遥感导论 第一章 绪论 主要知识点

第一组作业 组长：李仰东 组员：吴浩强 严丽丽 刘葆菁 许旭君 周雪欣 林晓燕 杨舒淇 冯晓浩 林子棋 第1章 绪论

1.1遥感的基本概念 1.1.1广义的遥感 广义而言，遥感(Remote Sensing)泛指各种非直接接触的，远距离探测目标的技术。对目标进行采集主要根据物体对电磁波的反射和辐射特性,利用声波，引力波和地震波等，也都包含在广义的遥感之中。 1.1.2狭义的遥感 通常人们所认为的遥感的概念是指：从远距离，高空，以至外层空间的平台(Platform)上，利用可见光、红外、微波等遥感器(Remote Sensor),通过摄影、扫描等各种方式，接收来自地球表层各类地物的电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的综合技术。 1.2遥感技术系统 遥感技术系统是实现遥感目的的方法论、设备和技术的总称。现已成为一个从地面到高空的多维、多层次的立体化观测系统。研究内容大致包括遥感数据获取、传输、处理、分析应用以及遥感物理的基础研究等方面。 遥感技术系统主要有： ①遥感平台系统，即安放遥感仪器的载体。按平台距地面的高度大体上可分为三类：地面平台；航空平台；航天平台。包括各种飞机、卫星、火箭、气球、高塔、机动高架车等； ②遥感仪器系统。遥感器是接收与记录地表物体辐射、反射与散射信息的仪器。它是遥感技术系统的核心部分，它的性能制约着整个遥感技术的能力。目前常用的遥感器包括遥感摄影机、光机扫描仪、推帚式扫描仪、成像光谱仪和成像雷达。 ③数据传输和接收系统。空间数据传输与接收是空间信息获取和空间数据应用中必不可少的中间环节。遥感器接收到地物目标的电磁波信息，被记录在胶片或数字磁带上。从遥感卫星向地面接收站传输的空间数据中，除了卫星获取的图像数据以外，还包括卫星轨道参数、遥感器等辅助数据。这些数据通常用数字信号传送。遥感图像的模拟信号变换为数字信号时，经常采用二进制脉冲编码的PCM式（pulse code modulation:脉冲编码调制）。由于传送的数据量非常庞大，需要采用数据压缩技术。卫星地面接收站的主要任务是接收、处理、存档和分发各类地球资源卫星数据。地面站接收的卫星数据通常被实时记录到HDDT(high density digital tape，高密度磁带)上，然后根据需要拷贝到CCT(computer compatible tape，计算机兼容磁带) 、光盘、盒式磁带等其他载体上。CCT、光盘、盒式磁带等是记录、保存、分发卫星数据等最常用的载体。 ④数据处理系统。遥感图像处理是在计算机系统支持下对遥感图像加工的各种技术方法的统称。遥感图像处理依赖于一定的图像处理设备。对于数字图像处理系统来说，它包括计算机硬件和软件系统两部分。硬件部分包括：计算机(完成图像数据处理任务)、显示设备(高分辨率真彩色图像显示）、大容量存贮设备、图像输入输出设备等。软件部分包括：由数据输入、图像校正、图像变换、滤波和增强、图像融合、图像分类、图像分析以及计算、图像输出等功能模块。用于对原始遥感数据进行转换、记录、校正、数据管理和分发。 ⑤分析应用系统。遥感信息分析指通过一定的方法或模型对遥感信息进行研究，判定目标物的性质和特征或深入认识目标物的属性和环境之间的内在关系。包括对遥感数据按某种应用目的进行处理、分析、判读、制图的一系列设备、技术和方法。 遥感技术系统是一个非常庞杂的体系。对某一特定的遥感目的来说，可选定一种最佳的组合，以发挥各分系统的技术优势和总体系统的技术经济效益。 1.3遥感的过程与特点 1.3．1遥感过程 遥感过程是指遥感信息的获取、传输、处理，以及分析判读和应用的全过程。 它包括遥感信息源的物理性质、分布及其运动状态；环境背景以及电磁波光谱特性；大气的干扰和大气窗口；传感器的分辨能力、性能和性价比；图像处理及识别；以及人们的视觉生理及其专业素质等。因此，遥感过程不但涉及到遥感本身的技术过程，以及地物景观和现象的自然演变过程，还涉及到人们的认识过程。这一复杂过程当前主要是通过地物波谱测试与研究，数据统计分析，模式识别，模拟试验方法，以及地物分析来完成。遥感过程实施的技术保证则依赖于遥感技术系统。遥感技术系统是一个从地面到空中直至空间:从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术体系，主要包括五部分：目标物的电磁波特性(遥感信息源)、空间信息的获取、信息的接收（遥感数据传输与接受）、信息的处理（遥感图像的处理）、信息的应用（遥感信息提取、分析与应用）。 1．3.2遥感的特点： ①大面积的同步观测 在地球上，进行资源和环境调查时，大面积观测所取得的数据是最宝贵的。依靠传统的地面调查，实施起来非常困难，工作量大。而遥感观测则可以为此提供最佳的获取信息的方式，并且不受地形阻隔等限制。遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围就越大，容易发现地球上一些重要目标物空间发布的宏观规律，而有些宏观规律，依靠地面观测是难以发现或必须经长期大面积调查才能发现的。而遥感可进行大面积的同步观测，从而获取大范围数据资料。例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多km2。这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。 ②时效性 遥感探测，尤其是空间遥感探测，可以在短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化。这对于研究地球上不同周期的动态变化非常重要。不同高度的遥感平台其重复观测的周期不同，地球同步卫星可以每半个小时对地观测一次；太阳同步轨道卫星可以每天两次对同一地区进行观测。这两种卫星可以探测的地球表面及大气在一天或几小时内的短周期变化。遥感的时效性体现在其获取信息的速度快，周期短。而传统的地面调查则须在大量的人力、物力，用几年至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。因此，遥感大大提高了观测的时效性。这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。 ③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多自然、人文信息。红外遥感昼夜均可探测，微波遥感可全天时全天候探测，人们可以从中有选择地提取所需信息。地球资源卫星Landsat和CBERS等所获得的地物电磁波特性均可以较综合地反映地质、地貌、土壤、植被、水文等特征而具有广阔的应用领域。由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录等均可按要求设计，使其获得的数据具有同一性或相似性。同时考虑新的传感器和信息记录都可向下兼容，所以，数据具有可比性。与传统地面调查和考察比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。 ④经济性 遥感的费用投入与所获取的效益，与传统方式相比，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。有人估计，美国陆地卫星的经济投入与取得的效益比为1：80甚至更大。 ⑤局限性 目前，遥感技术所利用的电磁波还很有限，仅是其中的几个波段范围。在电磁波谱中，尚有许多谱段的资源有待进一步开发。此外，已经被利用的电磁波谱对许多地物的某些特征还不能准确反映，还需要发展高光谱分辨率遥感以及遥感以外的其他手段相结合，特别是地面调查和验证尚不可缺少。但随着遥感技术的进一步发展，所能利用的电磁波谱段将愈来愈多，成像的空间分辨率和光谱分辨率也愈来愈高，其感测的目标更广，对地球上的资源和环境的调查、监测将起到更大的作用。其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。 1.4遥感的分类 （1） 按遥感平台的高度分类大体上可分为航宇遥感、航天遥感、航空遥感和地面遥感。 ①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航天遥感又称太空遥感(space remote sensing)，传感器设置于环地球的航天器上，泛指利用各种太空飞行器为平台的遥感技术系统，以地球人造卫星为主体，包括载人飞船、航天飞机和太空站，有时也把各种行星探测器包括在内。 注：卫星遥感(satellite remote sensing)为航天遥感的组成部分，以人造地球卫星作为遥感平台，主要利用卫星对地球和低层 气进行光学和电子探测。 ③航空遥感：传感器设置于航空器上，如飞机、飞艇、气球等空中平台对地面的探测。 ④地面遥感：传感器设置在地面平台上，主要有以高塔、车、船为平台。地物波谱仪或传感器安装在这些地面平台上,可进行各种地物波量。• （2）按传感器的探测波段分 ①紫外遥感：探测波段在0.05～0.38微米之间。 ②可见光遥感：探测波段在0.38～0.76微米之间。 ③红外遥感：探测波段在0.76～1000微米之间。 ④微波遥感：探测波段在1毫米～1米之间。 ⑤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。 （3）按研究对象分类 可分为资源遥感与环境遥感两大类。 ①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。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。 ②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。由于人口的增长与资源的开发、利用，自然与社会环境随时都在发生变化,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依据。 （4）按应用空间尺度分类 可分为全球遥感、区域遥感和城市遥感。 ①全球遥感：全面系统地研究全球性资源与环境问题的遥感的统称区域遥感：以区域资源开发和环境保护为目的的遥感信息工程，它通常按行政区划（国家、省区等）和自然区划（如流域）或经济区进行。 ②城市遥感：以城市环境、生态做为主要调查研究对象的遥 感工程。 （5）按工作方式分为主动遥感与被动遥感、成像遥感与非成像遥感。 ①主动遥感和被动遥感：主动遥感是由探测器主动发射一定的电磁波能量并接收