遥感技术与应用-1-概论课件

Instructor:MingshiLi,Ph.DAssociateProfessorContactInfo:EmailAddress:nfulmsWorkphoneAQuickLookofNanjingForestryUniversityCampus(DOM:AerialPhotograph),oneofthe4DproductsofGeo-infrastructure,4mResolutionIKONOSFalseColorComposite,4mResolutionIKONOSNaturalColorComposite,81cmResolutionIKONOSPanchromaticBand,AmericanSocietyofPhotogrammetryandRemoteSensing(ASPRS)describedremotesensingin1988as:theart,scienceofobtainingreliableinformationaboutphysicalobjectsandphenomenathroughtheprocessofrecording,measuringandinterpretingimageryanddigitalrepresentationsofenergypatternsderivedfromnon-contactsensorsystems.,JamesB.Campbell,Remotesensingisthepracticeofderivinginformationabouttheearthslandandwatersurfacesusingimagesacquiredfromanoverheadperspective,usingelectromagneticradiationinoneormoreregionsoftheelectromagneticspectrum,reflectedoremittedfromthesurfaces.,ThomasM.LillesandUniversityofWisconsin-Madison,theauthorofthetextbook“remotesensingandimageinterpretation”,Remotesensingisthescienceandartofobtaininginformationaboutanobject,area,orphenomenonthroughtheanalysisofdataacquiredbyadevicethatisnotincontactwiththeobject,area,orphenomenonunderinvestigation.(Fifthedition)Asyoureadthesewords,youareemployingremotesensing.Youreyesareactingassensorsthatrespondtothelightreflectedfromthisslideorpage.,Thedatayoureyesacquireareimpulsescorrespondingtotheamountoflightreflectedfromthedarkandlightareasonthepage.Thesedataareanalyzed,orinterpreted,inyourmentalcomputertoenableyoutoexplainthedarkareasonthepageasacollectionoflettersformingwords.Beyondthis,yourecognizethatthewordsformsentencesandyouinterprettheinformationthatthesentenceconvey.Theremotelycollecteddatacanbeofmanyforms,includingvariationsinforcedistributions,acousticwavedistributions,orelectromagneticenergydistributions.Forexample,agravitymeteracquiresdataonvariationsinthedistributionofforceofgravity.Sonar,likeabatsnavigationsystem,obtainsdataonvariationsinacousticwavedistributions.Oureyesacquiredataonvariationsinelectromagneticenergydistributions.,Thiscourseisaboutelectromagneticenergysensorsthatarecurrentlybeingoperatedfromairborneandspaceborneplatformstoassistininventorying,mapping,andmonitoringearthresourcesThefollowingfigureschematicallyillustratesthegeneralizedprocessesandelementsinvolvedinelectromagneticremotesensingofearthresources.,Thetwobasicprocessesinvolvedaredataacquisitionanddataanalysis.Theelementsofthedataacquisitionprocessareenergysources(a),propagationofenergythroughtheatmosphere(b),energyinteractionswithearthsurfacefeatures(c),retransmissionofenergythroughtheatmosphere(d),airborneand/orspacebornesensors(e),resultinginthegenerationofsensordatainpictorialand/ordigitalform(f).Thedataanalysisprocess(g)involvesexaminingthedatausingvariousviewingandinterpretationdevicestoanalyzedata.Referencedataabouttheresourcesbeingstudied(suchassoilmaps,cropstatistics,orfield-checkdata)areusedwhenandwhereavailabletoassistinthedataanalysis.Withtheaidofthereferencedata,theanalystextractsinformationaboutthetype,extent,location,andconditionofthevariousresourcesoverwhichthesensordatawerecollected.Thisinformationisthencompiled(h),generallyintheformofhardcopymapsandtablesorascomputerfilesthatcanbemergedwithother“layers”ofinformationinaGIS.Finally,theinformationispresentedtousers(i)whoapplyittotheirdecision-makingprocess.,第一章绪论,一、遥感的科学概念RemoteSensing,由美国海军研究局的布鲁伊特最初提出，1962年在美国密西根大学国际环境会议上被全世界认可。“遥感，就是遥远的感知，不接触被感测事物”。遥感技术的4大物质构成要素：1对象（Objects）:被探测、被感知的事物和现象2传感器（Sensor）：能感测事物并能感测的结果传递给使用者的仪器3信息传播媒介（Media）：在目标与传感器之间起信息传递作用的介质4遥感平台（Platform）：搭载传感器并使之正常工作的装置常用遥感技术的定义(狭义）：利用飞机、人造卫星或其它飞行器作运载工具，主要以电磁波为媒介，通过多种传感器用非接触式的方式获取远距离目标和现象的信号，进而推求其位置、属性及数量等信息的的一种科学与艺术相容的技术手段。目前，主要有两个研究领域：遥感技术研究和遥感应用研究,第一章绪论,二、遥感的学科基础1现代物理学（电磁波技术、微波技术、红外等）2空间科学（卫星等飞行器研制、GPS空间测量等）3计算机技术（大容量、高速度、优良的算法、图像数据库技术等）4现代数学（矩阵变换、多元统计分析等）5地球信息学（Geomatics)GIS技术、地表目标光谱研究等“新兴的、综合性强的边缘学科”，因此遥感技术具有：1先进性2综合性3实用性,第一章绪论,三、遥感的分类1按遥感对象分（1）宇宙遥感，以外太空其它星体为感测对象（2）对地遥感地球表层环境环境遥感；在环境遥感中若地球表层资源为对象称为资源遥感2按遥感平台分（1）航天遥感平台H80km火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等（2）航空遥感平台H80km普通飞机、气球、飞艇等（3）地面遥感遥感车、遥感塔、“远洋测量船”3按遥感媒介分（1）电磁波遥感常用的电磁波波段是紫外、可见光、红外和微波等（2）声波遥感潜水艇的声纳技术、探测珍贵鱼群的回游路线和迁徙规律（3）重力场遥感地质探矿，通过”g”值的变化来推断地层中是否有某种元素富积（4）地震波遥感4按遥感器的工作方式分：（1）被动遥感：遥感本身并不发射任何人工探测信号，只是被动接收来自于目标的信号，从而实现对目标性质、数量、空间位置等特征进行识别的遥感方式。“无源遥感”，如中午拍照。,第一章绪论,三、遥感的分类（2）主动遥感，遥感器发射人工探测信号，到达目标后信号反射回来被传感器接收从而对目标性质、数量、空间位置进行识别的遥感方式。如，夜晚拍照通常要在相机上装闪光灯。主要是“微波遥感”5按遥感所获资料的形式分（1）成像方式遥感（能获得目标的图像Image,图形Graphics)a摄影方式b扫描方式（2）非成像方式（不能获得目标物的图像，常是一些曲线，如气象中温度辐射计6按应用领域分地质、农业、林业、草原、水文、测绘、环境、灾害、城市、海洋、大气、军事等,第一章绪论,四、遥感的特性与优势1空间特性距离远、感测范围大因此具有宏观性和直观性；先进传感器也能探知目标的细节。见ETM图像2时间特性运行周期短，“动态监测”3光谱特性使用的谱段多，可选性强，多光谱（Multispectral)高光谱（Hyperspectral)4数据量巨大“海量”数据，研究的压缩技术、存贮、处理算法等5受地面限制少沙漠腹地、大洋深处、悬崖绝壁人无法到达（可及度低）6经济效益好7用途广8发展速度极快,第一章绪论,五、遥感过程遥感过程是指遥感信息的获取、传输、处理分析判读和应用的全过程1遥感实验（Experiments)地物光谱特性的测定、遥感平台和传感器的研制及测试2遥感数据获取（Acquisition)研究各种传感器的空间特性，航空像片的几何特征，各种卫星影像的空间分辨率Spatialresolution)光谱分辨率(Spectralresolution)时间分辨率（Temporalresolution)辐射分辨率(Radiometricresolution)。3遥感数据处理（Processing)（1）预处理（Pre-processing)几何校正（Geometriccorrection)辐射校正（Radiometriccorrection)（2）增强处理（Enhancement)点操作（线性、对数、指数、高斯等）邻域操作（平滑Smoothing、锐化Sharpen)图像变换（PCA、Tasseled_Cap、Wavelet等）4遥感信息应用（Application)目视解译（Visualinterpretation)计算机分类（PatternRecognition)主要解决：空间什么位置？有什么？有多少？实际解决：定位（Position)、定性（qualitative)、定量（quantitative)问题也即“3W”问题：where、what、how,第一章绪论,六、遥感发展的趋势1新传感器不断涌现，高空间分辨率和高光谱分辨率成为关注热点2遥感应用领域不断拓展33S技术整合（integration)GIS+RS+GPS+”(DPS+ES)”PrescriptionFarmingPrecisionAgricultureSiteSpecificManagement4遥感处理新算法不断涌现(Wavelet、Fractal、GeneticAlgorithm、ArtificialNeuralNetwork),第一章绪论,补充：基于“5S”+AM（AgriculturalMachinery）发展起来的精准农业1背景：原始农业PrimitiveAgriculture（靠天吃饭、广种薄收）传统农业TraditionalAgriculture（生产工具简陋，人力、物力投入大）现代农业ModernAgriculture（生产机械化，效率高，农药、化肥大量施用，带来一系列生态问题,如土壤板结、地力衰退、环境污染加剧等）精准农业PrecisionAgriculture（科技含量极高、追求“高产、优质、高级”）2概念：是综合应用地球空间信息技术、计算机辅助决策技术、农业工程等现代高新科技，以获得农田”优质、高产、高级“的现代农业生产模式和技术体系。相关支撑技术：GIS、GPS、RS、ES(DSS)、VRT（VariableRateTechnology变量速率技术,就是通过计算机控制，对农田所需的种子、水、化肥、农药等变量的类别和数量进行判断，根据需要调控农业机械向田间喷洒这些变量的速率，以达到精细的定量投入这些变量的技术）、SSM（SiteSpecificManagement，逐块区别管理）技术管理思想：处方农作（PrescriptiveFarming）、英尺农作（Farmingbyfeet）、按土农作（FarmingbySoil）,第一章绪论,补充：基于“5S”+AM（AgriculturalMachinery）发展起来的精准农业3产生原因：a环境问题生态环境的恶化要求农业现代化要走可持续发展（SustainableDevelopment）的生态农业之路。现代与传统农业带来的问题主要有：地力衰退、植被破坏、草原退化、沙漠扩大、水土流失加剧、旱涝灾害频发、自然生态遭受严重破坏b农药和化肥问题降低浪费、降低污染，提高产品品质c人口压力是解决人口压力和资金紧缺的有效途径d经济需要原理：（1）生态学原理：基于”生物及其赖以生存的环境资源的时空变异性（TemporalandSpatialVariability”，其技术核心是获取农田小区作物产量和影响作物生产的环境因素（如土壤结构与质地、地形、植物营养、含水量、病虫草害等）实际存在的空间和时间差异性信息，