环境遥感技术及应用(田静毅)01绪论
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• 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
• 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
a
15
多种探测技术的集成日趋成熟，如雷达、 多光谱成像与激光测高、GPS的集成可以同 时取得经纬度坐标和地面高程数据，由于 实时测图。
平方公里；影像 包含各种地表景
观信息，有可见 的，也有潜在的。
a
22
❖ 光谱特性：探测的波段从可见光向两侧延伸,扩 大了地物特性的研究范围
目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、 红外线和微波。
a
23
多波段图像
•Here is an example of three bands, green, red and near infra-red displayed separately as grayscale
• 地物空间信息主要由搭载在遥感平台上的 遥感器来获取
a
36
遥感数据的传输和接收
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
a
37
地面卫星接收站
• 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
a
38
遥感图像处理
• 硬件系统 计算机 数字化设备 大容量存贮设备 显示器和输出设备
Nearinfra red
green
a
red
24
❖ 时相特性：周期成像，有利于进行动态研 究和环境监测
航空与航天飞行器运行快、周期短，可 获得多时相数据。例如Landsat 覆盖地球 一遍所需时间仅16天，而气象卫星的周期 更短（1天或半天）。
a
25
二、遥感技术的特点
➢ 多时相性
重复探测，有利于进行动态分析。
• 20世纪60年代中期，1960年美国发射TIROS-1 和NOAA-1太阳同步卫星，实现了真正从航天 器上对地球进行长期探测 。
• 1972年美国第一颗地球观测卫星Landsat发射成 功。
• 1975年第二颗陆地卫星。
a
14
• 1982 年 Landsat 一 4 发射，装有 TM 传感器，分辨 率提高到30米
Las Vegas, 1972
Las Vegas, 1992
aLas Vegas, 1986
26
➢ 多时相性
重复探测，有利于进行动态分析。
1986
1992
a
2002
27
§3 遥感的特性
遥感的特点
❖大面积的同步观测
如一幅Landsat图像，覆盖面积185 km×185 km， 在5~6 min内可完成扫描，实现对地的大面积同步观 测。所取得的数据可进行大面积资源和环境调查，并 且不受地形阻隔等限制。
Figure Vertical aerial photograph of a V2 rocket launching
facility a Peenemunde in Wa orld War II.
13
航天遥感阶段
• 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
随着遥感应用向广度和深度发展，遥感 探测更趋于实用化、商业化和国际化。
a
16
中国遥感技术的发展
我国自1970年4月24日发射“东方红1号”人 造卫星后，相继发射了数十颗不同类型的人造地 球卫星，使得我国开展宇宙探测、通讯、科学实 验、气象观测等研究有了自己的信息源。1999年 10月14日中国---巴西地球资源卫星CBERS---1的 成功发射，使我国拥有了自己的资源卫星。在遥 感图形处理方面，已开始从普遍采用国际先进的 商品化软件向国产化迈进。在科技部、信息产业 部的倡导下，国产图像处理软件从研制走向了商 品化，并占有一定的市场份额，如photomapper 等。在遥感应用方面，国家将遥感列入重点攻关 项目和“863”工程。
a
39
• 计算机是图像处理的核心，大的内存和高的CPU 速度可以有助于加快处理速度。苹果机由于具有 严格的色彩管理系统，是图像处理的首选。
• 数字化设备，为了采集数字图像需要两种装置， 一种是传感器，它将所接收到得电磁辐射能量转 变成与能量成正比的模拟信号，另一种是数字化 设备，能将模拟信号或者模拟图像转化为数字形 式。这两种设备安装在遥感平台上，用户得到的 是数字图像。
a
11
Aerial photography in World war I
Figure Close-up view of a world war I
Figure Vertical photography of World War I trenches in
Europe.
a
12
Aerial photography in World war II
介绍遥感概念、 遥感的特点、 遥感数据、遥 感数据类型、
§1 遥感绪论 §2 遥感概念和遥感数据 §3 遥感的特性 §4 遥感平台
遥感数据的应
§5 遥感数据的类型
用以及遥感技 术的发展。
§5 遥感技术系统 §6 遥感数据的应用领域
§7 遥感的发展简况
a
4
§1 遥感绪论
遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性 探测技术。 遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、 数学和地理学密切相关。 遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境
资源的调查和规划不可缺少的有效手段。
a
5
遥感发展概况
• Remote Sensing 的提出：美国学者布鲁伊 特于 1960年提出，61年正式通过。
• 遥感发展的三个阶段： – 萌芽阶段 – 航空遥感阶段 – 航天遥感阶段
a
6
History of aerial photography and aerial platforms
• J N Niepce (1826, France )尼埃普斯 • The world’s first photographic image Another wing
of the house
Upper loft of the house
The slanting roof of the barn
Pear tree & a patch of sky showing
a
20
遥感数据的特性
空间特性
❖ 视域范围大，具有宏观特性
由于探测距离远，传感器所获得的地 面影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地 卫星5号（Landsat 5 ）为例，它距离地表 的高度是705.3 km，对地球表面的扫描宽 度是185 km，一幅TM图像可以全部覆盖我 国海南岛大小的面积。
a
21
覆盖范围大、信 息丰富。一景TM 影像为185×185
目前数字化设备有数码相机，数码摄像机和扫 描仪。如果用户得到的是打印输出后的图像，则 需要自己将其转化为数字图像。
a
40
• 大容量存贮设备 遥感数字图像数据量很大，一景包括7个波段的 landsat5的TM图像文件，需要至少占用200MB 的存储空间，高光谱图像则可能需要超过1GB的 存储空间。 • 显示器和输出设备 是基本的图像显示设备，专业的大尺寸显示器和 多屏显示器有助于提高图像的处理效率。彩色高 分辨率打印输出成为主要趋势。
遥感数据等。 按传感器的工作方式分
主动遥感、被动遥感数据。
a
32
§6 遥感技术系统
• 遥感信息源 • 空间信息获取 • 遥感数据传输与接收 • 遥感图像处理 • 遥感信息提取与分析
a
33
遥感技术系统
a
34
遥感信息源
任何地物都可以发射、 反射和吸收电磁波信 号，都是遥感信息源
a
35
空间信息的提取
a
8
Paris,France.
Intrepid balloon, 1862
The balloon being inflated by using portable hydrogen generating system during the Civil War .
a
9
航空遥感阶段
• 1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。 • 1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。 • 一战中，航空照相技术用于获取军事情报。 • 一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地
环境遥感技术及应用
田静毅
a
1
授课学时：16理论+16实验 考察
a
2
遥感概论
第一章 遥感概述
第二章 电磁波谱与地物波谱特征
第三章 遥感传感器
第四章 遥感图像处理
第五章 遥感图像目视解译与制图
第六章 遥感影像计算机解译
第七章 环境遥感应用
第八章 3S集成技术应用
a
3
第一章 遥感概述
பைடு நூலகம்
本章提要
本章主要
a
17
§2 遥感概念和遥感数据
遥感( Remote Sensing )概念
❖ 广义：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。
❖ 遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接 触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁 波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。
a
28
❖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，客观地记录了地面的实际状况，数 据综合性很强。
• 不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感 器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性。
❖经济性
从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的方 法相比，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。如Landsat卫星的 投入与效益比估计为1:80 。
a
41
遥感数字图像处理系统
• ERDAS IMAGINE 是美国ERDAS 公司开发的遥
感图像处理系统。它以其先进的图像处理技术， 友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔 应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的 模型开发工具以及高度的RS/GIS（遥感图像处
理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关 应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的 图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来 的发展趋势。
❖局限性
信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。
数据的挖掘技术不完善，使得大量的遥感数据无法有
效利用。
a
29
多波段性
红树林在绿波段的影像
红树林在红波段的影像
红树林在近红外波段的影像
a
30
§4 遥感平台
遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为： 地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。 航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。 航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火
质调查。 • 1930年，美国开始全国航空摄影测量。 • 1937年，出现了彩色航空像片。
a
10
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.
❖时效性
遥感探测可以在短时间内对同一地区进行重复探测，
监测地球上许多事物的动态变化。一般地球资源卫星
8~9天可重复一次，气象卫星每天两次，而传统的地面
调查需要花费大量的人力和物力，且周期很长。因此，
遥感方法具有很好的时效性。遥感在天气预报、火灾和
水灾监测以及军事行动等领域的应用，反映了遥感方法
的时效性优势。
a
7
G F Tournachon
图尔纳雄 (1820-1910),
he call himself Nadar.
The first-known
aerial photograph
was obtained from a
balloon by a
Parisian
photographer in
1858 near
箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。 人造地球卫星的类型：
低高度、短寿命卫星：150-350 km，用于军事。 中高度、长寿命卫星：350-1800 km，地球资源。 高高度、长寿命卫星：约3600 km，通信和气象。
a
31
§5 遥感数据的类型
按平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。
按电磁波段分 可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外
a
18
• 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
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19
§2 遥感概念和遥感数据
遥感数据 太阳辐射经过大气层到达地面，一部分
与地面发生作用后反射，再次经过大气层， 到达传感器。传感器将这部分能量记录下 来，传回地面，即为遥感数据
• 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
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多种探测技术的集成日趋成熟，如雷达、 多光谱成像与激光测高、GPS的集成可以同 时取得经纬度坐标和地面高程数据，由于 实时测图。
平方公里；影像 包含各种地表景
观信息，有可见 的，也有潜在的。
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❖ 光谱特性：探测的波段从可见光向两侧延伸,扩 大了地物特性的研究范围
目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、 红外线和微波。
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多波段图像
•Here is an example of three bands, green, red and near infra-red displayed separately as grayscale
• 地物空间信息主要由搭载在遥感平台上的 遥感器来获取
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遥感数据的传输和接收
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
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地面卫星接收站
• 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
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遥感图像处理
• 硬件系统 计算机 数字化设备 大容量存贮设备 显示器和输出设备
Nearinfra red
green
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❖ 时相特性：周期成像，有利于进行动态研 究和环境监测
航空与航天飞行器运行快、周期短，可 获得多时相数据。例如Landsat 覆盖地球 一遍所需时间仅16天，而气象卫星的周期 更短（1天或半天）。
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二、遥感技术的特点
➢ 多时相性
重复探测，有利于进行动态分析。
• 20世纪60年代中期，1960年美国发射TIROS-1 和NOAA-1太阳同步卫星，实现了真正从航天 器上对地球进行长期探测 。
• 1972年美国第一颗地球观测卫星Landsat发射成 功。
• 1975年第二颗陆地卫星。
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• 1982 年 Landsat 一 4 发射，装有 TM 传感器，分辨 率提高到30米
Las Vegas, 1972
Las Vegas, 1992
aLas Vegas, 1986
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➢ 多时相性
重复探测，有利于进行动态分析。
1986
1992
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§3 遥感的特性
遥感的特点
❖大面积的同步观测
如一幅Landsat图像，覆盖面积185 km×185 km， 在5~6 min内可完成扫描，实现对地的大面积同步观 测。所取得的数据可进行大面积资源和环境调查，并 且不受地形阻隔等限制。
Figure Vertical aerial photograph of a V2 rocket launching
facility a Peenemunde in Wa orld War II.
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航天遥感阶段
• 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
随着遥感应用向广度和深度发展，遥感 探测更趋于实用化、商业化和国际化。
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中国遥感技术的发展
我国自1970年4月24日发射“东方红1号”人 造卫星后，相继发射了数十颗不同类型的人造地 球卫星，使得我国开展宇宙探测、通讯、科学实 验、气象观测等研究有了自己的信息源。1999年 10月14日中国---巴西地球资源卫星CBERS---1的 成功发射，使我国拥有了自己的资源卫星。在遥 感图形处理方面，已开始从普遍采用国际先进的 商品化软件向国产化迈进。在科技部、信息产业 部的倡导下，国产图像处理软件从研制走向了商 品化，并占有一定的市场份额，如photomapper 等。在遥感应用方面，国家将遥感列入重点攻关 项目和“863”工程。
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• 计算机是图像处理的核心，大的内存和高的CPU 速度可以有助于加快处理速度。苹果机由于具有 严格的色彩管理系统，是图像处理的首选。
• 数字化设备，为了采集数字图像需要两种装置， 一种是传感器，它将所接收到得电磁辐射能量转 变成与能量成正比的模拟信号，另一种是数字化 设备，能将模拟信号或者模拟图像转化为数字形 式。这两种设备安装在遥感平台上，用户得到的 是数字图像。
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Aerial photography in World war I
Figure Close-up view of a world war I
Figure Vertical photography of World War I trenches in
Europe.
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Aerial photography in World war II
介绍遥感概念、 遥感的特点、 遥感数据、遥 感数据类型、
§1 遥感绪论 §2 遥感概念和遥感数据 §3 遥感的特性 §4 遥感平台
遥感数据的应
§5 遥感数据的类型
用以及遥感技 术的发展。
§5 遥感技术系统 §6 遥感数据的应用领域
§7 遥感的发展简况
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§1 遥感绪论
遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性 探测技术。 遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、 数学和地理学密切相关。 遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境
资源的调查和规划不可缺少的有效手段。
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遥感发展概况
• Remote Sensing 的提出：美国学者布鲁伊 特于 1960年提出，61年正式通过。
• 遥感发展的三个阶段： – 萌芽阶段 – 航空遥感阶段 – 航天遥感阶段
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History of aerial photography and aerial platforms
• J N Niepce (1826, France )尼埃普斯 • The world’s first photographic image Another wing
of the house
Upper loft of the house
The slanting roof of the barn
Pear tree & a patch of sky showing
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遥感数据的特性
空间特性
❖ 视域范围大，具有宏观特性
由于探测距离远，传感器所获得的地 面影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地 卫星5号（Landsat 5 ）为例，它距离地表 的高度是705.3 km，对地球表面的扫描宽 度是185 km，一幅TM图像可以全部覆盖我 国海南岛大小的面积。
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覆盖范围大、信 息丰富。一景TM 影像为185×185
目前数字化设备有数码相机，数码摄像机和扫 描仪。如果用户得到的是打印输出后的图像，则 需要自己将其转化为数字图像。
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• 大容量存贮设备 遥感数字图像数据量很大，一景包括7个波段的 landsat5的TM图像文件，需要至少占用200MB 的存储空间，高光谱图像则可能需要超过1GB的 存储空间。 • 显示器和输出设备 是基本的图像显示设备，专业的大尺寸显示器和 多屏显示器有助于提高图像的处理效率。彩色高 分辨率打印输出成为主要趋势。
遥感数据等。 按传感器的工作方式分
主动遥感、被动遥感数据。
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§6 遥感技术系统
• 遥感信息源 • 空间信息获取 • 遥感数据传输与接收 • 遥感图像处理 • 遥感信息提取与分析
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遥感技术系统
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34
遥感信息源
任何地物都可以发射、 反射和吸收电磁波信 号，都是遥感信息源
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空间信息的提取
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Paris,France.
Intrepid balloon, 1862
The balloon being inflated by using portable hydrogen generating system during the Civil War .
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航空遥感阶段
• 1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。 • 1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。 • 一战中，航空照相技术用于获取军事情报。 • 一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地
环境遥感技术及应用
田静毅
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授课学时：16理论+16实验 考察
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遥感概论
第一章 遥感概述
第二章 电磁波谱与地物波谱特征
第三章 遥感传感器
第四章 遥感图像处理
第五章 遥感图像目视解译与制图
第六章 遥感影像计算机解译
第七章 环境遥感应用
第八章 3S集成技术应用
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第一章 遥感概述
பைடு நூலகம்
本章提要
本章主要
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§2 遥感概念和遥感数据
遥感( Remote Sensing )概念
❖ 广义：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。
❖ 遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接 触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁 波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。
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❖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，客观地记录了地面的实际状况，数 据综合性很强。
• 不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感 器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性。
❖经济性
从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的方 法相比，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。如Landsat卫星的 投入与效益比估计为1:80 。
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遥感数字图像处理系统
• ERDAS IMAGINE 是美国ERDAS 公司开发的遥
感图像处理系统。它以其先进的图像处理技术， 友好、灵活的用户界面和操作方式，面向广阔 应用领域的产品模块，服务于不同层次用户的 模型开发工具以及高度的RS/GIS（遥感图像处
理和地理信息系统）集成功能，为遥感及相关 应用领域的用户提供了内容丰富而功能强大的 图像处理工具，代表了遥感图像处理系统未来 的发展趋势。
❖局限性
信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。
数据的挖掘技术不完善，使得大量的遥感数据无法有
效利用。
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多波段性
红树林在绿波段的影像
红树林在红波段的影像
红树林在近红外波段的影像
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§4 遥感平台
遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为： 地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。 航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。 航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火
质调查。 • 1930年，美国开始全国航空摄影测量。 • 1937年，出现了彩色航空像片。
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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.
❖时效性
遥感探测可以在短时间内对同一地区进行重复探测，
监测地球上许多事物的动态变化。一般地球资源卫星
8~9天可重复一次，气象卫星每天两次，而传统的地面
调查需要花费大量的人力和物力，且周期很长。因此，
遥感方法具有很好的时效性。遥感在天气预报、火灾和
水灾监测以及军事行动等领域的应用，反映了遥感方法
的时效性优势。
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G F Tournachon
图尔纳雄 (1820-1910),
he call himself Nadar.
The first-known
aerial photograph
was obtained from a
balloon by a
Parisian
photographer in
1858 near
箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。 人造地球卫星的类型：
低高度、短寿命卫星：150-350 km，用于军事。 中高度、长寿命卫星：350-1800 km，地球资源。 高高度、长寿命卫星：约3600 km，通信和气象。
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§5 遥感数据的类型
按平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。
按电磁波段分 可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外
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• 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
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§2 遥感概念和遥感数据
遥感数据 太阳辐射经过大气层到达地面，一部分
与地面发生作用后反射，再次经过大气层， 到达传感器。传感器将这部分能量记录下 来，传回地面，即为遥感数据