遥感技术与应用-1-概论.ppt

华北水利水电学院NorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower遥感技术导论TechnologyofRemoteSensing 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Remotesensingandimageinterpretation 4thedition ThomasM LillesandandRalphW Kiefer JohnWiley Sons Inc 1999 分辨率 1m 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 spaceimaging 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 DigitalGlobe0 61米 第一章绪论 一 遥感的科学概念 1 遥感的概念 RemoteSensing 遥感一词来自英语RemoteSensing 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RemoteSensing 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 RemoteSensing 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 RemoteControl 指远距离控制目标物运动状态和过程的技术 遥感的概念 RemoteSensing 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 遥感平台 传感器 二 遥感系统 RemoteSensingSystem 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 RemoteSensingSystem 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 RemoteSensingSystem 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 RemoteSensingSystem 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 RemoteSensingSystem 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H 80km火箭 人造卫星 飞船 航天飞机等 2 航空遥感平台H 80km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 AFastGlanceofNanjingForestryUniversityCampus AerialPhotograph 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 Spatialresolution 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 Spectralresolution 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 Temporalresolution 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 Radiometricresolution 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 Geometriccorrection 辐射校正 Radiometriccorrection 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 Visualinterpretation 计算机分类 PatternRecognition 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TIROSNOAA 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EretynPruitt 伊 普鲁伊特 首次提出 RemoteSensing 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 NASAERTSLandsat20世纪80年代 地球资源技术卫星的传感器技术不断提高 TMETM 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SPOT1999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 HighResolutionVisible 2 HRVIR 高分辨率可见光中红外扫描仪 HighResolutionVisibleandMiddleInfrared 3 Vegetation 植被成像仪 4 HRG 高分辨率几何成像仪 HighResolutionGeometry 5 HRS 高分辨率立体成像装置 HighResolutionStereo 第一章绪论 八 遥感发展的趋势2遥感应用领域不断拓展33S技术整合 integration GIS RS GPS DPS ES GIS GeographicalInformationSystem 地理信息系统RS RemoteSensing 遥感GPS GlobalPositioningSystem 全球定位系统DPS DigitalPhotographySurvey 数字摄影测量ES ExpertSystem 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 GeneticAlgorithm 人工神经元网络 ArtificialNeuralNetwork 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 BiomassEstimation 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