第一章緒論-修改稿

遙感物理基礎(chǔ)主講教師：萬紅測(cè)繪系姓名：萬紅電話箱：wanhongabc@163.com授課教師《遙感物理》，徐希孺編著，北京大學(xué)出版社，2005本課程部分內(nèi)容與教材有區(qū)別主要教材課程大綱課程名稱：遙感物理基礎(chǔ)，Thephysicbasisofremotesensing

課程屬性：專業(yè)核心課學(xué)時(shí)/學(xué)分:45/2.5教學(xué)目的和要求：本課程為遙感科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的專業(yè)核心課。本課程著重討論遙感所涉及到的基本物理問題，注意到學(xué)科的新發(fā)展。通過課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生從物理機(jī)制上理解和掌握遙感原理與方法。課程大綱平時(shí)成績(jī)：30%期末考試：70%考試方式：閉卷考核方式課程內(nèi)容第一章：緒論第二章：電磁波與電磁輻射第三章：遙感數(shù)據(jù)源第四章：基本物理概念第五章：大氣效應(yīng)及大氣校正第六章：可見光與近紅外波段的遙感應(yīng)用第七章：熱紅外波段的遙感應(yīng)用（選學(xué)）第一章緒論1.1遙感定義1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)1.3遙感的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.4遙感的理論體系及其關(guān)鍵問題1.5遙感科研資訊1.1遙感的定義遙感：遙遠(yuǎn)的感知即不接觸物體而獲得物體的信息，依此定義：

最基本（原始、初級(jí)）：眼睛、耳朵…19世紀(jì)末，照相機(jī)，氣球攝影，偵察機(jī)人造衛(wèi)星，遙感學(xué)科“感”什么？“知”什么？《遙感基礎(chǔ)與應(yīng)用》（鄧良基）定義：1.1遙感的定義

從空間平臺(tái)上通過電磁波，高屋建瓴觀測(cè)地球，獲得地球表層信息的理論方法統(tǒng)稱為遙感。教材定義：

不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過儀器（傳感器）探測(cè)和接收來自目標(biāo)物體的信息（如電場(chǎng)、磁場(chǎng)；電磁波、地震波等信息），經(jīng)過信息的傳輸及其處理分析，識(shí)別物體的屬性及其分布特征。1.1遙感的定義國際攝影測(cè)量與遙感協(xié)會(huì)（ISPRS）定義：

從非接觸成像或其他傳感器系統(tǒng)，通過記錄、量測(cè)、分析和表達(dá)，獲取地球及其環(huán)境、以及其他物體和過程的可靠信息的工藝、科學(xué)和技術(shù)。以上是狹義的遙感定義廣義遙感定義：

一切無接觸的遠(yuǎn)距離的探測(cè)，包括對(duì)電磁波、力場(chǎng)、機(jī)械場(chǎng)（聲波、地震波）等的探測(cè)。遙測(cè)遙控天文NASA：行星觀測(cè)計(jì)劃對(duì)地觀測(cè)計(jì)劃地學(xué)：Geo-science

?20世紀(jì)以前，地球-科學(xué)？探險(xiǎn)、地理大發(fā)現(xiàn)、諾貝爾獎(jiǎng)

?地球科學(xué)的分支：地理科學(xué)、地質(zhì)科學(xué)、大氣科學(xué)、海洋科學(xué)、環(huán)境科學(xué)……?地球系統(tǒng)科學(xué)：打破學(xué)科界限，將地球作為一個(gè)完整系統(tǒng)開展研究“遙感”這個(gè)名詞的含義是被界定在地球科學(xué)范疇之內(nèi)的。合-分-合地理學(xué)會(huì)遙感分會(huì)遙感的優(yōu)勢(shì)

?提供全球三維同步或準(zhǔn)三維同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，為地球系統(tǒng)科學(xué)的形成提供了新的技術(shù)手段。

?為檢驗(yàn)地球系統(tǒng)科學(xué)模擬的真?zhèn)翁峁┳钪苯?、最生?dòng)的景觀圖象。

?徹底改變了地球科學(xué)中傳統(tǒng)的點(diǎn)測(cè)量狀況，代之以從象元到象元的信息獲取方式。遙感：全球、重復(fù)、面狀、數(shù)據(jù)信息用于地球系統(tǒng)科學(xué)建模、反演、驗(yàn)證第一章緒論1.1遙感定義1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)1.3遙感的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.4遙感的理論體系及其關(guān)鍵問題1.5遙感科研資訊1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感技術(shù)系統(tǒng)主要內(nèi)容：（1）地物電磁輻射特性測(cè)試：波譜特性：了解各種地物的輻射特性。輻射傳輸特性：了解大氣對(duì)輻射傳輸?shù)挠绊?。?）信息獲取、傳輸和儲(chǔ)存：測(cè)量地物的電磁輻射：遙感平臺(tái)、傳感器傳輸：無線電通信方式，平臺(tái)返回方式存儲(chǔ)、處理：地面接收站（3）信息處理與分析：將接收到的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行加工，以滿足用戶的要求。信息處理是遙感數(shù)據(jù)到遙感應(yīng)用的橋梁。系統(tǒng)級(jí)處理：基本的幾何和輻射校正等。由數(shù)據(jù)供應(yīng)商在數(shù)據(jù)接收站完成。應(yīng)用級(jí)處理：用戶從遙感數(shù)據(jù)提取出其感興趣的信息。（4）信息應(yīng)用：將遙感信息應(yīng)用到地學(xué)各領(lǐng)域。由各應(yīng)用領(lǐng)域的專業(yè)人員根據(jù)其具體目的進(jìn)行應(yīng)用。利用遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)自然災(zāi)害利用遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行土地利用制圖利用遙感數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)全球氣候變化等1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)衛(wèi)星遙感器

?資源衛(wèi)星

?氣象衛(wèi)星

?MODIS

?

環(huán)境減災(zāi)衛(wèi)星上述是根據(jù)用途（應(yīng)用對(duì)象）劃分，還有如雷達(dá)衛(wèi)星等。用于采集和探測(cè)地物的電磁輻射能量的儀器。表資源衛(wèi)星主要指標(biāo)名稱Landsat-7ETMSPOT-5HRGCBERSCCD成像儀國別、組織美國法國中國波段設(shè)置(m)及地面分辨率(m)0.45~0.5230

0.45~0.5219.50.52~0.60

0.5~05.9100.52~0.590.63~0.69

0.61~0.680.63~0.690.76~0.900.79~0.890.77~0.891.55~1.751.52~1.7520

10.4~12.5602.08~2.35300.5~0.9150.51~0.7350.51~0.7319.5表靜止氣象衛(wèi)星的掃描輻射計(jì)主要性能儀器名稱GOESGMSMETEOSATINSatFY-2國別、組織美國日本歐空局印度中國波段(m)0.55~0.750.55~0.75

0.4~1.10.55~0.750.45~1.055.7~7.16.3~7.610.5~12.510.5~12.510.5~12.510.5~12.510.5~12.5星下點(diǎn)地面分辨率(km)可見光2.751.44紅外6.955115.76表主要海洋水色儀的比較儀器名稱CZCSSeaWiFs水色成像儀OCTSATSR國別、地區(qū)、組織美國美國中國臺(tái)灣日本歐空局年份197890年代下半期199890年代下半期1991高度(km)955705600800波段(m)0.402~0.4220.402~0.4220.433~0.4530.433~0.4530.433~0.4530.433~0.4530.480~0.5000.480~0.5000.480~0.5000.510~0.5300.500~0.5200.500~0.5200.500~0.5200.540~0.5600.545~0.5650.545~0.5650.545~0.5650.660~0.6800.660~0.6800.660~0.6800.660~0.6800.700~0.8000.745~0.7850.745~0.7850.845~0.8850.845~0.8850.845~0.885

3.55~3.853.55~3.95

8.25~8.7510.5~12.5

10.5~11.510.3~11.3

11.5~12.511.5~12.5地面分辨率(m)8251130800680依平臺(tái)分類：地面遙感、航空遙感、航天遙感和航宇遙感（一般用于宇宙遙感）。依波段分類：紫外遙感、可見光及近紅外遙感、熱紅外遙感、微波遙感、無線電遙感，此外還有多光譜遙感、高光譜遙感、激光遙感等等。依工作方式分類：主動(dòng)遙感、被動(dòng)遙感依應(yīng)用領(lǐng)域分類：大氣遙感、資源遙感、環(huán)境遙感、軍事遙感等等。遙感分類光學(xué)遙感被動(dòng)式傳感器主動(dòng)式傳感器大氣吸收地表云云直接射線衍射散射反射可見光近紅外熱輻射反向散射微波雷達(dá)熱紅外

搭載遙感器的各種工具。包括車、船、高架、熱氣球、飛機(jī)、衛(wèi)星、飛船等等。遙感平臺(tái)地面平臺(tái)航空平臺(tái)航天平臺(tái)宇航平臺(tái)分辨率空間分辨率一個(gè)像元代表的實(shí)地的最小尺寸。時(shí)間分辨率：同一個(gè)地區(qū)可獲得的兩個(gè)影像最小的時(shí)間間隔。光譜分辨率：傳感器所能記錄的波段數(shù)或者電磁波的間隔。輻射分辨率：傳感器接受信號(hào)的敏感程度。?空間分辨率：平臺(tái)高度、遙感器瞬時(shí)視場(chǎng)角(IFOV)、成像角度?時(shí)間分辨率：軌道周期、覆蓋范圍?光譜分辨率：遙感器設(shè)計(jì)?輻射分辨率：遙感器設(shè)計(jì)例：1.OMIS:3mrad，1000m,機(jī)下與斜視45度時(shí)空間分辨率？

NOAA-AVHRR瞬時(shí)視場(chǎng)角（星下點(diǎn)1.1km,衛(wèi)星高700km)？2.TM、NOAA-AVHRR重復(fù)周期的區(qū)別3.OMIS，0.4-1.1μm范圍內(nèi)64通道，光譜分辨率？分辨率第一章緒論1.1遙感定義1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)1.3遙感的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.4遙感的理論體系及其關(guān)鍵問題1.5遙感科研資訊1.3遙感的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)EducationTransportationCityPlanningNaturalResourcesAtlanta,HeatIslandExperimentCalifornia,TeacherTraining(alert)Baltimore,LymeDiseaseStudyAgricultureKansas,PrecisionFarmingMississippi,RoadSitingHurricaneLandfallForecastingDisasterManagement遙感應(yīng)用是推動(dòng)遙感發(fā)展的原動(dòng)力2008.9.8，GeoEye-1，0.41m全色和1.65m多譜段，定位精度3m地區(qū)：上海浦東分辨率：1m采集時(shí)間：2000年3月26日

QuickBird影像圖華盛頓紀(jì)念碑2008.9.8，GeoEye-1，0.41m全色和1.65m多譜段，定位精度3m黃河三角洲TM遙感分類按平臺(tái)高度、波段、工作方式和應(yīng)用領(lǐng)域。遙感平臺(tái)光譜儀，中科院遙感飛機(jī)，中巴資源衛(wèi)星。分辨率空間分辨率，時(shí)間分辨率，光譜分辨率，輻射分辨率。主要內(nèi)容回顧（1）多分辨率傳感器并存

1m分辨率的IKONOS，1Km分辨率的NOAA系列、MODIS系列以及SeaWIFS系列。（2）多波段、多角度及多極化遙感同時(shí)并用

高光譜分辨率，高空間分辨率。

應(yīng)該從電磁波與地物相互作用的機(jī)理出發(fā)去探討獲取地表信息的新方法。（3）RS，GPS，GIS的有機(jī)結(jié)合構(gòu)成集成系統(tǒng)

RS，GPS，GIS的有機(jī)結(jié)合是使遙感最具活力的關(guān)鍵問題。21世紀(jì)遙感技術(shù)體系的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)據(jù)爆炸與信息饑渴？

總之，遙感作為一種新型的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，它的出現(xiàn)對(duì)地球科學(xué)各分支的推動(dòng)是巨大的，在遙感應(yīng)用的頭二、三十年內(nèi)，其應(yīng)用范圍相當(dāng)寬廣，幾乎深入到地球科學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，地理，大氣，海洋，甚至于地質(zhì)，它給傳統(tǒng)的地球科學(xué)帶來了巨大的沖擊，然而：

在獲得進(jìn)步的同時(shí)，一些深層次帶有明顯的定量性質(zhì)的問題，被逐步提到議事日程上來。這些深層次問題的解決，有的需要從原理方法上去根本解決問題，有的是需要改進(jìn)傳感器及傳感器的對(duì)地觀測(cè)姿態(tài)，有的需要將不同的傳感器配套使用形成更為完善的體系，有的迫切需要進(jìn)入業(yè)務(wù)運(yùn)行階段，積累數(shù)據(jù)以便解決時(shí)間、空間尺度相對(duì)大的地球科學(xué)問題，總之，遙感應(yīng)用不僅應(yīng)在廣度上擴(kuò)展，更應(yīng)向深層次問題進(jìn)軍。發(fā)展趨勢(shì)第一章緒論1.1遙感定義1.2遙感技術(shù)系統(tǒng)1.3遙感的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)1.4遙感的理論體系及其關(guān)鍵問題1.5遙感科研資訊（1）尋找適合遙感對(duì)象的數(shù)學(xué)和物理學(xué)規(guī)律

經(jīng)典物理學(xué)所討論的對(duì)象，往往被限制在某個(gè)范圍內(nèi)，經(jīng)典物理學(xué)實(shí)現(xiàn)的是在某種實(shí)驗(yàn)室條件下，獲得關(guān)于目標(biāo)一般物理特性的知識(shí)；而遙感的對(duì)象是在自然界，不僅目標(biāo)復(fù)雜，而且環(huán)境多變，因此往往需要把經(jīng)典物理學(xué)中的定律進(jìn)一步推廣到復(fù)雜目標(biāo)及自然環(huán)境條件下，形成新的物理學(xué)規(guī)律，否則遙感將失去其穩(wěn)固的基礎(chǔ)。1.4遙感的理論體系及其關(guān)鍵問題（2）混合像元的信息分解與融合

如何理解混合像元測(cè)量值的物理含義？它與組分對(duì)應(yīng)量之間存在何種關(guān)系？這就是混合像元的信息分解。當(dāng)像元尺度發(fā)生變化時(shí)，不同尺度所對(duì)應(yīng)的同一物理量之間該發(fā)生何種關(guān)聯(lián)呢？這就是混合像元信息的尺度融合問題。1.4遙感的理論體系及其關(guān)鍵問題（3）建模與反演

傳感器→電磁波的屬性參數(shù)（電磁輻射強(qiáng)度、偏振度、相位差）。在可測(cè)參數(shù)與目標(biāo)狀態(tài)參數(shù)間建立某種函數(shù)關(guān)系是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)參數(shù)反演的關(guān)鍵一步，我們稱它為建模。（統(tǒng)計(jì)模型，解析模型）反演就是基于模型知識(shí)基礎(chǔ)上，依據(jù)可測(cè)參數(shù)值去反推目標(biāo)的實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)。1.4遙感的理論體系及其關(guān)鍵問題（4）大氣效應(yīng)糾正與大氣參數(shù)反演

介于目標(biāo)與傳感器之間的大氣是電磁波的必經(jīng)之路，大氣將對(duì)遙感信號(hào)施加影響，對(duì)這種影響的修正方法稱為大氣效應(yīng)糾正。大氣效應(yīng)分為兩類：吸收和散射。大氣吸收方面，人們已經(jīng)積累了相當(dāng)豐富的知識(shí)，并且已經(jīng)有現(xiàn)成的計(jì)算程序可以使用。分子散射也已有較完備的理論。

氣溶膠對(duì)電磁波的散射機(jī)理遠(yuǎn)比分子散射復(fù)雜，更為困難的是不知道與像元尺度相匹配的大氣氣溶膠參數(shù)，如果這個(gè)問題不