隴東學院土木工程學院

遙感技術TechnologyofRemoteSensing授課專業：11城規授課教師：王昀課程介紹教學目的:理解遙感科學相關的物理概念，了解遙感的過程，掌握對地遙感的基本原理和方法。了解國內外最新的遙感技術和手段。奠定進行遙感科學研究的基礎。參考資料《遙感概論》，彭望碌等，高等教育出版社，2002《遙感應用分析原理與方法》，趙英時，科學出版社，2003《遙感地學分析》，陳述彭、趙英時，測繪出版社，1990.《遙感精解》，〈日〉遙感研究會編，劉勇衛、賀雪鴻譯，測繪出版社，1993.《遙感大詞典》，陳述彭主編，科學出版社，1990.《遙感手冊》（共十二分冊），國防工業出版社Remotesensingandimageinterpretation,4thedition,ThomasM.LillesandandRalphW.Kiefer,JohnWiley&Sons,Inc.,1999.章節第一章緒論第二章遙感的基本概念第一章緒論內容：第一節走進遙感的世界一、遙感的科學概念

二、遙感系統三、遙感的學科基礎

四、遙感的分類五、遙感的特點

六、遙感的特性與優勢七、遙感過程第二節、遙感技術與科學發展歷史第三節、遙感技術與科學的發展的趨勢第四節、EOS計劃簡介第五節、遙感數據的處理到應用的基本過程第六節、遙感技術應用

第一節：走進遙感的世界分辨率：

1m地區：上海浦東采集時間：

2000年

3月26日IKONOS影像IKONOS衛星是美國空間成像公司(spaceimaging)1999年發射的IKONOS-2高分辨率的商業衛星

IKONOS(伊科諾斯)是美國空間成像公司于1999年9月24日發射升空的世界第一顆高分辨率商用衛星，是由美國洛克希德馬丁(LockheedMartin)公司設計制造的。雷神（Raytheon）公司負責建立地面接收系統和影像處理系統即客戶服務系統。QuickBird影像圖華盛頓紀念碑發射時間:2001年10月18日運載火箭:德爾塔Ⅱ發射地點:美國范登堡空軍基地軌道高度及傾角:450km；98°軌道類型：太陽同步重訪周期:1~3.5天視角:沿軌道方向和垂直軌道方向均可調整軌道周期:93.4min

美國快鳥衛星一、【快鳥衛星參數】二、【衛星制造商】快鳥衛星是由ball航天技術公司、柯達公司、Fokker空間公司聯合研制。三、【快鳥衛星簡介】1、美國數字全球公司成功發射了商用高分辨率衛星快鳥（Quickbird），空間分辨率首次突破米級單位。2、在沒有地面控制點的情況下，地面定位圓誤差精度可達23m；3、具有異軌立體成像能力。4、圖像幅寬為16.5km，是IKONOS的1.5倍。5、采用11bit/s數據格式，增加了灰度的級數，減少了陰影部分信息的損失。6、其CCD相機含全色波段和多光譜波段；7、其多光譜波段為可見近紅外波。8、美國的“快鳥”等民用高科技影像衛星分辨率為0.6～1米，可以看見天安門廣場上垂直投影小于0.5米的游人、北京馬路上寬度小于0.2米的分道線，在光照和天氣良好時甚至可以看見細細的高壓線。北京天安門圖像類型：QuickBird影像圖像說明：中國北京天安門廣場，拍攝于2002年11月2日圖像幅度：1749×1348分辨率：0.68米圖像大小：734KB文件格式：jpg波段譜段分布

/um空間分辨率

/m藍0.45~0.522.44綠0.52~0.602.44紅0.63~0.692.44近紅外0.76~0.902.44全色0.45~0.900.61四、【快鳥衛星的5個波段】譜段分布與IKONOS相同，空間分辨率是IKONOS的1.63倍五、【快鳥衛星應用】(1)測繪制圖；與IKONOS相比較，快鳥的地面分辨率略高，但地理定位精度低1倍。若借助地面控制點，利用快鳥的全色影像，成圖比例尺會比IKONOS大，可達1∶5000或1∶10000；若不借助地面控制點，比例尺就低于IKONOS。

(2)軍事偵察；(3)農作物長勢監測與預測；(4)森林監測和管理；(5)海岸帶測繪與環境監測；(6)自然災害災情評估；QuickBird傳感器DigitalGlobe0.61米第一節走進遙感的世界一、遙感的科學概念

1.遙感的概念（RemoteSensing）遙感一詞來自英語RemoteSensing，即“遙遠感知”。中國古代：順風耳（聲音、空氣、耳朵）千里眼（物體、光、眼睛）感知包括三個部分：目標、媒介、手段第一章緒論一、遙感的科學概念

RemoteSensing,由美國海軍研究局的布魯伊特最初提出，1962年在美國密西根大學國際環境會議上被全世界認可。“遙感，就是遙遠的感知，不接觸被感測事物”。1、廣義的遙感遙感（RemoteSensing）：“遙遠的感知”。廣義理解，泛指一切無接觸的遠距離探測（包括電磁場、力場、機械波等的探測）。2、狹義的遙感

應用探測儀器，不與探測目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特征記錄下來，通過分析，揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。

遙感與以下兩個概念的區別遙測(Telemetry):指對被測物體某些運動參數和性質進行遠距離測量技術，分接觸測量和非接觸測量例:溫度測度壓力測量遙控(RemoteControl):指遠距離控制目標物運動狀態和過程的技術遙感的概念（RemoteSensing）遙感定義（北大版）：通過遙感器這類對電磁波敏感的儀器，在遠離目標和非接觸目標物體條件下探測目標地物，獲取其反射、輻射或散射的電磁波信息，進行處理、分析與應用的一門科學和技術。主動遙感：傳感器主動發射一定電磁波能量并接收目標的后向散射信號。被動遙感：傳感器不向目標發射電磁波，僅被動地接收目標物的自身發射和對自然輻射的反射能量。

二、遙感系統接收處理用戶應用處理分析結果、圖表輸出遙感平臺傳感器二、遙感系統（RemoteSensingSystem）1、目標物的信息特性_遙感信息源任何目標物都具有發射、反射、吸收電磁波的性質。

二.遙感系統（RemoteSensingSystem）2、信息的獲取

什么是傳感器？傳感器是接受、記錄目標物電磁波譜特征的儀器，是遙感技術系統的核心。（如掃描儀、雷達、攝影機、攝像機）

常用的傳感器：landsat上的RBV（反束光導管攝像儀）；landsat上的MSS（多光譜掃描儀），4個波段；landsat上的TM（專題制圖儀），7個波段；SPOT上的HRV（高分辨率可見光掃描儀），3個波段。地面平臺：三角架、遙感塔、遙感車和遙感船等與地面接觸的平臺稱為地面平臺或近地面平臺。航空平臺：包括飛機和氣球航天平臺：包括衛星、火箭、航天飛機、宇宙飛船。遙感平臺遙感平臺是裝載傳感器的平臺二、遙感系統（RemoteSensingSystem）3、信息的傳輸與記錄接收、處理、存檔、分發各類地球資源遙感衛星數據并進行相關技術研究，為遙感應用提供數據服務。二、遙感系統（RemoteSensingSystem）4、信息的處理—遙感衛星地面站硬件系統：

計算機

大容量存儲設備

圖像輸入輸出設備

軟件系統：

數據輸入模塊

輻射校正模塊

幾何校正模塊

圖像增強模塊

圖像融合模塊

圖像分析模塊

遙感圖像處理二、遙感系統（RemoteSensingSystem）5、遙感信息的應用運用遙感技術對資源、環境、災害、區域、城市等進行調查、監測、分析和預測、預報等方面的工作。運用遙感技術對資源、環境、災害、區域、城市等進行調查、監測、分析和預測、預報等方面的工作。第一章緒論遙感技術的4大物質構成要素：1對象（Objects）:被探測、被感知的事物和現象2傳感器（Sensor）：能感測事物并能感測的結果傳遞給使用者的儀器3信息傳播媒介（Media）：在目標與傳感器之間起信息傳遞作用的介質4遙感平臺（Platform）：搭載傳感器并使之正常工作的裝置常用遙感的定義：應用探測儀器，不與目標相接觸，從遠處把目標的電磁波特性記錄下來，通過分析，揭示物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術目前，主要有兩個研究領域：遙感技術研究和遙感應用研究第一章緒論三、遙感的學科基礎1現代物理學（電磁波技術、微波技術、紅外等）2空間科學（衛星等飛行器研制、GPS空間測量等）3計算機技術（大容量、高速度、優良的算法、圖像數據庫技術等）4現代數學（矩陣變換、多元統計分析等）5地球信息學（Geomatics)GIS技術、地表目標光譜研究等“新興的、綜合性強的邊緣學科”，因此遙感技術具有：1先進性2綜合性3實用性

第一章緒論四、遙感的分類

1按遙感對象分（1）宇宙遙感，以外太空其它星體為感測對象（2）對地遙感地球表層環境——環境遙感；在環境遙感中若地球表層資源為對象稱為資源遙感

2按遙感平臺分（1）航天遙感平臺H>80km火箭、人造衛星、飛船、航天飛機等（2）航空遙感平臺H<80km普通飛機、氣球、飛艇等（3）地面遙感遙感車、遙感塔、“遠洋測量船”

3按遙感媒介分（1）電磁波遙感常用的電磁波波段是紫外、可見光、紅外和微波等（2）聲波遙感潛水艇的聲納技術、探測珍貴魚群的回游路線和遷徙規律（3）重力場遙感地質探礦，通過”g”值的變化來推斷地層中是否有某種元素富積

（4）地震波遙感

第一章緒論四、遙感的分類

4按遙感器的工作方式分：（1）被動遙感：遙感本身并不發射任何人工探測信號，只是被動接收來自于目標的信號，從而實現對目標性質、數量、空間位置等特征進行識別的遙感方式。“無源遙感”，如中午拍照（2）主動遙感，遙感器發射人工探測信號，到達目標后信號反射回來被傳感器接收從而對目標性質、數量、空間位置進行識別的遙感方式。如，夜晚拍照通常要在相機上裝閃光燈。主要是“微波遙感”主動遙感與被動遙感5按遙感所獲資料的形式分

（1）成像方式遙感（能獲得目標的圖像Image,圖形Graphics)a攝影方式b掃描方式（2）非成像方式（不能獲得目標物的圖像，常是一些曲線，如氣象中溫度輻射計)6按應用領域分地質、農業、林業、草原、水文、測繪、環境、災害、城市、海洋、大氣、軍事等AFastGlanceofNanjingForestryUniversityCampus(AerialPhotograph)掃描影像故宮QuickBird五、遙感的特點大面積同步觀測時效性強數據的綜合性和可比性好較高的經濟和社會效益一定的局限性五、遙感的特點大面積的同步觀測時效性數據的綜合性和可比性經濟性局限性

如一幅美國的陸地衛星Landsat圖像，覆蓋面積為185kmx185km=34225km2，在5-6min內即可掃描完成，實現對地的大面積同步觀測；一幅地球同步氣象衛星圖像可覆蓋1/3的地球表面，實現更宏觀的同步觀測

不同高度的遙感平臺其重復觀測的周期不同：地球同步軌道衛星可以每半小時對地觀測一次；太陽同步軌道衛星可以每天2次對同一地區觀測（可用于探測短周期變化）。另外，地球資源衛星則分別以16天（Landsat)、26天(SPOT)

、或4--5天(CBERS)對同一地區重復觀測一次，以獲得一個重訪周期內的某些事物的動態變化的數據。第一章緒論六、遙感的特性與優勢

1空間特性（大面積同步觀測）距離遠、感測范圍大因此具有宏觀性和直觀性；先進傳感器也能探知目標的細節。

2時間特性運行周期短，“動態監測”

3光譜特性使用的譜段多，可選性強，多光譜（Multispectral)——高光譜（Hyperspectral)4數據量巨大“海量”數據，研究的壓縮技術、存貯、處理算法等

5數據綜合性和可比性能超群

6受地面限制少沙漠腹地、大洋深處、懸崖絕壁人無法到達（可及度低）

7經濟效益好

8用途廣

9發展速度極快

第一章緒論七、遙感過程遙感過程是指遙感信息的獲取、傳輸、處理分析判讀和應用的全過程1遙感實驗（Experiments)地物光譜特性的測定、遙感平臺和傳感器的研制及測試2遙感數據獲取（Acquisition)研究各種傳感器的空間特性，航空像片的幾何特征，各種衛星影像的：(1)空間分辨率(Spatialresolution):是指遙感影像上一個像元所對應的地面實際面積的大小(2)光譜分辨率(Spectralresolution):是指遙感器所選用的波段數量的多少、各波段的波段位置及波長間隔的大小。(3)時間分辨率（Temporalresolution):是指遙感器重復覆蓋同一地區的頻率或時間間隔的長短(4)輻射分辨率(Radiometricresolution):輻射分辨率是指遙感器所能識別的地物間最小輻射度差第一章緒論七、遙感過程3遙感數據處理（Processing)（1）預處理（Pre-processing)

幾何校正（Geometriccorrection)

輻射校正（Radiometriccorrection)（2）增強處理（Enhancement)

點操作（線性、對數、指數、高斯等）鄰域操作（平滑Smoothing、銳化Sharpen)

圖像變換（主成分PCA、纓帽變換Tasseled_Cap、小波Wavelet等）4遙感信息應用（Application)

目視解譯（Visualinterpretation)

計算機分類（PatternRecognition)

主要解決：空間什么位置？有什么？有多少？實際解決：定位（Position)、定性（qualitative)、定量（quantitative)問題也即“3W”問題：where、what、how第二節：遙感技術與科學的發展史第二節、遙感技術與科學的發展史一、遙感的發展史遙感大致分四個階段:（1）無記錄的地面遙感階段(1608年-1838年)

1608漢斯.李波爾塞伽利略（2）有記錄的地面遙感階段(1839-1857)

攝像技術達蓋爾（3）航空遙感階段(1858-1956)

陶納喬萊特1924年彩色膠片1930年美國一次大戰二次大戰照相機、氣球、飛機構成初期遙感技術系統。（4）航天遙感階段(1957-)

1957蘇衛星一號1959美先驅者二號地球云圖月球三號

1960美國TIROSNOAA1962年在美國密歇根大學召開的第一次國際環境遙感討論會上，美國海軍研究局的EretynPruitt（伊·普魯伊特）首次提出“RemoteSensing”一詞，會后被普遍采用至今。20世紀60年代以來，蘇美空間技術竟相發展，分別發射了一系列的空間計劃衛星，促進了航天遙感技術的發展。20世紀70年代，空間技術轉向為人類服務，地球資源技術衛星誕生。

NASAERTSLandsat

20世紀80年代，地球資源技術衛星的傳感器技術不斷提高。TMETM+

20世紀90年代，除美蘇外，其他國家均發射了各種資源衛星。

1978法國SPOT1999中巴資源1號(CBRS-1)2004(CBRS-2)目前，高分辨率的商業衛星發展迅速。中國航天遙感介紹1970年4月長征一號東方紅1號四個系統:返回式RS衛星通信廣播衛星氣象衛星科學實驗技術衛星第二節、遙感技術與科學的發展史二、可見光、近紅外和熱紅外遙感的發展歷史1960年美國“泰諾斯（TIROS）”和“雨云（NIMBUS）”衛星；發展方向：極軌太陽同步、靜止地球同步1972年美國第一顆“地球資源技術衛星（ERTS）”1975年第二顆，更名為“陸地衛星（Landsat-2）”后續的多個地球資源衛星（Landsat-1…Landsat-7)1986年法國的SPOT衛星1995年印度的IRS系列衛星三、微波遙感的發展歷史最早應用的SAR衛星是1978年美國的海洋衛星“Seasat”歐空局的ERS系列、Envisat日本的JERS加拿大的Radarsat系列

此外，還有其他的一些被動微波遙感衛星，如美國的國防氣象衛星（DMSP）

第三節：遙感技術與科學技術的發展趨勢第一章緒論第三節、遙感技術與科學技術的發展趨勢1新傳感器不斷涌現，高空間分辨率和高光譜分辨率成為關注熱點

SPOT衛星上的傳感器：

(1)HRV:高分辨率可見光掃描儀

——HighResolutionVisible(2)HRVIR:高分辨率可見光中紅外掃描儀

——HighResolutionVisibleandMiddleInfrared(3)Vegetation:植被成像儀

(4)HRG:高分辨率幾何成像儀

——HighResolutionGeometry(5)HRS:高分辨率立體成像裝置

——HighResolutionStereo

第一章緒論第三節、遙感技術與科學技術的發展趨勢

2遙感應用領域不斷拓展

33S技術整合（integration)GIS+RS+GPS+”(DPS+ES)”GIS(GeographicalInformationSystem)地理信息系統

RS(RemoteSensing)遙感

GPS(GlobalPositioningSystem)全球定位系統

DPS(DigitalPhotographySurvey)數字攝影測量

ES(ExpertSystem)專家系統

4遙感處理新算法不斷涌現小波變換(Wavelet)、分形學(Fractal)、遺傳算法(GeneticAlgorithm)、人工神經元網絡(ArtificialNeuralNetwork)第一章緒論第四節、EOS計劃簡介EOS（EarthObservationSystem）衛星是美國地球觀測系統計劃中一系列衛星的簡稱。

它是一個用一系列低軌道衛星對地球進行連續綜合觀測的計劃。它的主要目的是：實現從單系列極軌空間平臺上對太陽輻射、大氣、海洋和陸地進行綜合觀測，獲取有關海洋、陸地、冰雪圈和太陽動力系統等信息；進行土地利用和土地覆蓋研究、氣候的季節和年際變化研究、自然災害監測和分析研究、長期氣候變率和變化以及大氣臭氧變化研究等；進而實現對大氣和地球環境變化的長期觀測和研究的總體（戰略）目標。

第一章緒論第五節、遙感數據的處理到應用的基本過程

第一章緒論第六節、遙感技術應用

1資源監測查清資源的數量、質量、分布、動態消長（土地利用類型、森林資源、水、礦產等）

2環境監測、災害損失評價（森林火災、水災、病蟲害等）

3區域分析及建設規劃

4生物物理建模生物量估算（BiomassEstimation:LAI、NPP、APAR）小麥、水稻、玉米估產草場承載力評價、近海生產力評價物理參數反演（Inversion）：水質、大氣污染等

5軍事偵察

6氣象預報附圖：遙感圖像遙感圖像圖像類型：MSS影像圖像說明：中國黑龍江省內，拍攝于1976年5月27日圖像幅度：1104×1024圖像大小：353KB文件格式：jpg遙感圖像圖像類型：TM