遥感技术与应用-1-概论

华北水利水电学院NorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower遥感技术导论TechnologyofRemoteSensing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:课程实验10%、笔试90%。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.分辨率：1m地区：上海浦东采集时间：2000年3月26日IKONOS影像IKONOS卫星是美国空间成像公司(spaceimaging)1999年发射的IKONOS-2高分辨率的商业卫星QuickBird影像图华盛顿纪念碑QuickBird传感器结构图2001DigitalGlobe0.61米第一章绪论一、遥感的科学概念1.遥感的概念（RemoteSensing）遥感一词来自英语RemoteSensing，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、手段第一章绪论一、遥感的科学概念RemoteSensing,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遥感（RemoteSensing）：“遥远的感知”。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）。二、狭义的遥感应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特征记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。遥感与以下两个概念的区别遥测(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，分接触测量和非接触测量例:温度测度压力测量遥控(RemoteControl):指远距离控制目标物运动状态和过程的技术遥感的概念（RemoteSensing）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、遥感系统接收处理用户应用处理分析结果、图表输出遥感平台传感器二、遥感系统（RemoteSensingSystem）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.遥感系统（RemoteSensingSystem）2、信息的获取什么是传感器？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、雷达、摄影机、摄像机）常用的传感器：landsat上的RBV（反束光导管摄像仪）；landsat上的MSS（多光谱扫描仪），4个波段；landsat上的TM（专题制图仪），7个波段；SPOT上的HRV（高分辨率可见光扫描仪），3个波段。•地面平台：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。•航空平台：包括飞机和气球•航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。遥感平台遥感平台是装载传感器的平台二、遥感系统（RemoteSensingSystem）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（RemoteSensingSystem）4、信息的处理—遥感卫星地面站硬件系统：计算机大容量存储设备图像输入输出设备软件系统：数据输入模块辐射校正模块几何校正模块图像增强模块图像融合模块图像分析模块遥感图像处理二、遥感系统（RemoteSensingSystem）5、信息的应用第一章绪论遥感技术的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1现代物理学（电磁波技术、微波技术、红外等）2空间科学（卫星等飞行器研制、GPS空间测量等）3计算机技术（大容量、高速度、优良的算法、图像数据库技术等）4现代数学（矩阵变换、多元统计分析等）5地球信息学（Geomatics)GIS技术、地表目标光谱研究等“新兴的、综合性强的边缘学科”，因此遥感技术具有：1先进性2综合性3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AFastGlanceofNanjingForestryUniversityCampus(AerialPhotograph)扫描影像故宫QuickBird五.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、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局限性如一幅美国的陆地卫星Landsat图像，覆盖面积为185kmx185km=34225km²，在5-6min内即可扫描完成，实现对地的大面积同步观测；一幅地球同步气象卫星图像可覆盖1/3的地球表面，实现更宏观的同步观测不同高度的遥感平台其重复观测的周期不同：地球同步轨道卫星可以每半小时对地观测一次；太阳同步轨道卫星可以每天2次对同一地区观测（可用于探测短周期变化）。另外，地球资源卫星则分别以16天（Landsat)、26天(SPOT)、或4--5天(CBERS)对同一地区重复观测一次，以获得一个重访周期内的某些事物的动态变化的数据。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(Spatialresolution):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(Spectralresolution):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（Temporalresolution):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(Radiometricresolution):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（Geometriccorrection)辐射校正（Radiometriccorrection)（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（Visualinterpretation)计算机分类（PatternRecognition)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:（1）无记录的地面遥感阶段(1608年-1838年)1608汉斯.李波尔塞伽利略（2）有记录的地面遥感阶段(1839-1857)摄像技术达盖尔（3）航空遥感阶段(1858-1956)陶纳乔莱特1924年彩色胶片1930年美国一次大战二次大战照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。（4）航天遥感阶段(1957-)1957苏卫星一号1959美先驱者二号地球云图月球三号1960美国TIROSNOAA1962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EretynPruitt（伊·普鲁伊特）首次提出“RemoteSensing”一词，会后被普遍采用至今。20世纪60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。20世纪70年代，空间技术转向为人类服务，地球资源技术卫星诞生。NASAERTSLandsat20世纪80年代，地球资源技术卫星的传感器技术不断提高。TMETM+20世纪90年代，除美苏外，其他国家均发射了各种资源卫星。1978法国SPOT1999中巴资源1号(CBRS-1)2004(CBRS-2)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——HighResolutionVisible(2)HR