环境遥感技术及应用（田静毅）01绪论.ppt

环境遥感技术及应用,田静毅,授课学时：16理论+16实验 考察,遥感概论,第一章 遥感概述 第二章 电磁波谱与地物波谱特征 第三章 遥感传感器 第四章 遥感图像处理 第五章 遥感图像目视解译与制图 第六章 遥感影像计算机解译 第七章 环境遥感应用 第八章 3S集成技术应用,第一章 遥感概述,本章提要 1 遥感绪论 2 遥感概念和遥感数据 3 遥感的特性 4 遥感平台 5 遥感数据的类型 5 遥感技术系统 6 遥感数据的应用领域 7 遥感的发展简况,本章主要介绍遥感概念、遥感的特点、遥感数据、遥感数据类型、遥感数据的应用以及遥感技术的发展。,遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性探测技术。 遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、数学和地理学密切相关。 遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境 资源的调查和规划不可缺少的有效手段。,1 遥感绪论,遥感发展概况,Remote Sensing 的提出：美国学者布鲁伊特于 1960年提出，61年正式通过。 遥感发展的三个阶段： 萌芽阶段 航空遥感阶段 航天遥感阶段,History of aerial photography and aerial platforms,J N Niepce (1826, France )尼埃普斯 The worlds first photographic image,Upper loft of the house,Pear tree & a patch of sky showing,Another wing of the house,The slanting roof of the barn,G F Tournachon 图尔纳雄 (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.,Intrepid balloon, 1862 The balloon being inflated by using portable hydrogen generating system during the Civil War .,航空遥感阶段,1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。 1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。 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。,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 covered 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.,Aerial photography in World war II,Figure Vertical aerial photograph of a V2 rocket launching facility a Peenemunde in World War II.,航天遥感阶段 1957年，前苏联第一颗卫星 1960年第一颗气象卫星TIROS-I，病虫害及受灾植被 20世纪60年代中期，1960年美国发射TIROS-1和NOAA-1太阳同步卫星，实现了真正从航天器上对地球进行长期探测 。 1972年美国第一颗地球观测卫星Landsat发射成功。 1975年第二颗陆地卫星。,1982 年 Landsat 一 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 遥感器，分辨率提高到 10 米 1988 年 9 月 7 日中国发射的第一颗“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 10 月 14 日中国成功发射资源卫星1号,多种探测技术的集成日趋成熟，如雷达、多光谱成像与激光测高、GPS的集成可以同时取得经纬度坐标和地面高程数据，由于实时测图。 随着遥感应用向广度和深度发展，遥感探测更趋于实用化、商业化和国际化。,中国遥感技术的发展,我国自1970年4月24日发射“东方红1号”人造卫星后，相继发射了数十颗不同类型的人造地球卫星，使得我国开展宇宙探测、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-巴西地球资源卫星CBERS-1的成功发射，使我国拥有了自己的资源卫星。在遥感图形处理方面，已开始从普遍采用国际先进的商品化软件向国产化迈进。在科技部、信息产业部的倡导下，国产图像处理软件从研制走向了商品化，并占有一定的市场份额，如photomapper等。在遥感应用方面，国家将遥感列入重点攻关项目和“863”工程。,遥感( Remote Sensing )概念 广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。 遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。,2 遥感概念和遥感数据,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 被动遥感:传感器不向目标发射电磁波，仅被动地接收目标物的自身发射和对自然辐射的反射能量,遥感数据 太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据,2 遥感概念和遥感数据,遥感数据的特性,空间特性 视域范围大，具有宏观特性 由于探测距离远，传感器所获得的地面影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地卫星5号（Landsat 5 ）为例，它距离地表的高度是705.3 km，对地球表面的扫描宽度是185 km，一幅TM图像可以全部覆盖我国海南岛大小的面积。,覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。,光谱特性：探测的波段从可见光向两侧延伸,扩大了地物特性的研究范围 目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、红外线和微波。,Here is an example of three bands, green, red and near infra-red displayed separately as grayscale,green,red,Near-infra red,多波段图像,时相特性：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测 航空与航天飞行器运行快、周期短，可获得多时相数据。例如Landsat 覆盖地球一遍所需时间仅16天，而气象卫星的周期更短（1天或半天）。,二、遥感技术的特点,多时相性 重复探测，有利于进行动态分析。,Las Vegas, 1992,Las Vegas, 1986,Las Vegas, 1972,多时相性 重复探测，有利于进行动态分析。,1986,2002,1992,遥感的特点 大面积的同步观测 如一幅Landsat图像，覆盖面积185 km185 km， 在56 min内可完成扫描，实现对地的大面积同步观测。所取得的数据可进行大面积资源和环境调查，并且不受地形阻隔等限制。 时效性 遥感探测可以在短时间内对同一地区进行重复探测，监测地球上许多事物的动态变化。一般地球资源卫星89天可重复一次，气象卫星每天两次，而传统的地面调查需要花费大量的人力和物力，且周期很长。因此，遥感方法具有很好的时效性。遥感在天气预报、火灾和水灾监测以及军事行动等领域的应用，反映了遥感方法的时效性优势。,3 遥感的特性,数据的综合性和可比性 遥感获得的地物电磁波特性数据综合地反映了地球上许多自然、人文信息，客观地记录了地面的实际状况，数据综合性很强。 不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性。 经济性 从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。如Landsat卫星的投入与效益比估计为1:80 。 局限性 信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。 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。,红树林在绿波段的影像,红树林在红波段的影像,红树林在近红外波段的影像,多波段性,遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为： 地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。 航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。 航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火 箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。 人造地球卫星的类型： 低高度、短寿命卫星：150-350 km，用于军事。 中高度、长寿命卫星：350-1800 km，地球资源。 高高度、长寿命卫星：约3600 km，通信和气象。,4 遥感平台,按平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。 按电磁波段分 可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥感数据等。 按传感器的工作方式分 主动遥感、被动遥感数据。,5 遥感数据的类型,6 遥感技术系统,遥感信息源 空间信息获取 遥感数据传输与接收 遥感图像处理 遥感信息提取与分析,遥感技术系统,遥感信息源,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,空间信息的提取,地物空间信息主要由搭载在遥感平台上的遥感器来获取,遥感数据的传输和接收,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,地面卫星接收站,接收、处理、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,遥感图像处理,硬件系统 计算机 数字化设备 大容量存贮设备 显示器和输出设备,计算机是图像处理的核心，大的内存和高的CPU速度可以有助于加快处理速度。苹果机由于具有严格的色彩管理系统，是图像处理的首选。 数字化设备，为了采集数字图像需要两种装置，一种是传感器，它将所接收到得电磁辐射能量转变成与能量成正比的模拟信号，另一种是数字化设备，能将模拟信号或者模拟图像转化为数字形式。这两种设备安装在遥感平台上，用户得到的是数字图像。 目前数字化设备有数码相机，数码摄像机和扫描仪。如果用户得到的是打印输出后的图像，则需要自己将其转化为数字图像。,大容量存贮设备 遥感数字图像数据量很大，一景包括7个波段的landsat5的TM图像文件，需要至少占用200MB的存储空间，高光谱图像则可能需要超过1GB的存储空间。 显示器和输出设备 是基本的图像显示设备，专业的大尺寸显示器和多屏显示器有助于提高图像的处理效率。彩色高分辨率打印输出成为主要趋势。,遥感数字图像处理系统,ERDAS IMAGINE 是美国ERDAS 公司开发的遥感图像处理系统。它以其先进的图像处理技术，友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的模型开发工具以及高度的RS/GIS（遥感图像处理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势。 特色是专家模型系统、可视化建模工具与ARCGIS的高度集成。,ENVI美国ITT公司开发的一套功能齐全的遥感图像处理系统，是处理、分析并显示多光谱数据、高光谱数据和雷达数据的高级工具。能够进行地物目标识别。完全由IDL开发，方便灵活，可扩展性强。获2000年美国权威机构NIMA遥感软件测评第一。 特色有丰富的高光谱处理工具和内嵌的IDL开发语言。,PCI GEOMATICA是加拿大PCI公司开发的用于图像处理，制图，GIS,雷达数据分析多功能软件系统，包括400多个模块，组成了一个非常全面的遥感图像处理系统。 特色功能是工具箱和建模系统。,软件系统典型功能 数据输入模块 几何校正模块 图像变换模块 图像融合模块 图像分类模块 图像分析模块 图像输出模块,6、遥感的应用,遥感应用从内容上可以概括为资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划及全球宏观研究四大领域。,一、遥感在资源调查方面的应用,在农业、林业方面的应用：农、林土地资源调查、病虫害、土壤干旱、盐化沙化的调查及监测。 土地利用类型调查 精细农业 作物估产 “三北”防护林遥感综合调查,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,在水文、水资源方面的应用 水资源调查、流域规划、水土流失调查、海洋调查等。 青藏高原水资源调查 夏威夷群岛淡水资源,二、遥感在环境监测评价等方面的应用,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 森林火灾,三、在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、遥感在全球性宏观研究中的应用,全球性问题与全球性