農(nóng)業(yè)信息技術(shù)-chapter4-農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)ppt課件

1、農(nóng)業(yè)信息技術(shù),第四章 農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè),3,遙感技術(shù)概述 電磁波譜與地物波譜特征 遙感影像獲取、解譯與處理 高光譜遙感與定量遙感基礎(chǔ) 農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用 農(nóng)業(yè)遙感監(jiān)測(cè)實(shí)例,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,一、遙感技術(shù)的概念 二、遙感技術(shù)系統(tǒng) 三、遙感技術(shù)的類型 四、遙感技術(shù)的特點(diǎn) 五、遙感技術(shù)發(fā)展與展望,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,一、遙感技術(shù)的概念,遙感技術(shù)（Remote Sensing，RS）是指從不同高度的平臺(tái)上，使用不同的傳感器，收集地球表層各類地物的電磁波譜信息，并對(duì)這些信息進(jìn)行分析處理，提取各類地物的特征，探測(cè)和識(shí)別各類地物的綜合技術(shù),由于地面目標(biāo)的種類及其所處環(huán)境條件的差異，地面目標(biāo)具有反射或輻射不同

2、波長(zhǎng)電磁波信息的特性，遙感正是利用地面目標(biāo)反射或輻射電磁波的固有特性，通過(guò)觀察目標(biāo)的電磁波信息以達(dá)到獲取目標(biāo)的幾何信息和物理屬性的目的,遙感數(shù)據(jù)采集示意圖,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,一、遙感技術(shù)的概念,遙感數(shù)據(jù)流程圖,不同地面目標(biāo)所固有的電磁波特性受到太陽(yáng)及大氣等環(huán)境條件的影響后，再通過(guò)傳感器收集并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加工處理，最終應(yīng)用到各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)流程,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,二、遙感技術(shù)系統(tǒng),第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,二、遙感技術(shù)系統(tǒng),一）空間信息獲取系統(tǒng),安放遙感儀器的載體,收集記錄地表物體輻射、反射與散射信息的儀器,遙感攝影機(jī) 光機(jī)掃描儀 推帚式掃描儀 成像光譜儀 成像雷達(dá),第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,二、遙感

3、技術(shù)系統(tǒng),二）遙感數(shù)據(jù)傳輸與接收,這些數(shù)據(jù)通常用數(shù)字信號(hào)傳送。 遙感圖像的模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)時(shí)，經(jīng)常采用二進(jìn)制脈沖編碼的PCM式（pulse code modulation：脈沖編碼調(diào)制）。 由于傳送的數(shù)據(jù)量非常龐大，需要采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),遙感器接收到地物目標(biāo)的電磁波信息，被記錄在膠片或數(shù)字磁帶上。 從遙感衛(wèi)星向地面接收站傳輸?shù)目臻g數(shù)據(jù)中，除了衛(wèi)星獲取的圖像數(shù)據(jù)以外，還包括衛(wèi)星軌道參數(shù)、遙感器等輔助數(shù)據(jù),第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,二、遙感技術(shù)系統(tǒng),二）遙感數(shù)據(jù)傳輸與接收,衛(wèi)星地面接收站的主要任務(wù)是接收、處理、存檔和分發(fā)各類地球資源衛(wèi)星數(shù)據(jù),地面站接收的衛(wèi)星數(shù)據(jù)通常被實(shí)時(shí)記錄到HDDT(high

4、 density digital tape，高密度磁帶)上，然后根據(jù)需要拷貝到CCT(computer compatible tape，計(jì)算機(jī)兼容磁帶) 、光盤、盒式磁帶等其他載體上。 CCT、光盤、盒式磁帶等是記錄、保存、分發(fā)衛(wèi)星數(shù)據(jù)等最常用的載體,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,二、遙感技術(shù)系統(tǒng),三）遙感圖像處理,遙感圖像處理是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)支持下對(duì)遙感圖像加工的各種技術(shù)方法的統(tǒng)稱。 遙感圖像處理依賴于一定的圖像處理設(shè)備。 對(duì)于數(shù)字圖像處理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，它包括硬件和軟件系統(tǒng)兩部分,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,二、遙感技術(shù)系統(tǒng),四）遙感信息提取與分析,遙感信息分析指通過(guò)一定的方法或模型對(duì)遙感信息進(jìn)行研究，判定目標(biāo)

5、物的性質(zhì)和特征或深入認(rèn)識(shí)目標(biāo)物的屬性和環(huán)境之間的內(nèi)在關(guān)系,遙感信息提取是從遙感圖像（包括數(shù)字遙感圖像）等遙感信息中有針對(duì)性地提取感興趣的專題信息，以便在具體領(lǐng)域應(yīng)用或輔助用戶決策,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,二、遙感技術(shù)系統(tǒng),遙感技術(shù)系統(tǒng)示意圖,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,二、遙感技術(shù)系統(tǒng),遙感系統(tǒng)信息處理流程,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,三、遙感技術(shù)的類型,一）按遙感平臺(tái)劃分,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,三、遙感技術(shù)的類型,二）按傳感器的探測(cè)波段劃分,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,三、遙感技術(shù)的類型,三）按工作方式劃分,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,三、遙感技術(shù)的類型,四）按遙感的應(yīng)用領(lǐng)域分,從大的研究領(lǐng)域可分為外層空間遙感、大氣

6、層遙感、陸地遙感、海洋遙感等； 從具體應(yīng)用領(lǐng)域可分為資源遙感、環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、漁業(yè)遙感、地質(zhì)遙感、氣象遙感、水文遙感、城市遙感、工程遙感及災(zāi)害遙感、軍事遙感等，還可以劃分為更細(xì)的研究對(duì)象進(jìn)行各種專題應(yīng)用,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,三、遙感技術(shù)的類型,五）按遙感光譜分辨率劃分,第一節(jié) 遙感技術(shù)概述,四、遙感技術(shù)的特點(diǎn),綜合性：涉及電磁學(xué)、機(jī)電儀器制造、信息技術(shù)、圖像識(shí)別等多學(xué)科內(nèi)容 宏觀性 ：側(cè)重于大范圍、大尺度獲取地面信息 時(shí)效性 ：在短期內(nèi)周期性的重復(fù)收集地面信息動(dòng)態(tài)變化，火災(zāi)、水災(zāi)災(zāi)情監(jiān)測(cè) 經(jīng)濟(jì)性：與人工調(diào)查相比相對(duì)投入小 客觀性：地物的電磁波特性很客觀反映地物特征，較大程度排除

7、人為干擾 局限性 ：成像的空間分辨率和波譜分辨率有待提高,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,一、電磁波譜與大氣窗口,電磁波譜特征 電磁波： 交互變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播。 描述電磁波特性的指標(biāo)：波長(zhǎng)、頻率、振幅、位相等。 電磁波的特性：電磁波是橫波，傳播速度為3108 m/s，不需要媒質(zhì)也能傳播，與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)會(huì)有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一規(guī)律。 電磁波譜：按電磁波波長(zhǎng)的長(zhǎng)短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。依次為： 射線X射線紫外線可見(jiàn)光紅外線微波無(wú)線電波,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,電磁波譜特征 電磁波譜,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,電磁波譜特征 紫外線：波長(zhǎng)范圍為0.01

8、0.38m，太陽(yáng)光譜中，只有0.30.38m波長(zhǎng)的光到達(dá)地面，對(duì)油污染敏感，但探測(cè)高度在2000 m以下，在石油勘探、污染事故中應(yīng)用，其他領(lǐng)域較少。 可見(jiàn)光：波長(zhǎng)范圍：0.380.76m，人眼對(duì)可見(jiàn)光有敏銳的感覺(jué)，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。大部分地物在此波段都有良好的亮度反差特征，不同地物圖像易于區(qū)分。 紅外線：波長(zhǎng)范圍為0.761000m，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、短波紅外、中紅外、熱紅外。與溫度有關(guān)。近紅外遙感、熱紅外遙感等 微波：波長(zhǎng)范圍為1 mm1 m，穿透性好，不受云霧的影響，可全天候進(jìn)行遙感。微波遙感，地物在微波波段輻射能力較少，一般由傳感器主動(dòng)向地物發(fā)射微波，然后記錄反射回來(lái)的電磁波

9、能力，因此又叫主動(dòng)遙感,折射改變了太陽(yáng)輻射的方向，并不改變太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度。因此，就輻射強(qiáng)度而言，太陽(yáng)輻射經(jīng)過(guò)大氣傳輸后，主要是反射、吸收和散射的共同影響衰減了輻射強(qiáng)度，剩余部分即為透過(guò)的部分。對(duì)遙感傳感器而言，只能選擇透過(guò)率高的波段，才對(duì)觀測(cè)有意義。 通常把電磁波通過(guò)大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散射的，透過(guò)率較高的波段稱為大氣窗口。 大氣窗口的光譜波段主要有： 0.31.3um，即紫外、可見(jiàn)光、近紅外波段，攝影成像的最佳波段，也是許多衛(wèi)星傳感器掃描成像的常用波段，如Landsat衛(wèi)星的TM（主成像儀）1-4波段,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,2. 大氣窗口,1.51.8um和2.03.5um，

10、即近、中紅外波段，白天日照條件好時(shí)掃描成像常用波段，如TM5-7波段，可探測(cè)植物含水量、云、雪等。 3.55.5um，即中紅外波段，該波段除通透反射光外，也通透地面物體自身發(fā)射的熱輻射能量；如NOAA衛(wèi)星的AVHRR傳感器，探測(cè)海面溫度、獲得晝夜云圖等。 814um，即遠(yuǎn)紅外波段，主要通透來(lái)自地物輻射的能量，適于夜間成像； 0.82.5 cm，即微波波段，這一區(qū)間可以全天候觀測(cè)，而且是主動(dòng)遙感方式，如側(cè)視雷達(dá),第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,二、物體的電磁波反射特征,太陽(yáng)輻射到達(dá)地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即： 到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能量反射能量吸收

11、能量透射能量 地表反射的太陽(yáng)輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。 一般而言，絕大多數(shù)物體對(duì)可見(jiàn)光都不具備透射能力，而有些物體如水，對(duì)一定波長(zhǎng)的電磁波則透射能力較強(qiáng)，特別是0. 450. 56m的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度可達(dá)1020 m，清澈水體可達(dá)100 m的深度。 地表吸收太陽(yáng)輻射后具有約300 K的溫度，從而形成自身的熱輻射，其峰值波長(zhǎng)為9.66 m，主要集中在長(zhǎng)波，即6m以上的熱紅外區(qū)段。 因此可以通過(guò)記錄傳感器中接收到的物體本身發(fā)射的電磁波和地物反射的電磁波來(lái)識(shí)別地物,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,二、物體的電磁波反射特征,反射率（）：地物的反射能量與入射總能量的比，即=(P/ P

12、 0)100%。 地物在不同波段的反射率是不同的。 反射率是可以測(cè)定的。 反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。 反射分為漫反射和鏡面反射，大多數(shù)地物表面粗糙為漫反射，而水面是近似的鏡面反射入射角等于出射角，在遙感圖像上水面有時(shí)很亮，有時(shí)很暗，就是這個(gè)原因造成的。 地物的反射光譜曲線：反射率隨波長(zhǎng)變化的曲線,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,二、物體的電磁波反射特征,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,二、物體的電磁波反射特征,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,二、物體的電磁波反射特征,地物本身的變異也會(huì)使其反射率有很大的變化，如植物的病蟲(chóng)害，土壤含水量的變化,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,

13、二、物體的電磁波反射特征,隨著時(shí)間的推移也會(huì)使同一地物的光譜反射特性產(chǎn)生改變,各種物體，由于其結(jié)構(gòu)和組成成分不同，反射光譜特性是不同的。即：各種物體的反射特性曲線的形狀是不一樣的，即便是在某波段相似，甚至一樣，但在另外的波段還是有很大的區(qū)別的。不同波段地物反射率不同，這就便人們很容易想到用多波段進(jìn)行地物探測(cè),正因?yàn)椴煌匚镌诓煌ǘ斡胁煌姆瓷渎蔬@一特征，物體的反射特性曲線才作為判讀和分類的物理基礎(chǔ)，廣泛地應(yīng)用于遙感影像的分析和評(píng)價(jià)中,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,二、物體的電磁波反射特征,第二節(jié) 電池波譜與地物波譜特征,三、幾種主要地物的反射波譜曲線,植物的光譜曲線,返回,由于植物均進(jìn)行光

14、合作用，所以各類綠色植物具有很相似的反射波譜特性，其特征是：在可見(jiàn)光波段0.55m（綠光）附近有反射率為10%20%的一個(gè)波峰，兩側(cè)0.45m（藍(lán)）和0.67m（紅）則有兩個(gè)吸收帶。這一特征是由于葉綠素的影響造成的，葉綠素對(duì)藍(lán)光和紅光吸收作用強(qiáng)，而對(duì)綠色反射作用強(qiáng)。在近紅外波段0.8m1.0m間有一個(gè)反射的陡坡，至1.1m附近有一峰值，形成植被的獨(dú)有特征。這是由于植被葉的細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響，除了吸收和透射的部分，形成的高反射率。在中紅外波段（1.32.5m）受到綠色植物含水量的影響，吸收率大增，反射率大大下降，特別是以1.45m、1.95m和2.7m為中心是水的吸收帶，形成低谷,土壤的光譜曲線,土壤反射波譜曲線呈比較平滑的持征，所以在不同光譜段的遙感影像上，土壤的亮度區(qū)別不明顯。一般土質(zhì)越細(xì)反射率越高，有機(jī)質(zhì)和水含量越高反射率越低，可以用于獲取土壤含水量、肥力信息,水體的光譜曲線,返回,水體的反射主要在藍(lán)綠光波段，其他波段吸收都很強(qiáng)，特別到了近紅外波段，吸收就更強(qiáng)(如右圖)。因此，在遙感影像上，特別處近紅外影像上，水體一般呈黑色。水中含泥沙時(shí)，由于泥沙散射，可見(jiàn)光波段反射率會(huì)增加，峰值出現(xiàn)在黃紅區(qū)。水中含葉綠素時(shí)，近紅外波段明顯抬升，這些都成為影像分析的重要依據(jù),巖石的光譜曲線,返回,巖石的反射光譜