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1遥感原理与图像解译绪论陈尔学chenerx@caf.ac.cn中国林业科学研究院资源信息研究所2013年9月12日2课程简介绪论3课程大纲课程名称：遥感原理与图像解译（RemoteSensingTheoryandImageInterpretation）授课负责人：陈尔学授课小组：陈尔学，谭炳香，覃先林，高志海，武红敢学时/学分：45/3预修课程：多元统计分析、3S基础及应用教学目的、要求及适用专业：使地图学与地理信息系统各方向及其他相关学科的硕士研究生，系统掌握遥感的基本原理和遥感影像解释和分析的基本方法，使学生掌握基本的遥感数据处理和影像理解技能，提高学生应用遥感技术分析和解决林业相关问题的能力。本课程为地图学与地理信息系统遥感方向硕士研究生的必修课，也可作为地图学与地理信息系统其他方向、地理学其他学科及森林生态方向研究生的选修课。4课程安排序论（1学时）陈尔学第一部分理论篇第一章遥感基本原理（6学时）陈尔学第二章遥感数据源及基本处理方法（5学时）陈尔学第三章可见光-反射红外遥感（6学时）谭炳香第四章热红外遥感（4学时）覃先林第五章微波遥感（4学时）陈尔学第六章遥感影像解译与分类方法（4学时）陈尔学第七章定量遥感分析（2学时）陈尔学第二部分林业应用篇第八章高光谱遥感林业应用（3学时）谭炳香第九章热红外遥感林业应用（2学时）覃先林第十章微波遥感林业应用（2学时）陈尔学第十一章荒漠化遥感监测应用（3学时）高志海第十二章森林病虫灾害遥感监测应用（3学时）武红敢每周四下午2:00-5:00上课。期末笔试60分，平时作业报告等40分。5主要参考教材1.遥感应用分析原理与方法，赵英时等编著，科学出版社，20032.遥感数字影像处理导论，JohnR.Jensen著，陈晓玲等翻译，机械工业出版社，20076本课程章节与赵英时教材章节的对应关系要求学生每次上课前按照赵英时教材预习相关章节内容课程章节赵英时教材章节序论（1学时）绪论第一章遥感基本原理（6学时）第1章遥感原理第二章遥感数据源及处理方法（5学时）第2章遥感数据源第6章的6.2节，6.3节第8章遥感数据融合第三章可见光-反射红外遥感（6学时）第3章可见光-反射红外遥感第四章热红外遥感（4学时）第4章热红外遥感第五章微波遥感（4学时）第5章微波遥感第六章遥感影像解译与分类方法（4学时）第6章的6.1节，6.4节，6.5节第7章遥感综合分析方法第11章土地遥感7本课程章节与赵英时教材章节的对应关系要求学生每次上课前按照赵英时教材预习相关章节内容课程章节赵英时教材章节第七章定量遥感分析（2学时）第10章定量遥感分析第八章植被遥感（3学时）第12章植被遥感第九章林火遥感监测应用（2学时）无（授课老师指定）第十章微波遥感林业应用（2学时）无（授课老师指定）第十一章荒漠化遥感监测应用（3学时）无（授课老师指定）第十二章森林病虫灾害遥感监测应用（3学时）无（授课老师指定）8绪论主要内容：遥感的概念；遥感技术的发展简史、发展状况、发展趋势；遥感的分类；遥感的特点。掌握：遥感的概念；遥感的分类；遥感技术的特点。了解：遥感的发展简史、发展状况、发展趋势。9绪论遥感概念遥感过程遥感的类型遥感学科体系遥感的发展遥感科研资讯10遥感概念遥感：RemoteSensing(RS)，遥感地感知广义遥感的概念：是在不直接接触情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一种技术。狭义遥感的概念：是指在高空和外层空间的各种平台上，应用各种传感器（摄影仪、扫描仪和雷达等）获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及其环境的相互作用的一门现代应用技术科学。11遥感特性空间特性：视域范围大，具有宏观特性(…)。光谱特性：探测的波段从可见光向两侧延伸,扩大了地物特性的研究范围(…)。时相特性：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测(…)。航空与航天飞行器运行快、周期短，可获得多时相数据。例如Landsat5每天环绕地球14.5圈，覆盖地球一遍所需时间仅16天，而气象卫星的周期更短（1天或半天）。由于探测距离远，传感器所获得的地面影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地卫星5号（Landsat5）为例，它距离地表的高度是705.3km，对地球表面的扫描宽度是185km，一幅TM图像可以全部覆盖我国海南岛大小的面积。目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、红外线和微波。12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(…)。遥感探测可以在短时间内对同一地区进行重复探测，监测地球上许多事物的动态变化。一般地球资源卫星8~9天可重复一次，气象卫星每天两次，而传统的地面调查需要花费大量的人力和物力，且周期很长。因此，遥感方法具有很好的时效性。遥感在天气预报、火灾和水灾监测以及军事行动等领域的应用，反映了遥感方法的时效性优势。如一幅Landsat图像，覆盖面积185km×185km，在5~6min内可完成扫描，实现对地的大面积同步观测。所取得的数据可进行大面积资源和环境调查，并且不受地形阻隔等限制。遥感获得的地物电磁波特性数据综合地反映了地球上许多自然、人文信息，客观地记录了地面的实际状况，数据综合性很强。同时，不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性。信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。数据的挖掘技术不完善，使得大量的遥感数据无法有效利用。从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。如Landsat卫星的投入与效益比估计为1:80。13遥感过程1.能源2.在大气中传播3.到达地表的能量与地表物质发生作用4.再次大气中传播5.被遥感系统接收6.图像数据产品7.数据处理、分析与解译8.信息产品9.多目标用户（1）能源（2）大气传播（3）与地表的相互作用（4）再次通过大气（5）遥感系统卫星航天飞机飞机、飞艇地面平台…图像数据（6）数据产品目视计算机辅助数据（7）处理、分析、解译专题图统计报表（8）信息产品大众技术人员领导企业…（9）多目标用户14遥感数据从处理到应用的基本过程遥感过程数据信息知识应用分析解译综合提炼判断决策数据（data）是对客观事物的符号表示，是用于表示客观事物的未经加工的原始素材，如图形符号、数字、字母等。或者说，数据是通过物理观察得来的事实和概念，是关于现实世界中的地方、事件、其他对象或概念的描述。在计算机科学中是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号的介质的总称。信息即事物运动的状态与方式，数据是记录信息的一种形式，同样的信息也可以用文字或图像来表述数据信息知识的积累应用分析解译综合提炼判断决策定量反演参数应用效果一般过程定量遥感过程先验知识用于定量反演15遥感学科体系数理支撑学科（基础层）物理机理与传感器技术计算机图形图像技术空间飞行测控技术学科核心技术全球定位系统遥感地理信息系统应用支撑学科层（应用层）资源环境生态学科测绘地图学科经济政务区域管理16卫星定位与定轨遥感信息传输目标提取与识别(自动化、智能化)数据处理(高光谱、高分辨率、雷达)分发多源数据融合与集成遥感成像机理与模型用户各应用部门遥感的技术体系17遥感的类型——按遥感平台分地面遥感：传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等；航空遥感：传感器设置于航空器上，主要是飞机、气球等；航天遥感：传感器设置于环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等；宇宙遥感：传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标的探测。18遥感的类型——按电磁波段分紫外遥感：探测波段在0.05~0.38um可见光遥感：探测波段在0.38~0.76um红外遥感:探测波段在0.76~1000um微波遥感:探测波段在1mm~10m多波段遥感：探测波段在可见光和红外波段范围内，再分若干窄波段来探测目标。19遥感的发展——发展阶段无记录的地面遥感阶段（1608－1838年）：望远镜；有记录的地面遥感阶段（1839－1857年）：摄影；空中摄影遥感阶段（1858－1956年）：气球、飞鸽、风筝、飞机；航天遥感阶段（1957－）：卫星。20遥感的发展——现状及问题从20世纪70年代到今天，遥感在资源调查、灾害监测、海洋渔业、地质找矿等领域取得了很大的发展存在的问题：不能满足应用需求遥感的时效性尚未充分体现遥感图像自动识别，专题信息提取，地学参数的遥感反演能力和精度，尚不能达到应用要求21遥感的发展——产生问题的原因遥感技术本身的局限性辐射定标几何定位混合像元处理方法（大气校正…）人们认识上的局限性遥感成像与传输机理影像特征地学规律22遥感的发展——解决问题的途径遥感数据源的改善遥感数据处理分析方法和手段的发展遥感定量反演方法的研究23遥感的发展——发展趋势1.多平台多传感器航空航天数据获取趋向高分辨率发展2.综合对地观测定量化系统的建立3.高度综合化与应用领域不断扩展4.遥感与地理信息系统的一体化24从单一传感器、单一平台、单一观测技术→多传感器、多平台、多角度，三高（高分辨率、高光谱、高时相）方向发展；民用空间分辨率可高达0.61m，军用的高达10cm；光谱分辨率可达nm级；小卫星群的重访周期为1－3天；机载、星载SAR（合成孔径雷达）卫星日益普及，提供全天候、全天时的观测能力。遥感的发展——平台与观测技术的发展25中国资源二号全色波段图像（3米）26中国资源二号数据与TM融合结果27SPOT5全色波段图像（5米）28SPOT5号假彩色合成波段图像（5米）29SPOT5全色波段图像（2.5米）30美国IKONOSⅡ卫星31美国华盛顿（1米）32中国北京（1米）33IKONOS卫星多光谱影像（4米）（排队参观毛主席纪念堂的队伍隐约可见，花坛信息没有，背景草坪不清晰）IKONOS卫星融合影像（1米）（排队参观毛主席纪念堂的队伍清晰可见，花坛和背景草坪显示出来，色调自然逼真，连纪念堂柱子的阴影都很清楚）34发射日期2001年8月18日空间分辨率（底点）全色：61cm，多光谱2.44m轨道高度450km，98°极地轨道，太阳同步定位精度三轴稳定装置，星相仪，GPS等辅助下，无地面控制点的定位精度：17~23米绕行一周收集的数据量57幅单景影像（128GB）扫描宽度和面积单景16.5×16.5km，一个飞行条带：16.5km×165km量化级别11bitsQuickbird主要性能参数35西班牙马德里体育场（0.61m）36罗马斗兽场（0.7米，真彩色）37罗马梵蒂冈大教堂,0.7m,真彩色3839光谱反射曲线影象立方体4041奋进号航天飞机外观图SRTM2000.242SRTM由三部分组成：主雷达天线、桅杆、机外雷达天线（Outboardradarantenna）43SRTM陆地表面覆盖图（平面）44由SRTM－C波段获取DEM再与TM图像叠加的结果45PerspectivewithLandsatOverlay,MountKilimanjaro,TanzaniaGTOPO30,USGSSRTMDEMEastern-centerTibet(Xizang,China)SRTMDEM实例（中国，西藏）46科技期刊（中文）遥感学报，北京中国图象图形学报，北京遥感技术与应用，兰州遥感信息，北京国土资源遥感，北京遥感科研资讯47科技期刊（英文）1.RemoteSensingofEnvironment,US2.InternationalJournalofRemoteSensing,UK3.PhotogrammetricEngineeringandRemoteSensing,US4.IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,US5.CanadianJournalofRemoteSensing,