1998年诞生的GIS技术，成功将各种高新科学技术的相关概念与网络虚拟技术相结合，从而构建了一种能够通过数字技术来处理和运算各种社会活动与自然活动问题的新型计算方法，有效提高了各种资源的利用效率，使人们能够在网络上便捷的查询各种地球信息，从全新的视角更加深入的认识地球。GIS技术地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化数字化为网络数据，将各种网络数据在人们的日常生活中得到运用，全面提高日常服务质量，提高人们的生活效率，并使其成为人类的生存之源。本文将针对遥感与测绘技术在物理领域的应用进行讨论。
　　1 遥感与测绘技术综述
　　1.1 遥感技术
　　遥感技术作为20世纪以来最具应用价值的航空领域技术之一，在地球探测和研究中起到了至关重要的作用。这一技术应用到电磁学中的很多理论。例如，在利用传感类仪器判断距离时，可以通过电磁波的释放和接收来确定所需的距离信息。这一过程是通过电磁波的辐射和反射产生的信号实现的。遥感技术不仅要运用电磁波技术，还要对数据进行进一步的处理。在这一过程后，可以实现对地球表面各种地形地貌和景物的识别和成像。遥感技术应用方面广泛，小到每个地区的天气、环境、资源状况，大到对一个国家建设、国防等方面的评估，而且对全球气候变化的预估也大有裨益。
　　随着科学技术的飞速发展，遥感技术日益成熟，从1909年，第一张航空相片的诞生，再到1957年前苏联发射了人类第一颗人造卫星，然后，现代遥感技术进入1m高分辨率和立体观测，在众多领域取得了令人瞩目的成就。遥感技術在我国同样发展迅速，在航空遥感方面，我国正在开展对地观测系统的研制，无人机遥感系统的研制，其中在军用及民用方面均获得了较大的成就。同时，可查询到高分辨率遥感影像[1]。
　　1.2 测绘技术
　　在现代科学领域中，测绘学科具有十分重要的地位。其主要是通过对各种地球资源信息、物理信息、活动信息的测量、采集、整理、运算、处理、描述和应用。它的研究涵盖广泛的主题，包括：研究与描述形状、大小、重力场以及地球表面与内部物质的变化规律;构建人造物体的三维坐标系，从而掌握各种物体在空间位置上的特征;构建人工基础设施，绘制各种位置坐标图形，构建预制相关的信息管理系统。测绘学涉及到的学科内容较多，发展历程较长，在较早时期主要被用于地图绘制、水利工程测绘、农业建设等方面。古代的尼罗河在每年的雨季都会发生洪涝灾害，肆虐的洪水在每年都会吞噬陆地的边界，当水位退去后陆地的边界会发生较大变化，从而需要人们对边界区域进行新的划分，测量工作逐渐深入。随着人类认识的逐渐深入，人们需要去研究地球的形状，需要准确地测量地球的大小，从而促进了测量的发展。以图形的绘制来测量地形的尺寸参数是非常有必要的，地理图形制作方法的演变为测绘科学的发展提供了重要的基础，测绘学对技术的要求非常苛刻，测量工具与测量仪器的紧密度对测绘的准确性具有决定性影响。
　　1873年，Listin通过对地球椭球形状偏差问题的研究，明确了地球表面水平面上的地理形状特征。苏联科学家在1945年提出了一种能够对地球表面自然物质形状进行测量的理论，这位高低落差环境下的重力减少问题找到了最佳的解答方式。人类对地球形状的理解和测量已经过了球-椭球-地球水平的三个阶段。随着对地球形状和大小测量准确性的提高，在地图绘制工作中精确计算出地面坐标和地面高程。渐渐地，一个可靠的科学基础丰富了测绘理论。测绘这一门蓬勃发展的科学也在中国取得了迅猛的发展。自1950年以来，中国在本土范围建设了大量网络点位，其中包含了多个国家级的大小重力网络和卫星测绘网络，完成了对全国陆地数据测量的升级和改造。在摄影测量技术中，电子计算机已被广泛用于分析空中三角测量，并且正在开发分析图和正投影仪。人们正在研究自动测绘系统和空间遥感数据在测绘中的应用，这也进一步推动了中国的测绘业务的发展。
　　2 物理知识
　　2.1 二体问题
　　在经典力学领域，二体问题始终是人们关注的焦点。所谓的二体问题实际上就是两个不同物体在万有引力的作用下会按照特定的规律发生相互运动。事实上，很多天体的关系都可以被近似看作二体问题。例如：在行星相邻卫星的公转现象解读方面，虽然卫星和行星的形状都不是规则的，但它们的距离远远大于各自的直径，因而可被近似看作二体问题;在行星绕恒星公转、双星系统和双行星等问题中，这一情形也是类似的。除此之外，彗星的大部分质量高度集中在慧核，因此彗星公转也可以看作两个质点之间的二体运动。将行星与太阳的质量进行对比后可以发现，已知最大行星的质量仅为太阳的千分之一。
　　2.2 卫星轨道
　　卫星轨道问题是研究空间定位与导航的一个重要问题。随着航天事业的发展，卫星轨道的应用领域愈发广泛，主要针对于在轨空间目标，深空探测等领域。在轨空间目标如卫星的研制与发射，其中包含卫星通讯、卫星遥感、卫星导航以及测绘学和军事学等领域的应用[2]。
　　卫星轨道技术的应用迅速发展，尤其是自世界上第一颗人造卫星发射升空后，世界各国相继向太空发射了19000个绕地球运转的微型。中国在1970年成功发射了东方红1号卫星，以它为核心的工作卫星数量众多，在全世界上仅少于美国。在卫星导航方面，GPS，GLONASS等系统在全球范围内可用，而中国的BDS系统，即北斗导航系统，也发挥着重要作用。在探测方面，美国于上世纪便完成了阿波罗登月计划，旅行者一号已经在深空中飞行，中国的嫦娥工程也取得了重大成就。而如今的航天领域也有了商业化的趋势，各种民营化的火箭生产机构相继涌入市场，例如：美国spaceX公司基于商业化发展理念提出了火星移民计划，这个公司也从初期不被看好到火箭成功回收的实现、火箭成本的不断降低以及循环使用技术的逐步发展都给这类企业增添了活力，同时也推动了空间应用技术进一步发展。 　　2.3 电磁波
　　电磁波是由多种电磁信号集合后形成的电磁辐射波段，电场与地球磁场发生接触后推动电磁波在特定的空间区域中以波纹的形式逐渐向前传播，其传播的路径与电磁场的延伸路径相同，能够实现对各种动能和势能的传输[3]。随着人们研究的深入，电磁频谱诞生，依据电磁波由低至高的传输频率，可以将其划分为多种类型的频谱成分，如：无线电波、强紫外线、弱紫外线、X光、伽马射线等。
　　电磁波在我们的生活中应用广泛，最常用的例子便是无线电波的传输了，在无线电广播中，人们先将声音信号统一收集，调制成一定频率，发射信号，在接收端，可以通过调频或者调幅等方式检测到信息，在经过频率上的调整，还原信息。而电视的成像则是再接收信号之后，将其转化为声音信号和光信号。电磁波技术同样在遥感侧领域起到了至关重要的作用，测绘时对于未知物体的描绘， 使用光电技术对于深空领域的探测，无不用到了电磁波技术。1864年，英国科学家詹姆斯·麦克斯韦在研究电磁现象的过程中，结合前人的理论对电磁波的成分进行了分析，并提出了电磁波理论。他在研究中发现，电磁波的传播特性与光的传播特性高度一致。在1887年，德国科学家郝兹通过实验证实了电磁波的存在，并提出了电磁波存在的依据。1898年，马可尼在进行光学试验的过程中发现光的本质与电磁波完全相同，所有光纤中都含有多种形式的电磁波成分。基于此，光与电磁波在本质上的相同特性得到了认定，两者之间的差异主要集中在电磁波的波长范围与电磁波传输強度方面。
　　2.4 光电技术
　　光电技术是在探测可见光或不可见光的波段时才用的一种探测手段，其主要应用领域为信息的探测与获取， 实现对深空仪器的智能控制主要依赖于信息技术和军事应用技术[4]。光电技术主要侧重于对深空领域的开发。光电技术在探测技术中拥有举足轻重的地位，军用技术的发展促进了光电设备的产生与升级[5]。其大致分类为侦查、抵御干扰和反侦察等，通常是接收其未知的频率，利用光电对抗技术体系加以分析，以获取信息。面对遥不可及的太空，人们难以观察到他的全貌，但因人们对于太空的向往，使人们不断加大对光电技术的研究力度，由此推动了宇宙生命研究、深空激光探测装置、红外线深空探测设备的发展，人们对太空的探索也更近了一步。
　　3 总结与展望
　　遥感与测绘技术涉及知识广泛，同时也可以应用于多种专业，其中许多理论都在不断发展，有一些已经得到了较为完备的解答，有一些仍待解决。二体问题得到了较为合理的解释，但更为复杂的三体乃至多体问题尤待解决。卫星发射技术已经不是难题，但是想要突破高成本的发射问题，甚至实现回收利用等技术，还需要很多努力。同样，在宇宙中飞行了长达41年之久的旅行者一号也即将在2025年彻底与地球失去联系，成为一颗“流浪探测器”，而其发回的各种信息，有许多仍无法解释。除此之外，使卫星以更高速飞向更遥远的地方的技术难题还未被攻克。
　　虽然有许多问题没有得到充分的解决，但不可否认的是，遥感与测绘技术及其领域的发展前景是十分光明的。如今，遥感与测绘技术在地理信息技术等领域发挥着愈发重要的地位。而从人类文明诞生伊始，人们对于太空航天的想象就没有间断，再加之各国对于航天及人才的重视，很大程度使相关领域更加受关注，也一定会使该领域蓬勃发展。
　　参考文献
　　[1] 李德仁.摄影测量与遥感的现状及发展趋势[J].武汉测绘科技大学学报，2000（01）：1-6.
　　[2] 万敏辉，朱庆生，薛华建.卫星轨道跟踪系统的设计[J].制造业自动化，2017，39（11）：22-27.
　　[3] 石文轩.遥感物理基础教学内容设计与教学方法探讨[J].教育教学论坛，2018（38）：180-181.
　　[4] 邹昀哲.中国的空间探测光电技术的发展与应用[J].科技经济导刊，2016（02）：85.
　　[5] 张海馨，张正龙.中国深空探测中光电技术的应用[J].信息记录材料，2017，18（03）：36-37.
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