遥感技术与应用概论.ppt

华北水利水电学院North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power 遥感技术导论Technology of Remote Sensing 课程介绍课程介绍教学目的教学目的:理解遥感科学相关的物理概念，了解遥感的过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。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。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。培养一定的遥感实验能力。奠定进行遥感科学研究的基础。奠定进行遥感科学研究的基础。考核形式考核形式:课程实验10%、笔试90%。参考资料参考资料遥感概论遥感概论，彭望碌等，彭望碌等，高等教育出版社，高等教育出版社，2002遥感应用分析原理与方法遥感应用分析原理与方法，赵英时，科学出版社，赵英时，科学出版社，2003遥感地学分析遥感地学分析，陈述彭、赵英时，测绘出版社，陈述彭、赵英时，测绘出版社，1990.遥感精解遥感精解，日遥感研究会编，刘勇卫、贺雪，日遥感研究会编，刘勇卫、贺雪鸿译，测绘出版社，鸿译，测绘出版社，1993.遥感大词典遥感大词典，陈述彭，陈述彭 主编，科学出版社，主编，科学出版社，1990.遥感手册遥感手册（共十二分册），国防工业出版社（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：分辨率：分辨率：分辨率：1 m1 m地区：地区：地区：地区：上海浦东上海浦东上海浦东上海浦东采集时间：采集时间：采集时间：采集时间：20002000年年年年 3 3月月月月2626日日日日IKONOS 影像影像 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 影像图华华盛盛顿顿纪纪念念碑碑 QuickBird 传感器结构图2001Digital Globe0.61米第一章第一章 绪论绪论一、遥感的科学概念 1.遥感的概念（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、手段第一章第一章 绪论绪论一、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、广义的遥感一、广义的遥感遥感（遥感（Remote Sensing）：）：“遥远的感知遥远的感知”。广义理解，泛指一切无接触的远距。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）。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，不与探测应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的目标相接触，从远处把目标的电磁波特征记录下来，通过分电磁波特征记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。其变化的综合性探测技术。遥感与以下两个概念的区别遥感与以下两个概念的区别遥测遥测(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触测量和非接触测量例例:温度测度温度测度 压力测量压力测量 遥控遥控(Remote Control):指远距离控制目标物运动状态和过程的技术指远距离控制目标物运动状态和过程的技术遥感的概念（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、遥感系统接收接收处理处理用户应用用户应用处理处理分分析析结结果果、图图表表输出输出遥感平台遥感平台传感器传感器二、遥感系统（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。二二.遥感系统（遥感系统（Remote Sensing System）2、信息的获取 什么是传感器？v传感器是接受、记录目标物电磁波谱特征的仪器，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、是遥感技术系统的核心。（如扫描仪、雷达、摄影机、摄像机）雷达、摄影机、摄像机）v常用的传感器：常用的传感器：landsatlandsat上的上的RBVRBV（反束光导管摄（反束光导管摄像仪）；像仪）；landsatlandsat上的上的MSSMSS（多光谱扫描仪），（多光谱扫描仪），4 4个波段；个波段；landsatlandsat上的上的TMTM（专题制图仪），（专题制图仪），7 7个波个波段；段；SPOTSPOT上的上的HRVHRV（高分辨率可见光扫描仪），（高分辨率可见光扫描仪），3 3个波段。个波段。地面平台：地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等三角架、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。与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。航空平台：航空平台：包括飞机和气球包括飞机和气球航天平台：航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。船。遥感平台遥感平台是装载传感器的平台遥感平台是装载传感器的平台二、遥感系统（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（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：硬件系统：计算机计算机 大容量存储设备大容量存储设备 图像输入输出设备图像输入输出设备软件系统：软件系统：数据输入模块数据输入模块 辐射校正模块辐射校正模块 几何校正模块几何校正模块 图像增强模块图像增强模块 图像融合模块图像融合模块 图像分析模块图像分析模块遥感图像处理遥感图像处理二、遥感系统（二、遥感系统（Remote Sensing System）5、信息的应用第一章第一章 绪论绪论遥感技术的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、遥感的学科基础三、遥感的学科基础1 1 现代物理学（电磁波技术、微波技术、红外等）现代物理学（电磁波技术、微波技术、红外等）2 2 空间科学（卫星等飞行器研制、空间科学（卫星等飞行器研制、GPSGPS空间测量等）空间测量等）3 3 计算机技术（大容量、高速度、优良的算法、图像数计算机技术（大容量、高速度、优良的算法、图像数据库技术等）据库技术等）4 4 现代数学（矩阵变换、多元统计分析等）现代数学（矩阵变换、多元统计分析等）5 5 地球信息学（地球信息学（GeomaticsGeomatics)GIS)GIS技术、地表目标光谱研技术、地表目标光谱研究等究等“新兴的、综合性强的边缘学科新兴的、综合性强的边缘学科”，因此遥感技术具有：，因此遥感技术具有：1 1 先进性先进性 2 2 综合性综合性3 3 实用性实用性 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)扫描影像扫描影像 故宫故宫QuickBird五五.遥感的特点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、五、遥感的特点遥感的特点大面积的同步观测大面积的同步观测时效性时效性数据的综合性和可比性数据的综合性和可比性经济性经济性 局限性局限性 如一幅美国的陆地卫星如一幅美国的陆地卫星Landsat图像，覆盖面积为图像，覆盖面积为185kmx185km=34225km，在，在5-6min内即可扫描完成，内即可扫描完成，实现对地的大面积同步观测；实现对地的大面积同步观测；一幅地球同步气象卫星图像一幅地球同步气象卫星图像可覆盖可覆盖1/3的地球表面，实现的地球表面，实现更宏观的同步观测更宏观的同步观测 不同高度的遥感平台其重不同高度的遥感平台其重复观测的周期不同：地球同复观测的周期不同：地球同步轨道卫星可以每半小时对步轨道卫星可以每半小时对地观测一次；太阳同步轨道地观测一次；太阳同步轨道卫星可以每天卫星可以每天2次对同一地区次对同一地区观测（可用于探测短周期变观测（可用于探测短周期变化）。另外，地球资源卫星化）。另外，地球资源卫星则分别以则分别以16天（天（Landsat)、26天天(SPOT)、或、或4-5天天(CBERS)对同一地区重复观对同一地区重复观测一次，以获得一个重访周测一次，以获得一个重访周期内的某些事物的动态变化期内的某些事物的动态变化的数据。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遥感大致分四个阶段:（1 1）无记录的地面遥感阶段）无记录的地面遥感阶段(1608(1608年年-1838-1838年年)1608 1608 汉斯汉斯.李波尔塞李波尔塞 伽利略伽利略（2 2）有记录的地面遥感阶段）有记录的地面遥感阶段(1839-1857)(1839-1857)摄像技术摄像技术 达盖尔达盖尔（3 3）航空遥感阶段）航空遥感阶段(1858-1956)(1858-1956)陶纳乔陶纳乔 莱特莱特 19241924年彩色胶片年彩色胶片 19301930年美国年美国 一次大战一次大战 二次大战二次大战照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。（4 4）航天遥感阶段航天遥感阶段(1957-)(1957-)1957 1957 苏卫星一号苏卫星一号 19591959美先驱者二号美先驱者二号 地球云图地球云图 月球三号月球三号 1960 1960 美国美国TIROS NOAATIROS NOAA19621962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，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，美国海军研究局的美国海军研究局的EretynEretyn Pruitt Pruitt（伊（伊普鲁伊特）首次提出普鲁伊特）首次提出“Remote SensingRemote Sensing”一词，会后被普遍采用至今。一词，会后被普遍采用至今。2020世纪世纪6060年代以来，苏美空间技术竟相发展，分别发射了一系列年代以来，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。的空间计划卫星，促进了航天遥感技术的发展。2020世纪世纪7070年代，空间技术转向为人类服务，地球资源技术卫星诞年代，空间技术转向为人类服务，地球资源技术卫星诞生。生。NASA ERTS NASA ERTS Landsat Landsat 2020世纪世纪8080年代，地球资源技术卫星的传感器技术不断提高。年代，地球资源技术卫星的传感器技术不断提高。TM TM ETM+ETM+2020世纪世纪9090年代，除美苏外，其他国家均发射了各种资源卫星。年代，除美苏外，其他国家均发射了各种资源卫星。1978 1978 法国法国SPOT 1999SPOT 1999中巴资源中巴资源1 1号号(CBRS-1)2004(CBRS-2)CBRS-1)2004(CBRS-2)目前，高分辨率的商业卫星发展迅速。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本课程主要内容第第1 1章章 绪论绪论 第第2 2章章 电磁辐射与地物光谱特征电磁辐射与地物光谱特征(物理基础物理基础)第第3 3章章 遥感成像原理与遥感图像特征遥感成像原理与遥感图像特征第第4 4章章 航天遥感概述航天遥感概述第第5 5章章 遥感图像处理遥感图像处理 第第6 6章章 遥感数字图像目视解译与制图遥感数字图像目视解译与制图 第第7 7章章 遥感数字图像的计算机解译遥感数字图像的计算机解译第第8 8章章 遥感应用遥感应用 第第9 9章章 RSRS、GISGIS和和GPSGPS的综合应用的综合应用