第三章农业遥感技术与应用

农业信息技术与信息管理系统电气信息工程学院第三章农业遥感技术与应用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遥感技术是20世纪60年代兴起并迅速发展起来的一门综合性探测技术。它是在航空摄影测量的基础上随着空间技术、电子计算机技术等当代科技的迅速发展，以及地学、生物学等学科发展的需要，发展形成的一门新兴技术学科。从以飞机为主要运载工具的航空遥感，发展到以人造地球卫星、宇宙飞船和航天飞机为运载工具的航天遥感，大大地扩展了人们的观察视野及观察领域，形成了对地球资源和环境进行探测和监视的立体观察体系；使地理学的研究和应用进入到一个新阶段。一、遥感技术的概念第一节遥感技术概述遥感（RemoteSensing）•广义：“遥感”=“遥”（遥远）+“感”（感知）•指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械被(声波、地震波)等的探测。•狭义：遥感是应用探测仪器，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。一、遥感技术的概念第一节遥感技术概述概念区别：遥测：指对被测物体某些运动参数和性质进行远距离测量的技术，分接触测量和非接触测量。遥控：指远距离控制目标物运动状态和过程的技术。遥感：空间遥感过程的完成往往需要综合运用遥测和遥控技术。如卫星遥感，必须有对卫星运行参数的遥测和卫星工作状态的控制等。遥感与航测：前者确定实体的物质成分，后者确定几何形态。如：一个山包，遥感可确定构成山包的物质是土或是岩石以及何种类型等，航测则确定其高程、面积及其形态等几何量。一、遥感技术的概念第一节遥感技术概述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。二、遥感技术系统第一节遥感技术概述（一）空间信息获取系统（二）遥感数据传输与接收（三）遥感图像处理（四）遥感信息提取与分析二、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遥感卫星气象卫星系列：•泰诺斯（TIROS，电视和红外辐射观测卫星）•NOAA（美国极轨气象卫星）•“风云一号”、“风云二号”气象卫星陆地卫星系列：美国陆地卫星（Landsat）法国斯波特卫星（SPOT）中巴地球资源卫星（CBERS）高空间分辨率陆地卫星IKONOS-2、QuickBird海洋卫星系列：美国的Seasatl加拿大雷达卫星（RADARSAT）第一节遥感技术概述遥感卫星示意图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第一节遥感技术概述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。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。第一节遥感技术概述（二）遥感数据传输与接收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。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。第一节遥感技术概述中国遥感卫星地面站正在接收处理的卫星示意图第一节遥感技术概述第一节遥感技术概述二、遥感技术系统（三）遥感图像处理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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。第一节遥感技术概述（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遥感信息系统包括：被测目标的信息特征（信息源）、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分。第一节遥感技术概述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。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、遥感技术的特点第一节遥感技术概述大面积的同步观测：瞬时信息获取范围时效性：同一地区信息获取的重复周期信息的综合性和可比性：地球表面自然与人文景观的综合反映；卫星轨道的确定性、影像分幅的同一性、同一系列传感器信息的兼容性经济性：与传统信息获取手段相比局限性：相对于整个电磁波谱段而言五、遥感技术发展与展望（一）遥感技术发展简史1960年美国1960年美国人EvelynPruitt提出遥感一词第一节遥感技术概述(1)无纪录的地面遥感阶段(1608-1838年)1608年，汉斯·李波尔赛制造了世界第一架望远镜，1609年伽利略制作了放大倍数3倍的科学望远镜，从而为观测远距离目标开辟了先河。但望远镜观测不能把测到的事物用图像的方式记录下来。(2)有记录的地面遥感阶段(1839-1857)对探测目标的记录与成像始于摄影技术的发明，并与望远镜相结合发展为远距离摄影。1839年，达盖尔(Daguame)发表了他和尼普斯(Niepce)拍摄的照，第一次成功地把拍摄到事物形象地记录在胶片上。1849年，法国人艾米·劳塞达特(AimeLaussedat)制定了摄影测量计划，成为有目的有记录的地面遥感发展阶段的标志。第一节遥感技术概述1858年，G·F·陶纳乔(GaspardFelixTournachon)用系留气球拍摄了法国巴黎的鸟瞰像片。(3)航空摄影遥感阶段(1858-1956年)第一节遥感技术概述(3)航空摄影遥感阶段(1858-1956年)1860年，J·W·布莱克(JmesWallaceBlack)与S·金(SamKing)乘气球升空至603M成功地拍摄了美国波士顿(Boston)市的照片。第一节遥感技术概述(3)航空摄影遥感阶段(1858-1956年)第一节遥感技术概述(3)航空摄影遥感阶段(1858-1956年)1903年，J·纽布朗纳(JuliusNenbmnner)设计了一种捆绑在飞鸽身上的微型相机。这些试验性的空间摄影，为后来的实用化航空摄影遥感打下了基础。第一节遥感技术概述(3)航空摄影遥感阶段(1858-1956年)1909年，W·莱特在意大利的森托塞尔上空用飞机进行了空中摄影;1913年，利比亚班加西(Bangashi)油田测量就应用航空摄影.在第一次世界大战期间，航空摄影成了军事侦察的重要手段，并形成了一定的规模。1924年，彩色胶片的出现.1935年彩色胶片投入市场初期,为后来的航空遥感打下了基础。第二次世界大战前朝，德、英等国就充分认识到空中侦察和航空摄影的重要军事价值，并在侦察敌方军事态势、部署军事行动等方面收到了实际效果。第一节遥感技术概述第一节遥感技术概述(4)航天遥感阶段(1957-)1957年10月4日，苏联第一颗人造地球卫星的发射成功，标志着人类从空间观测地球和探索宇宙奥秘进大了新的纪元。1959年9月美国发射的“先驱者2号”探测器拍摄了地球云图；同年10月苏联的《月球3号“航天器拍摄了月球背面的照片。真正从航天器上对地球进行长期观测是从1960年美国发射TIROS-lO和NOAA-1太阳同步气象卫星开始的。从此，航天遥感取得了重大进展。同时，航空遥感仍继续发展。(4)航天遥感阶段(1957-)1972年ERTS-1(地球资源技术卫星[美])发射（后改名为Landsat-1）(地球资源技术卫星[美];)，装有MSS(多光谱扫描器)传感器，分辨率79米标志着遥感进入新阶段；1982年Landsat-4发射，装有TM传感器，分辨率提高到30米；1986年SPOT-1发射，装有PAN和XS传感器，分辨率提高到10米；1991ERS-1发射，装有SAR(合成孔径雷达)；1995年RADARSAT发射，装有SAR；1999年IKNOS发射，分辨率提高到1米；2000年清华1号发射，三波段相机，40米分辨率。第一节遥感技术概述罗马斗兽场（0.7米，真彩色）罗马梵蒂冈大教堂,0.7m,真彩色中国遥感事业的发展自1970年4月24日发射“东方红1号”人造卫星以后，相继发射了数十颗不同类型的人造地球卫星。太阳同步的“风云l号”(FY-lA，lE)和地球同步轨道的“风云2号”(FY-2A,2B)的发射，返回式遥感卫星的发射与回收，使我国开展宇宙探测、通讯、科学实验、气象观测等研究有了自己的信息源，1999年10月14日中国-巴西地球资源遥感卫星CBERS-1的成功发射，使我国拥有了自己的资源卫星，“北斗1,2”定位导航卫星及清华1号小卫星的成功发射，丰富了我国