现代技术测量

现代技术测量第一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三遥感一词来自英语RemoteSensing，即“遥远感知”。中国古代：顺风耳（声音、空气、耳朵）千里眼（物体、光、眼睛）感知包括三个部分：目标、媒介、手段1遥感的概念第二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三广义理解，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。实际工作中，重力、磁力、声波、地震波等的探测被划为物探(物理探测)的范畴。因而，只有电磁波探测属于遥感的范畴。狭义的遥感：遥感是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的科学及综合性探测技术。1遥感的概念第三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三综合技术对象：地面载体：电磁波（主要）目的：地面物质的性质和运动状态（周期性、重复性）过程：成像、传输、处理、应用1.遥感的概念（RemoteSensing）Remotesensingisthescience(andtosomeextent,art)ofacquiringinformationabouttheEarth'ssurfacewithoutactuallybeingincontactwithit.Thisisdonebysensingandrecordingreflectedoremittedenergyandprocessing,analyzing,andapplyingthatinformation.(CanadaCentreforRemoteSensing：CCRS)第四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三遥感定义（北大版）：通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，进行处理、分析与应用的一门科学和技术。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。1.遥感的概念（RemoteSensing）第五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三2.遥感系统（RemoteSensingSystem）1）目标物的电磁波特性_遥感信息源任何目标物都具有发射、反射、吸收电磁波的性质。

2）信息的获取3）信息的接收4）信息的处理—遥感卫星地面站接收、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，为遥感应用提供数据服务。5）信息的应用第六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三灾害频繁资源耗失环境污染生态破坏环境变化实时监测灾害预报及时准确资源探测完整可靠人类及其生存的地球正面临严峻的挑战遥感是解决上述问题的基础第七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三国防建设与国家安全的需要“在某些情况下，中国建造一颗卫星是为了显示它能干什么，而不是满足作战需求”–––

美国战略和国际研究中心2004年1月制空权制天权制海权制信息权卫星应用遥感信息技术成为支撑军事信息化作战，夺取战场信息优势，解决制约我军联合作战和精确打击瓶颈问题的重要技术手段第八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三经济和社会可持续发展的需求国家信息基础设施（NII）

国家空间信息基础设施（NSII）社会信息化空间信息服务体系遥感信息技术广泛用于国土资源规划与管理、城市发展、精准农业、智能化交通等领域，将形成新的信息产业链，成为国民经济的重要增长点，保障经济和社会的可持续发展第九页，共五十三页，编辑于2023年，星期三国家科技发展战略的需求建设天基信息系统

（国家中长期科技发展规划）2020年前投资1500～2000亿元发射260颗左右的卫星，保持在轨稳定运行的卫星100颗左右进行全天候、准实时、多平台立体观测提供高精度的时空基准建设国家对地观测系统

（2004－2010年国家科技基础条件平台建设纲要）建成MODIS共享网建设多分辨率、先进雷达遥感数据获取共享平台建立高效运行的遥感地面支撑系统形成高空间、高光谱、高时间分辨率和宽地面覆盖于一体的卫星对地观测系统第十页，共五十三页，编辑于2023年，星期三按平台高度分类航天遥感轨道卫星载人飞船（<500km)航天飞机（<300km)探空火箭（100-650km)地球同步卫星太阳同步卫星长寿命(500-1000km)（36000km）短寿命(150-500km)第十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三航空遥感飞机气球飘浮气球（<50km）系留气球（<5km）高空飞机（>15km）中空飞机（9-15km）低空飞机（<9km）地面遥感高塔（<300m)车船（<30m)观测架（几米）第十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三按传感器的探测波段分：紫外遥感：0.05-0.38μm可见光遥感：0.38-0.76μm红外遥感：0.76-1000μm微波遥感：1mm-10m多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窒窄波段来探测。

3.遥感的类型第十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三按工作方式划分：主动遥感与被动遥感成像遥感与非成像遥感成像传感器摄影传感器扫描成像传感器雷达成像传感器非成像传感器

高度辐射计3.遥感的类型第十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三被动方式扫描(图像方式)非扫描非图像方式微波辐射计地磁测量仪重力测量仪傅立叶光谱仪其他图像方式(照相机)黑白天然彩色红外彩色红外其他像面扫描电视摄像机固体扫描仪(CCD)物面扫描光机扫描仪固体扫描仪第十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三主动方式扫描(图像方式)非扫描(非图像方式)微波散射计微波高度计激光光谱仪激光高度计像面扫描（被动型相控阵雷达）物面扫描激光水深计激光测距仪微波辐射计真实孔径雷达合成孔径雷达第十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三按应用领域划分：外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感。

3.遥感的类型第十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三4.遥感的特点大面积同步观测时效性强数据的综合性和可比性好较高的经济和社会效益一定的局限性第十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三5.遥感发展简史（1）无记录的地面遥感阶段（1608-1838年）

1609年出现望远镜；最早使用“遥感”一词的是美国海军研究局的艾弗林·普鲁伊特(Evelyn.L.Pruit,1960)。（2）有记录的地面遥感阶段（1839-1857年）

摄影技术的发明，并与望远镜相结合为远距离摄影（3）空中摄影遥感阶段（1858-1956年）

1858年陶纳乔（GasparddFelixTournachon）用系留气球拍摄了法国巴黎的“鸟瞰”像片。一战、二战：军事侦察航空摄影微波雷达、红外（4）航天遥感阶段（1957-）

5.1遥感发展阶段第十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期三◆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传感器，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”◆1999年美国发射的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号第二十页，共五十三页，编辑于2023年，星期三5.2我国的遥感发展50年代组建专业飞行队伍，开展航摄和应用70年4月24日，第一颗人造地球卫星75年11月26日，返回式卫星，得到卫星像片80年代空前活跃，六五计划遥感列入国家重点科技攻关项目西部大开发中的生态和环境问题载人航天探月工程第二十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三6.遥感技术发展趋势（1）随着热红外成像、机载多极化合成孔径雷达、高分辨力表层穿透雷达和星载合成孔径雷达技术日益成熟，遥感波谱域从最早的可见光向近红外、短波红外、热红外、微波方向发展，波谱域的扩展将进一步适应各种物质反射、辐射波谱的特征峰值波长的宽域分布。（波段范围扩展(从可见光、近红外、发展到中远红外、微波)）第二十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三人们把能到达地面的波段形象地称为“大气窗口”，这种“窗口”有三个。光学窗口是最重要的一个窗口，波长在300～700纳米之间，包括了可见光波段（400～700纳米），光学遥感一直是对地观测的主要工具。第二个窗口是红外窗口，红外波段的范围在0.7～1000微米之间，由于地球大气中不同分子吸收红外线波长不一致，造成红外波段的情况比较复杂。对于对地观测常用的有近红外、短波红外、中红外和远红外窗口。第三个窗口是微波窗口，微波波段是指波长大于1毫米的电磁波。大气窗口第二十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三（2）大、中、小卫星相互协同，高、中、低轨道相结合，在时间分辨率上从几小时到18天不等，形成一个不同时间分辨率互补系列。（不同时间分辨率互补）第二十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三（3）随着高空间分辨力新型传感器的应用，遥感图像空间分辨率从1KM、500m、250m、80m、30m、20m、10m、5m发展到1m，军事侦察卫星传感器可达到15cm或者更高的分辨率。空间分辨率的提高，有利于分类精度的提高，但也增加了计算机分类的难度。（空间分辩率越来越高）第二十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三（4）高光谱遥感的发展，使得遥感的波段宽度从早期的0.4µm（黑白摄影）、0.1µm（多光谱扫描）到5nm（成像光谱仪），遥感器波段宽度窄化，针对性更强，可以突出特定地物反射峰值波长的微小差异；同时，成像光谱仪等的应用，提高了地物光谱分辨力，有利于区别各类物质在不同波段的光谱响应特性。（光谱分辩率越来越高）第二十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三（5）机载三维成像仪和干涉合成孔径雷达的发展和应用，将地面目标由二维测量为主发展到三维测量。（多角度遥感）（6）各种新型高效遥感图像处理方法和算法将被用来解决海量遥感数据的处理、校正、融合和遥感信息可视化。（海量遥感数据处理、融合）第二十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三（7）遥感分析技术从“定性”向“定量”转变，定量遥感成为遥感应用的发展热点。（遥感从定性到定量分析）（8）建立适用于遥感图像自动解译的专家系统，逐步实现遥感图像专题信息提取自动化。（遥感图像自动解译的专家系统）（9）3S一体化第二十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三成像传感器:

遥感信息获取的关键是传感器框幅摄影机缝隙摄影机全景摄影机多光谱摄影机真实孔径雷达合成孔径雷达全景雷达光学摄影类型光电成像类型侧视雷达被动式主动式成像传感器

TV摄像机扫描仪电荷耦合器件CCD第二十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期三主动式传感器被动式传感器区别：主动传感器自身发射并接收经地面反射的能量，不受天气干扰被动传感器主要接收经地面反射的太阳光能量，受天气干扰大第三十页，共五十三页，编辑于2023年，星期三遥感传感器的结构组成传感器由收集系统、探测系统、信号处理系统和记录系统四个部分组成第三十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三遥感图像中的分辨率空间分辨率：通常指一个像素对应地面的实际大小。一般遥感图像分辨率指的是地面分辨率；光谱分辨率：成象范围内波谱带数目；时间分辨率：重复获取某地区图像的周期；温度分辨率（热红外）：可探测的温度变化幅度。第三十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三主要的遥感对地观测卫星及未来发展1)．气象卫星地球同步静止气象卫星太阳同步极轨气象卫星。第三十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三2)．资源卫星卫星系统多采用光机扫描仪、CCD固体阵列传感器等光学传感器，获得20~100m空间分辨率的全色或多光谱图像。采集的多光谱数据对土地利用、地球资源调查、监测与评价、森林覆盖、农业和地质等专题信息提取具有极其重要的作用第三十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三3、地球观测系统（EOS）计划美国国家宇航局（NASA）于1991年发起了一个综合性的项目，称为地球科学事业（ESE），它的核心便是地球观测系统（EOS），用来监测全球火灾、冰（冰川）、陆地、辐射、风暴、气侯、污染以及海洋等。NASA现在采用地球观测系统数据和信息系统（EOSDIS）来管理这些卫星，并对其数据进行归档、分布和信息管理等。第三十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三

EOS的目标是：

1）检测地球当前的状况；2）.监测人类活动对地球和大气的影响；3）.预测短期气候异常、季节性乃至年际气候变化；4）.改进灾害预测；5）.长期监测气候与全球变化。第三十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三4．测图卫星为了用于1：10万及更大比例尺的测图，对空间遥感最基本的要求是其空间分辨率和立体成像能力，下表列出了几种具备这一能力的卫星系统。值得注意的是，美国成功发射的IKONOS-2卫星和快鸟卫星开辟了高空间分辨率商业卫星的新纪元。第三十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三5)．遥感传感器的未来发展成像光谱仪（ImagingSpectrometer）能以高达5～6nm的光谱分辨率在特定光谱域内以超多光谱数的海量数据同时获取目标图像和多维光谱信息，合成孔径侧视雷达的发展主要体现在时间分辨率的提高，特别是双天线卫星雷达的研制激光断面扫描仪（LaserScanner）也是近几年来引起广泛兴趣并成为研制热点之一的传感器系统，其作用是直接用于测定地面高程，从而建立数字高程模型。

第三十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三4遥感信息传输与预处理遥感信息的传输

遥感信息的传输有两种方式，即模拟信号，这是一种连续变化的电源与电压表示的模拟信号，经过放大和调制后用无线电传输，这种方式称为模拟信号传输。数字信号传输是指将模拟信号转换为数字形式进行传输。由于遥感信息量相当大，要在卫星过境的短时间内将获得的信息数据全部传输到地面是有困难的，因此，在信息传输时要进行数据压缩。第三十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期三

遥感信息的预处理数据转换：由于所接收到的遥感数据记录形式与数据处理系统的输入形式不一定相同，而处理系统的输出形式与用户要求的形式也可能不同，所以必须进行数据转换

数据压缩：其目的是为了除去无用的或多余的数据，并以特征值和参数的形式保存有用的数据数据校正：为了保证获得信息的可靠性，必须对这些有误差的数据进行校正。校正的内容主要有辐射校正和几何校正

第四十页，共五十三页，编辑于2023年，星期三5遥感图像数据处理

)遥感图像数据处理概述遥感影像数据的处理分为几何处理、灰度处理、特征提取、目标识别和影像解译。几何处理。对于无立体重叠的影像主要是几何纠正和形成地学编码，对于有立体重叠的卫星影像，还要解求地面目标的三维坐标，和建立数字高程模型(DEM)。影像的灰度处理：包括图像复原和图像增强、影像重采样、灰度均衡、图像滤波特征提取：是从原始影像上提取用户有用的特征目标识别：是从影像数据中人工或自动半自动地提取所要识别的目标，包括人工地物和自然地物目标

第四十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期三2)雷达干涉测量和差分雷达干涉测量

雷达干涉测量（INSAR）和差分雷达干涉测量（D-INSAR）被认为是当代遥感中的重要新成果。所谓雷达干涉测量是利用复雷达图像的相位差信息来提取地面目标地形3维信息的技术。而差分干涉测量则是利用复雷达图像的相位差信息来提取地面目标微小地形变化信息的技术。第四十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期三

雷达干涉测量的数据处理包括：用轨道参数法或控制点测定基线，图像粗配准和精配准，最终要达到1/10像元的精度才能保证获得较好的干涉图像；随后进行相位解缠。其中最常用的方法有枝切法、最小二乘法、基于网络规划的算法等

由于重复轨道获得干涉条件的困难，所以，人们把注意力集中在攻克双天线雷达成像技术上。第四十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期三6遥感技术的应用

在国家基础测绘和建立空间数据基础设施中的应用在铁路、公路设计中的应用遥感技术在农业中的应用遥感技术在林业中的应用遥感技术在煤炭工业中的应用遥感技术在油气资源勘探中的应用遥感技术在地质矿产勘查中的应用遥感技术在水文学和水资源研究中的应用遥感技术在海洋研究中的应用遥感技术在环境监测中的应用遥感与GIS在洪水灾害监测与评估中的应用遥感技术在地震灾害监测中的应用

第四十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期三遥感对社会可持续发展的作用减少自然或人为灾害所造成的生命财产损失；了解环境因素对人类健康和生命的影响；改善对能源资源的管理；了解、评价、预测、减轻以及适应气候变异和变化；通过更好地了解水循环，改善水资源的管理；改善气象信息、天气预报和预警；提高对陆地、海岸、海洋生态系统的保护和管理；支持可持续农业，减少荒漠化；了解、监测和保护生物多样性；保障国家安全与国家主权。第四十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期三中国的环境灾害监测卫星计划

为了更好地监测我国的环境与灾害，我国已计划发射由4颗光学卫星和4颗雷达卫星组成的小卫星群在4颗雷达小卫星上主要装设地面分辨率为20m、幅宽350km的S波段合成孔径雷达。该小卫星系统能保证每天覆盖地球一次，以保证环境监测和灾害防治的需求。该计划的第一步是在2008年前先发射两颗光学卫星和一颗雷达卫星。第四十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期三我国的航空遥感技术实施863计划自1986年以来，中国发展了两套重要的机载遥感系统，即高空机载遥感系统和洪水监测遥感系统在航空遥感图像几何处理方面，中国在过去30年，积极地开始了全数字化摄影测量的研究，并研制成功Virtuozo、JX—4等型号DPW数字摄影测量工作站第四十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期三8.8遥感对地观测的发展前景

航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多和三高航空航天遥感对地定位趋向于不依赖地面控制摄影测量与遥感数据的计算机处理更趋自动化和智能化利用多时影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化航空与航天遥感在构建“数字地球”、“数字中国”、“数字省市”和“数字文化遗产”中正在发挥愈来愈大的作用全定量化遥感方法将走向实用遥感传感器网络与全球信息网格相集成，将不仅提供数据而且直接提供信息与服务第四十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期三（1）21世纪人们已纷纷在构建天地一体化的对地观测系统，以便实时全球、全天时、全天候地获取粗、中、高分辨率的点方式和面方式的时空数据。（2）由美国政府发起于2003年7月31日在美国国务院内召开了第一届对地观测部长级高峰会议，有34个国家的科技部长或其代表以及联合国相应机构参加了对地观测部长级高峰会议。会上发布了对地观测华盛顿宣言，成立了政府间对地观测协调组织（GEO）。（3）在华盛顿宣言中正式提出要建立一个功能强大的、协调的、持续化的分布式全球对地观测系统（GEOSS），并于4月25日在日本东京召开的第二次部长级对地观测高峰会上通过。