遙感導論 第一章56頁

1、第一章第一章 遙感概述遙感概述主講教師：孫曉芳主講教師：孫曉芳曲阜師范大學地理與旅游學院1遙感導論遙感導論課程課程遙感導論教學主要內(nèi)容第一章第一章 遙感概述遙感概述第二章第二章 電磁輻射與地物光譜特征電磁輻射與地物光譜特征第三章第三章 遙感成像原理與遙感圖像特征遙感成像原理與遙感圖像特征第四章第四章 遙感圖像處理遙感圖像處理第五章第五章 遙感圖像目視解譯遙感圖像目視解譯第六章第六章 遙感數(shù)字圖像計算機解譯遙感數(shù)字圖像計算機解譯第七章第七章 遙感應用遙感應用第八章第八章 遙感、地理信息系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)綜合應用遙感、地理信息系統(tǒng)與全球定位系統(tǒng)綜合應用2教學目的和要求從遙感原理和應用的角度，通過講

2、授基本理論與輻射傳輸過程，分析各類遙感系統(tǒng)成像機理和數(shù)據(jù)特征，研究遙感應用分析的方法與手段，通過課堂講授和文獻閱讀，使同學們系統(tǒng)掌握遙感應用分析的原理與方法，了解遙感學科的新進展，增進對遙感應用中復雜科學問題的理解，提高解決實際問題的能力。3主要參考書目梅安新等，遙感導論，高等教育出版社，2002。彭望祿等，遙感概論，高等教育出版社，2003。陳述彭, 童慶禧, 郭華東, 遙感信息機理研究,北京:科學出版社， 1998。 周成虎等, 遙感影像地學理解與分析,北京:科學出版社， 1999。趙英時等，遙感應用分析原理與方法,北京:科學出版社， 2003。湯國安等，遙感數(shù)字圖像處理,北京:科學出版社

3、， 2004。徐希孺，遙感物理，北京：北京大學出版社，2005。4參考資料中文期刊遙感學報中國圖形圖像學報遙感信息國土資源遙感遙感技術與應用5參考資料英文期刊Remote Sensing of Environment, 環(huán)境遙感，英國遙感與測量學會I.J. Remote Sensing ,國際遙感雜志 ,英國遙感與攝影測量學會IEEE Transactions on Geoscience & Remote Sensing , IEEE地球科學與遙感會刊 ,國際電子與電器工程師協(xié)會Photogrammetric Engineering & Remote Sensing(PE&RS) , 攝影測量

4、工程與遙感雜志攝影測量工程與遙感雜志,美國攝影測量與遙感學會美國攝影測量與遙感學會Canadian Journal of Remote Sensing ,加拿大遙感雜志 ,加拿大航空航天研究所 ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing ,國際攝影測量與遙感協(xié)會會刊 ,國際攝影測量與遙感學會6本章主要內(nèi)容遙感基本概念遙感技術系統(tǒng)遙感特點與應用遙感發(fā)展與趨勢7遙感基本概念廣義：泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力廣義：泛指一切無接觸的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波（聲波、地震波）等的探測。場、機械波（聲波、地震波）等的探測。

5、遙感定義：是從遠處探測感知物體，也就是不直接接觸物遙感定義：是從遠處探測感知物體，也就是不直接接觸物體，從遠處通過探測儀器接收來自目標地物的電磁波信息，體，從遠處通過探測儀器接收來自目標地物的電磁波信息，經(jīng)過對信息的處理，判別出目標地物的屬性。經(jīng)過對信息的處理，判別出目標地物的屬性。89遙感的載體：電磁波譜地物波譜特征自然界任何物體都具有反射、吸收、發(fā)射電磁波的能力，自然界任何物體都具有反射、吸收、發(fā)射電磁波的能力，這是由于組成物質(zhì)的最小微粒不同運動狀態(tài)造成的。這是由于組成物質(zhì)的最小微粒不同運動狀態(tài)造成的。不同的物質(zhì)由于物質(zhì)組成和內(nèi)部結(jié)構、表面狀態(tài)不同，具不同的物質(zhì)由于物質(zhì)組成和內(nèi)部結(jié)構、表面

6、狀態(tài)不同，具有相異的電磁波譜特性，這是遙感識別目標的前提。有相異的電磁波譜特性，這是遙感識別目標的前提。10信息獲取11在外觀上，在外觀上，TerraTerra衛(wèi)星的大小大概相當于一輛小型校園公汽。它裝載的五衛(wèi)星的大小大概相當于一輛小型校園公汽。它裝載的五種傳感器能同時采集地球大氣、陸地、海洋和太陽能量平衡的信息。種傳感器能同時采集地球大氣、陸地、海洋和太陽能量平衡的信息。 遙感的基本原理不同的物體具有不同的物質(zhì)組成和結(jié)構不同的物體具有不同的物質(zhì)組成和結(jié)構,因此其電磁波譜特因此其電磁波譜特征相異。遙感即是根據(jù)這種差異來識別不同的物體。這就征相異。遙感即是根據(jù)這種差異來識別不同的物體。這就是遙感

7、的基本出發(fā)點。遙感的理論基礎是電磁波與地表的是遙感的基本出發(fā)點。遙感的理論基礎是電磁波與地表的相互作用，這是遙感應用分析的前提。相互作用，這是遙感應用分析的前提。12遙感信息系統(tǒng)13遙感技術系統(tǒng)遙感信息源空間信息獲取遙感數(shù)據(jù)傳輸與接收遙感圖像處理遙感信息提取與分析14遙感信息源15空間信息的獲取16遙感數(shù)據(jù)傳輸與接收17遙感數(shù)據(jù)的傳輸和接收膠片是由人或回收艙送至地面回收，而數(shù)字磁介質(zhì)上記錄的信息則可通過衛(wèi)星上的微波天線傳輸給地面的衛(wèi)星接收站。地面站接收到遙感衛(wèi)星發(fā)送來的數(shù)字信息，記錄在高密度的磁介質(zhì)上(如高密度磁帶HDDDT或光盤等)，并進行一系列的處理，如信息恢復、輻射校正、衛(wèi)星姿態(tài)校正、投

8、影變換等，再轉(zhuǎn)換為用戶可使用的通用數(shù)據(jù)格式，或轉(zhuǎn)換成模擬信號(記錄在膠片上)，才能被用戶使用。u主要接收衛(wèi)星發(fā)下來的遙感圖像信息及衛(wèi)星姿態(tài)、星歷參數(shù)等。u發(fā)射衛(wèi)星的國家除了在本土建立接收站以外，還可在其他國家建立接收站(僅僅接收遙感圖像信息)。本土上的地面接收站還負擔發(fā)送控制中心的指令，接收衛(wèi)星發(fā)回的有關星上設備工作狀態(tài)的遙感數(shù)據(jù)和地面遙測數(shù)據(jù)收集站發(fā)射給衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。u每個接收站都有一個跟蹤衛(wèi)星的大型天線，一般陸地衛(wèi)星接收站的天線張角為85。地面接收站遙感圖像處理硬件系統(tǒng)：u計算機u顯示設備u大量存儲設備u圖象輸入輸出設備20軟件系統(tǒng)：u數(shù)據(jù)輸入模塊u幾何校正模塊u圖象變換模塊u圖象融合模塊u

9、圖象分類模塊u圖象分析模塊地面站或用戶還可根據(jù)需要進行精校正處理和專題信息處理、分類等。主要依靠以下兩種系統(tǒng)輔助完成： 常用遙感圖像處理軟件 目前國內(nèi)常用的遙感圖像處理軟件有：目前國內(nèi)常用的遙感圖像處理軟件有：ErdasErdas：美國亞特蘭大：美國亞特蘭大ERDASERDAS公司集遙感和公司集遙感和GISGIS于一身的于一身的軟件。軟件。EnviEnvi：美國：美國Better Solutions Consulting Better Solutions Consulting 有限公司開有限公司開發(fā)的遙感圖像處理軟件。發(fā)的遙感圖像處理軟件。IdrisIdris：是由美國可克拉克大學地理學研究生

10、院制圖技：是由美國可克拉克大學地理學研究生院制圖技術與地學分析實驗室開發(fā)的。術與地學分析實驗室開發(fā)的。Er-mapperEr-mapper：Earth ResourceEarth Resource公司開發(fā)的圖像處理軟件。公司開發(fā)的圖像處理軟件。PCI:PCI:加拿大加拿大PCIPCI公司的產(chǎn)品，處理遙感圖像。公司的產(chǎn)品，處理遙感圖像。21遙感信息提取與分析22數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)處理、分析數(shù)據(jù)應用23運用到物理學、電子運用到物理學、電子學、空間科學、信息學、空間科學、信息科學等方面的知識科學等方面的知識運用到數(shù)學、計算機運用到數(shù)學、計算機科學等方面的知識科學等方面的知識以地學規(guī)律為基礎的以地學規(guī)律為基

11、礎的分析方法，運用到地分析方法，運用到地球科學、生命科學等球科學、生命科學等方面的知識方面的知識從這個角度講，遙感是一門以物理手段、數(shù)學方法和地從這個角度講，遙感是一門以物理手段、數(shù)學方法和地學分析為基礎的綜合性應用科學。學分析為基礎的綜合性應用科學。遙感的類型按遙感平臺分按遙感平臺分 地面遙感 航空遙感 航天遙感 航宇遙感24遙感的主要分類遙感的主要分類按遙感平臺分類地面遙感主要指以高塔、車、船為平臺的遙感技術系統(tǒng)，地物波譜儀或傳感器安裝在這些地面平臺上,可進行各種地物波譜測量。 航天遙感又稱太空遙感，泛指利用各種太空飛行器為平臺的遙感技術系統(tǒng)，以地球人造衛(wèi)星為主體，包括載人飛船、航天飛機和

12、太空站，有時也把各種行星探測器包括在內(nèi)。衛(wèi)星遙感為航天遙感的組成部分，以人造地球衛(wèi)星作為遙感平臺，主要利用衛(wèi)星對地球和低層大氣進行光學和電子觀測。航空遙感泛指從飛機、飛艇、氣球等空中平臺對地觀測的遙感技術系統(tǒng)。25遙感的類型按傳感器的探測波段分按傳感器的探測波段分 紫外遙感：探測的波段在0.050.38m之間 可見光遙感：0.380.76m 紅外遙感：0.761000m 微波遙感：1mm10m 多波段遙感：探測波段在可見光波段和紅外波段范圍內(nèi)，再分成若干窄波段來探測目標。26遙感的主要分類遙感的主要分類按所利用的電磁波的光譜段分類可見光反射紅外遙感，主要指利用可見光(0.4-0.7微米）和近紅

13、外(0.7-2.5微米）波段的遙感技術統(tǒng)稱，前者是人眼可見的波段,后者即是反射紅外波段，人眼雖不能直接看見,但其信息能被特殊遙感器所接受。它們的共同的特點是，其輻射源是太陽，在這二個波段上只反映地物對太陽輻射的反射，根據(jù)地物反射率的差異，就可以獲得有關目標物的信息，它們都可以用攝影方式和掃描方式成象。 熱紅外遙感，指通過紅外敏感元件，探測物體的熱輻射能量，顯示目標的輻射溫度或熱場圖象的遙感技術的統(tǒng)稱。遙感中指8-14微米波段范圍。地物在常溫(約300K)下熱輻射的絕大部分能量位于此波段，在此波段地物的熱輻射能量，大于太陽的反射能量。熱紅外遙感具有晝夜工作的能力。 微波遙感，指利用波長1-100

14、0毫米電磁波遙感的統(tǒng)稱。通過接收地面物體發(fā)射的微波輻射能量，或接收遙感儀器本身發(fā)出的電磁波束的回波信號，對物體進行探測、識別和分析。微波遙感的特點是對云層、地表植被、松散沙層和干燥冰雪具有一定的穿透能力，又能夜以繼日地全天侯工作。 27遙感的類型按工作方式分按工作方式分 主動遙感：傳感器主動發(fā)射一定電磁波能量并接收目標的后向散射信號 被動遙感：傳感器不向目標發(fā)射電磁波，僅被動接收目標物的自身發(fā)射和對自然輻射源的反射能量。 28主動遙感和被動遙感2930主動遙感和被動遙感的區(qū)別（4 4）按遙感的應用領域分從大的研究領域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感、海洋遙感等; ;從具體應用領域可分為

15、資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、地質(zhì)遙感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感、工程遙感及災害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更細的研究對象進行各種專題應用。31v空間特性空間特性: :視域范圍大，具有宏觀特性。視域范圍大，具有宏觀特性。v光譜特性光譜特性: :探測的波段從可見光向兩側(cè)延伸探測的波段從可見光向兩側(cè)延伸, ,擴大了地物特性的擴大了地物特性的研究范圍。研究范圍。v時相特性時相特性: :周期成像，有利于進行動態(tài)研究和環(huán)境監(jiān)測。獲取周期成像，有利于進行動態(tài)研究和環(huán)境監(jiān)測。獲取信息快，更新周期短信息快，更新周期短. .v多源性：多平臺、多時相、多波段多源性：多平臺、多時相、多波段

16、( (多尺度多尺度) )v數(shù)據(jù)的綜合性和可比性。數(shù)據(jù)的綜合性和可比性。v獲取信息的手段靈活獲取信息的手段靈活v經(jīng)濟性。經(jīng)濟性。v應用廣泛應用廣泛v局限性局限性: :信息的提取方法不能滿足遙感快速發(fā)展的要求信息的提取方法不能滿足遙感快速發(fā)展的要求. .數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的挖掘技術不完善。挖掘技術不完善。32宏觀性33時效性同一地區(qū)信息獲取的重復周期性不同高度遙感平臺其重復觀測的周期不同34數(shù)據(jù)綜合性和可比性地球表面自然與人文景觀的綜合反映遙感的探測波段、成像方式、成像時間、數(shù)據(jù)記錄等均可按要求設計，使其獲取的數(shù)據(jù)具有同一性或相似性，與傳統(tǒng)地面調(diào)查和考察相比較，遙感數(shù)據(jù)可以較大程度地排除人為干擾。35經(jīng)濟

17、性與傳統(tǒng)信息獲取手段相比，可大大節(jié)省人力物力財力和時間，具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。36遙感面臨的問題一方面：一方面：EOS: 2000G/天NASA：5%左右的利用率另一方面：遙感應用需要的有效信息匱乏監(jiān)控作物生長需要LAI，Ws, Wv等，但目前遙感數(shù)據(jù)所提供的植被指數(shù)難以滿足農(nóng)學生態(tài)學模型的需求。大氣動力學模型需要下墊面的溫度、反照率、粗燥度等參數(shù)，但目前遙感所提供的參數(shù)難以滿足其需求。37供需矛盾供需矛盾遙感應用土地資源調(diào)查以TM衛(wèi)星圖像為主要信息源的基礎上，建立土地利用現(xiàn)狀遙感分類系統(tǒng)。植被資源調(diào)查應用TM數(shù)字圖像資料進行林業(yè)用地、農(nóng)業(yè)用地及草地現(xiàn)狀調(diào)查。城市遙感調(diào)查利用SPOT、

18、TM及高精度1KONOS等多片種與多時相遙感數(shù)字信息，結(jié)合實地調(diào)查資料，進行了土地利用和城市用地現(xiàn)狀調(diào)查，了資源現(xiàn)狀調(diào)查及綜合評價，旅游資源調(diào)查等。38北京地區(qū)4米遙感影圖（美國SPACE IMAGE 公司的IKONOS衛(wèi)星）39北京地區(qū)1米遙感影象圖（同時也發(fā)布了北朝鮮導彈基地的1米影象圖）陳述彭先生指出，沒有遙感，就提不出全球變化這樣的科學問題。所陳述彭先生指出，沒有遙感，就提不出全球變化這樣的科學問題。所以遙感對地學本身有巨大的推動作用，就象望遠鏡對天文學和物理學以遙感對地學本身有巨大的推動作用，就象望遠鏡對天文學和物理學的推動作用一樣。的推動作用一樣。404142asymmetric

19、Gaussians43asymmetric Gaussiansasymmetric Gaussians4445asymmetric Gaussians46遙感應用旅游資源調(diào)查應用TM數(shù)字圖像，結(jié)合已有資料，綜合調(diào)查、圈繪風景名勝區(qū)、森林公園和自然保護區(qū)。地質(zhì)礦產(chǎn)資源調(diào)查利用TM數(shù)字圖像資料進行了系統(tǒng)的線性、環(huán)形構造解譯。對成礦區(qū)進行了成礦預測，圈出了一批遙感找礦靶區(qū)。海洋資源調(diào)查測繪考古調(diào)查環(huán)境監(jiān)測和規(guī)劃管理等 47利用氣象衛(wèi)星進行環(huán)境遙感監(jiān)測氣象衛(wèi)星對地表特征環(huán)境遙感監(jiān)測具有廣泛的應用價值。從衛(wèi)星上獲取的晴空圖像對于地貌特征、分析土地利用情況、農(nóng)作生長、自然資源調(diào)查、城市熱島效應、環(huán)境污染等

20、監(jiān)測都發(fā)揮出重要的作用。 海水監(jiān)測 全國植被動態(tài)監(jiān)測 沙漠地貌48Source: igett49 航空遙感階段1903年，萊特兄弟發(fā)明飛機，創(chuàng)造了條件。1909年，意大利人首次利用飛機拍攝地面照片。一戰(zhàn)中，航空照相技術用于獲取軍事情報。一戰(zhàn)后，航空攝影用于地形測繪和森林調(diào)查與地質(zhì)調(diào)查。1930年，美國開始全國航空攝影測量。1937年，出現(xiàn)了彩色航空像片。50 1903， Wright Brothers 發(fā)明了飛機，使航空攝影測量成為可能。Engine-powered flight on December 17,1903. It lasted 12 seconds and covered 120 ft. 51 航天遙感階段1957年，蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星；意義重大。70年代美國的陸地衛(wèi)星法國的Spot衛(wèi)星發(fā)展中國家的情況：中國，印度，巴西等。5221 世紀遙感技術體系的發(fā)展趨勢（1 1）多分辨率傳感器并存（時間、空間、光譜）多分辨率傳感