第一讲 遥感概述、遥感物理基础

遥感概述遥 感n 现代空间科学、空间技术的重要组成部分；n 对地观测系统的技术支柱；n “3S”（ GIS， GPS， RS）构成之一；n 全方位、多时相、定量地获取地表信息；n 数字地球、全球变化、持续发展等研究：n 20世纪人类的重要成就之一，是深刻改变了人类生存方式的技术：信息战争、精准农业等。主要内容n 遥感基础：概念、技术组成、分类、特点、发 展、应用等；n 物理基础：电磁波谱、地物电磁波谱特征；n 技术系统：传感器、遥感平台、信息传输与处理、 应用；n 遥感数据特点与评价：几何、辐射、时间分辨率；n 数据处理：校正、增强、分类；n 信息提取：人工、自动、人 机协同；n 遥感应用：资源环境调查、动态监测、数据更新等。 一 、遥感概述一、遥感概念（ Remote Sensing）广义： 一种远离目标、通过非直接接触 /非物理接触而获取目标物数据，对数据进行分析来判定、测量目标物性质的技术；狭义： 指在高空和外层空间的各种平台上，运用各种传感器（如摄影仪、扫描仪、雷达等），获取地表的信息，通过数据的传输和处理，从而实现研究地面物体形状、大小、位置、性质及其与环境的相互关系的一门现代化应用技术学科；二、遥感技术系统的构成1、 传感器 (remote sensor)： 接受从目标物 辐射（发射、反射等）的电磁波信息的装置；2、 遥感平台 (platform)： 搭载传感器的移动物体；n 近地面平台：汽车、高塔等；n 航 空 平 台：飞机、气球等；n 航 天 平 台：人造卫星、宇宙飞船、航天飞机；3、 遥感信息的传输与处理；4、 遥感信息的分析与应用。三、遥感技术的特点2、 光谱特点 ：多谱段，如紫外线、可见光、红 外线、微波等；3、 时间特点 ：实时、周期性，如 Landsat 16 天 , Spot 26天 , NOAA 1/2天。1、 空间特点 ：宏观 如 Landsat-TM 185185km2, SPOT 6060km2;四、遥感技术的分类1、按平台分：近地面遥感、航空遥感、 航天遥感；2、按传感器的工作波段：可见光遥感、 红外遥 感、微波遥感等；3、按传感器的工作方式：被动遥感、主 动遥感；4、按数据的表示方式：成像遥感、非成 像遥感。2、按传感器的工作波段：紫外遥感：探测波段 0.05-0.38um可见光遥感：探测波段 0.38-0.76um红外遥感：探测波段 0.76-1 000um微波遥感：探测波段 1mm-10m多波段遥感：探测波段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。3、按传感器的工作方式：被动遥感 ：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 ：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主动遥感与被动遥感反射太阳辐射被动遥感目标物发射被动遥感主动遥感4、按数据的表示方式：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输出或记录在磁带上而不产生图像。5、按波段宽度及波谱的连续性：高光谱遥感 ：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 ：宽波段遥感，波段宽度一般大于100nm, 波段在波谱上不连续。6、按遥感应用领域：l大的研究领域：外层空间遥感，大气层遥感，陆地遥感，海洋遥感等l具体应用领域：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。l按应用空间尺度分类 可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。全球遥感：全面系统地研究全球性资源与环境问题的遥感的统称 区域遥感：以区域资源开发和环境保护为目的的遥感信息工程，它通常按行政区划（国家、省区等）和自然区划（如流域）或经济区进行。城市遥感：以城市环境、生态做为主要调查研究对象的遥感工程。五、遥感技术的发展1、简要回顾：无记录地面遥感（ 1608年 -1838年） 有记录地面遥感（ 1839年 -1857年）1608年 汉斯李波尔塞制造了世界第一架望远镜1609年 伽利略制作了放大 3倍的科学望远镜1839年 达盖尔和尼普斯拍摄照片，第一次成功地把事物形象地记录在胶片上1849年法国人艾米 劳萨达特制定摄影测量计划，成为有目的、有记录的地面遥感发展阶段的标志望远镜和照相机的出现，突破了远距离遥感的第一关； 空中摄影遥感阶段（ 1859-1956年）1859年 G.F.陶纳乔 系留气球 法国巴黎鸟瞰像片1860年 J.W. 布莱克与 S.金乘气球升空至 630m 美国波士顿市照片1861 年 4月 Thaddeus Lowe 教授在俄亥俄州辛辛那提登上气球进行气象观测“鸽子队 ”： 70mm航空相机 ,试验性的空中摄影， 19031903年莱特兄弟发明飞机， 1909年第一次从飞机上拍摄意大利森托塞尔地区上空像片，促使航空遥感向实用化迈进。第一次世界大战期间，航空摄影成为军事侦察的重要手段一次大战中欧洲战壕战争后期研制的航空摄影立体自动测图、二战前夕（ 1935年）研制成功的彩色摄影胶片，使航空遥感的几何分析与光谱分析前进了一大步1926 年的 Robert Goddard (1889-1945)及他的第一个液体燃料火箭二次世界大战 ，航空技术 的发展，又突破了地面平台的限制，出现了 航空遥感微波雷达出现，红外技术应用于军事侦察，使遥感探测的电磁波谱段得到了扩展著作：航空遥感方法与理论的总结： 航空像片：应用与判读 、 航空摄影与航空测量 期刊： 摄影测量工程 即 摄影测量工程与遥感 的前身 1945年创刊。航天遥感阶段（ 1957年 -）20世纪 50年代末， 人造卫星 的发射，使遥感技术平台上升到远离地球表面的太空，出现了 航天遥感 ；1957年 10月 4日 苏联第一颗人造地球卫星发射成功1959年 9月 美国 “先驱者 2号 ”探测器拍摄了地球云图， 10月 苏联 “月球 3号 ”航天器拍摄月球背面照片1960年 美国 “泰罗斯 ”与 “雨云 ”气象卫星云图，美国海军研究局的普鲁伊特最早使用 “遥感 ”一词1971年 美国 “阿波罗 ”宇宙飞船对月球表面航空摄影测量1972年 美国地球资源卫星 ERS-1（后成为陆地卫星）上天第一颗人造地球卫星Sputnik I (前苏联 )October 4, 1957 (about the size of a basketball, weighing 83 kg 182 lb), with radio and one scientific instrument)发射 Sputnik I 用的 Semiorka火箭Apollo 8于 1968 年圣诞期间经过月球表面拍摄到的地球照片20世纪 80年代 美国第二代试验型地球资源卫星，Landsat 4,5。 1986年，法国开始发射 SPOT卫星系列。20世纪 90年代 欧空局、日本相继发射 ERS、 JERS系列卫星，印度和俄罗斯发射 IRS和 RESURS1995年，加拿大发射 RADARSAT-1,微波遥感技术重大进展。1999年，美国宇航局和地质调查局合作发射 Landsat 71999年 10月，中巴地球资源卫星（ ZY-1）2000年，美国光谱成像公司成功发射高分辨率小卫星IKONOS，携带数字相机， 1m与 4m分辨率2000年，美国奋进号 SRTM合成孔径雷达干涉成像雷达系统 世界第一个直接获取全球三维地形信息的双天线合成孔径雷达干涉测量系统2、中国遥感发展概况20世纪 50年代 开始系统的航空摄影，用于地形图编制和更新等20世纪 70年代 -80年代起步， 80年代后期 -90年代前期的试验应用阶段， 90年代后期实用化产业化。20世纪 70年代以来 遥感事业取得显著成就，成功发射多颗人造卫星，自行研制多类型传感器航空摄影测绘已进入业务化阶段，全国范围内地形图普遍采用航空摄影测量，开展航空专题遥感试验、大规模卫星遥感技术应用研究1970年 4月 24日 发射第一颗人造卫星 “东方红 1号 ”，此后相继发射了数十颗不同类型的人造卫星，风云 1号， 2号，中巴资源卫星，北斗定位导航卫星，北京 1号小卫星等传感器 机载地物光谱仪、多光谱扫描仪、红外扫描相机、真实孔径雷达、微波辐射计、激光高度计等。自 1970年发射第一颗 “东方红 ”一号卫星以来，中国共向空间发射了 47颗国产卫星和 3艘试验飞船，其中：气象卫星 6返回式遥感卫星 17通信卫星