1、遥感技术基础遥感技术基础遥感技术基础遥感技术基础 第一章 遥感概述一、遥感的概念 二、遥感技术系统三、遥感的过程及特点四、遥感技术的发展简史与发展趋势五、RS、GPS、GIS的结合遥感（Remote Sensing），早期称观察（Vision）或远程观察（Television），从二战到20世纪60年代，观察改为探测（Teledetection）。遥感遥感是美国地学工作者在20世纪60年代创造的技术用语，1972年随着第一颗地球观测卫星LandSat发射成功而迅速得到普及。一、遥感的概念1、定义 遥感，从字面上理解，其意思为“遥远的感知”，通常认为是在不接触物体的情况下，对物体进行探测，来感知
2、它的属性情况，包括它的几何属性和物理属性。也有这样一种理解，“遥”是空间概念，“感”是信息系统，遥感技术是指一种非接触的测量和识别技术。所以，人眼看到远处的物体，就是一种生物遥感，伽利略用自制的望远镜观测星空，普通照相机照相，都属于遥感的范畴。但自从1962年密执安大学讨论会后，“遥感”主要就指利用航空航天技术宏观的研究地球、综合评价地球环境、进行资源调查与开发及管理的一种特定技术。一、遥感的概念目前，对遥感较为简明的定义是：目前，对遥感较为简明的定义是：从不同高度的平台平台上，使用遥感器遥感器收集物体的电磁波电磁波信息，再将这些信息传输到地面并进行加工处理加工处理，从而达到对物体进行识别和监
3、测的全过程。Remote sensing is the science(and to some extent,Remote sensing is the science(and to some extent,art)of acquiring information about the Earths art)of acquiring information about the Earths surface without actually being in contact with it.surface without actually being in contact with it.This
4、 is done by sensing and recording reflected or This is done by sensing and recording reflected or emitted energy and processing,analyzing,and emitted energy and processing,analyzing,and applying that information.applying that information.一、遥感的概念对象：被感测的事物。遥感器：能感测事物并能将感测的结果传递给使用者的仪器。如摄影机，雷达等。也称传感器，信息传
5、播媒介：在对象和传感器之间起信息传播作用的媒介。如电磁波，声波、重力场、磁力场、电力场、地震波等。电磁波来源：遥感器本身、太阳、地物。平台：装载传感器并使之能有效地工作的装置。如飞机、人造地球卫星、航天飞机等够运动的平台也可叫做运载工具。构成遥感技术的4个必不可少的要素是对象、传感器、信息传播媒介和平台。一、遥感的概念（1 1）按）按遥感对象遥感对象分类分类（2 2）按）按应用空间尺度应用空间尺度分类分类（3 3）按）按遥感平台遥感平台分类分类（4 4）按）按成像波段成像波段分类分类（5 5）按传感器接收）按传感器接收信号的来源和方式信号的来源和方式分类分类（6 6）按）按应用专业应用专业分类
6、分类2 2、遥感分类、遥感分类一、遥感的概念（1 1）按）按遥感对象遥感对象分类分类 宇宙遥感：宇宙遥感：遥感的对象是宇宙中的天体和其它物质的遥感。遥感的对象是宇宙中的天体和其它物质的遥感。地球遥感：地球遥感：是对地球和地球上的事物的遥感。是对地球和地球上的事物的遥感。以地球表层环境以地球表层环境(包括大气圈、陆海表面和陆海表面下的浅包括大气圈、陆海表面和陆海表面下的浅层层)为对象的遥感，叫做环境遥感，它属于地球遥感。在环为对象的遥感，叫做环境遥感，它属于地球遥感。在环境遥感中，以地球表层资源为对象的遥感，叫做资源遥感。境遥感中，以地球表层资源为对象的遥感，叫做资源遥感。资源遥感：资源遥感：以
7、地球资源作为调查研究的对象的遥感方法和实践，调查自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。恶劣环境的限制，减少勘测投资的盲目性。环境遥感：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、
8、利用，自然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。迅速为环境监测。评价和预报提供可靠依据。一、遥感的概念（2 2）按）按应用空间尺度应用空间尺度分类分类 全球遥感：全球遥感：全面系统地研究全球性资源与环境问题的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。的统称。区域遥感：区域遥感：以区域资源开发和环境保护为目的的遥感信息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）和工程，
9、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。自然区划（如流域）或经济区进行。城市遥感：城市遥感：以城市环境、生态做为主要调查研究对象的遥以城市环境、生态做为主要调查研究对象的遥感工程。感工程。一、遥感的概念（3 3）按）按平台高度平台高度分类分类 地面遥感（地面遥感（Ground RSGround RS）：）：是指平台距地面是指平台距地面150150米以下的遥米以下的遥感。感。航空遥感（航空遥感（Air RSAir RS）：）：又称机载遥感，是指在飞机（飞艇又称机载遥感，是指在飞机（飞艇或热气球）飞行高度上对地球表或热气球）飞行高度上对地球表面的遥感。面的遥感。航天遥感（
10、航天遥感（Space RSSpace RS）：）：又称星载遥感，是指从人造卫星又称星载遥感，是指从人造卫星轨道高度上对地球表面的遥感轨道高度上对地球表面的遥感（也包括卫星、航天飞机、宇宙（也包括卫星、航天飞机、宇宙飞船、航天空间站等）。飞船、航天空间站等）。一、遥感的概念（4 4）按）按成像波段成像波段分类分类 可见光遥感（可见光遥感（Visible Spectral RSVisible Spectral RS）：）：是指利用可见光波段的大气是指利用可见光波段的大气窗口进行探测的遥感技术。（记录和探测地物可见光波段窗口进行探测的遥感技术。（记录和探测地物可见光波段电磁波信息的遥感）。电磁波信息
11、的遥感）。紫外遥感（紫外遥感（Ultraviolet RSUltraviolet RS）红外遥感（红外遥感（Infrared RSInfrared RS）微波遥感（微波遥感（Microwave RSMicrowave RS）多光谱遥感（多光谱遥感（MultispectralMultispectral RS RS）：）：是指利用多通道遥感器（如多光是指利用多通道遥感器（如多光谱相机，多光谱扫描仪等），将较宽波段的电磁波分成几谱相机，多光谱扫描仪等），将较宽波段的电磁波分成几个较窄的波段，通过不同波段的同步摄影或扫描，分别取个较窄的波段，通过不同波段的同步摄影或扫描，分别取得几张同一地面景物同一时
12、间的不同波段影像，从而获得得几张同一地面景物同一时间的不同波段影像，从而获得地面信息的遥感技术。地面信息的遥感技术。一、遥感的概念（5 5）按传感器接收）按传感器接收信号的来源和方式信号的来源和方式分类分类 主动遥感（主动遥感（Active RSActive RS）：）：也称有源遥感，是指从遥感平也称有源遥感，是指从遥感平台上的人工辐射源向目标发射一定形式的电磁台上的人工辐射源向目标发射一定形式的电磁波，再由遥感器接收和记录其反射波的遥感系波，再由遥感器接收和记录其反射波的遥感系统。统。被动遥感（被动遥感（Passive RSPassive RS）:也称无源遥感，是指用遥感器也称无源遥感，是指
13、用遥感器从远距离接收和记录物体自身发射或反射太阳从远距离接收和记录物体自身发射或反射太阳辐射的电磁波信息的遥感系统。辐射的电磁波信息的遥感系统。一、遥感的概念（6 6）按）按应用专业应用专业分类分类农业农业RS RS 林业林业RS RS 地质地质RS RS 气象气象RS RS 海洋海洋RS RS 环境环境RS RS 军事军事RSRS地球资源地球资源RSRS 一、遥感的概念二、遥感技术系统 将遥感技术和方法应用到某个专业领域将遥感技术和方法应用到某个专业领域便构成了一个便构成了一个。组成：组成：空基系统空基系统 地基系统地基系统 研究技术支持系统研究技术支持系统二、遥感技术系统空基系统空基系统传
14、感器传感器集中监视集中监视控制系统控制系统遥感数据遥感数据传输系统传输系统 空基系统空基系统：完成遥感数据的采集和传输工作。：完成遥感数据的采集和传输工作。遥感平台，传输器，监控系统，数据传输系统遥感平台，传输器，监控系统，数据传输系统二、遥感技术系统地基系统地基系统遥感数据遥感数据 接收接收遥感应用遥感应用遥感数据遥感数据 处理处理 地基系统地基系统：完成遥感数据的接收、处理存档、分发：完成遥感数据的接收、处理存档、分发和应用开发工作。和应用开发工作。二、遥感技术系统研究技术支持系统研究技术支持系统光谱测量、建立光谱数据库光谱测量、建立光谱数据库地面试验地面试验定标系统定标系统 研究技术支持
15、系统研究技术支持系统：完成定标、地面试验、光谱数：完成定标、地面试验、光谱数据测量等基础性工作以及与遥感发展和应用密切相关据测量等基础性工作以及与遥感发展和应用密切相关的高技术研究和开发任务。的高技术研究和开发任务。二、遥感技术系统空基系统空基系统研究技术支持系统研究技术支持系统地基系统地基系统遥感数据遥感数据接收接收遥感应用遥感应用遥感数据遥感数据处理处理传感器传感器集中监视集中监视控制系统控制系统遥感数据遥感数据传输系统传输系统光谱测量、建立光谱数据库光谱测量、建立光谱数据库地面试验地面试验定标系统定标系统遥感技术系统的功能和结构框图遥感技术系统的功能和结构框图 三、遥感的过程及特点 A
16、Energy Source or Illumination A Energy Source or Illumination 能源或光源能源或光源 B B Radiation and the Atmosphere Radiation and the Atmosphere 电磁波辐射和大气层电磁波辐射和大气层 C Interaction with the TargetC Interaction with the Target 电磁波与地面目标的作用电磁波与地面目标的作用D Recording of Energy by the Sensor D Recording of Energy by the
17、Sensor 传感器记录电磁波能量传感器记录电磁波能量E Transmission,Reception,and ProcessingE Transmission,Reception,and Processing 信息发射、接收和处理信息发射、接收和处理F Interpretation and Analysis F Interpretation and Analysis 图像信息识别和分析图像信息识别和分析G G Application Application 应用应用地物特性电磁波谱地物电磁波能量影响因素太阳位置大气状态气象季节地表状态传感器性能传感器位置等应 用农林地质水文海洋气象环境军事数
18、据采集波谱段图像数据数据处理计算机数据处理图像判读遥感数据流程图1、空间特性 遥感的感测距离远，范围大，而且某些波段的遥感对冰雪、云雾、水体和陆地等有一定的穿透能力，因而遥感具有宏观性和直观性。2、时间特性 常用的航空平台和航天平台运行快，周期短，又能获得多时相、准同步的影像和数字资料以便作出综合的动态分析，所以，遥感获取资料的速度快，周期短，而且能反映动态变化。2 2、遥感探测的特点、遥感探测的特点 三、遥感的过程及特点3、波谱特性 现在，已用于遥感的电磁波段有Y射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、微波以及波长更长的无线电波等。各波段之间，性质差异很大，用途也很不相同。就连在同一大波段中的
19、几个小波段之间也有不少差别，应用范围和优缺点也各不相同。4、信息量巨大 遥感获得的信息量巨大。如陆地卫星的多光谱段扫描仪每秒可接收100亿个信息单位，其信息即使用高速电子计算机也难以全部处理。三、遥感的过程及特点5、受地面条件限制少 可用于自然条件恶劣、地面工作困难的地区-高山峻岭、密林、沙漠、沼泽、冰川、两极、海洋等，或因国界限制而不易到达的地区。6、经济效益好 成本低，收益高。例如在70年代，美国陆地卫星-1号及其地面设备，平均每年花费2000万美元5000万美元，而收益为14亿美元，其中仅减少洪水损失、预报农作物病虫害、勘探石油和天然气、估计世界小麦产量这五项的收益共计为10亿多美元。三
20、、遥感的过程及特点7、用途广 遥感技术已广泛应用于农、林、牧、渔、水文、地质、地理、气象、测绘、环保、考古、城规、土地管理和军事侦察等多个领域。8、发展迅速 遥感是在航空摄影的基础上发展起来的。最近40年来，随着空间科学技术、电子技术、电子计算机技术及其它新技术的发展，遥感技术及其应用发展迅速，日新月异。它已成为一门新兴的、先进的、在国民经济和国防事业中不可缺少的、影响深远的空间勘测技术。三、遥感的过程及特点四、遥感技术的发展简史与发展趋势1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况2 2、中国遥感的发展状况、中国遥感的发展状况3 3、遥感技术的发展趋势、遥感技术的发展趋势4.4.遥感研究有待解决的
21、问题遥感研究有待解决的问题1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况 1839年达吉赫和尼普斯获取了第一张照片；1840年，巴黎天文台长阿尔戈主张利用摄影进行地形测量；1858年法国摄影师G.F.图纳乔用气球载相机获取了巴黎附近的一个小村庄比弗雷的鸟瞰像片；1860年J.W.布莱克从气球上拍摄了波士顿市的像片；1882年，风筝用于航空摄影；1903年，莱特兄弟发明了飞机，为航摄创造了条件；1906年4月18日，G.R.劳伦斯在600米空中摄取了旧金山大地震和火灾余波；1909年在意大利第一次航拍了圣托西利地区的像片；1913年对利比亚的本格森油田进行航摄，用航片制成了油田地质图，这标志着航空摄影测
22、量的开始；一战时，从飞机上进行摄影开始用于军事侦察。遥感发展大体可分为：初级阶段、航空遥感阶段和航天遥感阶段遥感发展大体可分为：初级阶段、航空遥感阶段和航天遥感阶段（1 1）初级阶段（）初级阶段（1839183919241924）G F Tournachon(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.Pigeons,1903.A squadro
23、n of pigeons equipped with lightweight 70-mm aerial cameras.For obvious reasons,pigeons are not ideal platform.1906,Kitesfigure“San Francisco in ruins”,G R Lawrence,Aerial photograph of“San Francisco in ruins”obtained after April 18,1906 earthquake using a captive airship consisting of 17 kites.The
24、kites achieved at altitude of 2000 ft above sea level.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 World war IFigure I Close-up view of a world war I Figure II Vertical photography of World War I trench
25、es in Europe.这一时期遥感的特点是：这一时期遥感的特点是：完善了地面到空中取得像片的手段完善了地面到空中取得像片的手段 对像片的几何、物理特性还没有深入的研究对像片的几何、物理特性还没有深入的研究1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况1924年迈纳斯（Mannes）发明彩色胶片；1937年进行了彩色航空摄影；1940年红外摄影技术用于军事侦察；19461950年，美国发射V2火箭,装有小型摄像机；1957年美国密执安大学侧视雷达成像技术开始在军事上应用；多光谱摄影技术得以实现；二战时期，80的地面和空中情报是用空中摄影和雷达收集的；1941年A.J.厄德莱（Eardey）的航空像片
26、：应用与判读、J.W.巴格莱（Bagley）的航空摄影与航空测量等著作出版；1949年设立了航空像片应用专业委员会；1945年美国创刊了摄影测量工程杂志。1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况（2 2）航空遥感阶段（）航空遥感阶段（1924192419571957）Aerial photography in World war II Figure Vertical aerial photograph of a V2 rocket launching facility in World War II.这一时期遥感的特点是：这一时期遥感的特点是：1 1、多光谱、彩色摄影、机载侧视雷达成像技术成熟；
27、、多光谱、彩色摄影、机载侧视雷达成像技术成熟；2 2、用平台多样化（飞机、气球、火箭等）；、用平台多样化（飞机、气球、火箭等）；3 3、制造了判读仪器，对像片的几何、物理特性有一定、制造了判读仪器，对像片的几何、物理特性有一定认识；认识；4 4、开始用于军事侦察和地形测图。、开始用于军事侦察和地形测图。1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况 1957年10月4日，前苏联发射了第一颗人造地球卫星；1959年9月，美国用先锋2（VangWard2）火箭载两个红外光电管拍摄了地球上空云层像片，并测量了地球辐射；1959年10月，前苏联月球3装f=200.5mm相机和电视机获取了月球背面图像；1960
28、年4月，美国国家宇航局（NASA）发射了Tiros1卫星，装有电视摄像机对全球南北纬55度之间的云盖进行电视观测和照相，开始了气象卫星系列的发射；1960年，美国海军科学研究局的地理学家伊瑞林.布鲁伊特（Eretyn.Pruitt）建议用Remote Sensing代替过去的航空摄影Air Photograph。1962年密执安大学召开了首届环境遥感科学讨论会，会上讨论了如何把探测地面军事目标的侦察技术转向民用的问题，在这次会议上布鲁伊特提出了这个概念，并正式得到采用“遥感”这一术语。（3 3）航天遥感阶段（）航天遥感阶段（19571957现在）现在）1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况发射
29、时间卫星名称传感器1972.7.231972.7.23ERTSERTS1 1（LandsatLandsat1 1）RBV MSSRBV MSS1975.1.221975.1.22ERTSERTS2 2（LandsatLandsat2 2）RBV MSSRBV MSS19781978LandsatLandsat3 3MSSMSS19821982LandsatLandsat4 4MSS TMMSS TM19841984LandsatLandsat5 5MSS TMMSS TM19931993LandsatLandsat6 6失败失败1999.41999.4LandsatLandsat7 7MSS
30、ETMMSS ETMRBV：反束光导管摄像机 MSS：多光谱扫描仪 TM：专题制图仪 这一系列卫星是最公开使用的航天摄影资料，覆盖全球N81S81的范围，同时也带动了计算机图像处理技术的发展。航天航天RSRS走向成熟走向成熟标志：美国地质调查局（标志：美国地质调查局（Geological SurveyGeological Survey）的）的ERTSERTS（Earth Earth Resources Technology SatelliteResources Technology Satellite）系列卫星的发射。）系列卫星的发射。1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况同时取得航天影像的工
31、具还有：美国 双子星座（GEMINI）RBV D70m 阿波罗（APOLLO）RBV D70m 海洋卫星（SEASAT）欧空局 天空实验室（SKYLAB），SPACELAB1，ERS1，2德国 量测相机CMC前苏联 流星、联盟、礼炮空间工作站加拿大 RADARSAT法国 SPOT1，2，3，4日本 JERS1，ADEOS印度 IRS1B，IRS1C中国 CBERS（与巴西合作）1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况 由于电子技术、空间技术、计算机技术、仪器、胶片制造技术的发展引起了航天技术的发展，而航天技术的发展又是遥感发展飞跃的标志。这一时期遥感的特点是：扫描、CCD扫描仪成像技术、星载SA
32、R(Synthetic Aperture Radar)技术成熟；成像幅面大，覆盖广，基本全球成像；影像获取速度快，易于重复观测；用于资源勘查，军事侦察，地形测图；波段宽。事实上，遥感是由近距离摄影侦察到航空摄影，再由航空摄影逐步发展到航空航天遥感的广阔技术领域。1 1、遥感的发展概况、遥感的发展概况 1930年在浙江浦阳开始航摄，1951年大面积航摄开始 1980年成立遥感中心。与巴西合作发射CBERS（资源一号）卫星 将发射SAR D=5m 发展高空机载遥感系统和洪水监测遥感系统 我国自1970年4月24日发射第一颗人造地球卫星以来，航天技术已完成了四次突破：走向太空、返回地面、发射同步通信
33、卫星、载人航天，从而成为继美、苏之后第三个掌握了卫星返回技术的国家和第四个掌握了“一箭多星”技术的国家。2 2、中国遥感技术的发展状况、中国遥感技术的发展状况 1972年4月24日发射“东方红1号”人造地球卫星；1975年11月26日发射第一颗返回式遥感卫星和试验卫星；“风云1号”（FY1A，1B）和“风云2号”（FY2A，2B）气象卫星；1999年10月14日中国巴西地球资源遥感卫星CBERS1；“北斗”定位导航卫星；“清华1号”小卫星。2 2、中国遥感技术的发展状况、中国遥感技术的发展状况 19702000年总共发射了48颗人造卫星，其中包括“实践”科学实验卫星系列、“风云”气象卫星和“资
34、源”地球卫星系列。我国遥感应用事业，蓬勃发展，先后建立了国家遥感中心、国家卫星气象中心、中国资源卫星应用中心、卫星海洋应用中心和中国遥感卫星地面接收站。国务院各部委及省市地方纷纷建立了160多个遥感应用机构，广泛地开展气象预报、国土普查、作物估产、森林调查、地质找矿、海洋预报、环境保护、灾害监测、城市规划和地图测绘等遥感业务。并且与全球遥感卫星，通信卫星和定位导航卫星相配合，为国家经济建设和社会主义现代化，提供多方面的信息服务。也为迎接21世纪的空间时代和信息社会的挑战，打下了坚实的基础。2 2、中国遥感技术的发展状况、中国遥感技术的发展状况 载人航天技术取得了突破性进展。近几年来，六次成功地
35、发射并回收了“神舟”一号至四号无人试验飞船以及“神舟”五号、六号载人飞船。继美、前苏联之后，第三个成功完成载人航天飞行。2 2、中国遥感技术的发展状况、中国遥感技术的发展状况3 3、遥感技术的发展趋势、遥感技术的发展趋势3 3、遥感技术的发展趋势、遥感技术的发展趋势3 3、遥感技术的发展趋势、遥感技术的发展趋势俄罗斯俄罗斯具有较成熟的航天成像技术，由于欧美资料技术的公开，加之经济原因，有些资料于95年公开出售。SPIN2：携带TK-350（10m）和KVR-1000相机KVR1000：f=1000mm，D=2m，波长范围为0.51-0.76微米空间定位绝对精度10米（RMS）有控制点定位精度达3-4米（RMS）单像的覆盖面积为40公里160公里3 3、遥感技术的发展趋势、遥感技术的发展趋势3 3、遥感技术的发展趋势、遥感技术的发展趋势
