环境遥感技术及应用田静毅01绪论

1、环境遥感技术及应用环境遥感技术及应用田静毅田静毅授课学时：授课学时：16理论理论+16实验实验考察考察遥感概论遥感概论 第一章第一章 遥感概述遥感概述 第二章第二章 电磁波谱与地物波谱特征电磁波谱与地物波谱特征 第三章第三章 遥感传感器遥感传感器 第四章第四章 遥感图像处理遥感图像处理 第五章第五章 遥感图像目视解译与制图遥感图像目视解译与制图 第六章第六章 遥感影像计算机解译遥感影像计算机解译 第七章第七章 环境遥感应用环境遥感应用 第八章第八章 3s3s集成技术应用集成技术应用第一章 遥感概述 本章提要本章提要 1 1 遥感绪论遥感绪论 2 2 遥感概念和遥感数据遥感概念和遥感数据 3 3

2、 遥感的特性遥感的特性 4 4 遥感平台遥感平台 5 5 遥感数据的类型遥感数据的类型 5 5 遥感技术系统遥感技术系统 6 6 遥感数据的应用领域遥感数据的应用领域 7 7 遥感的发展遥感的发展简况简况遥感技术是遥感技术是2020世纪世纪6060年代发展起来的一门综合性年代发展起来的一门综合性探测技术。探测技术。遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、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。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。资源的调查和规划不可缺少的有效

3、手段。 1 遥感绪论遥感发展概况遥感发展概况 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 housepear tree & a patch of sky showinganother wing of the house

4、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 duri

5、ng 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

6、 world war ifigure close-up view of a world war i figure vertical photography of world war i trenches in europe.aerial photography in world war iifigure vertical aerial photograph of a v2 rocket launching facility a peenemunde in world war ii. 航天遥感阶段19571957年，前苏联第一颗卫星年，前苏联第一颗卫星19601960年第一颗气象卫星年第一颗气象

7、卫星tiros-itiros-i，病虫害及受，病虫害及受灾植被灾植被2020世纪世纪6060年代中期，年代中期，19601960年美国发射年美国发射tiros-1tiros-1和和noaa-1noaa-1太阳同步卫星，实现了真正从航天太阳同步卫星，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 1982 年年 landsat landsat 一一 4 4 发射，装有发射，装有 tm tm 传感器，分辨传感器，分辨率提高到率提高到3030米米 1986 1986 年法国发射年法国发射

8、spot 1spot 1，装有，装有 pan pan 和和 xs xs 遥感器，遥感器，分辨率提高到分辨率提高到 10 10 米米 1988 1988 年年 9 9 月月 7 7 日中国发射的第一颗日中国发射的第一颗“风云风云 1 1 号号”气象卫星气象卫星 1999 1999 年美国发射年美国发射iknos iknos ，空间分辨率提高到，空间分辨率提高到1 1米米 1999 1999 年年 10 10 月月 14 14 日中国成功发射资源卫星日中国成功发射资源卫星1 1号号 多种探测技术的集成日趋成熟，如雷达、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、多光谱成像与激光测高、

9、gpsgps的集成可以同的集成可以同时取得经纬度坐标和地面高程数据，由于时取得经纬度坐标和地面高程数据，由于实时测图。实时测图。 随着遥感应用向广度和深度发展，遥感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。探测更趋于实用化、商业化和国际化。中国遥感技术的发展 我国自我国自19701970年年4 4月月2424日发射日发射“东方红东方红1 1号号”人人造卫星后，相继发射了数十颗不同类型的人造地造卫星后，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。验、气象观测等研究

10、有了自己的信息源。19991999年年1010月月1414日中国日中国-巴西地球资源卫星巴西地球资源卫星cbers-1cbers-1的的成功发射，使我国拥有了自己的资源卫星。在遥成功发射，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，如品化，并占有一定的市场份额，如photomapperphotomapper等。在遥感应用方面，国家

11、将遥感列入重点攻关等。在遥感应用方面，国家将遥感列入重点攻关项目和项目和“863”863”工程。工程。 遥感遥感( ( remote sensing )remote sensing )概念概念v 广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、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。力场、机械波（声波、地震波）等的探测。v 遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接遥感定义：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

12、的属性。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遥感数据 太阳辐射经过大气层到达地面，一部分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，与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。到达传感器。传感器传感器将这部分能量记录下将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据来，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空间特性v视域范围

13、大，具有宏观特性视域范围大，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。以美国陆地面影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地卫星卫星5 5号（号（landsat 5 landsat 5 ）为例，它距离地表）为例，它距离地表的高度是的高度是705.3 km705.3 km，对地球表面的扫描宽，对地球表面的扫描宽度是度是185 km185 km，一幅，一幅tmtm图像可以全部覆盖我图像可以全部覆盖我国海南岛大小的面积。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。v

14、光谱特性光谱特性：探测的波段从可见光向两侧延伸探测的波段从可见光向两侧延伸, ,扩扩大了地物特性的研究范围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、目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、红外线和微波。红外线和微波。 here is an example of three bands, green, red and near infra-red displayed separately as grayscalegreenrednear-infra red多波段图像v时相特性时相特性：周期成像，有利于进行动态研周期成像，有利于进行动态研究和环境监测究和环境监测 航空与航天飞

15、行器运行快、周期短，可航空与航天飞行器运行快、周期短，可获得多时相数据。例如获得多时相数据。例如landsat landsat 覆盖地球覆盖地球一遍所需时间仅一遍所需时间仅1616天，而气象卫星的周期天，而气象卫星的周期更短（更短（1 1天或半天）。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, 1992las vegas, 1986las vegas, 1972多时相性重复探测，有利于进行动态分析。198620021992遥感的特点遥感的特点v大面积的同步观测大面积的同步观测 如一幅如一幅landsatlandsat图像，覆盖面积图像，覆盖面积185

16、 km185 km185 km185 km， 在在56 min56 min内可完成扫描，实现对地的大面积同步观内可完成扫描，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，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。并且不受地形阻隔等限制。v时效性时效性 遥感探测可以在短时间内对同一地区进行重复探测，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。一般地球资源卫星监测地球上许多事物的动态变化。一般地球资源卫星8989天可重复一次，气象卫星每天两次，而传统的地面天可重复一次，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

17、和物力，且周期很长。因此，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。的时效性优势。 v数据的综合性和可比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。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

18、及同一传感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。器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性。 v经济性经济性 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，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。如具有很高的经济效益和社会效益。如landsatlandsat卫星的卫星的投入与效益比估计为投入与效益比估计为1:80 1:80 。v局限性局限性信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。信息的提取方法不能满足遥感快速

19、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。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遥感平台是装载传感器的运载工具, ,按高度分为按高度分为： 地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。 航空平台：航空平台：80 km80 km以下的平台，包括飞机和气球。以下的平台，包括飞机和气球。 航天平台：航天平台：80 km80 km以上的平台，包括高空探测火以上的平台，包括高空探测火 箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机

20、。箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。 人造地球卫星的类型：人造地球卫星的类型： 低高度、短寿命卫星：低高度、短寿命卫星：150150- -350 km350 km，用于军事。，用于军事。 中高度、长寿命卫星：中高度、长寿命卫星：350350- -1800 km1800 km，地球资源。，地球资源。 高高度、长寿命卫星：约高高度、长寿命卫星：约3600 km3600 km，通信和气象，通信和气象。 4 遥感平台按平台分按平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。按电磁波段分按电磁波段分 可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫

21、外遥感数据等。感数据等。按传感器的工作方式分按传感器的工作方式分 主动遥感、被动遥感数据。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 遥感信息源遥感信息源 空间信息获取空间信息获取 遥感数据传输与接收遥感数据传输与接收 遥感图像处理遥感图像处理 遥感信息提取与分析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、任何地物都可以发射、反射和吸收电磁波信反射和吸收电磁波信号，都是遥感信息源号，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，被遥感器接收到地物目标的电磁波信息，被记录在胶

22、片或数字磁带上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应用提供数据服务遥感图像处理遥感图像处理 硬件系统硬件系统计算机计算机数字化设备数字化设备大容量存贮设备大容量存贮设备显示器和输出设备显示器和输出设备 计算机是图像处理的核心，大的内存和高的计算机是图像处理的核心，大的内存和高的cpucpu速度可以有助于加快处理速度。苹果机由于具有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。严格的色彩管理系统，是图像

23、处理的首选。 数字化设备，为了采集数字图像需要两种装置，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，用户得到的式。这两种设备安装在遥感平台上，用户得到的是数字图像。是数字图像。 目前数字化设备有数码相机，数码摄像机和扫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，则描仪。如果用户得到

24、的是打印输出后的图像，则需要自己将其转化为数字图像。需要自己将其转化为数字图像。 大容量存贮设备大容量存贮设备 遥感数字图像数据量很大，一景包括遥感数字图像数据量很大，一景包括7 7个波段的个波段的landsat5landsat5的的tmtm图像文件，需要至少占用图像文件，需要至少占用200mb200mb的存储空间，高光谱图像则可能需要超过的存储空间，高光谱图像则可能需要超过1gb1gb的的存储空间。存储空间。 显示器和输出设备显示器和输出设备 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。彩色高多屏显示器有助于提高图像

25、的处理效率。彩色高分辨率打印输出成为主要趋势。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 erdas imagine 是美国是美国erdas erdas 公司开发的遥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，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模型开发工具以及高度的rs/gisrs/gis（遥感图像处（遥感图像处理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关理和地理信

26、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图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来的发展趋势。的发展趋势。 特色是专家模型系统、可视化建模工具与特色是专家模型系统、可视化建模工具与arcgisarcgis的高度集成。的高度集成。 envienvi美国美国ittitt公司开发的一套功能齐全的遥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

27、全由工具。能够进行地物目标识别。完全由idlidl开发，方便灵活，可扩展性强。获开发，方便灵活，可扩展性强。获20002000年年美国权威机构美国权威机构nimanima遥感软件测评第一。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特色有丰富的高光谱处理工具和内嵌的idlidl开发语言。开发语言。 pci geomaticapci geomatica是加拿大是加拿大pcipci公司开发的用公司开发的用于图像处理，制图，于图像处理，制图，gis,gis,雷达数据分析多雷达数据分析多功能软件系统，包括功能软件系统，包括400400多个模块，组成了多个模块，组成了一个非常全面的遥感图像处理

28、系统。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。特色功能是工具箱和建模系统。 软件系统典型功能软件系统典型功能数据输入模块数据输入模块几何校正模块几何校正模块图像变换模块图像变换模块图像融合模块图像融合模块图像分类模块图像分类模块图像分析模块图像分析模块图像输出模块图像输出模块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1.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2.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3.在水文、水资源方