遥感技术与应用概论

,North China Institute of Water,Conservancy and Hydroelectric Power,遥感技术导论,Technology of,Remote Sensing,课程介绍,教学目的,:,理解遥感科学相关的物理概念，了解遥感的过程，掌握对地遥感的基本原理和方法。,了解国内外最新的遥感技术和手段。,培养一定的遥感实验能力。,奠定进行遥感科学研究的基础。,考核形式,:,课程实验10%、笔试90%。,参考资料,遥感概论，彭望碌等， 高等教育出版社，2002,遥感应用分析原理与方法 ，赵英时，科学出版社，2003,遥感地学分析，陈述彭、赵英时，测绘出版社，1990 .,遥感精解，日遥感研究会编，刘勇卫、贺雪鸿译，测绘出版社，1993 .,遥感大词典，陈述彭 主编，科学出版社，1990.,遥感手册（共十二分册），国防工业出版社,Remote sensing and image interpretation, 4th edition, Thomas M. Lillesand and Ralph W. Kiefer, John Wiley & Sons, Inc., 1999.,分辨率：,1 m,地区：,上海浦东,采集时间：,2000年,3月26日,IKONOS 影像,IKONOS卫星,是美国空间成像公司,(space imaging ),1999年发射的,IKONOS-2高分辨率的,商业卫星,QuickBird 影像图,华盛顿纪念碑,QuickBird 传感器结构图,Digital Globe,0.61米,第一章 绪论,一、遥感的科学概念,1.遥感的概念（,Remote Sensing,）,遥感一词来自英语Remote Sensing，即“,遥远感知,”。,中国古代：,顺风耳（声音、空气、耳朵）,千里眼（物体、光、眼睛）,感知包括三个部分：,目标、媒介、手段,第一章 绪论,一、遥感的科学概念,Remote Sensing,由美国海军研究局的布鲁伊特最初提出，1962年在美国密西根大学国际环境会议上被全世界认可。“遥感，就是遥远的感知，不接触被感测事物”。,一、广义的遥感,遥感（,Remote Sensing,）：,“遥远的感知”。广义理解，,泛指一切无接触的远距离探测,（包括电磁场、力场、机械波等的探测）。,二、狭义的遥感,应用,探测仪器,，不与探测目标相接触，从,远处,把目标的,电磁波特征,记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的,综合性探测技术,。,遥感与以下两个概念的区别,遥测(Telemetry):,指对被测物体某些运动参数和性质进行远距离测量技术，分接触测量和非接触测量,例: 温度测度,压力测量,遥控(Remote Control):,指远距离控制目标物运动状态和过程的技术,遥感的概念（,Remote Sensing,）,遥感定义（北大版）：通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，进行处理、分析与应用的一门科学和技术。,主动遥感：,传感器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。,被动遥感：,传感器不向目标发射电磁波，仅被动地接收目标物的自身发射和对自然辐射的反射能量。,二、遥感系统,接收,处理,用户应用处理,分析结果、图表输出,遥感平台,传感器,二、遥感系统（,Remote Sensing System,）,1、目标物的信息特性_遥感信息源,任何目标物都具有发射、反射、吸收电磁波的性质。,二.遥感系统（,Remote Sensing System,）,2、信息的获取,什么是传感器？,传感器是,接受、记录目标物电磁波谱特征的仪器,，是遥感技术系统的核心。（如扫描仪、,雷达、摄影机、摄像机）,常用的传感器：,landsat,上的,RBV,（反束光导管摄像仪）；,landsat,上的,MSS,（多光谱扫描仪），,4,个波段；,landsat,上的,TM,（专题制图仪），,7,个波段；,SPOT,上的,HRV,（高分辨率可见光扫描仪），,3,个波段。,地面平台：,三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。,航空平台：,包括飞机和气球,航天平台：,包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。,遥感平台,遥感平台是装载传感器的平台,二、遥感系统（,Remote Sensing System,）,3、信息的传输与记录,接收、处理、存档、分发各类地球资源遥感卫星数据并进行相关技术研究，为遥感应用提供数据服务。,二、遥感系统（,Remote Sensing System,）,4、信息的处理,遥感卫星地面站,硬件系统： 计算机 大容量存储设备 图像输入输出设备软件系统： 数据输入模块 辐射校正模块 几何校正模块 图像增强模块 图像融合模块 图像分析模块,遥感图像处理,二、遥感系统（,Remote Sensing System,）,5、信息的应用,第一章 绪论,遥感技术的4大物质构成要素：,1 对象（Objects）:被探测、被感知的事物和现象,2 传感器（Sensor）：能感测事物并能感测的结果传递给使用者的仪器,3 信息传播媒介（Media）：在目标与传感器之间起信息传递作用的介质,4 遥感平台（Platform）：搭载传感器并使之正常工作的装置,常用遥感的定义,：应用探测仪器，不与目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示物体的特征性质及其变化的综合性探测技术,目前，主要有两个研究领域：遥感技术研究和遥感应用研究,第一章 绪论,三、遥感的学科基础,1 现代物理学（电磁波技术、微波技术、红外等）,2 空间科学（卫星等飞行器研制、GPS空间测量等）,3 计算机技术（大容量、高速度、优良的算法、图像数据库技术等）,4 现代数学（矩阵变换、多元统计分析等）,5 地球信息学（Geomatics) GIS技术、地表目标光谱研究等,“新兴的、综合性强的边缘学科”，因此遥感技术具有：,1 先进性,2 综合性,3 实用性,第一章 绪论,四、遥感的分类,1 按遥感对象分,（1）宇宙遥感，以外太空其它星体为感测对象,（2）对地遥感 地球表层环境环境遥感；在环境遥感 中若地球表层资源为对象称为资源遥感,2 按遥感平台分,（1） 航天遥感 平台H80km 火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等,（2）航空遥感 平台H80km 普通飞机、气球、飞艇等,（3）地面遥感 遥感车、遥感塔、“远洋测量船”,3 按遥感媒介分,（1）电磁波遥感 常用的电磁波波段是紫外、可见光、红 外和微波等,（2）声波遥感 潜水艇的声纳技术、探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律,（3）重力场遥感 地质探矿，通过”g”值的变化来推断地层中是否有某种元素富积,（4）地震波遥感,第一章 绪论,四、遥感的分类,4 按遥感器的工作方式分：,（1）被动遥感：遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自于目标的信号，从而实现对目标性质、数量、空间位置等特征进行识别的遥感方式。“无源遥感”，如中午拍照,（2）主动遥感，遥感器发射人工探测信号，到达目标后信号反射回来被传感器接收从而对目标性质、数量、空间位置进行识别的遥感方式。如，夜晚拍照通常要在相机上装闪光灯。主要是“微波遥感”,主动遥感与被动遥感,5 按遥感所获资料的形式分,（1）成像方式遥感 （能获得目标的图像Image,图形Graphics),a 摄影方式 b 扫描方式,（2）非成像方式（不能获得目标物的图像，常是一些曲线，如气象中温度辐射计),6 按应用领域分,地质、农业、林业、草原、水文、测绘、环境、灾害、城市、海洋、大气、军事等,A Fast Glance of Nanjing Forestry University Campus(Aerial Photograph),扫描影像 故宫QuickBird,五.遥感的特点,大面积同步观测,时效性强,数据的综合性和可比性好,较高的经济和社会效益,一定的局限性,五、,遥感的特点,大面积的同步观测,时效性,数据的综合性和可比性,经济性,局限性,如一幅美国的陆地卫星Landsat图像，覆盖面积为,185kmx185km=34225km,，在,5-6min,内即可扫描完成，实现对地的大面积同步观测；一幅地球同步气象卫星图像可覆盖,1/3,的地球表面，实现更宏观的同步观测,不同高度的遥感平台其重复观测的周期不同：地球同步轨道卫星可以,每半小时,对地观测一次；太阳同步轨道卫星可以,每天2次,对同一地区观测（可用于探测短周,期变化）。另外，地球资源卫星则分别以16天（Landsat)、26天(SPOT),、或,4-5天(CBERS),对同一地区重复观测一次，以获得一个重访周期内的某些事物的动态变化的数据。,第一章 绪论,六、遥感的特性与优势,1空间特性 （大面积同步观测）,距离远、感测范围大因此具有宏观性和直观性；先进传感器也能探知目标的细节。,2 时间特性 运行周期短，“动态监测”,3 光谱特性 使用的谱段多，可选性强，,多光谱（Multispectral)高光谱（Hyperspectral),4 数据量巨大 “海量”数据，研究的压缩技术、存贮、处理 算法等,5数据综合性和可比性能超群,6 受地面限制少 沙漠腹地、大洋深处、悬崖绝壁人无法到达（可及度低）,7 经济效益好,8 用途广,9 发展速度极快,第一章 绪论,六、遥感过程,遥感过程是指遥感信息的获取、传输、处理分析判读和应用的全过程,1 遥感实验（Experiments) 地物光谱特性的测定、遥感平台和传感器的研制及测试,2 遥感数据获取（Acquisition) 研究各种传感器的空间特性，航空像片的几何特征，各种卫星影像的：,(1)空间分辨率(Spatial resolution):是指遥感影像上一个像元所对应的地面实际面积的大小,(2)光谱分辨率(Spectral resolution):,是指遥感器所选用的波段数量的多少、各波段的波段位置及波长间隔的大小。,(3)时间分辨率（Temporal resolution):,是指遥感器重复覆盖同一地区的频率或时间间隔的长短,(4)辐射分辨率 (Radiometric resolution):,辐射分辨率是指遥感器所能识别的地物间最小辐射度差,第一章 绪论,六、遥感过程,3 遥感数据处理（Processing),（1）预处理（Pre-processing),几何校正（Geometric correction),辐射校正（Radiometric correction),（2）增强处理（Enhancement),点操作（线性、对数、指数、高斯等）,邻域操作（平滑Smoothing、锐化Sharpen),图像 变换（主成分PCA、缨帽变换Tasseled_Cap、小波Wavelet 等）,4 遥感信息应用（Application),目视解译（Visual interpretation),计算机分类 （Pattern Recognition),主要解决：空间什么位置？有什么？有多少？,实际解决：定位（Position)、定性（qualitative)、定量（quantitative)问题,也即“3W”问题： where、what、how,七遥感发展史,遥感大致分四个阶段:,（1）无记录的地面遥感阶段(1608年-1838年),1608 汉斯.李波尔塞 伽利略,（2）有记录的地面遥感阶段(1839-1857),摄像技术 达盖尔,（3）航空遥感阶段(1858-1956),陶纳乔 莱特 1924年彩色胶片 1930年美国,一次大战 二次大战,照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。,（4） 航天遥感阶段(1957-),1957 苏卫星一号,1959,美先驱者二号 地球云图 月球三号,1960 美国,TIROS NOAA,1962年在美国密歇根大学召开的第一次国际环境遥感讨论会上，美国海军研究局的,Eretyn,Pruitt,（,伊,普鲁伊特）首次提出“,Remote Sensing,”,一词，会后被普遍采用至今。,20世纪60年代以来，苏美空间技术竟相发展，分别发射了一系列的空间计划卫星，促进了航天遥感技术的发展。,20世纪70年代，空间技术转向为人类服务，地球资源技术卫星诞生。,NASA ERTS,Landsat,20,世纪80年代，地球资源技术卫星的传感器技术不断提高。,TM ETM+,20,世纪90年代，除美苏外，其他国家均发射了各种资源卫星。,1978 法国,SPOT 1999,中巴资源1号(,CBRS-1) 2004(CBRS-2),目前，高分辨率的商业卫星发展迅速。,中国航天遥感介绍,1970年4月 长征一号 东方红1号,四个系统: 返回式RS卫星,通信广播卫星,气象卫星,科学实验技术卫星,第一章 绪论,八、遥感发展的趋势,1 新传感器不断涌现，高空间分辨率和高光谱分辨率,成为关注热点,SPOT卫星上的传感器：,(1)HRV:高分辨率可见光扫描仪,High Resolution Visible,(2)HRVIR:高分辨率可见光中红外扫描仪,High Resolution Visible and Middle Infrared,(3)Vegetation:植被成像仪,(4)HRG:高分辨率几何成像仪,High Resolution Geometry,(5) HRS:高分辨率立体成像装置,High Resolution Stereo,第一章 绪论,八、遥感发展的趋势,2 遥感应用领域不断拓展,3 3S技术整合（integration) GIS+RS+GPS+”(DPS+ES)”,GIS(Geographical Information System)地理信息系统,RS(Remote Sensing) 遥感,GPS(Global Positioning System) 全球定位系统,DPS(Digital Photography Survey) 数字摄影测量,ES(Expert System) 专家系统,4 遥感处理新算法不断涌现,小波变换(Wavelet)、分形学 (Fractal) 、,遗传算法(Genetic Algorithm)、,人工神经元网络(Artificial Neural Network),第一章 绪论,九、遥感技术应用,1 资源监测 查清资源的数量、质量、分布、动态消长,（土地利用类型、森林资源、水、矿产等）,2 环境监测、灾害损失评价 （森林火灾、水灾、病虫害等）,3 区域分析及建设规划,4 生物物理建模,生物量估算（Biomass Estimation: LAI、NPP、APAR）,小麦、水稻、玉米估产,草场承载力评价、近海生产力评价,物理参数反演（Inversion）：水质、大气污染等,5 军事侦察,6 气象预报,本课程主要内容,第1章 绪论,第2章 电磁辐射与地物光谱特征(物理基础),第3章 遥感成像原理与遥感图像特征,第4章 航天遥感概述,第5章 遥感图像处理,第6章 遥感数字图像目视解译与制图,第7章 遥感数字图像的计算机解译,第8章 遥感应用,第9章 RS、GIS和GPS的综合应用,