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1、地学遥感概论,第一章 遥感技术概论,本章主要内容：遥感的基本概念遥感技术系统遥感应用的学科领域遥感的发展简史,遥感技术是在20世纪60年代兴起并发展起来的一门综合探测技术，它是建立在现代物理学（光学、红外线技术、微波技术、激光技术、全息技术等）、空间技术、计算机技术以及数学方法和地学规律基础之上的一门新兴科学技术。它极大地扩展了人们的观测视野及领域，形成了对地球资源和环境进行探测和监测的立体观测体系。,1、什么是遥感,1、什么是遥感,“遥感”一词是20世纪60年代由美国海军研究局的Evelyn.L.Pruitt(艾弗林普鲁伊特)提出来自英语Remote Sensing字面理解：遥远的感知,1、
2、什么是遥感,“遥远”是多远？如何感知？感知什么？结果是什么？,遥远的感知,1、什么是遥感,“遥远”是多远？遥远感知过程是有一定距离的、非直接接触的 但遥远非传统意义上的“遥远”，距离可大可小。,地面遥感几米到几百米,航空遥感几百米到几十公里,航天遥感几百公里到几万公里,1、什么是遥感,“遥远”是多远？如何感知？感知什么？结果是什么？,遥远的感知,1、什么是遥感,如何感知探测仪器（传感器）,传感器是收集、量测和记录遥远目标的信息的仪器，是遥感技术系统的核心。,1、什么是遥感,如何感知探测仪器（传感器）,传感器探头对准目标物传感器一般需要搭载在一定平台上，传感器平台形式很多,1862年,1903年
3、,1903年,1906.4.18-San Francisco,1、什么是遥感,“遥远”是多远？如何感知？感知什么？结果是什么？,遥远的感知,1、什么是遥感,感知什么地物目标的电磁波特性,接收,预处理,1、什么是遥感,“遥远”是多远？如何感知？感知什么？结果是什么？,遥远的感知,1、什么是遥感,结果是什么？物体的特征与变化,结果的形式遥感图像（遥感数据）,1、什么是遥感,遥感的定义：不与探测目标相接触，应用探测仪器，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,感知的距离（非直接接触）,感知的探测仪器（传感器）,感知的内容（地物目标的电磁波特性）,感知
4、的结果（物体的特征与变化）,20,广义的遥感 各种不直接接触物体、远距离探测目标的技术。电磁场遥感范畴 重力、磁力、声波、地震波物理探测范畴，如地球重力场、磁力场、石油物探、煤田物探等。,定义（大不列颠百科全书）：不直接接触物体本身，从远处通过探测仪器接收来自目标物体的信息（电场、磁场、电磁波、地震波），经过一定的传输和处理分析，以识别目标物体的属性及其分布等特征的技术。从而不仅可以对地球的大气、生物圈、水圈、岩石圈作为观察对象，也可以扩大地球以外的外层空间。,1、什么是遥感,21,狭义的遥感 遥感：有所专指，即从远离地面的不同工作平台上，通过传感器，接收来自地球表面物体的电磁波信息，并经传输
5、处理及判读分析，实现对地球资源和环境进行探测和监测的综合性技术。,遥感、遥控、遥测的区别：遥测(Telemetry)：对被测物体的某些参数和性质进行远距离测量，接触测量和非接触测量。遥控(Remote Control)：远距离控制目标物体的运动状态和过程。遥感：综合遥测和遥控。,1、什么是遥感,2、遥感技术分类,按遥感平台分类按工作波段分类按传感器工作原理分类按资料获取方式分类波段宽度与波谱的连续性分类按应用领域分类,按遥感平台分类（航天、航空、地面遥感）,2、遥感技术分类,按遥感平台分类（航天、航空、地面遥感）,航天遥感,轨道卫星,载人飞船（500 km),航天飞机（300 km),探空火箭
6、（100-650 km),地球同步卫星,太阳同步卫星,长寿命(500-1000 km),（36000 km）,短寿命(150-500 km),2、遥感技术分类,地面遥感,高塔（300m),车船（30m),观测架（几米）,航空遥感,飞机,气球,飘浮气球（50km）,系留气球（5km）,高空飞机（15km）,中空飞机（9-15km）,低空飞机（9km）,2、遥感技术分类,2、遥感技术分类,按传感器探测波段分类紫外遥感(0.05-0.38m)：收集和记录目标物在紫外波段辐射能量可见光遥感m)：收集和记录目标物反射的可见光辐射能量，传感器有：摄影机、扫描仪、摄像仪等红外遥感(0.76-1000m)：收
7、集与记录目标物反射与发射的红外能量，传感器有：摄影机、扫描仪等微波遥感(1mm-1m)：收集和记录在微波波段的反射能量，传感器有：扫描仪、微波辐射计、雷达、高度计等多波段：紫外至可见光,2、遥感技术分类,按传感器工作方式分类被动遥感：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,2、遥感技术分类,被动遥感和主动遥感的区别,2、遥感技术分类,2、遥感技术分类,按遥感成像方式分类成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成（数字或模拟）图像非成像遥感：传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像,2、遥感
8、技术分类,2、遥感技术分类,2、遥感技术分类,34,按波段宽度及波谱的连续性 高光谱遥感(hyperspectral remote sensing)：是利用很多狭窄的电磁波波段(波段宽度通常小于10nm)产生光谱连续的图像数据。常规遥感：又称宽波段遥感，波段宽一般大于100nm，且波段在波谱上不连续。例如，一个TM波段内只记录一个数据点，而用航空可见光/红外光成像光谱仪(AVIRIS)记录这一波段范围的光谱信息需用10个以上数据点。,2、遥感技术分类,按应用领域分类土地遥感（Domanial）环境遥感（Environmental）大气遥感（Atmospheric）海洋遥感（Oceanograp
9、hic）农业遥感（Agricultural）林业遥感（Forestry）水利遥感（Hydrographic）地质遥感（Geological）,2、遥感技术分类,3 遥感的发展简史,Remote Sensing 的提出：美国海军研究局的艾弗林普鲁伊特于 1960年提出，1961年正式通过发展阶段：无记录的地面遥感阶段(1608-1838)有记录的地面遥感阶段（1839-1857）空中摄影遥感阶段（1858-1956）航天遥感阶段（1957-）,3 遥感的发展简史,无记录的地面遥感阶段(1608-1838)1608年 汉斯李波尔赛制造了世界上第一架望远镜1609年 伽利略制作了放大3倍的望远镜开辟
10、了远距离观测的先河,3 遥感的发展简史,有记录的地面遥感阶段（1838-1857）1839年 达盖尔（Daguerre）与尼普斯（Niepce）发明了摄影术，成功的利用胶片进行拍摄1849年 法国的Aime Laussedat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 摄影技术的发明，并与望远镜相结合为远距离摄影,3 遥感的发展简史,空中摄影遥感阶段（1858-1956）1858，系留气球上拍摄法国巴黎的“鸟瞰”相片1860，气球上拍摄了美国波士顿市的照片1903，飞鸽身上捆绑微型摄像机试验1903，莱特兄弟发明了飞机航空遥感的萌芽阶段1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面
11、照片一战中，航空照相技术用于获取军事情报一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地质调查1930年，美国开始全国航空摄影测量1937年，出现了彩色航空像片扩大了航空遥感定性分析的可能性1942年，红外黑白航空摄影和红外假彩色航空摄影首次出现探测波段得到扩展,G F Tournachon(1820-1910),he call himself Nadar.The first-known aerial photograph was obtained from a balloon by a Parisian photographer in 1858 near Paris,France.,Intrepi
12、d balloon（无畏号），1862 The balloon being inflated by using portable hydrogen generating system during the Civil War.,Pigeons,1903 A squadron of pigeons equipped with lightweight 70-mm aerial cameras.For obvious reasons,pigeons are not ideal platform.,Kites,1906 Figure“San Francisco in ruins”,G R Lawren
13、ce Aerial photograph of“San Francisco in ruins”obtained after April 18,1906 earthquake using a captive airship consisting of 17 kites.The kites achieved at altitude of 2000 ft above sea level.,1903，Wright Brothers发明了飞机，使航空摄影测量成为可能Engine-powered flight on December 17,1903.It lasted 12 seconds and cov
14、ered 120 ft.,Aerial photography in World war I,Figure Close-up view of a world war I,Figure Vertical photography of World War I trenches in Europe（欧洲战壕）,Aerial photography in World war II,Figure Vertical aerial photograph of a V2 rocket launching facility a Peenemunde in World War II.,3 遥感的发展简史,航天遥感
15、阶段（1957-）1957年10月4日，前苏联成功发射了人类第一颗人造地球卫星1960年，美国发射了TIROS-1和NOAA-1太阳同步卫星1972年，美国发射ERTS-1（后改名为Landsat-1），装有MSS传感器，分辨率79米1982年，Landsat-4发射，装有TM传感器，分辨率提高到30米1986年，法国发射SPOT-1，装有PAN和XS传感器，分辨率提高到10米1988年9月7日，中国发射第一颗“风云1号”气象卫星1999年，美国发射IKNOS，空间分辨率提高到1米1999年，美国发射QUICKBIRD-2，空间分辨率提高到0.6米,我国遥感的发展概况,航空摄影测量的发展（50
16、、60年代）航空新型传感器试验与系统集成（70年代以来）卫星发射与航天遥感的发展1970年4月24日：东方红1号1988年9月7日：FY-1-A；1990年9月3日：FY-1-B；1999年5月10日：FY-1-C1997年6月10日：FY-2-A；2000年6月25日：FY-2-B；2004年10月19日：FY-2-C1999年10月14日：中巴地球资源遥感卫星CBERS1百度百科：中国航天,中国遥感卫星地面站（1986）美国Landsat法国SPOT加拿大RADARSAT中巴CBERS遥感影像处理从普遍采用国际先进的商品化软件向软件国产化迈进探索图像处理新方法遥感应用在遥感应用领域进行了广
17、泛的探索和应用试验研究广泛渗入各地区和各业务部门，极大地扩展了应用领域完成了一批全国范围和省、市、自治区范围的大型应用项目遥感在应用领域取得良好的经济效益和社会效益遥感研究机构、专业出版物、教育事业,我国遥感的发展概况,我国遥感发展的特点：,国家的重视和支持，为遥感的快速发展奠定了基础集中人力、物力重点公关，重点突破全国性、大区域遥感工程的完成，充分显示了我国遥感的特色和水平,当前遥感发展的主要特点和趋势,多国发射卫星的局面已经形成,52,遥感发展趋势,当前，有关RS信息机理研究、定量分析与应用模型研究、多信息源的信息复合及环境信息的综合分析，构成了RS发展的前沿研究内容这些问题的研究，事关遥
18、感技术的应用，构成了今后遥感发展的主要趋向。当前今后一段时间内，RS发展的特点与趋向表现在以下几个方面。（1）卫星RS的高空间分辩率、多光谱分辨、高时间分辨率 空分辩率上越来越高：如SPOT-SASB：5m；德国MOMS02，03，印度IRS：445m；美国ORBVIEW-2,IKONOS：1m(全色),4m(多光谱)；俄罗斯RESORS-TK：1m(全)4m(多)、2m(雷)；SPIN-2：2m；军用卫星甚至可达10cm。克林顿政府：1994-3-10，1m卫星数据,当前遥感发展的主要特点和趋势,53,遥感发展趋势,在光谱分辩率方面：光谱分辩率不断提高，波段不断增多、变窄，成像光谱仪可达5-
19、10纳米光谱分辩率。例如：美国EOS空间站：星载成像光谱仪，64波段中分辩率+192波段高分辩率的成像光谱仪=256个波段的摄像立方体，而美国LEWIS小卫星装有328个波段，5纳米分辩率的成像光谱仪。我国已研制成功128波段机载成像光谱仪。在时间分辨率方面，也越来越高。如：美国于1999年9月24日发射的IKONOS大约每3天拍摄全球一次，Landsat16天。,当前遥感发展的主要特点和趋势,54,遥感发展趋势,（2）遥感应用的不断深化信息源由单一性复合信息。静态、定性动态、定量研究。局部、专题气球、综合发展研究。（3）“3S”集成“3S”：GIS+GPS+RS,当前遥感发展的主要特点和趋势
20、,遥感发展趋势,（4）商业遥感时代的到来背景 计算机与通讯技术的进步 冷战时期军事情报部门的需要 数字成像技术有了极大的提高结果 世界各主要航天大国相继研制出各种以对地观测为目的的遥感卫星，并逐步向商用化转移 国际上商业遥感卫星系统得到了迅速发展，产业界特别是私营企业直接参与或独立进行遥感卫星的研制、发射和运行，甚至提供端对端的服务，也是目前遥感发展的一大趋势。,联合国制定的有关政策，在一定程度上鼓励了卫星公司制造商用高分辨率地球观测卫星的计划，这类卫星多为私营公司拥有，其地面分辨率为l5m，如美国的IKO)NOS系列、QUICKBIRD系列、ORBVIEW系列和以色列的EROS系列等。商业卫
21、星遥感系统的特点：以应用为导向，强调采用实用技术系统和市场运行机制，注重配套服务和经济效益，成为非常重要的遥感信息的补充。,当前遥感发展的主要特点和趋势,遥感发展趋势,（4）商业遥感时代的到来,遥感发展趋势,（4）商业遥感时代的到来,遥感发展趋势,（5）遥感研究亟待解决的问题 遥感仍处在由定性向定量的过渡阶段，其精度还不能完全满足不同用户的需求；海量遥感数据有效地存储、管理和使用，已成为世界各国科技工作者急需解决的问题之一；遥感数据的融合与压缩、遥感信息的自动识别、影像理解和应用仍然是未来遥感面临的重要问题；定量遥感、新型数据处理、相关技术的结合等方面，与生产应用尚有差距；遥感的国际间合作问题
22、还有待进一步探索，高分辨率影像为维护世界安全、保护环境和提高全人类的生活水平带来了机遇，但同时也应防范它可能带来的负面影响。,4、遥感技术的特点,宏观性同一时刻获取大面积数据资料空间覆盖范围广阔、有利于同步观测影像包含各种地表景观信息,一景TM影像为185185平方公里,一景MODIS影像为23302330平方公里,4、遥感技术的特点,动态性快速、周期性地对同一地点连续观测重复探测，有利于进行动态分析对同一地区重复观测一次 Landsat 16天SPOT卫星 26天CBERS卫星 4-5天气象卫星FY-1每天可覆盖地球2次,Las Vegas,1992,Las Vegas,1986,Las V
23、egas,1972,4、遥感技术的特点,光谱覆盖范围广，信息量大可以获得可见光、紫外、红外及微波波段的信息可以进行二维和三维的监测,4、遥感技术的特点,现代遥感的新特点高空间分辨率高光谱分辨率高时间分辨率,遥感的缺点监测精度受飞行高度和传感器识别能力的影响遥感数据的挖掘技术不完善，使得大量的遥感数据无法有效利用。,4、遥感技术的特点,第二节、遥感技术系统,遥感系统不是单独的一个卫星、传感器，而是一个复杂的完整的系统！遥感技术系统的组成信息源信息的获取信息的记录和传输信息的处理信息的应用,第二节、遥感技术系统,第二节、遥感技术系统,信息源任何地物都可以发射、反射和吸收电磁波信号，都是遥感信息源目
24、标物与电磁波发生相互作用，会形成目标物的电磁波特性，这为遥感探测提供了获取信息的依据,第二节、遥感技术系统,信息的获取地物空间信息主要由搭载在遥感平台上的传感器来获取传感器：接收、记录地物电磁波特征的仪器，主要有：扫描仪、雷达、摄影机、光谱辐射计等遥感平台：装载传感器并能使其正常工作的工具，主要有：地面平台、空中平台、空间平台,第二节、遥感技术系统,信息的记录和传输传感器接收到目标地物的电磁波信息，记录在数字介质或胶片上数字介质上的信息可通过卫星上的微波天线传输给地面卫星接收站（航天遥感数据）；胶片由人或回收舱送至地面回收（航空/近地面遥感数据）,第二节、遥感技术系统,地面卫星接收站：接收、处
25、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,2、遥感技术系统,中国科学院遥感卫星地面站,2、遥感技术系统,遥感信息处理定义：运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程类别：校正处理增强处理融合处理分类处理目的：通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息,2、遥感技术系统,遥感信息应用信息应用：指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程基本方法：将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和
26、分析利用应用领域：自然资源调查、环境监测、地质矿产勘探、地图测绘、军事以及城市建设和管理等,第三节、遥感应用的学科领域,应用领域广泛资源调查与应用灾害监测分析环境监测评价区域分析规划全球宏观研究军事侦察,资源调查与应用,遥感在地质矿产方面的应用客观真实地反映各种地质现象，形象地反映区域地质构造，地质找矿，工程地质、地震地质、水文地质和灾害地质,资源调查与应用,灾害监测分析,环境监测评价,在环境监测方面的应用污染物位置、性质、动态变化及对环境的影响；环境制图长江三峡库区环境本底调查、环境演变分析、动态监测等在对抗自然灾害中的应用灾害性天气的预报旱情、洪水、滑坡、泥石流和病虫害监测森林火灾监测,三
27、、区域分析及建设规划方面的应用,区域性是地理学的重要特点腾冲、长春、三北防护林等都是遥感区域分析的典范城市化和城市遥感的兴起：城市土地利用、环境监测、道路交通分析、环境地质、城市规划等,四、全球性宏观研究中的应用,全球性问题与全球性研究（Global Study）人口问题、资源危机、环境恶化等利用GPS监测和研究板块的运移；深大断裂活动；全球性气候研究和灾情预报；世界冰川的进退,Population Change,Las Vegas,1964,五、遥感在其它方面的应用,在测绘制图方面的应用卫星遥感可以覆盖全球的每一个角落，不再有资料的空白区重复探测，为动态制图和利用地图进行动态分析提供了信息保障可缩短成图周期，降低制图成本数字卫星遥感信息可直接进入计算机进行处理，省去了图像扫描数字化的过程改变了传统的从大比例尺逐级缩编小比例尺地图的逻辑程序在历史遗迹、考古调查方面的应用在军事上的应用,谢谢！,
