定量遥感的定义(共8页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上定量遥感的定义定量遥感随着经济和科技的发展，国家的宏观决策、资源调查、环境及灾害监测等影响国民经济发展的关键领域急需数据支持，要求数据具有空间上的宏观性，时间上的连续性和可获取数据的全面性。而遥感技术正具备这一能力，它能够以不同的时空尺度不断地提供多种地表特征信息。但是与遥感卫星获取数据的能力相比，遥感数据的自动、定量化处理乃至对遥感数据信息的理解能力与对遥感数据的有效利用却远远不足，这也是目前制约遥感发挥作用的瓶颈问题。因此，定量遥感逐渐成为遥感发展的主要方向。定义定量遥感或称遥感量化遥感研究，主要指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究，区别于仅依

2、靠经验判读的定性识别地物的方法。它有两重含义：遥感信息在电磁波的不同波段内给出的地表物质的定量的物理量和准确的空间位置；从这些定量的遥感信息中，通过实验的或物理的模型将遥感信息与地学参量联系起来，定量的反演或推算某些地学或生物学信息。建模装置在星体上的传感器，它的可测参数一般为电磁波的属性参数，也就是电磁辐射强度、偏振度、相位差等，而我们的目的是要从这些可测参数中获得有关目标的物理的、地理的、化学的、甚至生物学的状态参数，所以在可测参数与目标状态参数间建立某种函数关系是实现目标参数反演的关键一步，我们称它为建模。遥感模型一般分为三种：1.统计模型(即经验模型)：基于陆地表面变量和遥感数据的相关

3、关系，对一系列的观测数据做经验性的统计描述或者进行相关性分析，构建遥感参数与地面观测数据之间的线性回归方程。优点：参数少；容易建立且可以有效概括从局部区域获取的数据，简便，适用性强；缺点：有地域局限性，所以可移植性差；理论基础不完备，缺乏对物理机理的足够理解和认识，参数之间缺乏逻辑关系。2.物理模型：其模型参数具有明确物理意义，并试图对作用机理进行数学描述。优点：精度高，可移植性强；缺点：此模型通常为非线性的，所以方程复杂，实用性较差；并且在复杂问题考虑中会产生大量参数，其中有些参数无法获取，从而采取近似，会产生误差，而对非主要因素有过多忽略或假定也会产生误差。3.半经验模型：突出上述两种模型

4、的优点，回避其缺点。考虑经验数据和物理过程，其参数往往是经验参数，但有一定物理意义。反演反演与建模是两个不同的问题，建模是指就某种物理过程，建立与之对应的数学方程或方程组的问题，而反演就好像是解方程或解方程组的问题，显然建立方程与解方程是两个不同性质而又密切相关的问题。所谓反演就是基于模型知识基础上，依据可测参数值云反推目标的实时状态参数。要实现反演一般需要获得足够的信息量，数学语言可表达为独立方程数必须等于或大于未知参数数目。所谓独立就是指正交。定量遥感Quantitative Remote Sensing是一种利用遥感的方法获取高时空分辨率的各类气象信息的先进手段，它的有效使用有可能在节省

5、人力、财力与物力条件下实现中尺度灾害天气的监测与探测的目标。定量遥感涉及的内容很多。其中，遥感器定标、大气纠正和地表应用参数反演是当前定量遥感研究的三个主要内容。作用与能力：1.要充分发挥卫星遥感在中尺度灾害天气监测与探测中的重要作用。目前对卫星遥感在我国大气监测中所发挥的作用还远远没有达到它应能发挥的程度。实际上到2006年将有两颗静止卫星、三颗极轨卫星为我们提供大量资料。同时还可能利用TRMM、ATOVS资料为我们继续提供服务。有了如此丰富的卫星资料源，那么如何充分发挥其作用是在设计中尺度灾害天气监测网时必须考虑的重要因素。实际上，最近5年通过国家973项目的支持，中国科学家在卫星遥感的反

6、演能力上有了很大的提高，我们有能力利用卫星遥感资料反演中尺度云团内的温湿三维结构，不同层次的风向、风速、云的分类、云顶相态、降水估测、下垫面特征、监测江河流域的洪涝变化等，尤其在云导风反演上我们已处于国际领先水平。现在的问题是卫星探测精度与遥感反演精度的提高以及与遥感资料精细分析相关的技术开发问题有待进一步发展。2.进一步发挥新一代天气雷达的作用。通过国家973项目的支持，我们重点做了三方面的工作，即利用天气雷达获取中尺度系统的三维流场结构资料，利用多部雷达资料实现一个区域(或更大区域)对中尺度强对流系统的联网监测以及面降水量的估测，研究了双偏振雷达所具有的相态分析功能。这三方面的工作基本上都

7、取得了突破。利用长江中下游野外试验雷达资料第一次获取了中尺度暴雨系统的三维流场的实时结构分析结果，充分说明了发挥新一代天气雷达作用的重要性和它的潜在能力。3.进一步加强GPS、风廓线仪、甚至飞机追踪观测技术的研究，并建成相应的观测系统，尤其在大城市区域建立空间间隔仅8-12公里的多个GPS组成的观测网，通过层析分析实现利用GPS分析水汽的垂直廓线，试验表明其精度可达相当高的水平。上述三方面的工作基本构成了天基(气象卫星)、空基(飞机追踪观测)、地基(天气雷达、GPS、风廓线仪等)遥感，再加上常规气象观测网，将基本满足对大城市灾害天气监测的需求。定量遥感概述1.定量遥感遥感信息定量化，建立地球系

8、统科学信息系统，实现全球观测海量数据的定量管理、分析与预测、模拟是遥感当前重要的发展方向之一。遥感技术的发展，最终目标是解决实际应用问题。但是仅靠目视解译和常规的计算机数据统计方法来分析遥感数据，精度总提不高，应用效率相对低，寻找应用的新突破口也非常困难。尤其对多时相、多遥感器、多平台、多光谱波段遥感数据的复合研究中，问题更为突出。其主要原因之一是遥感器在数据获取时，受到诸多因素的影响，譬如，仪器老化、大气影响、双向反射、地形因素及几何配准等，使其获取的遥感信息中带有一定的非目标地物的成像信息，再加上地面同一地物在不同时间内辐射亮度随太阳高度角变化而变化，获得的数据预处理精度达不到定量分析的高

9、度，致使遥感数据定量分析专题应用模型得不到高质量的数据作输入参数而无法推广。GIS的实现和发展及全球变化研究更需要遥感信息的定量化，遥感信息定量化研究在当前遥感发展中具有牵一发而动全局的作用，因而是当前遥感发展的前沿。2.遥感信息定量化的内涵遥感信息定量化是指通过实验的或物理的模型将遥感信息与观测目标参量联系起来，将遥感信息定量地反演或推算为某些地学、生物学及大气等观测目标参量。遥感信息定量化研究将涉及到遥感器性能指标的分析与评价、大气参量的计算与大气订正方法和技术、对地定位和地形校正方法与技术、计算机图像处理与算法实现、地面辐射和几何定标场的设置以及各种遥感应用模型和方法、观测目标物理量的反

10、演和推算等多种学科及领域。其中，遥感器定标、大气订正和目标信息的定量反演是遥感信息定量化的三个主要研究方面。4.遥感器定标遥感器定标是遥感信息定量化的前提，遥感数据的可靠性及应用的深度和广度在很大程度上取决于遥感器的定标精度。所谓遥感器定标就是指建立遥感器每个探测元所输出信号的数值量化值与该探测器对应象元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系。无论对可见光波段、近红外波段、短波红外波段，还是对热红外波段，在遥感器定标过程的实际计算中应考虑到遥感器响应函数(R(l)的影响，换算出相应的遥感器通道的辐射强度计算值LsDl：LsDl=(5)式中(l1,l2)为遥感器通道的波长范围。入瞳通道辐射计算值L

11、sDl与同步观测遥感器输出信号的数字量化值DC*之间的定量关系为：C*=ALsDl(6)其中，A则为该遥感器通道的定标系数。遥感器定标方法可分为三大类：飞行前实验室定标、星上内定标和场地外定标。这三种方法都可对遥感器进行绝对辐射定标，只不过在遥感器研制到投入运行整个过程中，它们分别在不同阶段发挥着一定的作用。随着遥感信息定量化应用的迅速发展，对遥感器的辐射定标提出了日益迫切的高精度要求。场地外定标是提高辐射定标精度的重要手段，已成为整个遥感器辐射定标的重要环节，得到国际遥感界的广泛重视。本文也重点阐述场地外定标的特点及其重要性。1)遥感器实验室定标在遥感定量化研究中，常常需要将空中遥感器接收到

12、的电磁波能量信号直接与地物光谱仪接收到的电磁波能量信号及地物的物理特性联系起来加以分析研究，这就需要对地面遥感器和空中遥感器进行实验室定标。遥感器实验室定标主要包括光谱定标与辐射定标两大部分，具体来说，包括暗电流、波长校准、重复性、稳定性检测和线性定标和响应度定标等。2)遥感器星上内定标光学遥感的星上内定标一般采用灯定标、太阳定标及黑体定标。其优点可对一些光学遥感实时定标，不足的是，大部分星上定标都只是部分系统和部分口径定标，没有模拟遥感器的成像状态，星上定标系统也不够稳定，也影响了定标精度。3)遥感器场地外定标遥感器场地外定标，特指在遥感辐射定标场地选择的基础上，在遥感器处在正常运行和外界环

13、境条件下，通过同步测量来对遥感器定标的一种方法。即在遥感器飞越辐射定标场上空，在定标扬选择若干象元区，测量遥感器对应的各波段地物的光谱反射率和大气光谱参量，并利用大气辐射传输模型给出遥感器入瞳处各光谱带的辐射亮度，最后确定它与遥感器对应输出的数字量化的数量关系，求解定标系数，并进行误差分析。场地外定标方法主要有种：反射率基法、辐射亮度法和辐照度基法，但最常用的是反射率基法。场地外定标方法主要特点是基于地面大面积地表均匀地物作为定标源，不但可以实现全孔径、全视场、全动态范围的定标，而且还考虑到大气传输和环境的影响。其重要性在于该定标方法实现了对遥感器运行状态下与获取地面图象完全相同条件的绝对校正

14、，可以从卫星发射到遥感器失效整个过程提供校正，可对遥感器进行真实性检验和对一些模型的正确性进行检验，原则上还可以对其它空中和轨道平台遥感器进行校正3。其不足之处就是需要测量和计算空中遥感器过顶时的大气环境和地物反射率。5.大气订正大气订正是遥感信息定量化过程中不可缺少的一个重要环节，这是由于空中遥感器在获取信息过程中不可避免地受到大气分子、气溶胶和云粒子等大气成份的吸收与散射的影响。为了估算遥感器表观辐亮度，必须首先对大气气溶胶含量、气体吸收和散射特性进行描述。大气中常见气体(如N2、O2、Ar、CO2)的密度可由地面气压测量来确定。平流层臭氧(O3)含量的确定可以不需要任何地面测量，而直接利

15、用Beer定律或通过London表查找4。但是，大气中水汽和气溶胶含量具有很大的时空变化特性，因此，必须由测量来确定。1)大气光学厚度的计算气溶胶物理特性(粒子大小与谱分布、折射指数和气溶胶粒子含量)对气溶胶的三个光学参量(光学厚度、散射相函数和单次散射反照率)具有很大的影响作用，而这三个气溶胶光学参量又是辐射传输计算过程中必需的。为了获取这些气溶胶光学参量，可采用的测量方法主要有太阳直射辐射测量和不同方向(天顶角和方位角)上天空漫射辐射测量。利用这些测量量，并借助于辐射传输模型可推算出气溶胶参量。利用Langley-plot法可计算大气总光学厚度(tl)5 ln(Vl)-ln(Ds)=ln(

16、V0)-tlm(7)其中：Vl为太阳辐射计输出电压值；V0为对应0大气质量响应值；Ds为日-地距离。如果大气是稳定的，且测量是相应太阳天顶角变化的一个周期进行的，那么，将ln(Vl)-ln(Ds)对大气光学质量m作散点图将得到一条直线，该直线的斜率即为总大气垂直光学理论计算表明，对于真实大气气溶胶，t0可认为是独立于波长的。在此前提下，对(9)式两边取对数，利用可见光-短波红外光谱区的太阳辐射计两个波段的测量值，通过线性回归则可得出t0和n值。其中，幂指数n是光谱变化系数。3)大气水汽含量的计算水汽含量(H2O)可以通过探空资料获取，也可以通过地面光学测量得到。由于Beer定律只适用于单色情况

17、，因此它对气体分子吸收较强的光谱区(如：940nm处水汽带)不适用。为此，利用改进的Langley-plot法可计算大气水汽含量。针对水汽吸收带，将(7)式可改进为5：ln(Vl)-ln(Ds)+tscatm=ln(V0)-k(um)b(10)式中：tscat=tR(940nm)+ta(940nm)；u是待求的大气柱水含量；k和b是确定水汽透过率函数的两个常量。利用(10)式，首先假定若干个水汽含量u值，计算出水汽吸收透过率随大气质量m的变化曲线，再对曲线进行拟合可求得k和b两个常量值，再根据(10)式进而求得对应m值的水汽含量u值。6.目标信息的定量反演目前，目标信息的定量反演多指对地表物质

18、的物理量(如，反射率、发射率、温度及一些结构参量等)和大气参量(如，大气气溶胶、大气水含量等)的反演。本文就常用的地表反射率和地表温度的反演方法给予探讨。针对太阳反射光谱区的反射率反演和热红外光谱区的温度反演方法主要有基于地面实测法、基于图像自身信息法和大气辐射传输模式法7。6.应用前景分析遥感对地观测的空间信息研究已经从单波段延伸到多波段，从单角度跨越到多角度和立体测绘，从空间维拓宽到光谱维。一个多层、立体、多角度、全方位和全天候的对地观测网正在形成，即高、中、低轨道结合；大、中、小卫星协同；粗、中、细、精分辨率互补的全球综合信息网络系统，成为一种满足持续发展过程中连续、动态、不同尺度、不同

19、精度和不同层次的信息需求的必要手段，并在自然资源管理和环境监测领域中发挥重要作用。尤其进入90年代以来，持续发展对遥感信息需求的多样化、动态性、现势性和准确性，给遥感信息定量化发展带来一个新的契机。遥感信息定量化已成为遥感信息进一步广泛深入应用的一个重要环节。(1)遥感信息定量化使高光谱遥感信息的定量分析与应用成为现实。高光谱遥感器的光谱分辩率已达数纳米，空间分辩率仅几米，对应图象任一像元反演的地物光谱，可与地面实测值相比拟，这将便于实验室地物光谱分析模型直接应用到高光谱遥感的处理和分析研究，以及利用计算机自动进行地物的光谱分类和匹配识别研究。(2)遥感信息定量化，将使不同种类光学遥感数据的信

20、息复合技术发生质的飞跃，使复合后的信息不仅达到空间分辩率的归一化，而且其辐射值仍保持着目标结构和成分的物理信息，这将在全球变化和全球资源环境状况监测和调查等应用研究中具有重要的意义。(3)通过遥感信息的定量化，将定量反演的地物光谱与实测值相比较，可对空中遥感器性能进行校验，如波长漂移、增益、信噪比等性能，以及对遥感数据的精度进行全面的评价，进一步为遥感器的不断改进提供可靠的依据和标准。(4)通过遥感信息的定量化，使遥感定量分析专题应用模型(如农作物估产、土湿度和干旱监测、海冰监测、海水泥沙含量和初级生产力的计算等模型)具有高质量的定量遥感数据作为输入参数而加以广泛地推广和应用。(5)我国在未来几年也将发射一系列自己的国土资源卫星、海洋水色卫星、气象卫星、侦察卫星，还将有步骤、有目的地实施小卫星计划、发展航空成像光谱遥感技术以及建立天基综合信息网。通过遥感信息定量化，可使我国自己发射的卫星数据和航空遥感数据立刻投入应用、产生效益，从而推动国产遥感数据的开发和使用，并与其它遥感数据相配合，形成具有中国特色、符合我国国情的空间信息技术。MSN空间完美搬家到新浪博客！特别声明：1：资料来源于互联网，版权归属原作者2：资料内容属于网络意见，与本账号立场无关3：如有侵权，请告知，立即删除。专心-专注-专业