地學(xué)遙感概論第1章遙感技術(shù)概論課件

地學(xué)遙感概論

第一章遙感技術(shù)概論本章主要內(nèi)容：遙感的基本概念遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感應(yīng)用的學(xué)科領(lǐng)域遙感的發(fā)展簡史遙感技術(shù)是在20世紀(jì)60年代興起并發(fā)展起來的一門綜合探測技術(shù)，它是建立在現(xiàn)代物理學(xué)（光學(xué)、紅外線技術(shù)、微波技術(shù)、激光技術(shù)、全息技術(shù)等）、空間技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及數(shù)學(xué)方法和地學(xué)規(guī)律基礎(chǔ)之上的一門新興科學(xué)技術(shù)。它極大地?cái)U(kuò)展了人們的觀測視野及領(lǐng)域，形成了對地球資源和環(huán)境進(jìn)行探測和監(jiān)測的立體觀測體系。1、什么是遙感1、什么是遙感“遙遠(yuǎn)”是多遠(yuǎn)？如何感知？感知什么？結(jié)果是什么？遙遠(yuǎn)的感知1、什么是遙感“遙遠(yuǎn)”是多遠(yuǎn)？遙遠(yuǎn)——感知過程是有一定距離的、非直接接觸的

但遙遠(yuǎn)非傳統(tǒng)意義上的“遙遠(yuǎn)”，距離可大可小。地面遙感——幾米到幾百米航空遙感——幾百米到幾十公里航天遙感——幾百公里到幾萬公里1、什么是遙感“遙遠(yuǎn)”是多遠(yuǎn)？如何感知？感知什么？結(jié)果是什么？遙遠(yuǎn)的感知1、什么是遙感如何感知——探測儀器（傳感器）傳感器是收集、量測和記錄遙遠(yuǎn)目標(biāo)的信息的儀器，是遙感技術(shù)系統(tǒng)的核心。1862年

1903年地面遙感高塔（<300m)車船（<30m)觀測架（幾米）航空遙感飛機(jī)氣球飄浮氣球（<50km）系留氣球（<5km）高空飛機(jī)（>15km）中空飛機(jī)（9-15km）低空飛機(jī)（<9km）1、什么是遙感“遙遠(yuǎn)”是多遠(yuǎn)？如何感知？感知什么？結(jié)果是什么？遙遠(yuǎn)的感知1、什么是遙感感知什么——地物目標(biāo)的電磁波特性接收預(yù)處理1、什么是遙感“遙遠(yuǎn)”是多遠(yuǎn)？如何感知？感知什么？結(jié)果是什么？遙遠(yuǎn)的感知1、什么是遙感結(jié)果是什么？——物體的特征與變化結(jié)果的形式——遙感圖像（遙感數(shù)據(jù)）20廣義的遙感各種不直接接觸物體、遠(yuǎn)距離探測目標(biāo)的技術(shù)。

電磁場——遙感范疇重力、磁力、聲波、地震波——物理探測范疇，如地球重力場、磁力場、石油物探、煤田物探等。

定義（大不列顛百科全書）：不直接接觸物體本身，從遠(yuǎn)處通過探測儀器接收來自目標(biāo)物體的信息（電場、磁場、電磁波、地震波），經(jīng)過一定的傳輸和處理分析，以識(shí)別目標(biāo)物體的屬性及其分布等特征的技術(shù)。從而不僅可以對地球的大氣、生物圈、水圈、巖石圈作為觀察對象，也可以擴(kuò)大地球以外的外層空間。1、什么是遙感21狹義的遙感

遙感：有所專指，即從遠(yuǎn)離地面的不同工作平臺(tái)上，通過傳感器，接收來自地球表面物體的電磁波信息，并經(jīng)傳輸處理及判讀分析，實(shí)現(xiàn)對地球資源和環(huán)境進(jìn)行探測和監(jiān)測的綜合性技術(shù)。

遙感、遙控、遙測的區(qū)別：

遙測(Telemetry)：對被測物體的某些參數(shù)和性質(zhì)進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量，接觸測量和非接觸測量。遙控(RemoteControl)：遠(yuǎn)距離控制目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和過程。遙感：綜合遙測和遙控。1、什么是遙感按遙感平臺(tái)分類（航天、航空、地面遙感）2、遙感技術(shù)分類按遙感平臺(tái)分類（航天、航空、地面遙感）航天遙感軌道衛(wèi)星載人飛船（<500km)航天飛機(jī)（<300km)探空火箭（100-650km)地球同步衛(wèi)星太陽同步衛(wèi)星長壽命(500-1000km)（36000km）短壽命(150-500km)2、遙感技術(shù)分類遙感平臺(tái)高度用途備注靜止衛(wèi)星36，000km定點(diǎn)地球觀測GMS地球觀測衛(wèi)星500－1000km定期地球觀測Landsat航天飛機(jī)240－350km不定期觀測無線探空儀100m-100km各種調(diào)查探空氣球高空噴氣機(jī)10000－12000m偵察，大范圍調(diào)查中低空飛機(jī)500－8000m航空攝影測量飛艇500－3000m空中偵察直升機(jī)100－2000m攝影測量無線遙控飛機(jī)500m以下各種調(diào)查牽引飛機(jī)50－500m牽引滑翔機(jī)系留氣球800m以下縮道10－40m遺跡考古調(diào)查吊車5－50m近距離攝影測量地面遙感0－30m地面實(shí)況調(diào)查2、遙感技術(shù)分類按傳感器探測波段分類紫外遙感(0.05-0.38μm)：收集和記錄目標(biāo)物在紫外波段輻射能量可見光遙感(0.38-0.76μm)：收集和記錄目標(biāo)物反射的可見光輻射能量，傳感器有：攝影機(jī)、掃描儀、攝像儀等紅外遙感(0.76-1000μm)：收集與記錄目標(biāo)物反射與發(fā)射的紅外能量，傳感器有：攝影機(jī)、掃描儀等微波遙感(1mm-1m)：收集和記錄在微波波段的反射能量，傳感器有：掃描儀、微波輻射計(jì)、雷達(dá)、高度計(jì)等多波段：紫外至可見光2、遙感技術(shù)分類按傳感器工作方式分類被動(dòng)遙感：傳感器不向目標(biāo)發(fā)射電磁波，僅被動(dòng)接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和對自然輻射源的反射能量主動(dòng)遙感：傳感器主動(dòng)發(fā)射一定電磁波能量，并接收目標(biāo)的后向散射信號(hào)2、遙感技術(shù)分類被動(dòng)傳感器主動(dòng)傳感器2、遙感技術(shù)分類按遙感成像方式分類成像遙感：傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號(hào)可轉(zhuǎn)換成（數(shù)字或模擬）圖像非成像遙感：傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號(hào)不能形成圖像2、遙感技術(shù)分類被動(dòng)方式掃描(圖像方式)非掃描非圖像方式微波輻射計(jì)地磁測量儀重力測量儀傅立葉光譜儀其他圖像方式(照相機(jī))黑白天然彩色紅外彩色紅外其他像面掃描電視攝像機(jī)固體掃描儀(CCD)物面掃描光機(jī)掃描儀固體掃描儀2、遙感技術(shù)分類主動(dòng)方式掃描(圖像方式)非掃描(非圖像方式)微波散射計(jì)微波高度計(jì)激光光譜儀激光高度計(jì)像面掃描（被動(dòng)型相控陣?yán)走_(dá)）物面掃描激光水深計(jì)激光測距儀微波輻射計(jì)真實(shí)孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)2、遙感技術(shù)分類34按波段寬度及波譜的連續(xù)性

高光譜遙感(hyperspectralremotesensing)：是利用很多狹窄的電磁波波段(波段寬度通常小于10nm)產(chǎn)生光譜連續(xù)的圖像數(shù)據(jù)。

常規(guī)遙感：又稱寬波段遙感，波段寬一般大于100nm，且波段在波譜上不連續(xù)。例如，一個(gè)TM波段內(nèi)只記錄一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，而用航空可見光/紅外光成像光譜儀(AVIRIS)記錄這一波段范圍的光譜信息需用10個(gè)以上數(shù)據(jù)點(diǎn)。2、遙感技術(shù)分類按應(yīng)用領(lǐng)域分類土地遙感（Domanial）環(huán)境遙感（Environmental）大氣遙感（Atmospheric）海洋遙感（Oceanographic）農(nóng)業(yè)遙感（Agricultural）林業(yè)遙感（Forestry）水利遙感（Hydrographic）地質(zhì)遙感（Geological）…………2、遙感技術(shù)分類3遙感的發(fā)展簡史RemoteSensing的提出：美國海軍研究局的艾弗林·普魯伊特于1960年提出，1961年正式通過發(fā)展階段：無記錄的地面遙感階段(1608-1838)有記錄的地面遙感階段（1839-1857）空中攝影遙感階段（1858-1956）航天遙感階段（1957-）3遙感的發(fā)展簡史無記錄的地面遙感階段(1608-1838)1608年漢斯·李波爾賽制造了世界上第一架望遠(yuǎn)鏡1609年伽利略制作了放大3倍的望遠(yuǎn)鏡開辟了遠(yuǎn)距離觀測的先河3遙感的發(fā)展簡史有記錄的地面遙感階段（1838-1857）1839年達(dá)蓋爾（Daguerre）與尼普斯（Niepce）發(fā)明了攝影術(shù)，成功的利用膠片進(jìn)行拍攝1849年法國的AimeLaussedat制定了攝影測量計(jì)劃，成為有目的有記錄的地面遙感發(fā)展階段的標(biāo)志

攝影技術(shù)的發(fā)明，并與望遠(yuǎn)鏡相結(jié)合為遠(yuǎn)距離攝影3遙感的發(fā)展簡史空中攝影遙感階段（1858-1956）1858，系留氣球上拍攝法國巴黎的“鳥瞰”相片1860，氣球上拍攝了美國波士頓市的照片1903，飛鴿身上捆綁微型攝像機(jī)試驗(yàn)1903，萊特兄弟發(fā)明了飛機(jī)—航空遙感的萌芽階段1909年，意大利人首次利用飛機(jī)拍攝地面照片一戰(zhàn)中，航空照相技術(shù)用于獲取軍事情報(bào)一戰(zhàn)后，航空攝影用于地形測繪和森林調(diào)查與地質(zhì)調(diào)查1930年，美國開始全國航空攝影測量1937年，出現(xiàn)了彩色航空像片—擴(kuò)大了航空遙感定性分析的可能性1942年，紅外黑白航空攝影和紅外假彩色航空攝影首次出現(xiàn)——探測波段得到擴(kuò)展

GFTournachon(1820-1910),hecallhimselfNadar.Thefirst-knownaerialphotographwasobtainedfromaballoonbyaParisianphotographerin1858nearParis,France.

Intrepidballoon

（無畏號(hào)），1862

TheballoonbeinginflatedbyusingportablehydrogengeneratingsystemduringtheCivilWar.

Pigeons,1903Asquadronofpigeonsequippedwithlightweight70-mmaerialcameras.Forobviousreasons,pigeonsarenotidealplatform.Kites,1906Figure“SanFranciscoinruins”,GRLawrenceAerialphotographof“SanFranciscoinruins”obtainedafterApril18,1906earthquakeusingacaptiveairshipconsistingof17kites.Thekitesachievedataltitudeof2000ftabovesealevel.

1903，WrightBrothers發(fā)明了飛機(jī)，使航空攝影測量成為可能Engine-poweredflightonDecember17,1903.Itlasted12secondsandcovered120ft.

AerialphotographyinWorldwarI

FigureClose-upviewofaworldwarI

FigureVerticalphotographyofWorldWarItrenchesinEurope（歐洲戰(zhàn)壕）AerialphotographyinWorldwarII

FigureVerticalaerialphotographofaV2rocketlaunchingfacilityaPeenemundeinWorldWarII.3遙感的發(fā)展簡史航天遙感階段（1957-）1957年10月4日，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了人類第一顆人造地球衛(wèi)星1960年，美國發(fā)射了TIROS-1和NOAA-1太陽同步衛(wèi)星1972年，美國發(fā)射ERTS-1（后改名為Landsat-1），裝有MSS傳感器，分辨率79米1982年，Landsat-4發(fā)射，裝有TM傳感器，分辨率提高到30米1986年，法國發(fā)射SPOT-1，裝有PAN和XS傳感器，分辨率提高到10米1988年9月7日，中國發(fā)射第一顆“風(fēng)云1號(hào)”氣象衛(wèi)星1999年，美國發(fā)射IKNOS，空間分辨率提高到1米1999年，美國發(fā)射QUICKBIRD-2，空間分辨率提高到0.6米我國遙感的發(fā)展概況航空攝影測量的發(fā)展（50、60年代）航空新型傳感器試驗(yàn)與系統(tǒng)集成（70年代以來）衛(wèi)星發(fā)射與航天遙感的發(fā)展1970年4月24日：東方紅1號(hào)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：中巴地球資源遙感衛(wèi)星CBERS－1百度百科：中國航天

中國遙感衛(wèi)星地面站（1986）美國Landsat法國SPOT加拿大RADARSAT中巴CBERS遙感影像處理從普遍采用國際先進(jìn)的商品化軟件向軟件國產(chǎn)化邁進(jìn)探索圖像處理新方法遙感應(yīng)用在遙感應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的探索和應(yīng)用試驗(yàn)研究廣泛滲入各地區(qū)和各業(yè)務(wù)部門，極大地?cái)U(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域完成了一批全國范圍和省、市、自治區(qū)范圍的大型應(yīng)用項(xiàng)目遙感在應(yīng)用領(lǐng)域取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益遙感研究機(jī)構(gòu)、專業(yè)出版物、教育事業(yè)我國遙感的發(fā)展概況我國遙感發(fā)展的特點(diǎn)：國家的重視和支持，為遙感的快速發(fā)展奠定了基礎(chǔ)集中人力、物力重點(diǎn)公關(guān)，重點(diǎn)突破全國性、大區(qū)域遙感工程的完成，充分顯示了我國遙感的特色和水平當(dāng)前遙感發(fā)展的主要特點(diǎn)和趨勢多國發(fā)射衛(wèi)星的局面已經(jīng)形成52遙感發(fā)展趨勢當(dāng)前，有關(guān)RS信息機(jī)理研究、定量分析與應(yīng)用模型研究、多信息源的信息復(fù)合及環(huán)境信息的綜合分析，構(gòu)成了RS發(fā)展的前沿研究內(nèi)容這些問題的研究，事關(guān)遙感技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)成了今后遙感發(fā)展的主要趨向。當(dāng)前今后一段時(shí)間內(nèi)，RS發(fā)展的特點(diǎn)與趨向表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）衛(wèi)星RS的高空間分辯率、多光譜分辨、高時(shí)間分辨率

空分辯率上越來越高：如SPOT-SA·SB：5m；德國MOMS02，03，印度IRS：4～4·5m；美國ORBVIEW-2,IKONOS：1m(全色),4m(多光譜)；俄羅斯·RESORS-TK：1m(全)·4m(多)、2m(雷)；SPIN-2：2m；軍用衛(wèi)星甚至可達(dá)10cm?？肆诸D政府：1994-3-10，1m衛(wèi)星數(shù)據(jù)當(dāng)前遙感發(fā)展的主要特點(diǎn)和趨勢53遙感發(fā)展趨勢

在光譜分辯率方面：光譜分辯率不斷提高，波段不斷增多、變窄，成像光譜儀可達(dá)5-10納米光譜分辯率。例如：美國EOS空間站：星載成像光譜儀，64波段中分辯率+192波段高分辯率的成像光譜儀=256個(gè)波段的攝像立方體，而美國LEWIS小衛(wèi)星裝有328個(gè)波段，5納米分辯率的成像光譜儀。我國已研制成功128波段機(jī)載成像光譜儀。

在時(shí)間分辨率方面，也越來越高。如：美國于1999年9月24日發(fā)射的IKONOS大約每3天拍攝全球一次，Landsat16天。

當(dāng)前遙感發(fā)展的主要特點(diǎn)和趨勢54遙感發(fā)展趨勢（2）遙感應(yīng)用的不斷深化信息源由單一性→復(fù)合信息。靜態(tài)、定性→動(dòng)態(tài)、定量研究。局部、專題→氣球、綜合發(fā)展研究。（3）“3S”集成“3S”：GIS+GPS+RS當(dāng)前遙感發(fā)展的主要特點(diǎn)和趨勢遙感發(fā)展趨勢（4）商業(yè)遙感時(shí)代的到來背景計(jì)算機(jī)與通訊技術(shù)的進(jìn)步冷戰(zhàn)時(shí)期軍事情報(bào)部門的需要數(shù)字成像技術(shù)有了極大的提高結(jié)果世界各主要航天大國相繼研制出各種以對地觀測為目的的遙感衛(wèi)星，并逐步向商用化轉(zhuǎn)移國際上商業(yè)遙感衛(wèi)星系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)界特別是私營企業(yè)直接參與或獨(dú)立進(jìn)行遙感衛(wèi)星的研制、發(fā)射和運(yùn)行，甚至提供端對端的服務(wù)，也是目前遙感發(fā)展的一大趨勢。聯(lián)合國制定的有關(guān)政策，在一定程度上鼓勵(lì)了衛(wèi)星公司制造商用高分辨率地球觀測衛(wèi)星的計(jì)劃，這類衛(wèi)星多為私營公司擁有，其地面分辨率為l~5m，如美國的IKO)NOS系列、QUICKBIRD系列、ORBVIEW系列和以色列的EROS系列等。商業(yè)衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的特點(diǎn)：以應(yīng)用為導(dǎo)向，強(qiáng)調(diào)采用實(shí)用技術(shù)系統(tǒng)和市場運(yùn)行機(jī)制，注重配套服務(wù)和經(jīng)濟(jì)效益，成為非常重要的遙感信息的補(bǔ)充。當(dāng)前遙感發(fā)展的主要特點(diǎn)和趨勢遙感發(fā)展趨勢（4）商業(yè)遙感時(shí)代的到來遙感發(fā)展趨勢（4）商業(yè)遙感時(shí)代的到來遙感發(fā)展趨勢（5）遙感研究亟待解決的問題遙感仍處在由定性向定量的過渡階段，其精度還不能完全滿足不同用戶的需求；海量遙感數(shù)據(jù)有效地存儲(chǔ)、管理和使用，已成為世界各國科技工作者急需解決的問題之一；遙感數(shù)據(jù)的融合與壓縮、遙感信息的自動(dòng)識(shí)別、影像理解和應(yīng)用仍然是未來遙感面臨的重要問題；定量遙感、新型數(shù)據(jù)處理、相關(guān)技術(shù)的結(jié)合等方面，與生產(chǎn)應(yīng)用尚有差距；遙感的國際間合作問題還有待進(jìn)一步探索，高分辨率影像為維護(hù)世界安全、保護(hù)環(huán)境和提高全人類的生活水平帶來了機(jī)遇，但同時(shí)也應(yīng)防范它可能帶來的負(fù)面影響。

4、遙感技術(shù)的特點(diǎn)宏觀性——同一時(shí)刻獲取大面積數(shù)據(jù)資料空間覆蓋范圍廣闊、有利于同步觀測影像包含各種地表景觀信息一景TM影像為185×185平方公里一景MODIS影像為2330×2330平方公里4、遙感技術(shù)的特點(diǎn)動(dòng)態(tài)性——快速、周期性地對同一地點(diǎn)連續(xù)觀測重復(fù)探測，有利于進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析對同一地區(qū)重復(fù)觀測一次Landsat16天SPOT衛(wèi)星26天CBERS衛(wèi)星4-5天氣象衛(wèi)星FY-1每天可覆蓋地球2次LasVegas,1992LasVegas,1986LasVegas,19724、遙感技術(shù)的特點(diǎn)光譜覆蓋范圍廣，信息量大可以獲得可見光、紫外、紅外及微波波段的信息可以進(jìn)行二維和三維的監(jiān)測4、遙感技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)代遙感的新特點(diǎn)高空間分辨率高光譜分辨率高時(shí)間分辨率……遙感的缺點(diǎn)監(jiān)測精度受飛行高度和傳感器識(shí)別能力的影響遙感數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)不完善，使得大量的遙感數(shù)據(jù)無法有效利用。4、遙感技術(shù)的特點(diǎn)第二節(jié)、遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感系統(tǒng)不是單獨(dú)的一個(gè)衛(wèi)星、傳感器，而是一個(gè)復(fù)雜的完整的系統(tǒng)！遙感技術(shù)系統(tǒng)的組成信息源信息的獲取信息的記錄和傳輸信息的處理信息的應(yīng)用第二節(jié)、遙感技術(shù)系統(tǒng)信息接收、處理用戶實(shí)況調(diào)查分析判斷物體（1）信息源（2）信息獲?。?）信息接收（4）信息處理（5）信息應(yīng)用遙感傳感器數(shù)字介質(zhì)或膠片第二節(jié)、遙感技術(shù)系統(tǒng)信息源任何地物都可以發(fā)射、反射和吸收電磁波信號(hào)，都是遙感信息源目標(biāo)物與電磁波發(fā)生相互作用，會(huì)形成目標(biāo)物的電磁波特性，這為遙感探測提供了獲取信息的依據(jù)

第二節(jié)、遙感技術(shù)系統(tǒng)信息的獲取地物空間信息主要由搭載在遙感平臺(tái)上的傳感器來獲取傳感器：接收、記錄地物電磁波特征的儀器，主要有：掃描儀、雷達(dá)、攝影機(jī)、光譜輻射計(jì)等遙感平臺(tái)：裝載傳感器并能使其正常工作的工具，主要有：地面平臺(tái)、空中平臺(tái)、空間平臺(tái)MSS傳感器、TM傳感器遙感平臺(tái)第二節(jié)、遙感技術(shù)系統(tǒng)信息的記錄和傳輸傳感器接收到目標(biāo)地物的電磁波信息，記錄在數(shù)字介質(zhì)或膠片上數(shù)字介質(zhì)上的信息可通過衛(wèi)星上的微波天線傳輸給地面衛(wèi)星接收站（航天遙感數(shù)據(jù)）；膠片由人或回收艙送至地面回收（航空/近地面遙感數(shù)據(jù)）第二節(jié)、遙感技術(shù)系統(tǒng)地面衛(wèi)星接收站：接收、處理、存檔、分發(fā)各類地球資源遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)技術(shù)研究，為遙感應(yīng)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)2、

遙感技術(shù)系統(tǒng)中國科學(xué)院遙感衛(wèi)星地面站2、

遙感技術(shù)系統(tǒng)遙感信息處理定義：運(yùn)用光學(xué)儀器和計(jì)算機(jī)設(shè)備對所獲取的遙感