遥感概论课件

《遥感概论》主讲：罗红霞日期：2007年课程目录◆第一章绪论◆第二章电磁辐射与地物光谱特征◆第三章遥感成像原理与遥感图像特征◆第四章遥感图像处理◆第五章遥感图像目视解译与制图◆第六章遥感数字图像计算机解译◆第七章遥感应用主要参考教材1梅安新等编著.《遥感导论》，高等教育出版社，2001年7月主要参考书目1.闾国楷等编著.《遥感概论》，高等教育出版社，1995年5月（第二版）2.仇肇锐等编著.《遥感应用技术》，武汉测绘科技大学出版社，1998年10月3.孙家柄等著.《遥感原理、方法和应用》，测绘出版社，1997年6月4.章孝灿等编著.《遥感数字图像处理》，浙江大学出版社，1997年9月5.周成虎等编著.遥感影像地学理解与分析，科学出版社，1999年12月Chapter1绪论1遥感的基本概念2遥感技术系统3遥感的类型4遥感的特点5遥感技术的发展简史6中国遥感事业的发展1遥感的基本概念广义理解，遥感泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波(声波、地震波)等的探测。狭义理解，遥感是指从不同高度的平台（Platform）上，使用各种传感器（Sensor），接收来自地球表层的各种电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离探测和识别的综合技术。2遥感技术系统根据遥感的定义，整个过程可用图1说明。图1分析判断图2遥感技术系统的组成3遥感的类型（1）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;航宇遥感:传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标的探测。遥感平台（2）按传感器的探测波段分紫外遥感:探测波段在0.05一0.38μm之间;可见光遥感:探测波段在0.38一0.76μm之间;红外遥感:探测波段在0.76一1000μm之间;微波遥感:探测波段在1mm一1m之间;多波段遥感:指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。见下图紫外红外图3（3）按工作方式分主动遥感和被动遥感:主动遥感由探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射值量;被动遥感的传感器不向目标发射电磁波，仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。（图4、5）图4图5图5成像遥感与非成像遥感:前者是将所探测到的强弱不同的地物电磁波辐射（反射或发射），转换成深浅不同的（黑白）色调构成直观图像的遥感资料形式，如航空像片、卫星图像等。后者则是将探测到的电磁辐射（反射或发射），转换成相应的模拟信号（如电压或电流信号）或数字化输出，或记录在磁带上而构成非成像方式的遥感资料。如陆地卫星CCT数字磁带等。区别与联系？（4）按遥感的应用领域分从大的研究领域可分为外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等;从具体应用领域可分为资源遥感、环境遥感（RemoteSensingofEnvironment）、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、气象遥感、水文遥感、城市遥感、工程遥感及灾害遥感、军事遥感等，还可以划分为更细的研究对象进行各种专题应用。4遥感的特点（1）遥感范围大，可实施大面积的同步观测（2）获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点（时效性）（3）数据的综合性和可比性，具有手段多，技术先进的特点（4）经济效益高，用途十分广泛（5）遥感技术的局限性多波段性多时相性5遥感的发展简史(1)无记录的地面遥感阶段(1608-1838年)(2)有记录的地面遥感阶段(1839-1857)(3)航空摄影遥感阶段(1858-1956年)(4)航天遥感阶段(1957-)图6图74、3、2波段合成的TM图像（丰都）图8SPOT图像（2000年北碚）图9IKNOS图像（2006年西南大学）图10QuickBird图像6中国遥感事业的发展20世纪30年代,于个别城市进行过航空摄影。20世纪50年代开始系统的航空摄影。20世纪70年代以来，遥感事业有了长足进步。自1970年4月24日发射“东方红1号”人造卫星以后，相继发射了数十颗不同类型的人造地球卫星。太阳同步的“风云l号”(FY-lA，lE)和地球同步轨道的“风云2号”(FY-2A,2B)的发射，返回式遥感卫星的发射与回收，使我国开展宇宙探测、通讯、科学实验、气象观测等研究有了自己的信息源。1999年10月14日中国-巴西地球资源遥感卫星CBERS-1的成功发射，使我国拥有了自己的资源卫星。“北斗1,2”定位导航卫星及清华1号小卫星的成功发射，丰富了我国卫星的类型。图112002年9月18日，于5月15日一箭双星发射的海洋一号卫星和风云一号D星同时正式交付使用。2002年10月27日，第2颗中国资源二号卫星升空并正常运行。至此，中国已有12颗应用卫星在太空中成功运行，成为中国空间技术发展史上在太空中运行卫星最多的时期，这些卫星有：资源一号、中国资源二号卫星(2颗)，风云一号(2颗)、风云二号(2颗)气象卫星，东方红三号、中星二十二号通信卫星，北斗一号定位卫星(2颗)和海洋一号海洋卫星，几乎涵盖了世界上在太空中运行的所有应用卫星品种，应用范围涉及国民经济诸多领域。中巴地球资源一号卫星计划中巴地球资源一号卫星(CBERS)是中国空间技术研究院(CAST)和巴西空间院(INPE)联合研制的传输型、长寿命地球资源卫星。首颗卫星于1999年l0月l4日在中国太原卫星发射中心发射成功，在轨运行3年l0个月，于2003年8月l3日停止工作。中巴地球资源一号—02星是0l星的接替星，其功能、组成、平台、有效载荷和性能指标的标称参数等与0l星相同。02星于2003年l0月21日在中国太原卫星发射中心发射升空，于2004年2月l2日投入应用运行，目前在轨运行正常。图12中巴资源一号卫星02星图像中巴地球资源一号卫星-03／04星为第二代中巴地球资源卫星，卫星的性能指标有较大提高，星上有效载荷除保留01／02星的配置外，增加5m全色和l0m多光谱CCD相机。目前03星正在由中国和巴西联合研制中，预计于2008年发射。中国资源二号卫星是我国自行研制的传输型遥感卫星，由中国航天科技集团公司所属中国空间技术研究院研制，设计寿命为两年，主要用于国土资源勘查、环境监测与保护、城市规划、农作物估产、防灾减灾和空间科学试验等领域。前两颗卫星分别于2000年9月和2002年10月发射，至今仍在太空正常运行，并已获取了大量数据。第3颗中国资源二号卫星于2004年11月发射，相对前两颗卫星，这颗卫星在存储器和数据传输等方面做了相应的改进。1986年以来，我国建成了遥感卫星地面站，逐步形成了接收美国Iandsat、EOS-AM1（MODIS传感器）、法国SPOT、加拿大RADARSAT和中国-巴西CBERS等7颗遥感卫星数据的能力。数十个分布于全国各地的气象卫星接收站，可以接收地球同步(静止轨道)和太阳同步(极轨)气象卫星数据。图13MODIS图像(2006年7月重庆\500m)目前，我国有1000多家3S(GPS，RS，GIS)单位的十多万名从业人员构成了我国遥感市场的主体，他们直接或间接从事卫星遥感技术的软硬件研制、应用和开发工作。资料显示，遥感已成为我国地理空间信息产业的一个重要组成部分，发挥的作用越来越明显，并成为有关行业的主导技术，如在城市土地动态监测、违章用地处罚、水土流失调查、生态环境评价、大型工程选线选址等方面。Chapter2电磁辐射与地物光谱特征1电磁波与电磁辐射2太阳辐射及大气对辐射的影响3地球的辐射与地物波谱1电磁波与电磁辐射卫星波段数各波段波长范围/um空间分辨率（m）采集时间SPOT3（HRV）050-0.590.61-0.680.79-0.89202000-11-21IKNOS4(多光谱)0.45－0.520.52－0.600.60－0.690.76－0.9042004-07-20中巴地球资源一号5（CCD）0.45－0.520.52－0.590.63－0.690.77－0.890.51－0.7319.52006-7-21电磁辐射源1.自然辐射源太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900K的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中在中-短波辐射。大气层对太阳辐射有吸收、反射和散射作用。地球的电磁辐射：小于3μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6μm的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。2.人工辐射源：主动式遥感的辐射源。雷达探测。分为微波雷达和激光雷达。微波辐射源：0.8-30cm激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等。2太阳辐射及大气对辐射的影响2.1太阳辐射1、太阳常数太阳常数（SolarConstant）即不受大气影响、距离太阳在地球与太阳的平均距离上，单位面积上的光能量功率。太阳光能到达地面上的能量功率为：2903ewSm21353/cSwm2、太阳光谱———太阳辐照度分布曲线0.48mm———太阳能量光谱的波段分布0.2~1.4占有90.8%1.4~1.8占有5.2%1.8~2.5占有2.6%3.0~4.2占有1.1%4.5~5.5占有0.18%7.5~14占有0.11%mmmmmm可见太阳光绝大部分能量分布在0.2~1.4上（其中在可见光部分（0.4~0.76）集中46%能量），而且这一波段区间相对最稳定，因此，被动遥感主要利用可见光、红外等稳定辐射，使太阳活动对遥感的影响减至最小。mm2.2大气对太阳辐射的影响、散射1、大气的吸收作用A.氧气：小于0.2μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。B.臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。C.水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。D.二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。2、大气的散射作用辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变,并向各个方向散开,称散射.(教材P18图2.4)这种现象只有当大气中的分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生.（1）瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。多波段中不使用蓝紫光的原因：颜色红橙黄黄绿青兰紫紫外线波长0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？2.米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对红外线的米氏散射不可忽视。3.无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。云雾为什么通常呈现白色？3、大气的反射作用电磁波传播过程中，若通过两种介质的交界面，还会出现反射现象。太阳辐射通过大气时，就可见光和近红外而言，反射30％，散射22％，吸收17％，其余31％到达地面。接2.3大气窗口3地球的辐射与地物波谱3.1太阳辐射与地表的相互作用3.2电磁波与地物的相互作用地物的发射波谱地物的透射波谱地物的反射波谱绝大多数物体对可见光不具有