第一章 遥感绪论

资源与环境遥感1课程框架2主要参考文献1课程框架

课程设置目标遥感技术是资源与环境研究的一个重要方法和工具；让学生比较系统地掌握遥感技术的基本概念，基本原理；系统掌握利用遥感技术进行资源与环境方面研究或者工作的方法和技巧。具体讲比较熟练使用遥感图像处理软件（如ENVI等）进行研究工作。侧重技能的培养，掌握进一步深入学习的途径（文献查找，国内外现状等）。

课程大纲章内容学时第一章绪论2第二章资源与环境遥感信息源简介6第三章资源与环境遥感的信息提取10第四章土地资源遥感调查10第五章水资源与污染遥感调查6第六章地质资源遥感调查6第七章林业资源遥感调查6第八章资源与环境信息系统22主要参考文献专业书籍马蔼乃，遥感概论.科学出版社，1984赵英时，遥感应用分析原理与方法.科学出版社.2003梅安新，彭望璐，秦其明编著.遥感导论.1999周成虎，骆剑承，杨晓梅等.遥感影像地学理解与分析.科学出版社，1999汤国安等.遥感数字图像处理。科学出版社.2004郭德方.遥感图像的计算机处理和模式识别.电子工业出版社.1987ThomasM.Lillesand,RalphW.Kiefer著;彭望琭译遥感与图像解译,第四版，2003陈述彭,童庆禧,郭华东主编，遥感信息机理研究，北京科学出版社1998日本遥感研究会编，刘勇卫、贺雪鸿译，《遥感精解》，测绘出版社，1993.陈述彭主编，《遥感大词典》，科学出版社，1990.学术期刊（特点）遥感学报/环境遥感国土资源遥感遥感技术应用中国图象图形学报卫星应用（内部刊物）PE&RS（美国）InternationalJournalofRemoteSensing（英国）RemoteSensingEnvironmentGeo-CartoInternational（香港）MappingSciencesandRemoteSensing（）RemoteSensingReview（）IEEETransactionsonGeosciencesandRemoteSensing（美国）WEB站点（中国科学院卫星地面站）（美国RSI公司）/zlg/dq/zy04.htm(从太空看祖国)/ikonos/index.asp（广州思维达公司）

第一章绪论重点：遥感的概念、研究对象、作用、特点。在不接触物体或现象的情况下，使用传感器和记录仪器，对它们进行识别和测量的技术。能够接受或“感知”电磁波的辐射能量并以其它形式(如化学能、电流等)把电磁波所携带的信息输出或“传递”出去的器件。接受并保存从传感器输入信息的器件。第一节遥感的概念(RemoteSensing)遥感一、遥感的概念传感器记录仪器一、遥感与遥感技术的概念（一）遥感的概念RemoteSensing

泛指：从遥远处感知，泛指各种非接触的、远距离的探测技术.

（《遥感大词典》）定义：使用某种遥感器，不直接接触被研究的目标，感测目标的特征信息（一般是电磁波的反射或者发射信息），经过传输、处理，从中提取人们感兴趣的信息，这个过程叫作遥感。

RemoteSensing,简称RS

广义的遥感（RemoteSensing)

即遥远的感知，泛指各种非接触，远距离探测物体的技术。而人们谈论的遥感是指电磁波遥感。狭义的遥感（RemoteSensing)

从远距离，高空以至以外层空间的平台上，利用可见光，红外，微波等探测仪器，通过摄影扫描，信息感应，传输和处理等技术过程，识别地面物体的性质和运动状态的现代化技术系统。

“遥”具有空间概念，从近地空间，外层空间乃至宇宙空间来获取目标物的空间信息。“感”系指信息系统，包括信息获取和传输、信息加工处理、信息分析和可视化系统等。“目标物”，就狭义遥感研究对象而言，是指和地质相关的岩性、地层、构造、地貌、矿产、能源、环境、灾害等地质体和地质事件，对于广义遥感，已拓展到对地观测和对地外星体的观测。“物性”，主要指物体对电磁辐射的特性，人们利用物体波谱特性差异达到识别物体的目的。

遥感分类1）按照遥感平台

地面遥感、航空遥感和航天（空间）遥感2）按照使用的谱段

可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感3）按照感测目标能源的作用形式

主动遥感、被动遥感4）按照遥感应用的领域

地球资源遥感、环境遥感、气象遥感、农业遥感、地质遥感、海洋遥感等等资源遥感：以地球资源作为调查研究的对象的遥感方法和实践，调查自然资源状况和监测再生资源的动态变化，是遥感技术应用的主要领域之一。资源遥感：土地资源、地质与矿产资源、生物资源（草资源、森林资源）、水资源利用遥感信息勘测地球资源，成本低，速度快,有利于克服自然界恶劣环境的限制，减少勘测投资的盲目性。环境遥感：利用各种遥感技术，对自然与社会环境的动态变化进行监测或作出评价与预报的统称。环境遥感：环境综合评价、水土流失、土地退化、碳循环研究利用遥感多时相、周期短的特点，可以迅速为环境监测、评价和预报提供可靠决策依据可以看出，遥感技术包括遥感器（传感器）技术、信息传输技术、信息处理技术、目标特征分析与测量技术等等。空间技术、光学技术、无线电技术、计算机技术等相结合的一门综合技术。目标物遥感平台遥感器（传感器）二、遥感技术的概念（三）、遥感技术系统空间信息采集系统（包括遥感平台和传感器）地面接收和预处理系统（包括辐射校正和几何校正）地面实况调查系统（如收集环境和气象数据）遥感图像处理系统信息分析应用系统

空间信息采集系统校准与预处理信息传输与地面接收站接收传感器信息接收遥感图象预处理与信息提取目标信息特征分析与应用信息矢量化与可视化1.地面接收和预处理系统1)航空遥感获取的遥感信息…2)航天遥感获取的遥感信息通过无线电的形式进行实时或者非实时地发送并被地面接收站接受和进行预处理（前处理、粗处理）。预处理主要作用：针对噪音和误差进行辐射纠正和几何纠正、图像分幅等，提供用户信息产品（光学图象和CCT磁带）…卫星上传输下来的图像2地面实况调查系统1)遥感信息获取之前：地物波谱测定2)遥感信息获取同时：其它相关资料（区域环境和气象）的采集。设计遥感器和分析应用遥感信息的依据遥感信息校正和应用的辅助信息3信息分析应用系统

遥感信息的使用者为了自己的应用目的而采取的各种技术，主要包括：1)遥感信息的选择技术2)遥感信息的处理技术3)专题信息提取技术4)制图技术5)数据统计技术等等课程的重点信息分析应用系统二、遥感技术的特点1）探测范围广

1:3500023cmX23cm的航片覆盖约60km2的地面,1景TM或MSS影象覆盖32445km2的地面；覆盖我国全部陆地领土需要500多张，而航片需要100万张；便于发现和研究宏观现象。2）获取时间快,数据的现时性好，测图周期大大缩短例如，英国（面积）过去作1次常规调查需要6000人工作6年，而现在采用卫星遥感只需要4人工作9个月3）周期性（动态监测）洪水，土地利用，农作物长势、森林火灾等4）综合性

多层空间（地理空间（经纬度、高度））、光谱空间、时间空间提供5维信息，多波段、多时相，便于全面深入地观察和分析问题——分析手段挑战5）约束少

不受地利条件限制、交通、国界等限制。遥感商品国际化、商品化。6）成本低

英国某水渠规划，航空勘测花费26美元/平方公里，而利用卫星遥感只需要0.6美分/平方公里。美国经验：平均年耗资2500万～5000万美元；注意不包括系统构建费用。三、遥感技术发展的历史

1)航空遥感

19世纪中叶，1827，气球，法国，第一张航片

1903年，飞机问世，航空照片用于地形测量,制图2)航天遥感（空间遥感）

20世纪中期，卫星、航天飞机

1957年苏联发射第一颗人造地球卫星，

1959年第一次获取月球照片，人类开始卫星遥感。

1960年从气象卫星上获得了全球的云图

1962年，第一次国际环境遥感讨论会在美国的密执安大学威罗兰实验室举行，讨论侧视雷达和红外扫描图像的应用问题。最初提出遥感这一概念的是美国海军研究局的伊.普鲁伊特（ErelynPruitt）。这个术语被普遍采用和接受。现代的遥感技术是建立在本世纪20年代初航空摄影基础之上的，随着空间科学技术、电子计算机技术的发展，到60年代以来才形成一门新兴的综合探测技术。

TheFirstPhotograph•ThefirstphotographwasobtainedbyJosephNicephoreNiepceofhisFrenchestatecourtyardin1827.•Theexposurelasted8hoursandusedanemulsionofBitumenofJudea(akindofasphalt).FirstAerialPhotographBy:GaspardFelixTournachon(Nadar)Platform:Atetheredballoon1,700-ft(518.5m)aboveground,Location:ParisFranceDate:1858.FirstBalloonPhotographyinUSAObliqueaerialphotographofdowntownBostonobtainedbySamuelA.KingandJ.W.Blackfromaballoonatanaltitudeof1,200ft.onOctober13,1860.FirstaerialphotographtakenfromacaptiveballoonintheUnitedStates.•In1903,JuliusNeubronnerpatentedabreast-mountedcameraforcarrierpigeonsthatweighedonly70grams.•Asquadronofpigeonsisequippedwithlight-weight70-mmaerialcameras.•ObliqueaerialphotographofaEuropeancastleobtainedfromacameramountedonacarrierpigeon.Thepigeon’swingsarevisible.MotorDrivenHeavier-Than-AirAircraft•Thefirstflightbymanwithamotordriven,heavier-than-airmachineatKittyHawk,NorthCarolinaDecember17,1903.ThepilotwasWilburWright.PilotandaerialphotographerwithaGraflexaerialreconnaissancecamerain1915.遥感发展历史简要总结20世纪30年代中期，彩色摄影1956年，Colwell,特殊目的的航摄试验，分类并识别植被类型，探测病虫害及受灾植被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，NASA资助，大量红外及多光谱彩色摄影1962年，“遥感”概念1972年第一颗地球观测卫星Landsat发射成功。（原名地球资源技术卫星ERTS-1后命名为陆地卫星，遥感一词迅速普及，卫星已超过3000颗（军用60%）1972年7月23日：美国第一颗资源技术卫星升空；1986年2月：法国发射了SPOT－1号地球观测实验卫星；1992年：欧洲遥感卫星一号ERS－1升空；1992年2月11日：日本第一颗地球资源卫星升空；1987年3月17日：印度遥感卫星IRS－1A发射成功；1995年11月：加拿大的雷达卫星RADARSAT发射成功；1995年：俄罗斯发射RESOURS－02卫星；1999年10月14日：中巴合作的“资源一号”卫星CBERS升空1999年9月24日：美国IKONOS卫星2号发射成功2001年10月18日：美国QUICKBIRD升空

卫星遥感技术发展简史

1957年10月4日，苏联第一颗人造地球卫星的发射成功，标志着人类从空间观测地球和探索宇宙奥秘进入了新的纪元；

1960年开始，美国发射了TelevisionInfraredObservationSattellite(TIROS-1)和NationalOceanicandAtmosphericAdministration(NOAA-1)太阳同步气象卫星，开始利用航天器对地球进行长期观测；

1960年美国人EvelynPruitt提出遥感一词；

1972年ERTS-1发射（后改名为Landsat-1），装有MSS传感器，分辨率79米，标志着遥感进入新阶段；

1982年Landsat-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，其主要任务是获取全球的昼夜云图资料及进行空间海洋水色遥感试验；

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；

以上这些卫星多数已进入商业运行阶段，众多商业遥感卫星的应用使航天遥感技术进入了全面发展和应用的新阶段。

值得指出的是，遥感应用技术的发展已经逐步地从利用单一波段的遥感资料进行分析、应用，向利用多平台、多波段、多光谱、多时相的遥感资料进行综合分析、应用发展；从对资源与环境的定性调查与制图，向定量分析、评价和预测发展；从对各种事物与过程表面现象的描述，向对其内在规律的探测发展；从为各部门的常规管理提供基础资料，向为科学化现代化管理建立各种信息数据库和地理信息系统发展。实践证明，遥感信息应用技术已经显示出它的明显效益和巨大潜力。遥感技术的发展情况1）遥感平台：气球，飞机、卫星/航天飞机2）遥感器：航空摄影机—多光谱摄影机—扫描仪—CCD—成像雷达3）信息记录形式：胶片—数字化4）信息处理技术：光学—数字图像处理5）使用的遥感谱段：可见光—红外—微波6）图像的分辨率：1km-80m-30m-20m-10m-5m-3m-1m-0.3m-0.1m四、当前遥感技术发展的趋势1）掌握发射技术和具备卫星发射能力的国家越来越多美苏（俄）—

独霸空间遥感领域的局面已经打破；前苏联：从1962年到1999年，卫星2554颗，飞船90多艘。美国：日本、中国、巴西、印度、法国、澳大利亚、加拿大、韩国、以色列等。2）高分辨率小型商业卫星成为重要的信息来源A定义质量小于500千克的小型近地轨道卫星，地面分辨率可达5米，甚至1米。研制和发射成本低廉。B小卫星的特点更小、更好、更快、更省(NASA)更快A开发研究周期短

1年左右，可以批量生产;

而大卫星的研制周期平均为10年，如

LANDSAT:1962-1972,SPOT:80-90年代，中巴地球资源卫星10年。B发射快可以使用多种运载和发射工具，准备到发射需要几天时间，发射灵活C技术更新快更好

质量小，便于及时采用最新空间技术和应用高度集成化和自动化技术，不断改进技术。例如，英国萨瑞大学的小卫星数据传输与存储发展情况。更省 传统大卫星：平台寿命长、成本高、功率大，单位重量的成本40000$/kg;

小卫星：单位质量的成本:6000$/kg,1/7;发射价格3000万人民币，可一箭多星，降低成本3）雷达卫星成为重要的信息来源日本的JERS-1欧空局的ERS-1、ERS-2俄国的ALMAS加拿大的RADARSAT系列卫星

1995年发射，具有多模式对地覆盖、多分辨率等特性，RADARSAT-II,2003,是迄今为止最完善和最先进的一颗商用SAR卫星，3M-100M。4）高光谱分辨率遥感（成像光谱）

(Super-spectral,hyper-,spectrometer)A4－2.5um细分几百个波段

重要特点：地物辨识能力潜力，波段相关性高；应用的挑战：数据的处理，数据压缩，B目前还停留在航空试验和应用阶段

美国：AVIRIS(AirborneVisible/InfraredvImagingSpectrumeter)

中国：中科院上海技术物理研究所，MODISC航天计划

美国：Probe-1,128bands,5-10M，发射日期未定

Orbview-4200bands,1-8M,2001年发射澳大利亚：ARIES-1,105,20005）遥感、地理信息系统、全球定位系统的综合应用五、遥感数据的选购1有什么样的数据？2到那儿去找？3要什么？能要什么？4如何具体断定需要什么数据？5具体要那块数据？那个时间的数据？6得到的数据对不对？1有什么样的数据1）高分辨率卫星数据2）中分辨率卫星数据3）低分辨率卫星数据4）航空遥感数据1）高分辨率数据高分辨率（高清晰度）遥感卫星像片空间分辨率一般为5m-10m左右，卫星一般在距地600km（千米）左右的太阳同步轨道上运行。

其影像广泛应用于精度相对较高的城市内部的绿化、交通、污染、建筑密度、土地、地籍等的现状调查、规划、测绘地图；大型工程选址、勘察、测图和已有工程受损监测等；还可应用于农业、林业、灾害等领域内的详细调查和监测。（1）美国空间影像公司的

IKONOS影像

IKONOS卫星是由SpaceImaging公司于1999年9月24日发射的世界第一颗商用高分辨率成像卫星。空间分辨率分为1m（米）和4m(米)两种。像幅宽为11km（千

米），

每日环绕地球飞行14圈，即每98分钟一圈，重复周期为3天。卫星距地球表面高度为650km（千米）。

1景约相当于地面11km*11km（平方千米）的面积。

价格随着市场波动，仅供参考。（2）SPIN-2(俄国)影像

俄国返回式卫星从80年代至今（3）美国QUICKBIRDDigitalGlobe公司是一个影像数据公司，总部位于Longmont,Colorado.

DigitalGlobe公司已在10月18日成功地发射了QuickBird卫星。

QuickBird卫星能够提供具有行业领先水平的0.61米全色（黑白）和2.44米多光谱（可见光、红外波段）数据。成像方式推扫式成像传感器全波段多光谱分辨率0.61米（星下点）2.44米（星下点）

波长

450-900nm

蓝：450-520nm绿：520-600nm红：630-690nm近红外：760-900nm量化11位星下点成像沿轨/横轨迹方向（+/-25度）立体成像沿轨/横轨迹方向辐照宽度以星下点轨迹为中心，左右各272公里成像模式单景16.5公里X16.5公里条带16.5公里X16.5公里轨道高度450公里倾角98度（太阳同步）重访周期1–6天（70厘米分辨率，取决于纬度高低）（4）其它高分辨率数据BhasKara-1，-2(印度)影像空间分辨率为5.8m。

（IRS系列）IRS-P6：空间分辨率为2.5m。

EROS(以色列)影像空间分辨率为1m（米）。（1）

LANDSAT-MSS（美国）影像（2）

LANDSAT-TM/ETM（美国）影像（3）

SPOT-HRV（法国）影像（4）CBERS(中巴的资源卫星

)ETM产品产品大小相关参数备注移动景产品下移比例（1%～99%）超级景产品下移比例（0%～99%）产品大小（1景～3景）(下移比例+产品大小)3子区产品（类型I，1/4景）选定子区产品类型：左上1/4景、右上1/4景、左下1/4景、右下1/4景、景中心1/4景子区产品（类型II，1/2景）选定子区产品类型：左1/2景、右1/2景、上1/2景、下1/2景子区产品（类型III，给定产品范围）选定以下任何一种：给定产品左上角和右下角经纬度给定产品中心经纬度和产品大小（公里数）给定产品左上角经纬度和产品大小（公里数）给定产品的纬度范围不同尺寸的产品及所需的相关参数中分辨率成像光谱仪（MODIS）中分辨率成像光谱仪（MODIS）是美国宇航局研制大型空间遥感仪器。它在36个相互配准的光谱波段、以中等分辨率水平（0.25Km～1Km）、每1～2天观测地球表面一次。获取陆地和海洋温度、初级生产率、陆地表面覆盖、云、汽溶胶、水汽和火情等目标的图像。

MODIS测量的基本目标可概述如下：陆地和海洋表面的温度和地面火情。海洋彩色，水中沉积物和叶绿素。全球植被测绘和变化探测。云层表征。汽溶胶的浓度和特性。大气温度和湿度的探测，雪的覆盖和表征。海洋流。空间分辨率：250m（波段1～2）

500m（波段3～7）

1000m（波段8～36）

MODIS在辐射度灵敏度、光谱带宽和几何配准的精密度、和定标的准确度和精密度等技术条件上都达到较高水平。2到那儿去找？2.1航空遥感数据

建国以来，航空照片已经覆盖全国各地，数目达数百万张。这些数据主要存在各省的测绘部门。不仅有历史的照片，而且近年来，随着数字化潮流的风起云涌，数字地球的日益热火，新的一轮测绘工作已经开始。例如

河南省1：1万测图等。我国从70年代起，进行了大量的航空遥感试验（天津、长春、云南腾冲、南京、太原、洞庭湖、珠江口等），积累了一些资料，可以到这些试验的主办单位去查询。

2.2航天遥感数据国土资源部遥感中心

（地质大学）科学院航空遥感中心科学院卫星地面站

（人民大学）类似研究项目的单位随着越来越多的商家开始涉足航天遥感数据的市场，商业公司也成为遥感数据的一个重要来源。网上查询

3要什么？能要什么？

1）根据自己的研究主题，确定遥感数据。是航空的？

航天？2）根据自己的硬件和软件环境，确定数据的格式，数字化的？

光学的？3）根据自己的财力确定4如何具体断定需要什么数据？不仅对各自的专业领域熟悉以外，还需要了解遥感数据的几个重要概念。

1)空间分辨率/地面分辨率2）时间分辨率3）光谱分辨率（1）

摄影成像方式的空间分辨率

取决于物镜分辨率、大气传输对分辨率的影响、和感光材料的分辨率。常用线对/毫米,dpi等表示。

1)空间分辨率/地面分辨率（2）扫描成像方式的空间分辨率瞬时视场：扫描成像过程中一个光敏探测元件通过望远镜系统投射到地面上的直径或者边长。

S:探测元件的边长H:遥感平台的航高

f:望远镜系统的焦距

（3）地面分辨率

图像能够分辨地面要素的能力，或者在图像上能够分辨最小地物的实际尺寸或面积。M:比例尺的分母；Rs：几何分辨率1）摄影方式：2）扫描方式（经验公式）：2）光谱分辨率、辐射分辨率

图像的波谱分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。成像光谱仪在可见光至红外波长范围内，被分割成几百个窄波段，具有很高的光谱分辨率。

图像的辐射分辨率：指传感器接收波谱信号时，能分辨的最小的辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。（由位数决定的记录辐射值的数值范围-，如8bit(0~255)。）3）时间分辨率

也叫卫星的覆盖周期、重访周期。

重复获得同一地区的最短时间间隔。（注意和卫星运行周期的区别）用途：注意研究对象的时间序列的变化。比如说

1）自然规律的时间考虑作物监测：农时，拔节期、氧化期、乳熟期植被：

叶子展开、叶子开始黄枯地质、土壤：不长庄稼

2）社会经济现象的时间考虑城市研究：根据对城市的发展特点了解状况。

环境污染监测：立法前后、总量控制前后

分辨率空间分辨率（Spatialresolution）:也称地面分辨率波谱分辨率（Spectralresolution）时间分辨率（Temporalresolution）辐射分辨率（Radiometricresolution）：由位数决定的记录辐射值的数值范围-，如8bit(0~255)。5具体要那块数据？那个时间的数据？1）网上查询（）2）LANDSAT卫星的索引图查询。（演示图像）

6得到的数据对不对？简单的办法是先看看

头文件

比如

TM数据的头文件，记录有：a)

数据的宽度和高度；b)

中心点的经纬度；c)

太阳的高度角；d)

太阳天顶角；e)

空间分辨率；f)

有那些波段；Bandspresent=1234567g)

还有其它一些地图投影方面的信息。

各种卫星数据的文件头是不同的，有的是ASCII文件，但大部分都是以BINARY格式记录的，需要使用软件。六、遥感技术应用的一般技术流程1、遥感数据类型选择

在一般的资源环境研究中，目前采用光学传感器的