遥感科学与技术--遥感概论讲座2014

遥感科学与技术------遥感概论讲座地球是什么样子的？人类一直憧憬具有遥感的能力，像唐代诗人李贺的《梦天》就幻想从月球上获取大地的图像老兔寒蟾泣天色，云楼半开壁斜白。玉轮压露湿团光，鸾佩相逢桂陌香。黄尘清水三山下，更变千年如走马。遥望齐州九点烟，一泓海水杯中泻。从月宫中俯视人间，黄尘清水，沧海桑田，象走马一样迅速的变更，辽阔的九州和浩瀚的大海，渺小的象九点烟和一杯水。世界航天第一人虽然是在600多年前，虽然是百分之百的送死，但是万户还是迈出了人类走向太空的第一步。当时没有宇宙飞船，他就用椅子代替，椅子后面捆绑了47支“飞龙”火箭（射程可以达到1000米），借助火箭向前推进的力量，太空似乎不再遥远。假定万户能够进入太空，仍然会有什么问题？难能可贵的是，他还想到了着陆问题，手里准备了两个大风筝，这样就可以平稳地降落。这几乎是当时所能用到、所能想到的最先进的优势组合了。起飞那天，万户坐在飞天椅上，平静地吩咐仆人举起火把。他的梦想，班背的梦想，无数古人的梦想，那一刻在他的口中化作两个坚定的字——点火！随着一阵阵轰响声，火箭喷出一股股火焰，“飞龙”火箭把万户推向半空。正当地面观的人群欢呼的时候，第二排火箭自行点燃了，一声巨响，万户连同“飞天椅”一起坠落在万家山……世界航天第一人万户牺牲在了自己梦想的征途中，为了纪念这位伟大的人类航天先行者，上世纪70年代的一次国际天文联合会上，众人将月球上一座环形山命名为“万户”，将他的名字永远的写在了他梦想触及的地方钱学森：“将人送上蓝天，去亲眼观察高空的景象”地球是什么样子的？什么是遥感？狭义遥感：应用探测仪器，不与探测目标相接处，从远处把目标的电磁波特性记录下来，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思考：广义遥感和狭义遥感的异同点？广义遥感：遥感的英文缩写是RS（RemoteSensing）泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁波，声波，地震波等的探测。同：都是强调不接触目标物本身进行的探测分析技术不同：广义的遥感泛指一切无接触的远距离探测（包括对电磁波，声波，地震波等的探测）狭义的遥感仅指对电磁波的探测1962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。遥感数据的传输与接收：遥感图像处理主动传感器，被动传感器传感器（sensor）：也叫敏感器或探测器，它是收集、探测并记录地物电磁辐射信息的仪器。主动传感器：传感器带有能发射电磁波的辐射源，工作时向目标发射电磁波，同时接收来自目标物反射或散射回来的电磁波进行探测。被动传感器：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遥感平台遥感平台：装载传感器进行遥感探测的运载工具。近地平台---地面遥感航空平台---航空遥感航天平台---航天遥感按平台距地面的高度大体上可分为三类：第一章绪论（1）遥感数据的传输与接收：遥感图像处理遥感信息的提取与分析按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感地面遥感：又称近地遥感，传感器设置在地面平台上车载、船载、手提、固定、活动高架平台1.2遥感的分类第一章绪论（1）遥感数据的传输与接收：遥感图像处理遥感信息的提取与分析按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感航空遥感：传感器设置在航空器上1.2遥感的分类航空遥感飞机两架奖状II飞机第一章绪论（1）遥感数据的传输与接收：遥感图像处理遥感信息的提取与分析航天遥感：传感器设置在环地球的航天器上人造地球卫星，航天飞机，空间站等1.2遥感的分类航空遥感与航天遥感的比较灾害频繁资源耗失环境污染生态破坏环境变化实时监测灾害预报及时准确资源探测完整可靠人类及其生存的地球正面临严峻的挑战遥感是解决上述问题的基础水体富营养化(eutrophication)是指在人类活动的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量死亡的现象。环境污染监测森林火灾的监测环境污染监测森林火灾的监测森林火灾的监测如何统计森林着火面积？森林火灾的监测森林火灾的监测第四章：遥感图像处理基础4.1遥感图像的数字表达数字图像：指能够被计算机存储、处理和使用的图像遥感数据的表示既有模拟图像又有数字图像把普通像片那样的灰度及颜色连续变化的图像叫模拟图像（光学图像），把模拟图像分割成同样形状的小单元，各个小单元的平均亮度值或中心亮度值作为该单元的亮度值进行数字化的图像叫数字图像。模拟图像（灰度、颜色的连续分布）像元采样像元号第四章：遥感图像处理基础4.1遥感图像的数字表达列举一些模拟图像？遥感数据的表示既有模拟图像又有数字图像把普通像片那样的灰度及颜色连续变化的图像叫模拟图像（光学图像）照片、图片、海报、广告画等图像不能直接由计算机处理和分析。计算机只能处理数字文件，而不是图片，一幅图像在用计算机进行处理前必须先转化为数字形式。为了使图像能在计算机中作处理运算，必须将模拟图像转换为数字图像图像数字化：将模拟图像转换为数字图像的过程图像数字化的基本步骤：像元采样第四章：遥感图像处理基础4.3遥感图像的数字表达模拟图像与数字图像的转换采样：把模拟图像分割成同样形式的小单元（像元/像素）的空间离散化处理过程。采样和量化采样实际上就是把图像的空间分布离散化。像素（像元）是遥感数字图像最基本的单位，是成像过程的采样点，也是计算机图像处理的最小单元。像素具有空间特征和属性特征。由于传感器从空间观测地球表面，因此每个像素含有特定的地理位置的信息，并表征一定的面积。像元所对应的地表面积（空间分辨率）3.3遥感图像的特征像元所代表的地面范围的大小，或地面物体能分辨的最小单元遥感图像的空间分辨率如美国的QuickBird商业卫星一个像元相当地面面积0.61m*0.61m，其空间分辨率为0.61m3.3遥感图像的特征图像的空间分辨率越高，对地面目标的几何分辨能力越强遥感图像的空间分辨率图像的空间分辨率越低，对地面目标的几何分辨能力越弱罗马斗兽场（0.7米，真彩色）罗马梵蒂冈大教堂,0.7m,真彩色三峡坝区卫星图象QuickBird3.3遥感图像的特征遥感图像的时间分辨率时间分辨率是指对同一地点进行遥感采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期重复观测同一区域的最小时间间隔称为时间分辨率3.3遥感图像的特征遥感图像的时间分辨率根据遥感系统探测周期的长短，可将时间分辨率划分为3种类型（1）超短或短周期时间分辨率：主要指气象卫星系列，以小时为单位（如静止气象卫星的时间分辨率为1次/0.5小时，太阳同步气象卫星的时间分辨率2次/天），用来反映一天内的变化。如天气预报，灾害监测（地震、火山爆发、森林火灾等）（2）中期时间分辨率：主要指对地观测的资源环境卫星系列（Landsat、Spot等），以天为单位（如Landsat为1次/16天，中巴合作的CBERS为1次/26天），用来月、旬、年内的变化。如作物的长势监测、估产等3.3遥感图像的特征遥感图像的时间分辨率根据遥感系统探测周期的长短，可将时间分辨率划分为3种类型（3）长周期时间分辨率：主要指较长时间间隔的各类遥感信息，用以反映年为单位的变化，如城市扩张，土地利用变化等。灾害监测（汶川地震）2008年5月12日14时28分，四川汶川发生里氏8.0级地震震前北川县城北川中学北川中学震后北川县城（7）受灾人员遥感监测与救援滑坡崩塌阻断道路仍可通行道路5月17日航空遥感解译过程中发现“SOS700”信号，科研人员连夜分析该区受灾情况，及时上报国家有关部门。草坡乡位于地震中心，三面环山，仅有一条公路同213国道相连。震后该道路受损极其严重，草坡乡成了“孤岛”。灾害遥感台风遥感监测灾害遥感台风遥感监测灾害遥感台风遥感监测灾害遥感沙尘暴遥感监测灾害遥感沙尘暴遥感监测国防建设与国家安全的需要“在某些情况下，中国建造一颗卫星是为了显示它能干什么，而不是满足作战需求”–––美国战略和国际研究中心2004年1月制空权制天权制海权制信息权卫星应用遥感信息技术成为支撑军事信息化作战，夺取战场信息优势，解决制约我军联合作战和精确打击瓶颈问题的重要技术手段遥感-----揭露伪装遥感-----揭露伪装遥感-----揭露伪装遥感-----揭露伪装遥感-----揭露伪装遥感-----揭露伪装遥感应用—军事1军事侦察（3）穿云破雾—合成孔径侧视雷达合成孔径侧视雷达是一种主动式微波遥感成像系统，它依靠自身发射的电磁波而不是借助地面目标反射光成像，因此，不论在白天或黑夜都可以工作。由于雷达发射的是微波，可以穿透云雾雨雪，因而不受气象条件的影响；而且这种雷达波对植被、干沙、土壤、冰块等地物也有一定的穿透能力。因此，合成孔径侧视雷达能透过植被和松散土层获取植被覆盖的地面影像，对干沙穿透的深度可达几十米，因而能揭露伪装，发现隐蔽的武器装备和地下设施。1、什么是主动式传感器和被动式传感器？2、什么是微波？3、为什么微波能够穿云透雾？遥感应用—军事1军事侦察（3）穿云破雾—合成孔径侧视雷达美国一公司制造的“食肉动物”无人驾驶飞机上装载的合成孔径侧视雷达，在4500米高度能获取0．3米地面分辨率的雷达图像。由于合成孔径侧视雷达利用雷达天线向飞行方向的两侧倾斜发射微波，因而无需直接飞越目标上空，而在其一侧就可以获取一二百公里以远的目标图像，这对邻国或交战对方目标实施侦察既安全又十分有效。遥感原理示意图什么是微波遥感遥感平台名称波长范围紫外线100A°～0.4μm紫0.38～0.43μm可见光0.4～0.76μm蓝0.43～0.47μm红外线近红外0.76～3.0μm青0.47～0.50μm中红外3～6μm绿0.50～0.56μm远红外6～15μm黄0.56～0.60μm超远红外15～1000μm橙0.60～0.63μm微波毫米波1～10mm红0.63～0.76μm厘米波1～10cm分米波10cm～1m为什么微波能够穿云透雾---太阳辐射与大气的作用太阳辐射进入地球之前必须通过大气层，由于大气对太阳辐射具有吸收、散射和透射等作用，所以使得太阳辐射到达地面的能量不断衰减为什么能够穿云透雾---太阳辐射与大气的作用大气散射：白天在太阳光照不到的阴影处，我们为什么还可以看见东西，也就是说在阴影处，为什么我们感觉到的是暗而不是黑？在大气中，除直达光以外还有散射光，叫天空光（Skylight），或者天空辐射（Skyradiation)，或者散射辐射（Diffuseradiation)。它是由于大气分子及大气中气溶胶的影响而造成的太阳光的散射。大气中悬浮着的各种固体和液体粒子,例如，尘埃、烟粒、微生物、植物的胞子和花粉，以及由水和冰组成的云雾滴、冰晶和雨雪等粒子都可以看成是大气气溶胶。3.大气气溶胶气溶胶粒子在云雾降水、大气辐射、大气光、电等大气物理过程中起着重要的作用。大气气溶胶是？2.大气成分2.2.2大气吸收PM，英文全称为particulatematter(颗粒物）PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物,也称为可入肺颗粒物。2013年2月，全国科学技术名词审定委员会将PM2.5的中文名称命名为细颗粒物。细颗粒物的化学成分主要包括有机碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、钠盐（Na+）等。3.大气气溶胶大气气溶胶是？2.大气成分2.2.2大气吸收全球每年约210万人死于PM2.5等颗粒物浓度上升据悉，2012年联合国环境规划署公布的《全球环境展望5》指出，每年有70万人死于因臭氧导致的呼吸系统疾病，有近200万的过早死亡病例与颗粒物污染有关。《美国国家科学院院刊》（PNAS）也发表了研究报告，报告中称，人类的平均寿命因为空气污染很可能已经缩短了5年半。世界银行发布的报告表明，由室外空气污染导致的过早死亡人数，平均为每天1000人，每年有35至40万的人面临着死亡。具体来讲，早在1997年，世界银行就预计有5万