现代技术测量教学内容.ppt
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1、现代技术测量综合技术对象: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(遥感的概念(Remote Sensing)Remote sensing is the science(and to some extent,art)of acquiring information about the Earths surface without actually being in contact with it.This is done by sensing and recording reflected or emitted ener
2、gy and processing,analyzing,and applying that information.(Canada Centre for Remote Sensing:CCRS)遥感定义(北大版):通过遥感器这类对电磁波敏感的仪遥感定义(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,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。与应用的一门科学和技术。主动遥感:主动遥感:传感器主动发射一定电磁波能量并接收目标
3、的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。后向散射信号。被动遥感:被动遥感:传感器不向目标发射电磁波,仅被动地接收目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。标物的自身发射和对自然辐射的反射能量。1.遥感的概念(遥感的概念(Remote Sensing)2.遥感系统(遥感系统(Remote Sensing System)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。
4、5)信息的应用灾害频繁灾害频繁资源耗失资源耗失环境污染环境污染生态破坏生态破坏环境变化环境变化实时监测实时监测灾害预报灾害预报及时准确及时准确资源探测资源探测 完整可靠完整可靠人类及其生存的地球正面临严峻的挑战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遥感是解决上述问题的基础国防建设与国家安全的需要国防建设与国家安全的需要“在在某某些些情情况况下下,中中国国建建造造一一颗颗卫卫星星是是为为了了显显示示它它能能干干什什么么,而而不不是是满足作战需求满足作战需求”美国战略和国际研究中心美国战略和国际研究中心 20042004年年1 1月月制空权制空权 制天权制天权制海权制海权 制信
5、息权制信息权卫星应用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术手段经济和社会经济和社会可持续发展的可持续发展的需求需求国家信息基础设国家信息基础设施(施(NII)国家空间信息基国家空间信息基础设施(础设施(NSII)社会信息化社会信息化空间信息服空间信息服务体系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、遥感信息技术广泛用于国土资源规划与管理、城市发展、遥感信息技术广泛用于国土资源规划与管理、城市发展、遥感信息
6、技术广泛用于国土资源规划与管理、城市发展、精准农业、智能化精准农业、智能化精准农业、智能化精准农业、智能化交通交通等领域,将形成新的信息产业链,等领域,将形成新的信息产业链,等领域,将形成新的信息产业链,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成为国民经济的重要增长点,保障经济和社会的可持续发成为国民经济的重要增长点,保障经济和社会的可持续发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展展展国家科技发展战略的需求国家科技发展战略的需求n建设天基信息系统建设天基信息系统 (国家中长期科技发展规划)(国家中长期科技发展规划)n2020年前投资年前投资
7、15002000亿元亿元n发射发射260颗左右的卫星,保持在轨稳定运行的卫星颗左右的卫星,保持在轨稳定运行的卫星100颗左右颗左右n进行全天候、准实时、多平台立体观测进行全天候、准实时、多平台立体观测n提供高精度的时空基准提供高精度的时空基准n建设国家对地观测系统建设国家对地观测系统 (20042010年国家科技基础条件平台建设纲要)年国家科技基础条件平台建设纲要)n建成建成MODIS共享网共享网n建设多分辨率、先进雷达遥感数据获取共享平台建设多分辨率、先进雷达遥感数据获取共享平台n建立高效运行的遥感地面支撑系统建立高效运行的遥感地面支撑系统n形成高空间、高光谱、高时间分辨率和宽地面覆盖于一体
8、的卫星对地形成高空间、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观测系统按平台高度分类按平台高度分类 航天遥感轨道卫星载人飞船(500 km)航天飞机(300 km)探空火箭(100-650 km)地球同步卫星太阳同步卫星长寿命(500-1000 km)(36000 km)短寿命(150-500 km)航空遥感飞机气球飘浮气球(50km)系留气球(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)按传感器的探测波段分按传感器的探测波段分:紫外遥感:紫外遥感:0.05-0.38m可见光遥感:可见光遥感:0.38-0.76m红
9、外遥感:红外遥感:0.76-1000m微波遥感: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。内,再分成若干窒窄波段来探测。3.遥感的类型遥感的类型按工作方式划分按工作方式划分:主动遥感与被动遥感主动遥感与被动遥感成像遥感与非成像遥感成像遥感与非成像遥感成像传感器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非成像传感器 高度辐射计3.遥感的类型遥感的类型被动方式 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
10、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按应用领域划分按应用领域划分:外层空间遥感、外层空间遥感、大气层遥感、大气层遥感、陆地遥感、陆地遥感、海洋遥感。海洋遥感。3.遥感的类型遥感的类型4.遥感的特点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5.遥感发展简史遥感发展简史(1)无记录的地面遥感阶段(1608-1838年)1609年出现望远镜;最
11、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(Gaspardd Felix Tournachon)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
12、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5.2 我国的遥感发展我国的遥感发展p50年代组建专业飞行队伍,开展航摄和应用p70年4月24日,第一颗人造地球卫星p75年11月26日,返回式卫星,得到卫星像片p80年代空前活跃,六五计划遥感列入国家重点科技攻关项目p西部大开发中的生态和环境问题p载人航天p探月工程 6.遥感技术发展趋势遥感技术发展趋势(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
13、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))人们把能到达地面的波段形象地称为人们把能到达地面的波段形象地称为“大气窗口大气窗口”,这种这种“窗口窗口”有三个。有三个。光学窗口是最重要的一个窗口光学窗口是最重要的一个窗口,波长在,波长在300700纳米之间,包括了可见光波段(纳米之间,包括了可见光波段(400700纳米),纳米),光学遥感一直是对地观测的主要工具。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第二个窗口是红外窗口,红外波段的范围在,红外波段的范围在0.71000微米之间,由于
14、地球大气中不同分子吸收红微米之间,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。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。和远红外窗口。第三个窗口是微波窗口第三个窗口是微波窗口,微波波段是指波长大于,微波波段是指波长大于1毫米的电磁波。毫米的电磁波。大气窗口大气窗口(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)(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1
15、KM、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)(4)高光谱遥感的发展,使得遥感的波段宽度从早期的0.4m(黑白摄影)、0.1 m(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)(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
16、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)(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一体化成像传感器成像传感器:遥感信息获取的关键是传感器遥感信息获取的关键是传感器框幅摄影机框幅摄影机缝隙摄影机缝隙摄影机全景摄影机全景摄影机多光谱摄影机多光谱摄影机真实孔径雷达真实孔径雷达合成孔径雷达合成孔径雷达全景雷达全景雷达
17、光学摄影类型光学摄影类型光电成像类型光电成像类型侧视雷达侧视雷达被动式被动式主动式主动式成像传感器成像传感器 TV摄像机摄像机扫描仪扫描仪电电荷荷耦耦合合器器件件CCD主动式传感器主动式传感器被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,被动传感器主要接收经地面反射的太阳光能量,受天气干扰大受天气干扰大遥感传感器的结构组成遥感传感器的结构组成传感器由收集系统、探测系统、传感器由收集系统、探测系统、信号处理系统和记录系统信号处理系统和记录系统四个部分组成四个
18、部分组成 遥遥感感图图像像中中的的分分辨辨率率空间分辨率空间分辨率:通常指一个像:通常指一个像素对应地面的实际大小。一素对应地面的实际大小。一般遥感图像分辨率指的是地般遥感图像分辨率指的是地面分辨率;面分辨率;光谱分辨率光谱分辨率:成象范围内波:成象范围内波谱带数目;谱带数目;时间分辨率时间分辨率:重复获取某地:重复获取某地区图像的周期;区图像的周期;温度分辨率温度分辨率(热红外):可(热红外):可探测的温度变化幅度。探测的温度变化幅度。主要的遥感对地观测卫星及未来发展主要的遥感对地观测卫星及未来发展 1)气象卫星气象卫星地球同步静止气地球同步静止气象卫星象卫星太阳同步极轨气太阳同步极轨气象卫
19、星。象卫星。2)资源卫星资源卫星卫星系统多采用光机扫描仪、卫星系统多采用光机扫描仪、CCD固体固体阵列传感器等光学传感器,获得阵列传感器等光学传感器,获得 20100m空间分辨率的全色或多光谱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、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、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农业和地质等专题信息提取具有极其重要的作用要的作用 3、地球观测系统(地球观测系统(EOS)计划)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
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