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空间测地理论与技术 主讲人 马慧云联系方式 lingzi 2002 教学目标 掌握遥感的原理与方法 遥感的技术系统 掌握常用遥感数据的特征和应用 信息提取的方法 了解遥感信息的应用 遥感的发展概况和趋势 掌握有关软件的操作能应用所学知识解决实际问题根据应用目的设计需要的遥感系统 选择适用的遥感数据 采用适当的处理手段 正确地解释图像和结果 包括遥感图像解译和目标识别 教材 彭望碌等编 遥感概论 高等教育出版社 主要参考 孙家柄等著 遥感原理与应用 武汉大学出版社2003年参考书目 遥感与图象解译 第四版 电子工业出版社 遥感应用分析原理与方法 赵英时科学出版社 遥感图象处理应用与分析 戴昌达清华出版社 遥感物理 徐希孺 北大出版社 遥感精解 测绘出版社 1993年 是日本遥感学会以村井为首的集体编写 Fieldguide ERDAS的帮助文件 主要参考教材 第一章遥感概述 第二章遥感电磁辐射基础 第三章遥感成像及影像特性 第四章遥感图像处理 第五章遥感图像目视判读第六章计算机信息提取 第七章遥感技术应用 第八章遥感理论体系及其关键问题 目录 成绩 课堂提问 作业 论文 实验报告 考试总成绩 课堂提问作业论文实验报告 30 考试 70 第一章遥感概述 遥感技术的发展历史及趋势中国遥感事业的发展遥感概念遥感技术系统遥感类型遥感数据的应用 主要内容 FY 1D图像 NOAA 16图像 NOAA 16日期 2003年05月11日时间 04 59 14 UTC UTC指国际标准时间或格林尼治时间 IKONOS图像 地区 中国上海浦东 影像分辨率 1m 采集时间 2000年3月26日 http IKONOS参考网站http GMS图像 思考 和普通的图象有什么异同 能从图象上得到什么 为什么要从那么高的空间对地成像 想了解有关的空间信息 通过什么途径 如何获取信息 遥感的作用或者目的 遥感的发展 概念的提出 1960年美国人提出的 我们可以把遥感看成是人类眼睛的延伸 历史 眼睛 望远镜 摄影机 空中 航天 遥感的物理基础 任何目标都具有发射 反射 吸收电磁波的性质 目标和电磁波的相互作用构成了目标的电磁波特性 JERS 1SAR传感器 合成孔径雷达 SAR SAR是一套多波束合成孔径雷达 工作频率为5 3GHz 属C频段 HH极化 SAR扫描左侧地面 它有5种工作模式 5种模式的照射带分别为 500km 300km 200km 300km与500km 800km 地面分辨率分别为28m 25m 28m 25m 9m l0m 30m 35m与55m 32m 28m 31m 几种常见轨道面 遥感的特点 空间特性 视域范围大 具有宏观特性 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 时相特性 周期成像 有利于进行动态研究和环境监测 获取信息快 更新周期短 多源性 多平台 多时相 多波段 多尺度 数据的综合性和可比性 获取信息的手段灵活经济性 应用广泛局限性 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 1遥感的发展简史 1 无纪录的地面遥感阶段 1608 1838年 1608年 汉斯 李波尔赛制造了世界第一架望远镜 1609年伽利略制作了放大倍数3倍的科学望远镜 从而为观测远距离目标开辟了先河 但望远镜观测不能把观测到的事物用图像的方式记录下来 2 有记录的地面遥感阶段 1839 1857 对探测目标的记录与成像始于摄影技术的发明 并与望远镜相结合发展为远距离摄影 1839年 达盖尔 Daguame 发表了他和尼普斯 Niepce 拍摄的照 第一次成功地把拍摄到事物形象地记录在胶片上 1849年 法国人艾米 劳塞达特 AimeLaussedat 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 3 航空摄影遥感阶段 1858 1956年 1858年 G F 陶纳乔用系留气球拍摄了法国巴黎的 鸟瞰 像片 1903年 J 纽布朗纳设计了一种捆绑在飞鸽身上的微型相机 同年 W 莱特和O 莱特发明了飞机 1909年 W 莱特在意大利的森托塞尔上空用飞机进行了空中摄影 1913年 利比亚班加西油田测量应用航空摄影 在第一次世界大战期间 航空摄影成了军事侦察的重要手段 并形成了一定的规模 1924年 彩色胶片出现 1935年彩色胶片投入市场 第二次世界大战前朝 德 英等国认识到空中侦察和航空摄影的重要军事价值 并在侦察敌方军事态势 部署军事行动等方面收到了实际效果 二战中 微波雷达的出现及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 二战及其以后 出版了一些著作 对航空遥感的方法和理论进行了总结 如1941年A J 厄德莱 Eardey 的 航空像片 应用与判读 J W 巴格莱 Bagley 的 航空摄影与航空测量 等 前者讨论了航空像片的地质学应用及某些地物 包括植被的物征 后者则侧重于航空测量的方法探讨 与此同时 人才培养与专业学术刊物的出版也是这一时期的特点 美国在大学中开设了航空摄影与像片判读的课程 国际地理学会于1949年设立了航空像片应用专业委员会 1945年 美国创刊了 摄影测量工程 杂志 1975年改为 摄影测量工程与遥感 现已成为国际著名的遥感专业刊物之一 这些均对遥感发展成为独立的学科在理论方法上作了充分的准备 奠定了基础 4 航天遥感阶段 1957 1957年10月4日 苏联第一颗人造地球卫星的发射成功 1959年9月美国发射的 先驱者2号 探测器拍摄了地球云图 同年10月苏联的 月球3号 航天器拍摄了月球背面的照片 真正从航天器上对地球进行长期观测是从1960年美国发射TIROS lO和NOAA 1太阳同步气象卫星开始的 1972年ERTS 1 美 发射 后改名为Landsat 1 装有MSS 多光谱扫描器 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SPOT 1发射 装有PAN和XS传感器 分辨率提高到10米1991ERS 1发射 装有SAR1995年RADARSAT发射 装有SAR OnApril1 1960thefirstU S weathersatellitewaslaunchedfromCapeCanaveral FL FirstTIROS 1ImageApril1 1960 北京地区4米遥感影图 美国SPACEIMAGE公司的IKONOS卫星 北京地区1米遥感影象图 同时也发布了北朝鲜导弹基地的1米影象图 陈述彭先生指出 没有遥感 就提不出全球变化这样的科学问题 所以遥感对地学本身有巨大的推动作用 就象望远镜对天文学和物理学的推动作用一样 21世纪遥感技术体系的发趋势 1 多分辨率传感器并存 时间 空间 光谱 2 多波段 多角度及多极化遥感 3 RS GPS与GIS的有机结合构成集成系统 目前空间分辨率 1m 最近0 67m 美国军方15cm 光谱分辨率 5 6nm 美国高光谱600多通道 温度分辨率 0 1 0 3K时间分辨率 重复周期 1 3天 2中国遥感事业的发展 20世纪30年代 于个别城市进行过航空摄影 20世纪50年代开始系统的航空摄影 20世纪70年代以来 航空摄影测绘已进入业务化阶段 我国已经成功地研了多种传感器 其中 成像光谱仪和微波传感器备受关注 在研制新型传感器的同时 还注意到把其中几种传感器组合为集成探测系统 如把航空摄影扫描 成像光谱仪 合成孔径侧视雷达分别与激光高度计 GPS集成 可以同时获得可见光波段 近红外波段或雷达影像 及空间定位 高程数据等三维信息 自1970年4月24日发射 东方红1号 人造卫星以后 相继发射了数十颗不同类型的人造地球卫星 太阳同步的 风云l号 FY lA lE 和地球同步轨道的 风云2号 FY 2A 2B 1999年10月14日中国 巴西地球资源遥感卫星CBERS 1的成功发射 北斗1 2 定位导航卫星及 清华1号 小卫星的成功发射 1986年我国建成了遥感卫星地面站 逐步形成了接收美国Iandsat 法国SPOT 加拿大RADARSAT和中国 巴西CBERS等7颗遥感卫星数据的能力 3遥感的基本概念 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 通常有广义和狭义的理解 广义理解 遥感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 但实际工作中 重力 磁力 声波 地震波等的探测被划为物探 物理探测 的范畴 因而 只有电磁波探测属于遥感的范畴 狭义理解 遥感是指从不同高度的平台 Platform 上 使用各种传感器 Sensor 接收来自地球表层的各种电磁波信息 并对这些信息进行加工处理 从而对不同的地物及其特性进行远距离探测和识别的综合技术 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 3遥感技术系统 信息源信息获取信息记录与传输信息处理信息应用 遥感信息源 任何可以可以发射 反射 吸收电磁波的目标都可以被称为遥感信息源 空间信息获取 地物信息主要由搭载在遥感平台上的传感器获取 传感器接收到目标地物的电磁波信息 记录在数字磁介质或胶片上 遥感平台 装载传感器的工具或设备 主要有地面平台 如遥感车 手提平台 地面观测台等 空中平台 如飞机 气球 其他航空器等 空间平台 如火箭 人造卫星 宇宙飞船 空间实验室 航天飞机等 传感器 接收 记录目标物电磁波特征的仪器 各种光学 无线电仪器 如扫描仪 雷达 摄影机 摄像机 辐射计等 信息获取 在外观上 Terra卫星的大小大概相当于一辆小型校园公汽 它装载的五种传感器能同时采集地球大气 陆地 海洋和太阳能量平衡的信息 遥感数据的传输和接收 胶片是由人或回收舱送至地面回收 而数字磁介质上记录的信息则可通过卫星上的微波天线传输给地面的卫星接收站 地面站接收到遥感卫星发送来的数字信息 记录在高密度的磁介质上 如高密度磁带HDDDT或光盘等 并进行一系列的处理 如信息恢复 辐射校正 卫星姿态校正 投影变换等 再转换为用户可使用的通用数据格式 或转换成模拟信号 记录在胶片上 才能被用户使用 主要接收卫星发下来的遥感图像信息及卫星姿态 星历参数等 发射卫星的国家除了在本土建立接收站以外 还可在其他国家建立接收站 仅仅接收遥感图像信息 本土上的地面接收站还负担发送控制中心的指令 接收卫星发回的有关星上设备工作状态的遥感数据和地面遥测数据收集站发射给卫星的数据 每个接收站都有一个跟踪卫星的大型天线 一般陆地卫星接收站的天线张角为 85 地面接收站 信息处理 硬件系统 计算机显示设备大量存储设备图象输入输出设备 软件系统 数据输入模块几何校正模块图象变换模块图象融合模块图象分类模块图象分析模块 地面站或用户还可根据需要进行精校正处理和专题信息处理 分类等 主要依靠以下两种系统辅助完成 常用遥感图像处理软件 目前国内常用的遥感图像处理软件有 Erdas 美国亚特兰大ERDAS公司集遥感和GIS于一身的软件 Envi 美国BetterSolutionsConsulting有限公司开发的遥感图像处理软件 Idris 是由美国可克拉克大学地理学研究生院制图技术与地学分析实验室开发的 Er mapper EarthResource公司开发的图像处理软件 PCI 加拿大PCI公司的产品 处理遥感图像 信息应用 根据不同的应用目的进行 各个专业领域的人员 在应用的过程中需要大量的信息处理 分析 5遥感的类型 1 按遥感平台分地面遥感 传感器设置在地面平台上 如车载 船载 手提 固定或活动高架平台等 航空遥感 传感器设置于航空器上 主要是飞机 气球等 航天遥感 传感器设置于环地球的航天器上 如人造地球卫星 航天飞机 空间站 火箭等 航宇遥感 传感器设置于星际飞船上 指对地月系统外的目标的探测 2 按传感器的探测波段分紫外遥感 探测波段在0 05一0 38 m之间 可见光遥感 探测波段在0 38一0 76 m之间 红外遥感 探测波段在0 76一1000 m之间 微波遥感 探测波段在1mm一1m之间 多波段遥感 指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 根据波段把遥感划分为3种类型 3 按工作方式分成像遥感与非成像遥感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 主动遥感和被动遥感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值量 被动遥感的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 见下图 主动遥感和被动遥感的区别 4 按遥感的应用领域分从大的研究领域可分为外层空间遥感 大气层遥感 陆地遥感 海洋遥感等 从具体应用领域可分为资源遥感 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 还可以划分为