第1章遥感概述

遥感概述IntroductiontoTechnologyofRemoteSensing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：平时成绩40%、笔试60%。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.遥感基本概念与原理遥感技术系统遥感分类遥感特点与作用遥感发展简史遥感发展趋势第一章遥感概述1、遥感基本概念遥感：是利用高空、外层空间各种平台上的对电磁波敏感的传感器(光学、微波、激光传感器等)，在远离目标和非接触目标的条件下探测目标物体，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息（影像或非影像数据)，并对其进行处理、分析提取目标几何、物理属性并应用的一门科学和技术。对地观测：利用传感器在高空获得目标物体的电磁波信息。分析信息：判断目标物体的光谱、空间和时间属性——定性、定量和定位分析。判定类别：目标物体的区分与分类，目标识别。1、遥感基本概念Remotesensingisthescience(andtosomeextent,art)ofacquiringinformationabouttheEarth'ssurfacewithoutactuallybeingincontactwithit.Thisisdonebysensingandrecordingreflectedoremittedenergyandprocessing,analyzing,andapplyingthatinformation.(CanadaCentreforRemoteSensing：CCRS)综合技术对象：地面载体：电磁波（主要）目的：地面物质的性质和运动状态（周期性、重复性）过程：获取、传输、处理、应用遥感基本原理示意图RemoteSensingProcess遥感的七个过程A：电磁波源，提供电磁波B：电磁波辐射与大气(往、返)C：电磁波与目标相互作用D：传感器记录从目标反射或辐射的电磁波E：数据传输、接收与处理F：遥感数据的解译分析G：遥感应用2、遥感技术系统•遥感信息源•遥感平台与载荷•遥感数据传输与接收•遥感信息处理•遥感信息应用10接收预处理用户应用处理分析结果输出应用电磁辐射与地物光谱特征遥感技术系统(续)遥感信息源：任何地物都可以发射、反射和吸收电磁波信号，都是遥感信息源。遥感技术系统(1)遥感平台及载荷遥感技术系统(2)平台及载荷：对地、对天观测平台及载荷的状态极轨、静止、绕赤道飞行卫星、虚拟星座、星座、编队载人飞船、实验室、空间站以平台为核心－以载荷为核心侧摆、前后摆动、凝视载荷（单个载荷、多个载荷数据传输（返回与传输型、中继、极地）10001000.010.110.0m1.0分辨率（M）平流层系统卫星微小卫星无人机航空10001000.010.110.0m1.0分辨率（M）卫星航空卫星遥感与航空遥感的比较返回与传输型、中继、极地接收地面站：境内与境外，极地站车载机动站中继卫星航空遥感数据传输：机－星－地系统机－地系统接收系统遥感技术系统(3)遥感数据传输与接收:卫星地面测控中心遥感数据地面接收站遥感技术系统(续)遥感数据地面接收站:•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。遥感技术系统(续)？中国现有几个地面站,如何分布的,为什么?辐射纠正：大气纠正、气溶胶[中国特殊]几何纠正：直接、间接纠正境内纠正、境外纠正分发系统：直接分发服务网上分发服务DVB卫星分发服务应用与服务：高端平民化遥感技术系统(4)处理与应用系统遥感图像处理系统：软件系统：摄影测量影像信息提取影像分析雷达影像处理影像库管理三维景观硬件系统：􀂄􀂄计算机􀂄􀂄显示设备􀂄􀂄大容量存贮设备􀂄􀂄图像输入输出设备遥感技术系统(续)基于遥感影像的信息提取针对高分辨率影像综合影像空间、波谱信息面向基元的影像智能分析ProvideServicetotheGovernmentProvideServicetotheGovernmentFloodMonitoringandEvaluation土地利用动态遥感监测－最终产品工具开发影像镶嵌多源数据融合变化信息提取以变化信息提取为目的以背景图制作为目的方法一方法二数据获取影像纠正与配准监测区选择以地形图或DEM为底图以合格的99监测成果为底图以纠正并内插为高分辨率像元大小的图像为配准基准图实地调查变化信息后处理面积量算与统计监测图制作质量评价与变更调查对比外业调查成果整理土地利用动态监测技术流程、工具开发3、遥感分类•根据工作平台•根据工作波段•根据传感器工作原理•根据遥感资料获取方式•根据波段宽度及连续性•根据应用领域遥感分类标准:遥感对地观测传感器遥感平台光化学光学照相机光电子数码照相机电子学雷达、微波辐射计/散射计天基系统卫星、飞船等近空间系统平流层飞机/艇近地层系统轻小型飞机、无人机等地基系统地面测量仪器传感器与遥感平台航天遥感轨道卫星载人飞船（500km)航天飞机（300km)探空火箭（100-650km)地球同步卫星太阳同步卫星长寿命(500-1000km)（36000km）短寿命(150-500km)航空遥感飞机气球飘浮气球（50km）系留气球（5km）高空飞机（15km）中空飞机（9-15km）低空飞机（9km）地面遥感高塔（300m)车船（30m)观测架（几米）3、遥感分类按传感器的探测波段分：•紫外遥感：0.05-0.38μm•可见光遥感：0.38-0.76μm•红外遥感：0.76-1000μm•微波遥感：1mm-10m•多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干个窄波段来探测。按工作方式划分：•主动遥感与被动遥感•成像遥感与非成像遥感–成像传感器：摄影传感器、扫描成像传感器、雷达成像传感器…–非成像传感器：高度辐射计,…3、遥感分类按波段宽度及连续性划分：•超光谱遥感•高光谱遥感（波段窄10nm且连续）•常规遥感（波段宽100nm且不连续）按应用领域划分：•外层空间遥感•大气层遥感•陆地遥感•国土资源、农业、林业、海洋、地质遥感…100sofBandsBand2.52-.60Band3.63-.69Band4.79-.90Band51.55-1.75Band72.08-2.35Band1.45-.52Band610.4-12.4VisibleSWIRLWIR1000sofBands超高光谱Broadband超[高]光谱多光谱光谱的遥感分类*对目标进行观测*判断目标的光谱、空间和时间属性—定性、定量和定位分析*目标的区分与分类*目标的识别遥感的作用:4、遥感的作用与特点4、遥感的特点与作用•大面积同步观测•时效性强•数据的综合性与可比性好•较高的经济与社会效益•一定的局限性5、遥感发展史遥感发展史－萌芽时期1608年制造了世界第一架望远镜1609年伽利略制作了放大三倍的科学望远镜并首次观测月球1794年气球首次升空侦察1839年第一张摄影像片遥感发展史－初期发展(1858－1956年)1858年用系留气球拍摄了法国巴黎的鸟瞰像片1903年飞机的发明1909年第一张航空像片一战期间（1914-1918）：形成独立的航空摄影测量学的学科体系二战期间（1931-1945）：彩色摄影、红外摄影、雷达技术、多光谱摄影、扫描技术以及运载工具和判读成图设备1903年，J·纽布朗纳设计了一种捆绑在飞鸽身上的微型相机遥感发展史－现代遥感（1957-）1957年：前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星20世纪60年代：美国发射了TIROS、ATS、ESSA等气象卫星和载人宇宙飞船1972年：发射了地球资源技术卫星ERTS-1（后改名为LandsatLandsat-1），装有MSS感器，分辨率79米1982年Landsat-4发射，装有TM传感器，分辨率提高到30米1986年法国发射SPOT-1，装有PAN和XS遥感器，分辨率提10米2000年美国发射IKNOS，空间分辨率提高到1米目前已形成现代遥感技术系统：多平台（5000颗以上）、多种传感器、多系列（军事侦察卫星系列、气象卫星系列、陆地卫星系列、海洋卫星系列、测地卫星系列、天文观测卫星系列、通讯卫星系列）遥感信息处理技术出现了全数字化、可视化、智能化和网络化发展特点遥感应用更趋于实用化、商业化和国际化方向发展返回式卫星FY-1FY-2CBERS-01、02神舟号飞船环境与减灾小卫星星座HY-1？我国遥感事业的发展CBERS–01&02FY-1A/B/C/DFY–2A/B/C/DSZ-5BJ-1HY-1A6、遥感发展趋势随着热红外成像、机载多极化合成孔径雷达和高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔径雷达技术的日益成熟，遥感波谱域从最早的可见光向近红外、短波红外、热红外、微波方向发展，波谱域的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波谱的特征峰值波长的宽域分布。大、中、小卫星相互协同，高、中、低轨道相结合，在时间分辨率上从几小时到十几天不等，形成一个不同时间分辨率互补的系列。随着高空间分辨力新型传感器的应用，遥感图像空间分辨率从1km、500m、250m、80m、30m、20m、10m、5m发展到1m,军事侦察卫星传感器可达到15cm或者更高的分辨率。空间分辨率的提高，有利于分类精度的提高，但也增加了计算机分类的难度。光谱域在扩展…时间分辨率在提高…空间分辨率在提高…6、遥感发展趋势高光谱遥感的发展，使得遥感波段宽度从早期的0.4μm(黑白摄影)、0.1μm(多光谱扫描)到5nm(成象光谱仪)，遥感器波段宽度窄化，针对性更强，可以突出特定地物反射峰值波长的微小差异；同时，成像光谱仪等的应用，提高了地物光谱分辨力，有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性。机载三维成像仪和干涉合成孔径雷达的发展和应用，将地面目标由二维测量为主发展到三维测量。光谱分辨率在提高…2D到3D的测量各种新型高效遥感图像处理方法和算法将被用来解决海量遥感数据的处理、校正、融合和遥感信息可视化。高效图像处理技术6、遥感发展趋势遥感分析技术从“定性”向“定量”转变，定量遥感成为遥感应用发展的热点。建立适用于遥感图像自动解译的专家系统，逐步实现遥感图像专题信息提取自动化。遥感分析由定性到定量发展智能化遥感信息提取技术重点：•遥感信息获取技术•遥感数据传输与接收技术•高效遥感图像处理技术•遥感信息智能提取与分析技术难点：•观测对象的尺度6、遥感发展趋势—总结多分辨率多遥感平台并存，空间分辨率、时间分辨率及光谱分辨率普遍提高新型传感器不断涌现，微波遥感、高光谱遥感迅速发展遥感的综合应用不断深化商业遥感时代已到来高分辨率（空间、时间、光谱）遥感，定量化智能化遥感及其商业化是趋势。427、3S集成与应用RS：RemoteSensingGIS:GeographicInformationSystemGPS:GlobalPositioningSystem437.1、地理信息系统（GIS）：从计算机实现的技术角度看，地理信息系统是一个用于对地理数据进行采集、管理、查询、计算、分析与可视表现的计算机技术系统。功能：1）地理数据采集：遥感2）地理数据管理3）空间分析与属性分析4）地理