“中国典型地物标准波谱数据库”应用培训资料-李小文

遥感科学与波谱知识库李小文北京师范大学地理学与遥感科学学院遥感科学国家重点实验室主要内容关于遥感科学关于测量与建模遥感与波谱知识库波谱知识库数据共享展望关于遥感科学遥感不仅仅是一本技术长期以来，人们更倾向于认为遥感是一门技术。1970年代以来，卫星遥感主要采取垂直观测方式，获得地表二维信息；基于地面目标漫反射的假定，对获取的数据作一些简单校正后利用地面目标的光谱特性作有监督或无监督的最大似然率分类，或经验判读．但随着遥感技术的发展及其面临的各种新的要求，人们越来越迫切需要弄清楚地表与光辐射之间相互作用的机理。关于遥感科学（续）遥感不仅仅是一本技术仅仅从技术层面上无法解决的问题天气中长期预报，甚至短临预报，气团，气旋的运动都常常会突然偏离模型预计的运动方向和速度。主要原因是在大气动力学模型中，需要知道大气下垫面的反照率(影响地面和大气温度)和粗糙度(影响气流运动)。而目前的遥感手段只能提供个别方向上的反射率，把它当作半球反照率，对植被结构也只能提供非常有限的信息。国家农田面积估算，不同的遥感数据源会得到不同的结果。TM影像得到广泛应用后，人们发现用TM估算的农田面积显著不同于过去用AVHRR估算的农田面积；这种差别随地区不同而不同，缺乏规律性。分析这种差异的产生，主要是由于田块边缘混合像元以及观测尺度的变化引起。关于遥感科学（续）遥感科学中的主要问题遥感研究面临两大问题：需要实现从定性到定量的过渡需要多学科交叉，加强基础研究具体来说，表现为三个方面：对遥感精度要求越来越高，遥感数据量越来越大。提高遥感数据产品的质量，从数据到定量产品，需要遥感地学分析。遥感地表时空多变要素综合考虑。时空多变要素关于遥感科学（续）地表时空多变要素关于遥感科学（续）遥感科学基础研究严重不足，需要多学科交叉。陈述彭先生认为遥感科学是“一门综合性的科学，它借助物理学的基础，数学的方法，计算机的手段，以及地学、生物学的分析，解决对地遥感的科学理论和实际问题”．所以遥感科学是一个很大的交叉，而定量地学描述，从某种意义上，是科学和艺术的交叉。关于遥感科学（续）遥感科学的主题遥感机理模型建模尺度效应遥感反演理论主要内容关于遥感科学关于建模、反演与波谱测量遥感与波谱知识库波谱知识库数据共享展望关于建模、反演与波谱测量如前，建模与反演是遥感科学中的两个主题。但是，无论建模还是反演都离不开地面测量。上世纪80年代，禹秉熙老师曾在《林业遥感》上撰文，强调波谱测量的重要性。但是，对于测量与建模的关系上，则强调地表结构过于复杂，只能不断地重复观测，建模是不可能的。本人则强调波谱测量与建模必须一起做，每次测量，都要试图解释为什么能够测到这样的结果，并逐步发展基础模型。以上观点并逐渐得到禹老师的认可，继而有了合作。遥感反演则是从遥感信号和遥感模型中定量估计地表参数或目标参数。但是，如果没有对地表真实状况的认识（我们称之为先验知识），单纯从遥感数据中反演地表参数，从最小二乘理论上来说，遥感观测始终无法满足“解多元方程”的需要。因此，我们提出了利用对地观测数据的积累，知识的积累来构建地表参数的先验知识，这些知识可以在反演过程中约束反演过程，从而得到最优解。主要内容关于遥感科学关于测量与建模遥感与波谱知识库波谱知识库数据共享展望遥感与波谱知识库波谱库（知识库）是联系遥感科学与遥感应用的纽带遥感基础研究致力于建立电磁波信号与地表参数相互作用的机理模型，以及从模型和信号中反演地表参数，即建模和反演。遥感应用研究者则希望用方便实用的方法从遥感图像中得到地表真实状况。如何将遥感基础研究的成果与遥感应用需求相结合，满足遥感应用的需求呢？波谱库从建立波谱知识库的角度出发，把模型、遥感图像与地表观测放在一起，并建立关联联系，为建立遥感基础研究与遥感应用的衔接建立了一条纽带。主要内容关于遥感科学关于测量与建模遥感与波谱知识库波谱知识库数据共享展望波谱知识库波谱知识库项目是“十五”期间国家“863”重点建设项目。项目由北京师范大学王锦地教授主持，参与单位包括中科院遥感所，上海技物所，国家农业信息化工程中心，国土资源航遥中心等。波谱知识库（续）为什么叫波谱知识库？我们对波谱库都不陌生，如美国USGS波谱库，ASTER的波谱库等。传统的波谱库包括什么呢？光谱数据，观测样本名称，部分样本的化验数据更加简化些的，如在ENVI软件里的波谱库，则仅有波谱名称与波谱反射率曲线。以上信息对于了解观测目标的真实状况、对于理解波谱曲线产生的原因，描述得不够。从遥感科学中的建模与反演的角度来看，仅仅有以上信息，不能很好地解释遥感信号的产生，也无法提供有用的反演信息。波谱知识库（续）中国的波谱知识库有何特色？构建了知识化的波谱库，除了常规的测量波谱数据之外，还提供了波谱数据产生的环境参数，我们称之为配套参数，包括背景信息（DEM，LULC），详细的组分参数，大气参数，仪器情况等。波谱知识库（续）波谱知识库建设解决了哪些科学问题材料、端元与遥感像元波谱多尺度关联地物光谱数据离不开对观测尺度的描述。波谱库中实现了不同观测尺度的波谱数据关联，既有在实验室非常严格的条件下获取的材料光谱，如矿物，叶片和水样，也有在野外测量得到的相对均一条件下的端元波谱，如冬小麦冠层行间土壤光谱，同时，为了和遥感应用相结合，也获取了遥感平台传感器测量得到的像元波谱。波谱知识库（续）波谱知识库建设解决了哪些科学问题遥感模型与光谱数据的集成遥感模型，在波谱库中主要有两个功能：解释遥感像元尺度的波谱与实验室或野外观测波谱与配套参数之间的关系。地物波谱模拟，以实现地物波谱数据的外延。地物波谱数据收集是有限的，有了模型，可以为用户提供不同参数组合的模拟波谱。波谱知识库（续）波谱知识库建设解决了哪些科学问题波谱数据库中的知识的构建地物波谱模拟与波谱数据应用都需要知识的支持。所为知识，主要指长期实验积累的、对时空多变要素而言相对稳定的背景数据，如DEM，LULC，植被图，地质图与矿产资源分布图。当遥感数据不足以支持地表参数反演的时候，知识数据则可以作为一种补充，有时作为反演的一种约束条件。主要内容关于遥感科学关于测量与建模遥感与波谱知识库波谱知识库数据共享展望数据共享波谱知识库面向全国用户免费提供数据服务。为用户提供波谱库中国典型地物波谱以及配套参数下载与传输服务。目前收集与实测波谱条数超过3万多条，地物类型有农作物（冬小麦，玉米，棉花），岩石矿物，水体。数据共享用户分布:注册用户遍布全国,除港澳台以外，全国各个行政区均有用户。已签署数据使用协议单位：清华大学，中科院遥感所、地理所、吉林大学、国土资源航遥中心，发改委等。服务的科研项目包括：国家自然基金，973与863项目，中科院创新团队等。应用领域：包括遥感应用，基础物理，林业，生态等。已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核已审核数据共享（续）波谱库在国家重大项目中的应用在“863”重点项目“宽幅高光谱小卫星载荷关键技术研究”项目中承担了基于波谱库的地质应用服务系统建设。在国家科技支撑计划“基于环境一号星等国产卫星的遥感监测关键技术及软件研究”中承担了波谱库的镜像库建设。主要内容关于遥感科学关于测量与建模遥感与波谱知识库波谱知识库数据共享展望展望扩展波谱知识库的应用领域将定量遥感从基础研究推向应用研究领域将地物类型从三大类进一步扩展，将涵盖土壤、冰雪、人造目标。提供多样化的数据服务方式更加方便地数据获取途径，为有国家重大项目需求的用户提供镜像库建设伴随数据，提供更好地数据处理分析工具：我么已开发了部分数据处理与波谱识别的工具箱，供用户下载使用。展望（续）我们的目标是将波谱知识库建设成我国重要的一个基础数据平台支持遥感信息的定量化应用和国家信息化建设中发挥重要的作用。谢谢!