农业信息技术 chapter4 农业遥感监测

农业信息技术第四章农业遥感监测3遥感技术概述电磁波谱与地物波谱特征遥感影像获取、解译与处理高光谱遥感与定量遥感基础农业遥感监测应用农业遥感监测实例第一节遥感技术概述一、遥感技术的概念二、遥感技术系统三、遥感技术的类型四、遥感技术的特点五、遥感技术发展与展望第一节遥感技术概述一、遥感技术的概念遥感技术（RemoteSensing，RS）是指从不同高度的平台上，使用不同的传感器，收集地球表层各类地物的电磁波谱信息，并对这些信息进行分析处理，提取各类地物的特征，探测和识别各类地物的综合技术。由于地面目标的种类及其所处环境条件的差异，地面目标具有反射或辐射不同波长电磁波信息的特性，遥感正是利用地面目标反射或辐射电磁波的固有特性，通过观察目标的电磁波信息以达到获取目标的几何信息和物理属性的目的遥感数据采集示意图第一节遥感技术概述一、遥感技术的概念遥感数据流程图不同地面目标所固有的电磁波特性受到太阳及大气等环境条件的影响后，再通过传感器收集并经过数据加工处理，最终应用到各种领域的数据流程。第一节遥感技术概述二、遥感技术系统第一节遥感技术概述二、遥感技术系统（一）空间信息获取系统安放遥感仪器的载体收与记录地表物体辐射、反射与散射信息的仪器遥感摄影机光机扫描仪推帚式扫描仪成像光谱仪成像雷达第一节遥感技术概述二、遥感技术系统（二）遥感数据传输与接收这些数据通常用数字信号传送。遥感图像的模拟信号变换为数字信号时，经常采用二进制脉冲编码的PCM式（pulsecodemodulation：脉冲编码调制）。由于传送的数据量非常庞大，需要采用数据压缩技术。遥感器接收到地物目标的电磁波信息，被记录在胶片或数字磁带上。从遥感卫星向地面接收站传输的空间数据中，除了卫星获取的图像数据以外，还包括卫星轨道参数、遥感器等辅助数据。第一节遥感技术概述二、遥感技术系统（二）遥感数据传输与接收卫星地面接收站的主要任务是接收、处理、存档和分发各类地球资源卫星数据。地面站接收的卫星数据通常被实时记录到HDDT(highdensitydigitaltape，高密度磁带)上，然后根据需要拷贝到CCT(computercompatibletape，计算机兼容磁带)、光盘、盒式磁带等其他载体上。CCT、光盘、盒式磁带等是记录、保存、分发卫星数据等最常用的载体。第一节遥感技术概述二、遥感技术系统（三）遥感图像处理遥感图像处理是在计算机系统支持下对遥感图像加工的各种技术方法的统称。遥感图像处理依赖于一定的图像处理设备。对于数字图像处理系统来说，它包括硬件和软件系统两部分。数据输入图像校正图像变换滤波和增强图像融合图像分类图像分析计算图像输出计算机显示设备大容量存贮设备图像输入输出设备第一节遥感技术概述二、遥感技术系统（四）遥感信息提取与分析遥感信息分析指通过一定的方法或模型对遥感信息进行研究，判定目标物的性质和特征或深入认识目标物的属性和环境之间的内在关系。遥感信息提取是从遥感图像（包括数字遥感图像）等遥感信息中有针对性地提取感兴趣的专题信息，以便在具体领域应用或辅助用户决策。第一节遥感技术概述二、遥感技术系统遥感技术系统示意图第一节遥感技术概述二、遥感技术系统遥感系统信息处理流程第一节遥感技术概述三、遥感技术的类型（一）按遥感平台划分类别平台举例（说明）地面遥感地面平台车载、船载、手提、固定或活动高架平台等航空遥感航空器飞机、气球航天遥感环地球的航天器人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等航宇遥感星际飞船对地月系统外目标的探测第一节遥感技术概述三、遥感技术的类型（二）按传感器的探测波段划分类别探测波段紫外遥感0.01～0.4µm可见光遥感0.4～0.7µm红外遥感0.7µm～1mm微波遥感0.001～1m多波段遥感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第一节遥感技术概述三、遥感技术的类型（三）按工作方式划分类别工作方式主动遥感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信号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成像遥感非成像遥感前者传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像后者传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。第一节遥感技术概述三、遥感技术的类型（四）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、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。第一节遥感技术概述三、遥感技术的类型（五）按遥感光谱分辨率划分类别波段宽度特点常规遥感（宽波段遥感）一般＞100nm波段在波谱上不连续，并不完全覆盖整个可见光至红外光（400～2400nm）光谱范围，属于二维遥感高光谱遥感＜10nm从目标物体获取连续光谱信息，达到光谱和图像合一的三维遥感方法第一节遥感技术概述四、遥感技术的特点综合性宏观性时效性经济性客观性局限性第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史1957年10月4日苏联TIROS-1NOAA-11960年美国1960年美国人EvelynPruitt提出遥感一词第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史1972年美国发射ERTS-1（后改名为Landsat-1），装有MSS（多光谱扫描仪）传感器，分辨率79m，标志着遥感进入新阶段；1982年美国发射Landsat-4，装有TM（主题成像仪）传感器，分辨率提高到30m；第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史1986年法国发射SPOT-1，装有PAN和XS遥感器，分辨率提高到10m1988年中国发射的第一颗“风云1号”气象卫星，其主要任务是获取全球的昼夜云图资料及进行空间海洋水色遥感试验第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史1991年欧空局（ESA）发射了第一颗雷达卫星ERS-1；1992年日本发射了雷达卫星JERS-1第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史1995年加拿大发射了雷达卫星Radarsat，ESA发射了雷达卫星ERS-2第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史1999年美国发射IKNOS，空间分辨率提高到1m，中国发射中巴资源卫星1号（CBERS-1），美国发射LANDSAT-7，携带了增强型主题成像传感器（ETM+）CBERS-1LANDSAT-7IKNOS第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史2001年美国DigitalGlobe公司发射高分辨率卫星QuickBird，是当时世界上唯一能提供亚米级分辨率的商业卫星第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史2002年ESA发射了遥感卫星Envisat-1，中国发射CBERS-2卫星；2004年中国发射新一代地球静止轨道气象卫星——风云二号C星；第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史2005年印度发射Cartosat-1（IRS-P5）高分辨率卫星，搭载的可见光全色波段摄像仪分辨率为2.5m；2006年日本发射先进对地观测卫星ALOS，携带全色遥感立体测绘仪（PRISM）等3种传感器第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史2007年美国DigitalGlobe公司发射了0.5m分辨率的商业卫星——WorldView-1，意大利发射COSMO-SkyMed1卫星，为全球第一颗分辨率高达1m的雷达卫星第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史2008年世界上规模最大的商业卫星遥感公司——美国GeoEye公司发射商业卫星——地球之眼GeoEye-1卫星，其黑白影像分辨率0.41m，彩色影像分辨率1.65m，定位精度3m；2009年美国DigitalGlobe公司成功发射新一代高分辨率商业卫星WorldView-2，多光谱影像分辨率1.8m，全色影像分辨率0.46m第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史2006～2009年中国相继发射“遥感卫星一号”～“遥感卫星八号”等八颗卫星，用于空间科学试验、国土资源勘查、农作物估产及防灾减灾等领域第一节遥感技术概述五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史不同高度、不同用途的卫星构成了对地球和宇宙空间的多角度、多周期观测。传感器探测的波段范围不断延伸，波段的分割愈来愈精细，从单一谱段向多谱段发展。大容量、高速度的计算机与功能强大的专业图像处理软件的结合成为遥感信息处理的主流。20世纪中期以来，全球已有5000余颗人造卫星升空，有地球同步卫星、太阳同步卫星，还有一些低轨和高轨卫星。第一节遥感技术概述（二）遥感技术发展趋势五、遥感技术发展与展望1.高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容2.遥感定量化3.微波遥感技术4.小卫星群计划第二节电磁波谱与地物波谱特征一、电磁波谱二、大气窗口三、物体的电磁波反射特性第二节电磁波谱与地物波谱特征地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地物波谱。地物波谱是电磁辐射与地物相互作用的结果。不同的物质反射、透射、吸收、散射和发射电磁波的能量是不同的，它们都具有本身特有的变化规律，表现为地物波谱随波长而变的特性，这些特性叫做地物波谱特性。地物的波谱特征是遥感识别地物的基础。第二节电磁波谱与地物波谱特征一、电磁波谱第二节电磁波谱与地物波谱特征紫外线的波长在0.0l～0.4μm之间，主要源于太阳辐射。由于太阳辐射通过大气层时的被吸收现象，只有0.3～0.4μm的紫外线能部分地穿过大气层，但散射严重。因此大多数地物在该波段的反差较小，仅部分地物如荧石和石油在此波段可以表现出来，除在石油普查勘探中紫外遥感可发挥一定作用外，在其他遥感应用领域较少使用。另外，由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收与散射作用，紫外遥感通常在2000m高度以下范围进行。一、电磁波谱（一）紫外线第二节电磁波谱与地物波谱特征一、电磁波谱（二）可见光可见光波长在0.4～0.7μm之间，主要源于太阳辐射。尽管大气对它也有一定的吸收和散射作用，它仍是遥感成像所使用的主要波段之一，利用可见光成像的手段有摄影和扫描两种方式。在此波段大部地物都具有良好的亮度反差特性，不同地物在此波段的图像易于区分。为进一步探测地物间的细微差别，可将此波段分为红（0.6～0.7μm）、绿（0.5～0.6μm）、蓝（0.4～0.5μm）以及仅有十几埃差的二百多个不同波段分别对地物进行探测，这种分波段成像的方法一般称之为多光谱遥感。航空、航天遥感成像中均用到可见光波段。第二节电磁波谱与地物波谱特征一、电磁波谱（三）红外线红外线波段较宽，在此波段地物间不同的反射持性和发射特性都可以较好地表现出来，因此该波段在遥感成像中有重要的应用。0.7μm～lmm来源RS用波段摄影/扫描成像情况近红外太阳辐射0.7～3.0μm均可只能白昼成像短波红外扫描中红外太阳辐射及地物热辐射3～5μm扫描昼夜均可成像，但白天成像的影像解译很困难热红外8～14μm扫描此波段内遥感响应的主要是地物本身的热辐射远红外地物热辐射15～30μm扫描大气的透过率不高，不能用于远距离遥感第二节电磁波谱与地物波谱特征一、电磁波谱（四）微波微波波长在0.00l～1m之间，由于其波长比可见光、红外线要长，受大气层中云、雾的散射干扰要小，因此能全天候进行遥感。由于地物在微波波段的辐射能量较小，为了能够利用微波的优势进行遥感，一般由传感器主动向地面目标发射微波，然后记录地物反射回来的电磁波能量，因此这种遥感又称为主动遥感。由于微波遥感是采用主动方式进行的，不受光照等条件的限制，白天晚上均可进行地物