《環(huán)境遙感概論》課件

環(huán)境遙感概論環(huán)境遙感是利用遙感技術(shù)來獲取和分析環(huán)境信息。它涵蓋了地球表面各種環(huán)境要素，包括植被、水體、土壤、地質(zhì)、大氣等。遙感技術(shù)概述獲取數(shù)據(jù)衛(wèi)星通過傳感器獲取地球表面信息，例如光學(xué)圖像。數(shù)據(jù)處理將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可解釋的圖像或信息，如地圖。應(yīng)用廣泛廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、土地利用、災(zāi)害預(yù)警等領(lǐng)域?？臻g分析對遙感數(shù)據(jù)進行分析，提取地理信息，如土地覆蓋類型。遙感數(shù)據(jù)獲取方式地面觀測地面觀測是直接獲取數(shù)據(jù)的方式，人員在地面上進行測量，采集各種環(huán)境信息。這種方式能獲得精確的數(shù)據(jù)，但成本高，效率低，難以覆蓋大范圍區(qū)域。航空遙感航空遙感利用飛機或無人機搭載傳感器進行數(shù)據(jù)采集，具有更高的空間分辨率和更廣闊的覆蓋范圍，適合進行區(qū)域性環(huán)境監(jiān)測。衛(wèi)星遙感衛(wèi)星遙感利用衛(wèi)星搭載傳感器對地球進行觀測，具有全球覆蓋范圍，能夠獲取長期時間序列數(shù)據(jù)，是環(huán)境監(jiān)測的重要手段。遙感傳感器分類11.傳感器類型根據(jù)探測能量類型，傳感器可分為被動傳感器和主動傳感器。22.傳感器工作波段傳感器可分為可見光/近紅外、中紅外、熱紅外、微波等。33.空間分辨率指傳感器能分辨的地面最小單元，也稱為地面分辨率。44.時間分辨率指傳感器對同一區(qū)域進行重復(fù)觀測的時間間隔。遙感成像原理1目標輻射能量地球表面物體反射或發(fā)射的電磁輻射能量，包含目標的各種信息。2傳感器接收遙感傳感器接收目標輻射的電磁波信號，并將其轉(zhuǎn)換為可測量的信號。3數(shù)據(jù)處理與分析對傳感器接收的信號進行處理、分析，提取目標的特征信息，最終生成遙感圖像。光譜與遙感圖像特性遙感圖像可以識別不同地物的光譜特征，并將其轉(zhuǎn)化為可視化的圖像信息。光譜信息可以反映地物的物質(zhì)組成、化學(xué)成分以及物理狀態(tài)，為環(huán)境監(jiān)測、土地利用分類、資源勘探等應(yīng)用提供重要的數(shù)據(jù)支撐。遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理幾何校正消除傳感器、地球曲率和地形起伏帶來的幾何變形，使圖像與地面坐標系一致。輻射校正消除傳感器、大氣和地表反射率的影響，使圖像數(shù)據(jù)反映地物的真實輻射能量。噪聲去除去除數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的噪聲，例如隨機噪聲和條帶噪聲。鑲嵌與拼接將多個圖像拼接成一個完整的場景，或?qū)⒉煌瑫r期的圖像進行拼接，方便分析。影像配準將不同時期、不同傳感器或不同坐標系下的圖像進行配準，便于比較和分析。遙感圖像增強目的增強圖像對比度和清晰度，突出目標信息，便于分析解釋。方法直方圖均衡化對比度拉伸空間濾波邊緣增強應(yīng)用增強圖像細節(jié)，改善可視化效果，提高圖像質(zhì)量。示例遙感圖像分類方法基于像元分類將遙感圖像分割成一個個像素單元，根據(jù)每個像素的光譜特征對其進行分類。面向?qū)ο蠓诸悓⑦b感圖像分割成具有相同特征的區(qū)域，對這些區(qū)域進行分類。機器學(xué)習(xí)分類利用機器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)訓(xùn)練樣本對遙感圖像進行分類。深度學(xué)習(xí)分類利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，自動學(xué)習(xí)遙感圖像的特征，進行分類。監(jiān)督分類算法11.最大似然法最大似然法是一種常用的監(jiān)督分類算法，它基于概率統(tǒng)計理論，根據(jù)每個類別樣本的統(tǒng)計特征，計算每個像素屬于各個類別的概率，并將其歸為概率最大的類別。22.最近鄰分類法最近鄰分類法是一種簡單的分類算法，它根據(jù)待分類像素與已知類別樣本的距離，將其歸為距離最近的樣本所在的類別。33.支持向量機支持向量機是一種強大的分類算法，它通過尋找最優(yōu)分類超平面來實現(xiàn)分類，具有良好的泛化能力和魯棒性。44.決策樹決策樹是一種樹狀結(jié)構(gòu)，它根據(jù)一系列特征值進行判斷，最終將待分類像素歸為某個類別。無監(jiān)督分類算法K-均值聚類根據(jù)數(shù)據(jù)點與聚類中心的距離進行劃分。層次聚類通過逐步合并或分割數(shù)據(jù)點來構(gòu)建聚類層次結(jié)構(gòu)。密度聚類識別數(shù)據(jù)集中密度較高的區(qū)域，將這些區(qū)域劃分為不同的聚類。遙感數(shù)據(jù)融合1多源數(shù)據(jù)融合結(jié)合不同傳感器2幾何校正消除幾何畸變3數(shù)據(jù)配準對齊不同數(shù)據(jù)4融合算法生成新圖像遙感數(shù)據(jù)融合是一種將不同來源的遙感數(shù)據(jù)結(jié)合起來的技術(shù)。通過融合不同傳感器獲取的信息，可以提高數(shù)據(jù)的空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率。三維遙感技術(shù)三維遙感技術(shù)可以獲取地表三維信息，包括高度、地形、地貌等。與傳統(tǒng)二維遙感相比，三維遙感可以提供更加豐富、直觀和精確的地理空間信息。三維遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測、城市規(guī)劃、自然資源管理、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。遙感在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用大氣監(jiān)測監(jiān)測空氣質(zhì)量，如污染物濃度、氣體排放，幫助制定環(huán)境保護策略。水環(huán)境監(jiān)測監(jiān)測水體質(zhì)量，如水體污染程度、水質(zhì)變化，評估水資源狀況。森林資源監(jiān)測監(jiān)測森林覆蓋率、植被生長狀況，了解森林資源變化趨勢。土壤監(jiān)測監(jiān)測土壤成分、土壤肥力，了解土壤質(zhì)量變化，評估土地利用狀況。遙感在土地利用監(jiān)測中的應(yīng)用土地利用變化監(jiān)測遙感技術(shù)可以有效監(jiān)測土地利用的變化情況。通過對比不同時期的遙感影像，可以識別出土地利用類型的變化趨勢，例如耕地、林地、草地、建設(shè)用地等的增減變化。土地利用結(jié)構(gòu)分析通過遙感數(shù)據(jù)分析，可以了解不同土地利用類型的空間分布特征，并分析土地利用結(jié)構(gòu)的合理性。這有助于制定合理的土地利用規(guī)劃，促進土地資源的合理利用。土地利用管理遙感技術(shù)可以為土地管理提供重要信息支持。例如，通過遙感監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)違法占用土地的行為，并進行有效監(jiān)管。遙感在森林資源監(jiān)測中的應(yīng)用森林覆蓋率監(jiān)測遙感技術(shù)可用于監(jiān)測森林覆蓋率的變化，評估森林砍伐和退化情況。森林生物量監(jiān)測利用遙感數(shù)據(jù)可以估算森林生物量，幫助了解森林的碳儲存能力。森林火災(zāi)監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)，并評估火災(zāi)面積和蔓延趨勢。病蟲害監(jiān)測遙感圖像可以識別受病蟲害侵染的區(qū)域，及時采取防治措施。遙感在水環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用水體污染監(jiān)測遙感監(jiān)測水體污染物，如氮磷、重金屬、有機物。分析水體顏色、渾濁度、葉綠素濃度，評估水質(zhì)狀況。水資源調(diào)查利用遙感監(jiān)測水體面積、水深、水位變化，獲取水資源分布信息。為水資源管理、水利工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。水體富營養(yǎng)化監(jiān)測遙感監(jiān)測水體富營養(yǎng)化程度，如藻類、浮游生物等，評估水體生態(tài)狀況，制定水體治理方案。水文要素監(jiān)測遙感監(jiān)測水文要素，如水流速度、水溫、水深，了解水體動態(tài)變化，為水資源管理提供重要數(shù)據(jù)。遙感在大氣監(jiān)測中的應(yīng)用空氣質(zhì)量監(jiān)測遙感監(jiān)測大氣污染物濃度，如二氧化硫、氮氧化物和臭氧，評估空氣質(zhì)量，并為環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。氣候變化研究遙感監(jiān)測全球氣溫變化，研究溫室氣體排放對氣候的影響，預(yù)測未來氣候變化趨勢。天氣預(yù)報遙感監(jiān)測云層覆蓋、降雨量、風(fēng)速等天氣要素，為天氣預(yù)報和災(zāi)害預(yù)警提供重要數(shù)據(jù)。遙感在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用礦產(chǎn)資源勘探遙感技術(shù)可用于識別礦產(chǎn)資源分布區(qū)域，如金屬礦、非金屬礦和能源礦。地質(zhì)構(gòu)造分析遙感圖像可以清晰地顯示地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶皺和巖層走向，為地質(zhì)研究提供重要依據(jù)。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測遙感技術(shù)可以監(jiān)測滑坡、泥石流、地震等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況，為災(zāi)害預(yù)警和防治提供支持。地下水資源探測遙感技術(shù)可以幫助探測地下水資源分布，為地下水資源開發(fā)利用提供參考。遙感在自然災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用11.災(zāi)害評估遙感圖像可以快速獲取災(zāi)害區(qū)域的影像信息，幫助評估災(zāi)害的范圍、程度和影響。22.災(zāi)害預(yù)警通過監(jiān)測氣象數(shù)據(jù)和環(huán)境變化，遙感可以提前預(yù)警潛在的自然災(zāi)害，如洪水、地震、干旱等。33.災(zāi)后重建遙感技術(shù)可以幫助災(zāi)后重建工作，如規(guī)劃重建區(qū)域、評估重建進度，以及監(jiān)測重建效果。遙感在城市規(guī)劃中的應(yīng)用城市規(guī)劃遙感數(shù)據(jù)提供城市發(fā)展空間的全面信息，如土地利用狀況、人口密度、基礎(chǔ)設(shè)施分布等。城市擴張監(jiān)測城市擴張趨勢，評估城市發(fā)展對環(huán)境的影響，預(yù)測未來城市發(fā)展趨勢。交通規(guī)劃分析城市交通流量和擁堵情況，規(guī)劃城市交通網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化城市交通系統(tǒng)。城市綠地評估城市綠地覆蓋率，監(jiān)測城市綠地變化，規(guī)劃城市綠地系統(tǒng)，改善城市生態(tài)環(huán)境。遙感在農(nóng)業(yè)監(jiān)測中的應(yīng)用作物長勢監(jiān)測通過分析不同時相的遙感數(shù)據(jù)，監(jiān)測作物生長狀況，比如葉面積指數(shù)、植被覆蓋度等，及時發(fā)現(xiàn)病蟲害、干旱等問題。精準施肥病蟲害防治灌溉優(yōu)化土地利用變化監(jiān)測利用遙感影像識別耕地、林地、草地等土地利用類型，監(jiān)測土地利用變化趨勢，為農(nóng)業(yè)政策制定和資源管理提供數(shù)據(jù)支持。土地利用變化監(jiān)測農(nóng)業(yè)資源評估土地規(guī)劃遙感在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測遙感可以監(jiān)測森林覆蓋度變化，評估植被生長狀況，監(jiān)測物種分布。污染監(jiān)測遙感監(jiān)測大氣污染物，水體污染，土壤污染。自然災(zāi)害評估遙感監(jiān)測洪水、干旱、地震等自然災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展，并評估其影響。生物多樣性監(jiān)測遙感監(jiān)測生物多樣性變化趨勢，評估瀕危物種棲息地變化。遙感在海洋監(jiān)測中的應(yīng)用海面溫度監(jiān)測遙感監(jiān)測海水溫度變化，例如厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象，分析海洋熱量變化，識別洋流變化。海洋生物資源監(jiān)測遙感監(jiān)測海洋生物多樣性，例如珊瑚礁和魚類分布，評估海洋生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。海洋污染監(jiān)測遙感監(jiān)測海洋污染物，例如石油泄漏和赤潮，及時發(fā)現(xiàn)和處理污染事件。海洋環(huán)境監(jiān)測遙感監(jiān)測海洋環(huán)境變化，例如海面風(fēng)速和海浪高度，提供海洋預(yù)報和災(zāi)害預(yù)警信息。遙感在環(huán)境評價中的應(yīng)用環(huán)境影響評價利用遙感技術(shù)監(jiān)測環(huán)境變化，評估工程建設(shè)對環(huán)境的影響。污染源識別遙感圖像可以識別污染源，監(jiān)測污染物排放情況，評估污染程度。生態(tài)系統(tǒng)評價遙感技術(shù)可以監(jiān)測生態(tài)環(huán)境變化，評估生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，為生態(tài)保護提供依據(jù)。遙感數(shù)據(jù)處理軟件介紹11.ENVIENVI是一個功能強大且常用的遙感圖像處理軟件，提供豐富的圖像處理功能和工具，適用于各種遙感數(shù)據(jù)分析。22.ERDASImagineERDASImagine是另一個強大的遙感數(shù)據(jù)處理軟件，具備強大的圖像處理、分析和可視化功能，廣泛應(yīng)用于地球科學(xué)領(lǐng)域。33.ArcGISArcGIS是一款地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件，除了地圖繪制和空間分析外，還包含強大的遙感圖像處理工具，提供數(shù)據(jù)管理、分析和可視化功能。44.QGISQGIS是一個開源的地理信息系統(tǒng)軟件，具有豐富的遙感圖像處理擴展，可以用于各種遙感數(shù)據(jù)分析和可視化。遙感技術(shù)發(fā)展趨勢1更高分辨率傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，分辨率不斷提高。2多光譜與高光譜光譜范圍更廣，可獲取更多信息。3合成孔徑雷達（SAR）不受云層影響，全天候獲取數(shù)據(jù)。4無人機遙感靈活機動，可獲取高分辨率數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，分辨率不斷提高；光譜范圍更廣，可獲取更多信息；合成孔徑雷達（SAR）不受云層影響，全天候獲取數(shù)據(jù)；無人機遙感靈活機動，可獲取高分辨率數(shù)據(jù)。遙感在環(huán)境保護中的作用環(huán)境監(jiān)測遙感技術(shù)可以監(jiān)測大氣污染、水污染、土壤污染、森林砍伐等環(huán)境問題。資源管理遙感可以幫助監(jiān)測土地利用變化、水資源分布、生物多樣性等，為資源管理提供數(shù)據(jù)支持。環(huán)境評價遙感可以對環(huán)境變化進行評估和預(yù)測，為環(huán)境保護決策提供科學(xué)依據(jù)。環(huán)境監(jiān)管遙感技術(shù)可以幫助監(jiān)管環(huán)境污染排放、生態(tài)環(huán)境保護等，提高環(huán)境執(zhí)法效率。遙感技術(shù)應(yīng)用實例分析遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測、土地利用、災(zāi)害監(jiān)測、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。例如，