遥感绪论讲述.pptx

遥感概述1遥感概述l安徽科技学院城建与环境学院l主讲：马万征lE-mail:College of Urban Construction and Environment;Anhui Science and College of Urban Construction and Environment;Anhui Science and Technology UniversityTechnology University 遥感概述2教材与主要参考书教材:梅安新,彭望碌,秦其明等.遥感导论,北京:高等教育出版社，2002.参考书：1.王桥.环境遥感.北京:科学出版社.2004.￥452.陈述彭,赵英时.遥感地学分析.北京:测绘出版社.1990 3.孙家柄,舒宁.遥感原理、方法和应用.北京:测绘出版社，1997年4.周成虎,骆剑承.遥感影像地学理解与分析.科学出版社.2001年.5.浦瑞良，宫鹏.高光谱遥感及应用.北京:高等教育出版社.2000年.6.张永生.遥感图像信息系统.北京:科学出版社.2000年.7.薛重生，张志.地学遥感概论.武汉:中国地质大学出版社.2000年 8.Jensen J R.Introductory Digital Image Processing,a Remote Sensing Perspective.Prentice Hall New Jersey,1996.9.朱述龙,张占睦.遥感图像获取与分析.北京:科学出版社,200010.贾海峰.环境遥感原理与应用.北京:清华大学出版社.2006.遥感概述3学科体系与课程目标1.1.教学内容：教学内容：遥感概述、遥感物理基础、遥感技术原理、遥感解译遥感概述、遥感物理基础、遥感技术原理、遥感解译2.2.目标：目标：1 1）了解遥感的物理基础）了解遥感的物理基础2 2）理解遥感技术与遥感成像原理）理解遥感技术与遥感成像原理3 3）掌握）掌握遥感的概念、遥感图像目视解译的方法遥感的概念、遥感图像目视解译的方法3.3.重点：重点：遥感的概念、遥感图像目视解译遥感的概念、遥感图像目视解译4.4.难点：难点：遥感图像目视解译遥感图像目视解译遥感概述4第一节第一节 绪绪 论论 本节主要内容：本节主要内容：环境空间数据的采集环境空间数据的采集遥感的概念遥感的概念与技术系统与技术系统遥感类型遥感类型及特点及特点遥感发展概况及其展望遥感发展概况及其展望遥感的应用遥感的应用遥感概述5 1.1环境空间数据的采集一、资源、环境问题与地理空间l宏观的、区域性的资源环境问题都涉及空间地理数据。环境规划、管理、科研人员采集运用这些空间数据进行分析与决策。l如：全球环境变化（EI Nino现象）（西班牙语：El Nino），又称圣婴现象，是秘鲁、厄瓜多尔一带的渔民用以称呼一种异常气候现象的名词。主要指太平洋东部和中部的热带海洋的海水温度异常地持续变暖，使整个世界气候模式发生变化，造成一些地区干旱而另一些地区又降雨量过多。其出现频率并不规则，但平均约每4年发生一次。基本上，如果现象持续期少于五个月，会称为厄尔尼诺情况（condition）；如果持续期是五个月或以上，便会称为厄尔尼诺事件（episode）。l沙尘暴、赤潮、流域水环境遥感概述620062006.4.17.4.17晨北晨北京沙京沙尘暴尘暴中东沙尘暴中东沙尘暴美国航空航美国航空航天局卫星拍天局卫星拍摄太平洋厄摄太平洋厄尔尼诺现象尔尼诺现象 遥感概述7国家卫星气象中国家卫星气象中心的气象云图显心的气象云图显示，北京的上风示，北京的上风地带仍有扬尘和地带仍有扬尘和沙尘暴沙尘暴06.4.1706.4.17ModisModis遥感赤潮提取遥感赤潮提取Modis是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器，全球许多国家和地区都在接收和使用modis数据。modis的全称为中分辨率成像光谱仪（moderate-resolution imaging spectroradiometer）。赤潮：因海洋中的浮游生物爆发性急剧繁殖造成海水颜色异常的现象。遥感概述8二、环境空间数据获取的方法：1.基于地面的采集方法（ground-based methods）2.基于遥感的采集方法（remote sensing methods）遥感概述91.基于地面的采集方法包括：现场观测 实际测量 实际调查观测、测量数据库遥感概述102.基于遥感的采集方法通过解译遥感数据获取相关信息的方法。观测、测量空间数据库遥感数据遥感概述11 1.2 1.2遥感的基本概念遥感的基本概念遥感的基本概念遥感的基本概念一、遥感的概念一、遥感的概念遥感遥感(remote sensing)：即遥远：即遥远的感知，是一种不直接接触的感知，是一种不直接接触 物物体而取得其信息的探测技术。体而取得其信息的探测技术。从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。遥感概述12Definition of Remote SensingDefinition of Remote Sensing The Experts say Remote Sensing is Group of techniques for collecting image or other forms of data about an object from measurements made at a distance from the object,and the processing and analysis of the data.-RESORS,CCRS Remote sensing is the measurement and analysis of electromagnetic radiation reflected from,transmitted through,or absorbed and scattered by the atmosphere,the hydrosphere and by material at or near the land surface,for the purpose of understanding and managing the Earths resources and environment.-Larry Morley遥感概述13Definition of Remote SensingDefinition of Remote SensinglRemote sensing is the collection of natural resources and environmental information using images acquired by sensors on board aircraft or spacecraft.-Bob Ryerson,CCRSlRemote sensing is the science of acquiring,processing,and interpreting images,and related data,acquired from spacecraft and satellites that record the interaction between matter and electromagnetic energy.遥感概述14二、广义的遥感和狭义的遥感二、广义的遥感和狭义的遥感二、广义的遥感和狭义的遥感二、广义的遥感和狭义的遥感狭义的遥感：系统范围空对地狭义的遥感：系统范围空对地 探测对象地球表层（大气圈、水圈、探测对象地球表层（大气圈、水圈、岩石圈）岩石圈）物理媒介紫外可见光红外物理媒介紫外可见光红外 微波微波广义的遥感：系统范围空对地广义的遥感：系统范围空对地 地对空地对空 空对空空对空 探测对象地球探测对象地球 遥感遥感 日地空间（宇宙遥感）日地空间（宇宙遥感）物理媒介电磁波、地震波、声波物理媒介电磁波、地震波、声波、力、力 场（重力场、磁力场）场（重力场、磁力场）遥感概述15三、遥感技术系统三、遥感技术系统遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。遥感概述16遥感技术系统遥感技术系统遥感技术系统遥感技术系统卫星传感器信息接收、处理用户制图实况调查分析判断物体遥感概述17遥感技术系统遥感技术系统遥感技术系统遥感技术系统遥感概述18The process of remote sensingThe process of remote sensing 1.Energy Source or Illumination 照度照度(A)-the first requirement for remote sensing is to have an energy source which illuminates or provides electromagnetic energy to the target of interest.2.Radiation and the Atmosphere(B)-as the energy travels from its source to the target,it will come in contact with and interact with the atmosphere it passes through.This interaction may take place a second time as the energy travels from the target to the sensor.遥感概述19The process of remote sensingThe process of remote sensing 3.Interaction with the Target(C)-once the energy makes its way to the target through the atmosphere,it interacts with the target depending on the properties of both the target and the radiation.(与目标地物的相互作用）4.Recording of Energy by the Sensor(D)-after the energy has been scattered by,or emitted from the target,we require a sensor(remote-not in contact with the target)to collect and record the electromagnetic radiation.5.Transmission,Reception,and Processing(E)-the energy recorded by the sensor has to be transmitted,often in electronic form,to a receiving and processing station where the data are processed into an image(hardcopy and/or digital).遥感概述20The process of remote sensingThe process of remote sensing 6.Interpretation and Analysis(F)-the processed image is interpreted,visually and/or digitally or electronically,to extract information about the target which was illuminated.7.Application(G)-the final element of the remote sensing process is achieved when we apply the information we have been able to extract from the imagery about the target in order to better understand it,reveal some new information,or assist in solving a particular problem.These seven elements comprise the remote sensing process from beginning to end.We will be covering all of these in sequential order throughout the five chapters of this tutorial,building upon the information learned as we go.Enjoy the journey!遥感概述21四、遥感的分类四、遥感的分类1、按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。2、按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。3、按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等4、按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式5、按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感遥感概述22五、遥感的特点1.宏观性：宏观性：2.时效性：时效性：3.综合性（即概括性）：综合性（即概括性）：4.经济性：陆地卫星的投入产出比为经济性：陆地卫星的投入产出比为1：805.局限性：局限性：遥感概述23遥感技术的特点遥感技术的特点遥感技术的特点遥感技术的特点1.宏观性 覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。TM影像影像是指美国陆地卫星45号专题制图仪（thematic mapper）所获取的多波段扫描影像。有7个波段，其波谱范围：TM-1为0.450.52微米，TM2为0.520.60微米，TM3为0.630.69微米，以上为可见光波段；TM-4为0.760.90微米，为近红外波段；TM-5为1.551.75微米，TM-7为2.082.35微米，为中红外波段；TM-6为10.4012.50微米，为热红外波段。影像空间分辨率除热红外波段为120米外，其余均为30米，像幅185185公里2 遥感概述24遥感技术的特点遥感技术的特点l2.时效性：时效性：实时性和时相性实时性和时相性时相性：重复探测，有利于进行动态分析。198620021992遥感概述25Las Vegas,1992Las Vegas,1986Las Vegas,1972遥感概述26l3.综合性：综合性：l 即信息的丰富和信息概括即信息的丰富和信息概括l 多波段数据多波段数据 l 不同地专业和阅历背景不同地专业和阅历背景遥感概述27多波段性 波段的延长使对地球的观测走向了全天候。遥感概述28 Space Imaging Space ImagingGreen ReflectanceNIR Reflectance多波段图像遥感概述29Here is an example of three bands,green,red and near infra-red displayed separately as grayscalegreenredNear-infra red多波段图像遥感概述301.31.3遥感技术发展史遥感技术发展史遥感技术发展的四个阶段：遥感技术发展的四个阶段：1.瞬时信息的定性分析阶段瞬时信息的定性分析阶段 2.空间信息的定位分析阶段空间信息的定位分析阶段3.时间信息的趋势分析阶段时间信息的趋势分析阶段4.环境信息的综合分析阶段（多源信息的复合）环境信息的综合分析阶段（多源信息的复合）遥感概述31一、遥感发展概况一、遥感发展概况一、遥感发展概况一、遥感发展概况lRemote Sensing 的提出：美国学者布鲁伊特于 1960年提出，61年正式通过。l遥感发展的三个阶段：萌芽阶段航空遥感阶段航天遥感阶段遥感概述32 萌芽阶段萌芽阶段萌芽阶段萌芽阶段l1839年，达格雷发表第一张空中相片；l1858年，法国人用气球携带照相机拍摄了巴黎的空中照片。l1882年，英国人用风筝拍摄地面照片；遥感概述33 History of aerial photography and aerial platforms History of aerial photography and aerial platformslJ N Niepce(1826,France)lThe worlds first photographic image Upper loft of the housePear tree&a patch of sky showingAnother wing of the houseThe slanting roof of the barn遥感概述34 G F Tournachon(1820-1910),he call himself Nadar.The first-known aerial photograph was obtained from a balloon by a Parisian photographer in 1858 near Paris,France.lIntrepid l balloon,1862l The balloon being inflated by using portable hydrogen generating system during the Civil War.遥感概述35l1906,Kiteslfigure“San Francisco in ruins”,G R Lawrence,lAerial photograph of“San Francisco in ruins”obtained after April 18,1906 earthquake using a captive airship consisting of 17 kites.The kites achieved at altitude of 2000 ft above sea level.-旧金山的废墟遥感概述36Pigeons,1903.A squadron of pigeons equipped with lightweight 70-mm aerial cameras.For obvious reasons,pigeons are not ideal platform.遥感概述37 航空遥感阶段航空遥感阶段l1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。l1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。l一战中，航空照相技术用于获取军事情报。l一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地质调查。l1930年，美国开始全国航空摄影测量。l1937年，出现了彩色航空像片。遥感概述381903，Wright Brothers 发明了飞机，使航空摄影测量成为可能。Engine-powered flight on December 17,1903.It lasted 12 seconds and covered 120 ft.遥感概述39Aerial photography in World war IFigure Close-up view of a world war I Figure Vertical photography of World War I trenches in Europe.遥感概述40Aerial photography in World war IIFigure Vertical aerial photograph of a V2 rocket launching facility a Peenemunde in World War II.遥感概述41 航天遥感阶段航天遥感阶段l1957年，苏联发射第一颗人造地球卫星；意义重大。l70年代美国的陆地卫星l法国的Spot卫星l发展中国家的情况：中国，印度，巴西等。遥感概述42二、我国遥感发展概况二、我国遥感发展概况l50年代航空摄影和应用工作。l60年代，航空摄影工作初具规模，应用范围不断扩大。l70年代，腾冲遥感实验获得巨大成功。中国科学院遥感应用研究所在遥感界著名的陈述彭院士、杨世仁研究员、童庆禧院士、徐冠华院士、郭华东研究员、李小文院士历界所长的带领下，中科院遥感所成功组织了著名的中国遥感工程三大战役-腾冲航空遥感试验、津渤环境遥感试验、二滩水能开发遥感试验。l70.4.24发射第一颗人造地球卫星。l80年代是大发展阶段。l目前，某些方面已经进入世界先进水平行列。遥感概述43 我国遥感发展的特点我国遥感发展的特点国家的重视和支持，为遥感的快速发展奠定了基础。集中人力、物力重点公关，重点突破。全国性、大区域遥感工程的完成，充分显示了我国遥感的特色和水平。遥感概述44三、当前遥感发展主要特点与展望三、当前遥感发展主要特点与展望1.多国发射卫星的局面已经形成2.高分辨率小型商业卫星发展迅速3.雷达卫星遥感日益受到青睐星载主动式遥感的发展，是探测手段更趋多样化。4.高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容。v高光光谱分辨率传感器是指既能对目标物成像有可以测量目标物波谱特性的光学传感器。5.遥感应用不断深化遥感概述456.地理信息系统的发展与支持是遥感发展的又一进展和动向。GIS的概念 遥感手段获得的丰富信息GIS的科学管理 遥感应用有赖于GIS提供多种信息源进行信息复合及其综合分析。因此，GIS是遥感的进一步发展和延伸，成为遥感发展的一个新动向。遥感概述461.4.1 遥感在地理学中的作用和意义一、遥感已成为地理研究的重要信息源一、遥感已成为地理研究的重要信息源1.地理学研究的传统方法：地图及其特点2.遥感信息的准确性、客观性3.遥感信息的实时性与及时性4.遥感信息的周期性：动态研究5.遥感信息的多样性：多波段信息；图像信息与数字化信息；二维平面信息与三维空间信息；从而使获得的信息形成多层次、多方式、多侧面全方位，拓宽了地理学研究的深度和广度。1.4 遥感应用遥感概述47二、遥感已成为地理研究的重要手段和方法二、遥感已成为地理研究的重要手段和方法1.遥感方法改变了地理研究的工作模式2.遥感方法为地理分析提供了基础，也为地理分析从定性到定量，从静态到动态创造了条件。3.遥感与地理信息系统的结合，为地理研究提供了广阔的发展前景。遥感概述481.4.2、遥感的应用 遥感应用从内容上可以概括为农林方面的应用，资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划及全球宏观研究五大领域。遥感概述49一、遥感在农林业方面的应用一、遥感在农林业方面的应用1.在农业、林业方面的应用：农、林土地资源调查、病虫害、土壤干旱、盐化沙化的调查及监测。土地利用类型调查精细农业作物估产“三北”防护林遥感综合调查遥感概述50 主要是在农、林土地资源调查、土地利用现状调查、农林病主要是在农、林土地资源调查、土地利用现状调查、农林病虫害、土壤干旱、盐化、沙化的调查及监测，以及农作物长势的虫害、土壤干旱、盐化、沙化的调查及监测，以及农作物长势的监测与估产、森林资源的清查等方面。监测与估产、森林资源的清查等方面。l l土地资源与土壤调查土地资源与土壤调查土地资源与土壤调查土地资源与土壤调查 加快了调查工作的进度，工作精加快了调查工作的进度，工作精度、质量也有很大提高。我国利用度、质量也有很大提高。我国利用560560幅陆地卫星图像，仅用两年幅陆地卫星图像，仅用两年时间完成了全国时间完成了全国1515种土地利用类型的分析和量算统计工作，提供种土地利用类型的分析和量算统计工作，提供了全国和分省的土地利用基本数据和有关图件。了全国和分省的土地利用基本数据和有关图件。l l林业上林业上林业上林业上 我国近年完成的我国近年完成的“三北三北”防护林遥感综合调查。在包防护林遥感综合调查。在包括西北大部、华北北部和东北西北部总面积为括西北大部、华北北部和东北西北部总面积为128128万平方公里的万平方公里的“三北三北”造林一期工程的调查中，完成了对现有防护林类型、分布、造林一期工程的调查中，完成了对现有防护林类型、分布、面积和保存率；草地数量、质量和分布；土地资源类型、分布、面积和保存率；草地数量、质量和分布；土地资源类型、分布、数量及利用现状的调查。提供了数量及利用现状的调查。提供了200200余幅各类遥感专题系列图，并余幅各类遥感专题系列图，并建成了全区资源与环境信息系统，为掌握防护林区现状、林区的建成了全区资源与环境信息系统，为掌握防护林区现状、林区的进一步发展和规划奠定了基础。进一步发展和规划奠定了基础。遥感概述51农作物监测及估产l l作物估产作物估产作物估产作物估产 美国对世界小麦产量的估产精度已达美国对世界小麦产量的估产精度已达90%90%以上，并扩大到对玉米、以上，并扩大到对玉米、大豆等八种以上作物的估产。我国于大豆等八种以上作物的估产。我国于1983198619831986年在京津冀进行跨省市的统一年在京津冀进行跨省市的统一网络较大范围冬小麦遥感估产试验，精度也超过网络较大范围冬小麦遥感估产试验，精度也超过90%90%。遥感概述52二、遥感在资源调查方面的应用二、遥感在资源调查方面的应用1.遥感在地质矿产方面的应用客观真实地反映各种地质现象，形象地反映区域地质构造,地质找矿工程地质、地震地质、水文地质和灾害地质遥感概述532.在水文、水资源方面的应用水资源调查、流域规划、水土流失调查、海洋调查等。青藏高原水资源调查夏威夷群岛淡水资源城市水资源管理信息系统遥感概述54三、遥感在环境监测评价等方面的应用三、遥感在环境监测评价等方面的应用1.在环境监测方面的应用污染物位置、性质、动态变化及对环境的影响；环境制图长江三峡库区环境本底调查、环境演变分析、动态监测等遥感概述55弗兰飓风云图像 遥感概述56汶川地震灾区部分堰塞湖分布 2.在对抗自然灾害中的应用灾害性天气的预报旱情、洪水、滑坡、泥石流和病虫害森林火灾遥感概述57四、在区域分析及建设规划方面的应用四、在区域分析及建设规划方面的应用1.区域性是地理学的重要特点2.腾冲、长春、三北防护林等都是遥感区域分析的典范。3.城市化和城市遥感的兴起：城市土地利用、环境监测、道路交通分析、环境地质、城市规划等遥感概述58在城市规划中的应用遥感概述59五、遥感在全球性宏观研究中的应用五、遥感在全球性宏观研究中的应用1.全球性问题与全球性研究（Global Study）2.人口问题、资源危机、环境恶化等3.利用GPS监测和研究板快的运移；深大断裂活动；全球性气候研究和灾情预报；世界冰川的进退。遥感概述60遥感概述61Population ChangePopulation ChangeLas Vegas,1964Las Vegas,1972遥感概述62Population ChangePopulation ChangeLas Vegas,1986Las Vegas,1992遥感概述63五、遥感在其它方面的应用1.在测绘制图方面的应用在测绘制图方面的应用卫星遥感可以覆盖全球的每一个角落，不再有资料的空白区重复探测，为动态制图和利用地图进行动态分析提供了信息保障可以缩短成图周期，降低制图成本数字卫星遥感信息可直接进入计算机进行处理，省去了图像扫描数字化的过程改变了传统的从大比例尺逐级缩编小比例尺地图的逻辑程序遥感概述64江西公益林地理信息系统遥感概述652.在军事上的应用在军事上的应用 现代战争的一个基本特点就是“3S”技术被广泛地运用到从战略构思到战术安排的各个环节。它往往在一定程度上决定了战争的成败。如海湾战争期间，美国国防制图局为战争的需要在工作站上建立了GIS与遥感的集成系统，它能用自动影像匹配和自动目标识别技术，处理卫星和高空侦察机实时获得的战场数字影像，及时地将反映战场现状的正射影影像叠加到数字地图上，数据直接传送到海湾前线指挥部和五角大楼，为军事决策提供24小时的实时服务。遥感概述66 动态目标监控截图 海湾战争，海湾战争，1991年年1月月17日日2月月28日，以美国为首的多国联盟在联合国安理会授权下，日，以美国为首的多国联盟在联合国安理会授权下，为恢复科威特领土完整而对伊拉克进行的局部战争。为恢复科威特领土完整而对伊拉克进行的局部战争。1990年年8月月2日，伊拉克军队入侵科日，伊拉克军队入侵科威特，推翻科威特政府并宣布吞并科威特。以美国为首的多国部队在取得联合国授权后，威特，推翻科威特政府并宣布吞并科威特。以美国为首的多国部队在取得联合国授权后，于于1991年年1月月16日开始对科威特和伊拉克境内的伊拉克军队发动日开始对科威特和伊拉克境内的伊拉克军队发动军事军事进攻，主要战斗包进攻，主要战斗包括历时括历时42天的空袭、在伊拉克、科威特和沙特阿拉伯边境地带展开的历时天的空袭、在伊拉克、科威特和沙特阿拉伯边境地带展开的历时100小时的陆小时的陆战。多国部队以较小的代价取得决定性胜利，重创伊拉克军队。伊拉克最终接受战。多国部队以较小的代价取得决定性胜利，重创伊拉克军队。伊拉克最终接受联合国联合国660号决议号决议，并从科威特撤军。，并从科威特撤军。遥感概述67 总之，遥感系统正越来越成为国民经济各有关领域必不可少的应用工具，相信它的不断成熟与完善将为社会的进步与发展作出更大的贡献。