遙感技術(shù)及應(yīng)用第一章緒論

隴東學(xué)院土木工程學(xué)院

遙感技術(shù)TechnologyofRemoteSensing授課專業(yè)：11城規(guī)授課教師：王昀課程介紹教學(xué)目的:理解遙感科學(xué)相關(guān)的物理概念，了解遙感的過程，掌握對地遙感的基本原理和方法。了解國內(nèi)外最新的遙感技術(shù)和手段。奠定進行遙感科學(xué)研究的基礎(chǔ)。參考資料《遙感概論》，彭望碌等，高等教育出版社，2002《遙感應(yīng)用分析原理與方法》，趙英時，科學(xué)出版社，2003《遙感地學(xué)分析》，陳述彭、趙英時，測繪出版社，1990.《遙感精解》，〈日〉遙感研究會編，劉勇衛(wèi)、賀雪鴻譯，測繪出版社，1993.《遙感大詞典》，陳述彭主編，科學(xué)出版社，1990.《遙感手冊》（共十二分冊），國防工業(yè)出版社Remotesensingandimageinterpretation,4thedition,ThomasM.LillesandandRalphW.Kiefer,JohnWiley&Sons,Inc.,1999.章節(jié)第一章緒論第二章遙感的基本概念第一章緒論內(nèi)容：第一節(jié)走進遙感的世界一、遙感的科學(xué)概念

二、遙感系統(tǒng)三、遙感的學(xué)科基礎(chǔ)

四、遙感的分類五、遙感的特點

六、遙感的特性與優(yōu)勢七、遙感過程第二節(jié)、遙感技術(shù)與科學(xué)發(fā)展歷史第三節(jié)、遙感技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展的趨勢第四節(jié)、EOS計劃簡介第五節(jié)、遙感數(shù)據(jù)的處理到應(yīng)用的基本過程第六節(jié)、遙感技術(shù)應(yīng)用

第一節(jié)：走進遙感的世界分辨率：

1m地區(qū)：上海浦東采集時間：

2000年

3月26日IKONOS影像IKONOS衛(wèi)星是美國空間成像公司(spaceimaging)1999年發(fā)射的IKONOS-2高分辨率的商業(yè)衛(wèi)星

IKONOS(伊科諾斯)是美國空間成像公司于1999年9月24日發(fā)射升空的世界第一顆高分辨率商用衛(wèi)星，是由美國洛克希德馬丁(LockheedMartin)公司設(shè)計制造的。雷神（Raytheon）公司負(fù)責(zé)建立地面接收系統(tǒng)和影像處理系統(tǒng)即客戶服務(wù)系統(tǒng)。QuickBird影像圖華盛頓紀(jì)念碑發(fā)射時間:2001年10月18日運載火箭:德爾塔Ⅱ發(fā)射地點:美國范登堡空軍基地軌道高度及傾角:450km；98°軌道類型：太陽同步重訪周期:1~3.5天視角:沿軌道方向和垂直軌道方向均可調(diào)整軌道周期:93.4min

美國快鳥衛(wèi)星一、【快鳥衛(wèi)星參數(shù)】二、【衛(wèi)星制造商】快鳥衛(wèi)星是由ball航天技術(shù)公司、柯達公司、Fokker空間公司聯(lián)合研制。三、【快鳥衛(wèi)星簡介】1、美國數(shù)字全球公司成功發(fā)射了商用高分辨率衛(wèi)星快鳥（Quickbird），空間分辨率首次突破米級單位。2、在沒有地面控制點的情況下，地面定位圓誤差精度可達23m；3、具有異軌立體成像能力。4、圖像幅寬為16.5km，是IKONOS的1.5倍。5、采用11bit/s數(shù)據(jù)格式，增加了灰度的級數(shù)，減少了陰影部分信息的損失。6、其CCD相機含全色波段和多光譜波段；7、其多光譜波段為可見近紅外波。8、美國的“快鳥”等民用高科技影像衛(wèi)星分辨率為0.6～1米，可以看見天安門廣場上垂直投影小于0.5米的游人、北京馬路上寬度小于0.2米的分道線，在光照和天氣良好時甚至可以看見細(xì)細(xì)的高壓線。北京天安門圖像類型：QuickBird影像圖像說明：中國北京天安門廣場，拍攝于2002年11月2日圖像幅度：1749×1348分辨率：0.68米圖像大?。?34KB文件格式：jpg波段譜段分布

/um空間分辨率

/m藍0.45~0.522.44綠0.52~0.602.44紅0.63~0.692.44近紅外0.76~0.902.44全色0.45~0.900.61四、【快鳥衛(wèi)星的5個波段】譜段分布與IKONOS相同，空間分辨率是IKONOS的1.63倍五、【快鳥衛(wèi)星應(yīng)用】(1)測繪制圖；與IKONOS相比較，快鳥的地面分辨率略高，但地理定位精度低1倍。若借助地面控制點，利用快鳥的全色影像，成圖比例尺會比IKONOS大，可達1∶5000或1∶10000；若不借助地面控制點，比例尺就低于IKONOS。

(2)軍事偵察；(3)農(nóng)作物長勢監(jiān)測與預(yù)測；(4)森林監(jiān)測和管理；(5)海岸帶測繪與環(huán)境監(jiān)測；(6)自然災(zāi)害災(zāi)情評估；QuickBird傳感器DigitalGlobe0.61米第一節(jié)走進遙感的世界一、遙感的科學(xué)概念

1.遙感的概念（RemoteSensing）遙感一詞來自英語RemoteSensing，即“遙遠感知”。中國古代：順風(fēng)耳（聲音、空氣、耳朵）千里眼（物體、光、眼睛）感知包括三個部分：目標(biāo)、媒介、手段第一章緒論一、遙感的科學(xué)概念

RemoteSensing,由美國海軍研究局的布魯伊特最初提出，1962年在美國密西根大學(xué)國際環(huán)境會議上被全世界認(rèn)可?！斑b感，就是遙遠的感知，不接觸被感測事物”。1、廣義的遙感遙感（RemoteSensing）：“遙遠的感知”。廣義理解，泛指一切無接觸的遠距離探測（包括電磁場、力場、機械波等的探測）。2、狹義的遙感

應(yīng)用探測儀器，不與探測目標(biāo)相接觸，從遠處把目標(biāo)的電磁波特征記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。

遙感與以下兩個概念的區(qū)別遙測(Telemetry):指對被測物體某些運動參數(shù)和性質(zhì)進行遠距離測量技術(shù)，分接觸測量和非接觸測量例:溫度測度壓力測量遙控(RemoteControl):指遠距離控制目標(biāo)物運動狀態(tài)和過程的技術(shù)遙感的概念（RemoteSensing）遙感定義（北大版）：通過遙感器這類對電磁波敏感的儀器，在遠離目標(biāo)和非接觸目標(biāo)物體條件下探測目標(biāo)地物，獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息，進行處理、分析與應(yīng)用的一門科學(xué)和技術(shù)。主動遙感：傳感器主動發(fā)射一定電磁波能量并接收目標(biāo)的后向散射信號。被動遙感：傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動地接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對自然輻射的反射能量。

二、遙感系統(tǒng)接收處理用戶應(yīng)用處理分析結(jié)果、圖表輸出遙感平臺傳感器二、遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）1、目標(biāo)物的信息特性_遙感信息源任何目標(biāo)物都具有發(fā)射、反射、吸收電磁波的性質(zhì)。

二.遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）2、信息的獲取

什么是傳感器？傳感器是接受、記錄目標(biāo)物電磁波譜特征的儀器，是遙感技術(shù)系統(tǒng)的核心。（如掃描儀、雷達、攝影機、攝像機）

常用的傳感器：landsat上的RBV（反束光導(dǎo)管攝像儀）；landsat上的MSS（多光譜掃描儀），4個波段；landsat上的TM（專題制圖儀），7個波段；SPOT上的HRV（高分辨率可見光掃描儀），3個波段。地面平臺：三角架、遙感塔、遙感車和遙感船等與地面接觸的平臺稱為地面平臺或近地面平臺。航空平臺：包括飛機和氣球航天平臺：包括衛(wèi)星、火箭、航天飛機、宇宙飛船。遙感平臺遙感平臺是裝載傳感器的平臺二、遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）3、信息的傳輸與記錄接收、處理、存檔、分發(fā)各類地球資源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)并進行相關(guān)技術(shù)研究，為遙感應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)。二、遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）4、信息的處理—遙感衛(wèi)星地面站硬件系統(tǒng)：

計算機

大容量存儲設(shè)備

圖像輸入輸出設(shè)備

軟件系統(tǒng)：

數(shù)據(jù)輸入模塊

輻射校正模塊

幾何校正模塊

圖像增強模塊

圖像融合模塊

圖像分析模塊

遙感圖像處理二、遙感系統(tǒng)（RemoteSensingSystem）5、遙感信息的應(yīng)用運用遙感技術(shù)對資源、環(huán)境、災(zāi)害、區(qū)域、城市等進行調(diào)查、監(jiān)測、分析和預(yù)測、預(yù)報等方面的工作。運用遙感技術(shù)對資源、環(huán)境、災(zāi)害、區(qū)域、城市等進行調(diào)查、監(jiān)測、分析和預(yù)測、預(yù)報等方面的工作。第一章緒論遙感技術(shù)的4大物質(zhì)構(gòu)成要素：1對象（Objects）:被探測、被感知的事物和現(xiàn)象2傳感器（Sensor）：能感測事物并能感測的結(jié)果傳遞給使用者的儀器3信息傳播媒介（Media）：在目標(biāo)與傳感器之間起信息傳遞作用的介質(zhì)4遙感平臺（Platform）：搭載傳感器并使之正常工作的裝置常用遙感的定義：應(yīng)用探測儀器，不與目標(biāo)相接觸，從遠處把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示物體的特征性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)目前，主要有兩個研究領(lǐng)域：遙感技術(shù)研究和遙感應(yīng)用研究第一章緒論三、遙感的學(xué)科基礎(chǔ)1現(xiàn)代物理學(xué)（電磁波技術(shù)、微波技術(shù)、紅外等）2空間科學(xué)（衛(wèi)星等飛行器研制、GPS空間測量等）3計算機技術(shù)（大容量、高速度、優(yōu)良的算法、圖像數(shù)據(jù)庫技術(shù)等）4現(xiàn)代數(shù)學(xué)（矩陣變換、多元統(tǒng)計分析等）5地球信息學(xué)（Geomatics)GIS技術(shù)、地表目標(biāo)光譜研究等“新興的、綜合性強的邊緣學(xué)科”，因此遙感技術(shù)具有：1先進性2綜合性3實用性

第一章緒論四、遙感的分類

1按遙感對象分（1）宇宙遙感，以外太空其它星體為感測對象（2）對地遙感地球表層環(huán)境——環(huán)境遙感；在環(huán)境遙感中若地球表層資源為對象稱為資源遙感

2按遙感平臺分（1）航天遙感平臺H>80km火箭、人造衛(wèi)星、飛船、航天飛機等（2）航空遙感平臺H<80km普通飛機、氣球、飛艇等（3）地面遙感遙感車、遙感塔、“遠洋測量船”

3按遙感媒介分（1）電磁波遙感常用的電磁波波段是紫外、可見光、紅外和微波等（2）聲波遙感潛水艇的聲納技術(shù)、探測珍貴魚群的回游路線和遷徙規(guī)律（3）重力場遙感地質(zhì)探礦，通過”g”值的變化來推斷地層中是否有某種元素富積

（4）地震波遙感

第一章緒論四、遙感的分類

4按遙感器的工作方式分：（1）被動遙感：遙感本身并不發(fā)射任何人工探測信號，只是被動接收來自于目標(biāo)的信號，從而實現(xiàn)對目標(biāo)性質(zhì)、數(shù)量、空間位置等特征進行識別的遙感方式。“無源遙感”，如中午拍照（2）主動遙感，遙感器發(fā)射人工探測信號，到達目標(biāo)后信號反射回來被傳感器接收從而對目標(biāo)性質(zhì)、數(shù)量、空間位置進行識別的遙感方式。如，夜晚拍照通常要在相機上裝閃光燈。主要是“微波遙感”主動遙感與被動遙感5按遙感所獲資料的形式分

（1）成像方式遙感（能獲得目標(biāo)的圖像Image,圖形Graphics)a攝影方式b掃描方式（2）非成像方式（不能獲得目標(biāo)物的圖像，常是一些曲線，如氣象中溫度輻射計)6按應(yīng)用領(lǐng)域分地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、草原、水文、測繪、環(huán)境、災(zāi)害、城市、海洋、大氣、軍事等AFastGlanceofNanjingForestryUniversityCampus(AerialPhotograph)掃描影像故宮QuickBird五、遙感的特點大面積同步觀測時效性強數(shù)據(jù)的綜合性和可比性好較高的經(jīng)濟和社會效益一定的局限性五、遙感的特點大面積的同步觀測時效性數(shù)據(jù)的綜合性和可比性經(jīng)濟性局限性

如一幅美國的陸地衛(wèi)星Landsat圖像，覆蓋面積為185kmx185km=34225km2，在5-6min內(nèi)即可掃描完成，實現(xiàn)對地的大面積同步觀測；一幅地球同步氣象衛(wèi)星圖像可覆蓋1/3的地球表面，實現(xiàn)更宏觀的同步觀測

不同高度的遙感平臺其重復(fù)觀測的周期不同：地球同步軌道衛(wèi)星可以每半小時對地觀測一次；太陽同步軌道衛(wèi)星可以每天2次對同一地區(qū)觀測（可用于探測短周期變化）。另外，地球資源衛(wèi)星則分別以16天（Landsat)、26天(SPOT)

、或4--5天(CBERS)對同一地區(qū)重復(fù)觀測一次，以獲得一個重訪周期內(nèi)的某些事物的動態(tài)變化的數(shù)據(jù)。第一章緒論六、遙感的特性與優(yōu)勢

1空間特性（大面積同步觀測）距離遠、感測范圍大因此具有宏觀性和直觀性；先進傳感器也能探知目標(biāo)的細(xì)節(jié)。

2時間特性運行周期短，“動態(tài)監(jiān)測”

3光譜特性使用的譜段多，可選性強，多光譜（Multispectral)——高光譜（Hyperspectral)4數(shù)據(jù)量巨大“海量”數(shù)據(jù)，研究的壓縮技術(shù)、存貯、處理算法等

5數(shù)據(jù)綜合性和可比性能超群

6受地面限制少沙漠腹地、大洋深處、懸崖絕壁人無法到達（可及度低）

7經(jīng)濟效益好

8用途廣

9發(fā)展速度極快

第一章緒論七、遙感過程遙感過程是指遙感信息的獲取、傳輸、處理分析判讀和應(yīng)用的全過程1遙感實驗（Experiments)地物光譜特性的測定、遙感平臺和傳感器的研制及測試2遙感數(shù)據(jù)獲?。ˋcquisition)研究各種傳感器的空間特性，航空像片的幾何特征，各種衛(wèi)星影像的：(1)空間分辨率(Spatialresolution):是指遙感影像上一個像元所對應(yīng)的地面實際面積的大小(2)光譜分辨率(Spectralresolution):是指遙感器所選用的波段數(shù)量的多少、各波段的波段位置及波長間隔的大小。(3)時間分辨率（Temporalresolution):是指遙感器重復(fù)覆蓋同一地區(qū)的頻率或時間間隔的長短(4)輻射分辨率(Radiometricresolution):輻射分辨率是指遙感器所能識別的地物間最小輻射度差第一章緒論七、遙感過程3遙感數(shù)據(jù)處理（Processing)（1）預(yù)處理（Pre-processing)

幾何校正（Geometriccorrection)

輻射校正（Radiometriccorrection)（2）增強處理（Enhancement)

點操作（線性、對數(shù)、指數(shù)、高斯等）鄰域操作（平滑Smoothing、銳化Sharpen)

圖像變換（主成分PCA、纓帽變換Tasseled_Cap、小波Wavelet等）4遙感信息應(yīng)用（Application)

目視解譯（Visualinterpretation)

計算機分類（PatternRecognition)

主要解決：空間什么位置？有什么？有多少？實際解決：定位（Position)、定性（qualitative)、定量（quantitative)問題也即“3W”問題：where、what、how第二節(jié)：遙感技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展史第二節(jié)、遙感技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展史一、遙感的發(fā)展史遙感大致分四個階段:（1）無記錄的地面遙感階段(1608年-1838年)

1608漢斯.李波爾塞伽利略（2）有記錄的地面遙感階段(1839-1857)

攝像技術(shù)達蓋爾（3）航空遙感階段(1858-1956)

陶納喬萊特1924年彩色膠片1930年美國一次大戰(zhàn)二次大戰(zhàn)照相機、氣球、飛機構(gòu)成初期遙感技術(shù)系統(tǒng)。（4）航天遙感階段(1957-)

1957蘇衛(wèi)星一號1959美先驅(qū)者二號地球云圖月球三號

1960美國TIROSNOAA1962年在美國密歇根大學(xué)召開的第一次國際環(huán)境遙感討論會上，美國海軍研究局的EretynPruitt（伊·普魯伊特）首次提出“RemoteSensing”一詞，會后被普遍采用至今。20世紀(jì)60年代以來，蘇美空間技術(shù)竟相發(fā)展，分別發(fā)射了一系列的空間計劃衛(wèi)星，促進了航天遙感技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代，空間技術(shù)轉(zhuǎn)向為人類服務(wù)，地球資源技術(shù)衛(wèi)星誕生。

NASAERTSLandsat

20世紀(jì)80年代，地球資源技術(shù)衛(wèi)星的傳感器技術(shù)不斷提高。TMETM+

20世紀(jì)90年代，除美蘇外，其他國家均發(fā)射了各種資源衛(wèi)星。

1978法國SPOT1999中巴資源1號(CBRS-1)2004(CBRS-2)目前，高分辨率的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展迅速。中國航天遙感介紹1970年4月長征一號東方紅1號四個系統(tǒng):返回式RS衛(wèi)星通信廣播衛(wèi)星氣象衛(wèi)星科學(xué)實驗技術(shù)衛(wèi)星第二節(jié)、遙感技術(shù)與科學(xué)的發(fā)展史二、可見光、近紅外和熱紅外遙感的發(fā)展歷史1960年美國“泰諾斯（TIROS）”和“雨云（NIMBUS）”衛(wèi)星；發(fā)展方向：極軌太陽同步、靜止地球同步1972年美國第一顆“地球資源技術(shù)衛(wèi)星（ERTS）”1975年第二顆，更名為“陸地衛(wèi)星（Landsat-2）”后續(xù)的多個地球資源衛(wèi)星（Landsat-1…Landsat-7)1986年法國的SPOT衛(wèi)星1995年印度的IRS系列衛(wèi)星三、微波遙感的發(fā)展歷史最早應(yīng)用的SAR衛(wèi)星是1978年美國的海洋衛(wèi)星“Seasat”歐空局的ERS系列、Envisat日本的JERS加拿大的Radarsat系列

此外，還有其他的一些被動微波遙感衛(wèi)星，如美國的國防氣象衛(wèi)星（DMSP）

第三節(jié)：遙感技術(shù)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢第一章緒論第三節(jié)、遙感技術(shù)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢1新傳感器不斷涌現(xiàn)，高空間分辨率和高光譜分辨率成為關(guān)注熱點

SPOT衛(wèi)星上的傳感器：

(1)HRV:高分辨率可見光掃描儀

——HighResolutionVisible(2)HRVIR:高分辨率可見光中紅外掃描儀

——HighResolutionVisibleandMiddleInfrared(3)Vegetation:植被成像儀

(4)HRG:高分辨率幾何成像儀

——HighResolutionGeometry(5)HRS:高分辨率立體成像裝置

——HighResolutionStereo

第一章緒論第三節(jié)、遙感技術(shù)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展趨勢

2遙感應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展

33S技術(shù)整合（integration)GIS+RS+GPS+”(DPS+ES)”GIS(GeographicalInformationSystem)地理信息系統(tǒng)

RS(RemoteSensing)遙感

GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位系統(tǒng)

DPS(DigitalPhotographySurvey)數(shù)字?jǐn)z影測量

ES(ExpertSystem)專家系統(tǒng)

4遙感處理新算法不斷涌現(xiàn)小波變換(Wavelet)、分形學(xué)(Fractal)、遺傳算法(GeneticAlgorithm)、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(ArtificialNeuralNetwork)第一章緒論第四節(jié)、EOS計劃簡介EOS（EarthObservationSystem）衛(wèi)星是美國地球觀測系統(tǒng)計劃中一系列衛(wèi)星的簡稱。

它是一個用一系列低軌道衛(wèi)星對地球進行連續(xù)綜合觀測的計劃。它的主要目的是：實現(xiàn)從單系列極軌空間平臺上對太陽輻射、大氣、海洋和陸地進行綜合觀測，獲取有關(guān)海洋、陸地、冰雪圈和太陽動力系統(tǒng)等信息；進行土地利用和土地覆蓋研究、氣候的季節(jié)和年際變化研究、自然災(zāi)害監(jiān)測和分析研究、長期氣候變率和變化以及大氣臭氧變化研究等；進而實現(xiàn)對大氣和地球環(huán)境變化的長期觀測和研究的總體（戰(zhàn)略）目標(biāo)。

第一章緒論第五節(jié)、遙感數(shù)據(jù)的處理到應(yīng)用的基本過程

第一章緒論第六節(jié)、遙感技術(shù)應(yīng)用

1資源監(jiān)測查清資源的數(shù)量、質(zhì)量、分布、動態(tài)消長（土地利用類型、森林資源、水、礦產(chǎn)等）

2環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害損失評價（森林火災(zāi)、水災(zāi)、病蟲害等）

3區(qū)域分析及建設(shè)規(guī)劃

4生物物理建模生物量估算（BiomassEstimation:LAI、NPP、APAR）小麥、水稻、玉米估產(chǎn)草場承載力評價、近海生產(chǎn)力評價物理參數(shù)反演（Inversion）：水質(zhì)、大氣污染等

5軍事偵察

6氣象預(yù)報附圖：遙感圖像遙感圖像圖像類型：MSS影像圖像說明：中國黑龍江省內(nèi)，拍攝于1976年5月27日圖像幅度：1104×1024圖像大小：353KB文件格式：jpg遙感圖像圖像類型：TM