定量遙感面臨的問題

定量遙感面臨的主要問題1。尺度問題1)地學中的尺度問題；2）尺度問題與遙感科學；3）定量遙感模型；4）GO模型描述2。病態(tài)反演問題

1）為什么病態(tài)；2）地學知識的積累和表達；3）先驗知識如何用于病態(tài)反演問題

3。先驗知識的積累

1.定量遙感中的尺度問題1）地學中的尺度問題－一例

全球變化的研究面向一系列重大全球性環(huán)境問題，提出了大量的關(guān)系到地球可居住性的重要科學問題，因而所涉及的范圍極其廣泛，具有高度綜合和交叉學科研究的特點。葉篤正先生曾指出，“全球環(huán)境是一個不可分割的整體，任何區(qū)域的環(huán)境變化都要受到整體環(huán)境變化的制約，反過來，整體環(huán)境的變化又是各區(qū)域相互影響著的環(huán)境變化的綜合體.”

香山科學會議第187次學術(shù)討論會集中討論了大氣圈、水圈和生物圈之間的耦合。會上談到水循環(huán)的狀態(tài)目前能測得準的只有水文站的徑流量，降水總量只能依靠少數(shù)的點測量外推，蒸發(fā)散就更慘。所以整個水循環(huán)現(xiàn)況不清。丑紀范院士指出：要重蒸發(fā)、重垂直、重枯水，所有這些都需要遙感。葉篤正院士強調(diào)了陸面蒸發(fā)對大氣環(huán)流的反饋，他的模擬表明，如果北緯30度全部灌溉，將嚴重影響氣候的變化。他甚至認為更小尺度上的水的狀態(tài)也能影響全球的氣候模式。但是氣象、水文和生物圈究竟分別在什么尺度上彼此耦合，則沒有定論。所有這一切都對遙感提出了迫切的需求。

二十年前，關(guān)于是否應該建設“三北防護林系統(tǒng)”，曾經(jīng)有過一場學術(shù)爭論，至今余波蕩漾。反方：“抽水機”理論正方：“人類有序活動可以影響大氣環(huán)流”理論注意“抽水機”理論是在點（小）尺度上絕對真實的。“蝴蝶效應”在非線性的GCM尺度上又是完全可能的。具體的可能性依賴于人類有序活動的設計與規(guī)模（尺度）。誰是誰非？現(xiàn)在只能看效果了。但學術(shù)爭論仍在繼續(xù)，并有擴大化到“主義”之爭的趨勢。

為荀子平反－人們常把荀子的“人定勝天”解釋成“人一定能勝天”，搞成一個“主義”，胡作非為，給國家、民族帶來了災難。現(xiàn)在風向又變，把敬畏自然，搞成一個“主義”,狠批荀子。其實荀子說的是：人定勝天，天定勝人。人定勝天是“大天而思之，制天命而用之?！笔且^察、思考、掌握自然規(guī)律，按自然規(guī)律辦事，利用自然資源的意思。歸根到底，老天爺還是最狠的。在兩大“主義”的惡斗中，只有靠科學數(shù)據(jù)，科學方法，才能找出最好的辦法。

全球變化的研究是以地球系統(tǒng)科學為指南的。遙感作為獲取地球表面時空多變要素信息的先進方法，是地球系統(tǒng)科學研究的重要組成部分，是對全球變化進行動態(tài)監(jiān)測的不可替代的手段。陳述彭先生指出，沒有遙感，就提不出全球變化這樣的科學問題。所以遙感的多尺度觀測對地學本身有巨大的推動作用，就象望遠鏡對天文學和物理學的推動作用一樣。

2）尺度問題與遙感科學

二十多年前，美國地學界爆發(fā)了一場“路線斗爭”。當時的美國地理學會會長著文批評一批較年青的地理學家以計算機和遙感為技術(shù)手段，打著科學的旗號，篡改地理學作為一種描述性藝術(shù)的實質(zhì)。以加洲大學圣巴巴拉分校（UCSB）為首的一批地理學家，如Simonett，Estes，Strahler，Dozier等數(shù)十人聯(lián)名著文反駁，一時非常熱鬧。

二十年來的事實證明，凡是沒有抓住遙感這一機遇的地理系，紛紛走向衰亡。

但是AAG的那位前會長也有他一定的道理，遙感不應該僅僅是高新技術(shù)的應用，而是一門新興的綜合交叉學科，牽涉到對地表的描述。

遙感科學是在地球科學與傳統(tǒng)物理學、現(xiàn)代高科技基礎上發(fā)展起來的交叉學科，其獨特的科學問題在于：對傳統(tǒng)地學來說，遙感要求從定性到定量描述的過渡。對傳統(tǒng)理科來說，遙感要求在象元尺度上對局地尺度上定義的概念，總結(jié)、推導出的定律、定理的適用性進行檢驗和糾正，而這種糾正是與象元尺度上的地學定量描述密不可分的。正因為如此，美國地理遙感之父Simonett強調(diào)尺度問題是遙感科學的根本問題，推動NASA設立了RSSP。

“我們淹沒在在數(shù)據(jù)的海洋洋中，渴求著著信息的淡水水”EOS2000G/天(2×1012Bytes/天)辦法1：多發(fā)衛(wèi)星提高分辨率(1m)，2nm高光光譜、600波段海量遙感數(shù)據(jù)據(jù)？新應用需要的的有效信息匱匱乏供需矛盾目前遙感的基基礎理論很不不成熟，缺乏乏對遙感數(shù)據(jù)據(jù)的地學理解解辦法2：美國議會對NASA的指指責:“迄迄今積累的遙遙感數(shù)據(jù),有有95%從從來沒有人看看過?！边@個辦法，我我們暫時沒有有優(yōu)勢：(衛(wèi)衛(wèi)星、星載傳傳感器、數(shù)據(jù)據(jù)處理…，牽牽涉到大量的的經(jīng)費和相當當?shù)墓ぷ鞣e累累。從這里突破，，我們有優(yōu)勢勢。遙感數(shù)據(jù)的地學理解、定定性到定量多學科交叉基礎科學、應用基礎科學定量地學描述遙感科學定量遙感

高新技術(shù)(傳感器、遙感平臺設計制造)遙感：高新技術(shù)驅(qū)動的對地觀測的一場革命觀測時空尺度

物理學定律、定理

數(shù)學生態(tài)學化學計算機科學

國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展，社會需求，環(huán)境保護，全球變化，減災防災尺度效應分形、分維...反演、優(yōu)化...遙感在多學科科交叉中的定定位遙感科學：““一門綜合性性的科學，它它借助物理學學的基礎，數(shù)數(shù)學的方法，，計算機的手手段，以及地地學、生物學學的分析，解解決對地遙感感的科學理論論和實際問題題。”——陳述彭———所以遙感科學學是一個很大大的交叉，而而定量地學描述，從某種意義義上，是科學和藝術(shù)術(shù)的交叉。3）定量量遙感模型天光云影共徘徘徊諾貝爾獎獲得得者Chandrasekhar創(chuàng)立立于50年代代，成功應用用于大氣；前前蘇聯(lián)院士J.Ross60年代代應用于植被被；并應用于土壤、、冰雪等等。所以從從70年代以以來曾在遙感感機理研究中中一統(tǒng)天下。。但輻射傳輸輸理論都是基基于體積散射射介質(zhì)的水平平均勻性，本本質(zhì)上是與象象元大小無關(guān)關(guān)的，尺不變變的。在遙感象元尺尺度上，陸地地表面大量呈呈現(xiàn)非均勻的的復雜結(jié)構(gòu)，，且以表面散散射為主，輻射傳輸理論論難以給出合合理解釋。輻射傳輸模型型微分體散射元水平均勻體散射介質(zhì)垂直方向允許介質(zhì)的密度、性質(zhì)有變化固體地球表面—>下墊面邊界條件對大氣來說，，體積散射元元的近似是逼逼真的。雖然然模型復雜一一點（偏微分分—積分方方程，，無解解析解解），，但迄迄今沒沒有比比RT更合合適的的模型型。對植被被來說說，Bigleaf(大大葉近近似)作為為大氣氣的下下墊面面，或或者把把植被被處理理成綠綠色氣氣體（（greengas））都都證明明喪失失了逼逼真性性，只只剩下下復雜雜性。。對復雜雜地形形來說說，表表面散散射占占主導導地位位，體體積散散射元元的假假定更更難成成立。。輻射射傳傳輸輸學學派派及及局局限限比如如說說Kimes的的三三維維輻輻射射傳傳輸輸模模型型，，就就是是對對水水平平均均勻勻RT模模型型的的一一種種改改造造，，以以適適用用于于森森林林。。這這需需要要在在像像元元尺尺度度上上把把森森林林所所占占的的三三維維空空間間細細分分為為體體積積散散射射元元，，例例如如SPOT像像元元10*10米米，，樹樹最最高高10米米，，體體積積元元0.1米米見見方方，，則則共共一一百百萬萬個個散散射射元元。。3DRT模模型型需需要要指指定定哪哪些些是是樹樹冠冠，，哪哪些些為為空空氣氣，，然然后后建建立立偏偏微微分分—積分方程程并求數(shù)數(shù)值解。。換言之之，在RT方程程的框架架下，逼逼真性的的改進靠靠的是復復雜性的的增加。。輻射傳輸輸學派及及局限幾何光學學模型我曾在《《遙感學學報》的的一輯專專刊的前前言中寫寫道：時屆中秋秋佳節(jié)，，“明月月幾時有有？”我我國古代代地理學學家一千千年前就就提出這這一問題題。二向向性反射射的幾何何光學學學派的回回答是，，只有當當觀察者者位于““熱點””方向，，即背對對太陽時時，才能能看到滿滿月，而而且看不不到環(huán)形形山的任任何陰影影，因而而最明亮亮。這個回答答也許太太簡單，，因為還還有大氣氣透明度度的問題題，日地地距離，，相干效效應，等等等，等等等。但但不可否否認，幾幾何光學學的回答答抓住了了問題最最核心的的本質(zhì)。。同樣的的原理，，我們已已成功地地應用于于可見光光、近紅紅外波段段的對地地遙感，，在攀登登項目中中又成功功地推廣廣到熱紅紅外，解解釋非同同溫像元元熱輻射射的方向向性。本本期增刊刊的幾篇篇文章用用實測或或模擬數(shù)數(shù)據(jù)證實實了我們們溫差面面積的投投影加同同溫多次次散射模模型的合合理性。。當我寫這這番話時時，我以以為月亮亮的朔望望，上弦弦下弦，，這些幾幾何光學學關(guān)系是是大家都清楚楚的。不不料好幾幾位博士士、教授授懷疑我我滿月即即熱點的的提法。。經(jīng)過熱熱烈討論，，我才弄弄清楚他他們把新新月當作作月食了了。不久久前－作者：劉劉茜來來源：科學時報報發(fā)布布時間：：2007-9-14。。。。在一年年四季之之中，中中秋之夜夜月亮是是最圓、、最明、最亮亮的。這這是什么么原因呢呢？據(jù)科科學家分分析，。。。。。。。。同同時，中中秋正值值秋分前后，太太陽幾乎乎垂直照照射到月月球上，，月球接接受的陽陽光最多多，反射射光也最最強，因因而中秋的月亮格外外明?？磥鞧O模型型雖然簡單，，科普還是需需要的。這里雖然以介介紹幾何光學學模型為主，，但并不排斥斥其他的模型型或?qū)W派，古古話說，“珠聯(lián)聯(lián)璧合”，““相得益彰””，“君子和和而不同、小小人同而不和和”，就是講講多樣性的互補補與綜合，或或英語里的synergy.說說到珠聯(lián)璧合合，時髦的讀讀者也許會想到珍珠珠項鏈什么的的，92年版版“常用成語語詞典”解釋釋為：“指珍珍珠串在一起，美玉合在在一塊兒，比比喻…”這這是望文生義義，也不算錯錯。但其實語語出漢書：“日月如如合璧，五星星如連珠,””講的是兩兩種罕見的天天文地理現(xiàn)象象。日月同輝不稀稀罕，在上弦弦月、下弦月月時，太陽——地球—月亮亮成直角，我我們常常可以以看到。但日日月合璧就難難得一見了。。日月合璧指指的是太陽和和月亮重疊在在一起，而又又不是日食———它們一道道放射光華。。有人也許認認為這種罕見見現(xiàn)象是對幾幾何光學模型型的挑戰(zhàn)。但但其實我相信信只有幾何光光學模型（加加上大氣分層層模型）才能能解釋這種目目前據(jù)說只能能在東南沿海海十月朔日、、天朗氣清時時才能看到的的日月同升現(xiàn)現(xiàn)象。不過要要驗證這種解解釋就比較困困難，需要在在指定時刻，，指定地點，，測太陽/月月亮的直射光光譜，放探空空氣球，但也也不是辦不到到的。幾何光學（GO）模型明明顯的優(yōu)勢就就是解釋陰影影、表面反射射，簡單、直直截了當。輻射傳輸（RT）模型明明顯的優(yōu)勢則則在液體和氣氣體的體散射射，出發(fā)點就就在微分體積積元的能量守守恒。RT模型的問問題在于太復復雜，出發(fā)點點就左微右積積。RT學派腹誹誹GO模型主主要有兩條：：1）太簡單單，不像像學問高深深的樣子；2）不滿足能能量守恒定律律。既然是腹誹，，你怎么知道道？因為有學學GO的學生生轉(zhuǎn)學RT的的；也有學RT的學生論論文讓我審的。說說GO模型不不滿足能量守守恒定律，純純屬誤解；它它在微觀和宏宏觀兩個層次上均滿足能能量守恒定律律，只是沒有有必要在方程程里表示出來來。就像我們們吃飯，餓了就吃，沒沒有必要先宣宣布為了能量量守恒，現(xiàn)在在開始吃飯一一個道理。相相反RT模型，由于沒有有解析解，宏宏觀上只能近近似滿足能量量守恒定律。。這里我順便講講一講模型的的簡單性原則則。模型的簡單性性原則（續(xù)））：高度逼真－－－－－－－－－－－－－－－－馬虎（（逼真性））復雜－－－－－－－－－－－－－－－－－簡單單（復雜性性）真人模特－塑塑料模特－－－－－－－－－－稻草人人（例））推銷時裝－－－－－－－－－－－－－－－－趕麻雀雀（用途）討論模型的簡簡單性，首先先要明確建模模的目的。用用途不同，上面從名模到到稻草人都可可能是合理的的。要趕麻雀雀，用真人模特就極不合合理。但不懂懂這個道理，，我自己就還還真干過，后果嚴重。五十年代除四四害，就發(fā)動動群眾，人海海戰(zhàn)術(shù)趕麻雀，想讓麻雀雀無落腳之地地。據(jù)說真有有麻雀累壞了了，飛著飛著著就掉下來的，，但總體來說說，后果嚴重重。這個例子子，主要是從從成本來考慮的的。不考慮成成本，單從科科學的角度，，模型的簡單單性原則也要求求：模型的簡單性性原則（續(xù)））：同樣逼真、同同樣普適的情情況下，模型型越簡單越好好?；蛘邠Q一個表表述，即著名名的“奧卡姆剃刀”：如無必要，勿勿增實體。－－多余的東西、、統(tǒng)統(tǒng)刮掉。。對建模來講，，這里實體包包括：假設，，參數(shù)，運算算的復雜性等等等。600多年以來，從哥哥白尼的日心心說，到牛頓頓的萬有引力力，到愛因斯斯坦的相對論，簡單性原原則已經(jīng)取得得巨大成功，，成為重要的的科學理念。。要解釋晝夜夜，解釋時時差，地心心說就夠了了。但是地地心說解釋釋五大行星星的運動，就復復雜到連張張衡，諸葛葛亮都頭疼疼。而日心說給給了日月五五大行星在在天穹上的運運動一個簡簡單而準確確的描述，，從而推動動了整個自自然科學的的發(fā)展。哥白尼的成成功，我們們往往過多多強調(diào)了科科學對神學學革命的一一面，忽略略了簡單性原原則成功的的一面。模型的簡單單性原則（（續(xù)）：這有時會鬧鬧出笑話來來。比如最最近有人批批判地質(zhì)學學，說它整整個建立在在地心說的的錯誤基礎礎上。又如如我遇到過過10來個個地理學博博士（生）），要參加加國際會議議，算時差差，腦袋自自轉(zhuǎn)來、自自轉(zhuǎn)去，想想不清楚。。我只好告告訴他們，，要解釋時時差，地心心說實在就就夠了。這這不算反革革命，只是是模型的簡簡單性、實實用性。要追求模型型的簡單性性，重要的的手段是變變換。往往往很簡單的的變換，就就把很復雜雜的問題搞搞得非常簡簡單。最著著名的例子子，當然還還是日心說說，一個坐坐標系的平平移變換，，就搞定。。復雜一些些的例子，，比如Fourier變換，，把千變?nèi)f萬化的波形形，用基波波和諧波來來描述。注注意這兩種種著名的例例子，都開開始于純粹粹的數(shù)學簡簡單化，而而這種簡單單化的物理理機制，是是在數(shù)學模模型簡單化化之后才逐逐步清晰起起來的。人人們在日常常生活中，，也常常用用變換來簡簡化問題。。民間故事事里講：模型的簡單單性原則（（續(xù)）：一個小姑娘娘，后媽和和她過不去去。后媽出出門去玩，，要她留在在家里數(shù)清楚家家里的米，，一共有多多少粒。后后媽回來時時，小姑娘娘已經(jīng)數(shù)清了。。后媽不信信，要打人人。家族長長輩來干預預，看這小小姑娘怎么數(shù)的的。結(jié)果她她先數(shù)一千千粒，稱重重。再稱家家里米的總總重，算出來來的。后媽媽還不服氣氣，說你這這樣，誤差差多大？沒沒有滿足我要的的“多少粒?！钡囊笄蟆ｉL輩生生氣了，說說，那你自自己來數(shù)，看她的的誤差有多多大。注意意這里的變變換，牽涉涉到自然數(shù)數(shù)域到重量域的的變換，以以及反變換換，也牽涉涉到后媽的的誤差分析析的問題,這這是一個關(guān)關(guān)鍵性的問問題。行業(yè)業(yè)就是遙感感的后媽。。我強調(diào)模型型的簡單性性原則，有有同學不服服。說李老老師你知識識老化了了。。是是的的，，現(xiàn)現(xiàn)在在復復雜雜性性科科學學很很熱熱門門。。所所以以有有哲哲學學家家開開始始批批判““簡簡單單性性原原則則””。。模型型的的簡簡單單性性原原則則（（續(xù)續(xù)））：：天下下事事，，了了亦亦未未了了，，何何妨妨不不了了了了之之。。世外外人人，，法法無無定定法法，，乃乃知知非非法法法法也也。。這副副對對聯(lián)聯(lián)，，不不少少寺寺廟廟都都有有，，版版本本略略異異。。好好像像以以武武漢漢的的最最有有名名。。對對聯(lián)聯(lián)本本身身是是出出世世的的，，我我特特喜喜歡歡那那種種歷歷盡盡蒼蒼桑桑的的浩浩嘆嘆。。年年青青人人，，不不宜宜出出世世，，但但搞搞科科研研，，也也許許可可以以從從中中得得到到一一些些啟啟發(fā)發(fā)。。比比如如去去年年一一期期科科技技導導報報卷卷首首語語中中，，朵朵英英賢賢院院士士就就用用““法法無無定定法法、、道道法法自自然然””八八個個字字來來勉勉勵勵年年青青人人在在科科研研中中銳銳意意創(chuàng)創(chuàng)新新。。前前邊邊希希望望同同學學們們多多學學習習一一下下““復復雜雜性性科科學學””，，更更好好理理解解其其與與““簡簡單單性性原原則則””之之間間的的關(guān)關(guān)系系，，這這二二者者之之間間并并不不矛矛盾盾。。模型的的簡單單性原原則（（續(xù)））：哲學家家們有有一篇篇《““簡單單性原原則””批判判》，，開宗宗明義，，就指指出：：“在科科學的的美學學準則則中，，最重重要的的一條條是簡簡單性性原則則。哥哥白尼尼、牛牛頓、、愛因因斯坦坦、海海森堡堡等科科學家家就是是應用用簡單單性原原則，，創(chuàng)立立了他他們各各自的的理論論，取取得了了卓越越的成成就，，從從而也也使得得他們們和其其他很很多科科學家家把簡簡單性性原則則當作作是正正確的的，并并被廣廣泛應應用到到對自自然的的認識識中，，當作作構(gòu)建建、評評價和和選擇擇科學學理論論的一一個重重要原原則””。換言之之盡管管哥白白尼以以來的的科學學實踐踐證明明了簡簡單性性原則則是正正確的的，但但是未未經(jīng)哲哲學家家證明明，只只能是是你們們把它它“當當作是是正確確的””。接接著，，作者者指出出：““實際際上，，簡單單性原原則是是否正正確取取決于于對下下列一一系列列問題題的回回答。。自然然界的的本質(zhì)質(zhì)是簡簡單的的嗎？？”科學技技術(shù)的的哲學學反思思,作作者：吳吳彤,蔣蔣勁松松-2004-Philosophy-377頁頁模型的簡簡單性原原則（續(xù)續(xù)）：由于簡單單性原則則并不假假定自然然界的本本質(zhì)是簡簡單的，，后邊一一大段就就不引用用了。作者者接著指指出：“自然界界的本質(zhì)質(zhì)并非是是簡單的的，而是是復雜的的，具有有復雜性性的特征征，具體體體現(xiàn)在：：多連通通性、分分形特征征（自嵌嵌套）、、非集中中控制性性、不穩(wěn)穩(wěn)定性、、涌現(xiàn)性、、自組織織性、分分化、多多樣化和和進化能能力等。。。。。。。既然然如此，，在對自然然的認識識過程中中是否還還能夠遵遵循簡單單性原則則呢？答答案是能能夠應應用。其理理由一是是自然的的復雜性性是由自自然的簡簡單性演演化而來來的，自自然界中中存在簡單單性現(xiàn)象象；二是是在對復復雜性現(xiàn)現(xiàn)象的認認識過程程中也要要用到簡簡單性原原則，這對對于我們們有效地地認識復復雜性的的自然現(xiàn)現(xiàn)象有很很大幫助助”。這應該算算虛招吧吧。但總總算亮出出了“復復雜性現(xiàn)現(xiàn)象”的的一系列列寶貝。。模型的簡簡單性原原則（續(xù)續(xù)）：“但是，，可以用用到簡單單性原則則并不意意味著我我們在認認識復雜雜性現(xiàn)象象的過程程中都能能夠用簡簡單性原原則”。。這一招的的命門在在“可以以用”和和“都能能夠用””之間，，漏掉““應該用用”－－這好好像是原原則之所所以為原原則?！敖?jīng)典科科學的認認識史表表明，過過去人們們在對自自然的認認識過程程中，把把自然界界中的的模糊性性約化為為了精確確性，把把非線性性當成了了線性、、把非周周期性簡簡化成了了線性、、把分形形當作了了整形。。從而，，在簡化化自然的的過程中中，獲得得了對自自然的簡簡單化的的、不正正確的認認識””。這一招直直指“簡簡化”。。定義““簡化””＝“簡簡單化的的、不正正確的認認識””，隱含含一個無無窮高的的精度要要求。模型的簡簡單性原原則（續(xù)續(xù)）：“復雜性性科學的的認識史史表明，，自然界界中的復復雜性是是不可以以還原為為簡單性性的，復復雜性不不是簡單單性的線線性組合合，更不不可能被被簡單性性所覆蓋蓋。對于于復雜性性現(xiàn)象應應該把它它當作作復雜性性來處理理。在對對自然界界中的復復雜現(xiàn)象象進行研研究時，，應該從從簡單走走向復雜雜，從線線性走向向非線性性、用一一種復雜雜性的思思維代替替簡單性性的思維維，以獲獲得對自自然界的的完整整準確的的認識。。盡管在在這樣的的過程中中，可以以用到簡簡單性原原則，但但是，簡簡單性原原則的應應用應該該以不損損害科學學認識的的正確性性為原則則。況且且，有時時用簡單單性科學學方法建建立的模模型去去描述往往往顯得得繁難而而無效，，用復雜雜性科學學方法建建立的模模型去描描述反而而顯得簡簡單而有有效”。。這里有一一系列的的概念錯錯位。但但最后一一句算到到位了：：復雜性性科學方方法，正正是按照照簡單性性原則，，追求產(chǎn)產(chǎn)生復雜雜現(xiàn)象的的簡單規(guī)規(guī)律或規(guī)規(guī)則。所所以復雜雜性科學學并不是是哲學家家們用來來批判簡簡單性原原則的合合適武器器。但是，““對自然然界的完完整準確確的認識識”怎么么辦呢？？那是哲哲學家們們的事。。天下事，，了亦不不了，何何妨不了了了之。。模型的簡簡單性原原則（續(xù)續(xù)）：公理1：：任何事事物都需需要某個個地方、、某個時時間來存存在并不不斷變化化。公理2：：地表上上任何事事物的存存在和變變化，總總和其它它事物有有關(guān)系。。定理1：：人們的的存在和和發(fā)展，，離不開開所處時時空的地地理資源源環(huán)境。。公理3：：事物的的定義和和分類對對于人類類的理解解是必要要的，但但因為是是人為的的，因而而是可變變的。公理4：：不同距距離觀察察，事物物就呈現(xiàn)現(xiàn)出不同同面貌。。RTvs.GO模型（續(xù)）輻射傳輸（RT）模型在大氣遙感中取得了巨大的成功。1960年代以來用于陸表遙感，成為主流學派，但遇到較大的困難。原因：陸表不是氣體，其三維結(jié)構(gòu)投射陰影。二十多年來Li－Strahler幾何光學模型逐步發(fā)展，已成系列：

Li-Strahler模型系列SCI引用次數(shù)

經(jīng)檢索，1991-2007年間，陸表遙感模型SCI引用次數(shù)最高三篇論文為：(1)Myneni，93：193次；(2)Roujean，92：162次；(3)Li，92：155次。分別為RT、GO－RT混合（GORT）、和GO模型。分析最高三十篇，基本也是三分天下的格局。

至此我們可以認為GO模型已成功進入了陸表遙感的主流。發(fā)表年檢索年19851986198819921995199920012000107772479380－200211379279650702007---155802017GO模型型能簡單單、方便便地解釋釋復雜地地表反射射的方向向性，因因而是多角度度遙感的的理論基基礎，也也是多角角度與其其它遙感感手段協(xié)協(xié)同的理論論基礎。。這里簡簡單介紹紹一下地地表反射射的方向向性－－古人早就就注意到到了初春春的草地地，越遠遠越綠，，例如：：青青河畔畔草，綿綿綿思遠遠道。（（古詩十十九首））草色遙看看近卻無無。（韓韓愈）離恨恰如如春草，，更行更更遠還生生。（李李后主））大家知道道，作科科研的第第一步，，就是觀觀察。第第二步是是解釋。。這三位位詩人都觀察到到了同樣樣的現(xiàn)象象，作了了優(yōu)美的的描述。。但他們們的下一一步各不不相同：：青青河畔畔草，女女詩人馬馬上跑題題，開始始想她出出遠門的的老公去去了。韓愈老師師觀察就就更科學學，不但但遠觀，，而且鎖鎖定目標標，跑近近了再仔仔細觀察，作出出了多角角度遙感感發(fā)展史史上的第第一個對對比記錄錄。李后主，，缺了韓韓老師這這一步，，就給出出“LAI越遠遠越大””的解釋釋，顯然然沒有說服力力。我們今天天，當然然很容易易用GO模型來來解釋韓韓老師觀觀察到的的現(xiàn)象，，并且有有普適性。。草色遙看看近卻無無近看遙看Li-Strahler創(chuàng)立立的幾何何光學模模型系列列，主要要考慮地地物的宏觀幾何何結(jié)構(gòu)，在解釋復復雜地表表的反射射特征時時有其簡簡單、明明晰的優(yōu)優(yōu)勢。也有人試試圖改造造輻射傳傳輸理論論，去描描述象元元尺度上上三維空空間的宏宏觀結(jié)構(gòu)構(gòu)，這就就象用一一把小螺螺絲刀橫橫過來擰擰一個大大的螺釘釘。不同同的遙感感理論（（輻射傳傳輸、矢矢量輻射射傳輸、、波解析析、幾何何光學等等）就象象一個工工具箱，，里面有有大小不不同的螺螺絲刀，，關(guān)鍵就就是如何何選出一一把合適適的來，，幾何光學模模型就是解解釋象元尺尺度上復雜雜地表的合合適工具。。4）幾何光光學模型描描述定量遙遙感尺度效效應為什么我們們跑那么大大老遠到衛(wèi)衛(wèi)星上觀察察地球表面面，反而比比我們在地地上“眼見見為實”竟竟然還有優(yōu)優(yōu)勢呢？這這里牽涉到到一個尺度問題。不同的自然然現(xiàn)象有不不同的最佳觀測距距離和尺度，并不一定是是距離越近近越好，觀觀測越細微微越好。18世紀英英國斯威夫夫特用一個個例子形象象地說明這這一點。他他假定從非非常近的距距離，用很很高的分辨辨率來看一一個美女。。觀察者在在這位美女女的臉上從從一個毛孔孔觀察到另另一個毛孔孔，辛苦觀觀測的結(jié)果果和整體的的“美”全全不相干。。我國古代代學者更早早幾百年也也認識到了了這個觀察察尺度和距距離的問題題。他們以以廬山為例例：在山里里實地積累累的大量觀觀察，“遠遠近高低各各不同”，，對認識廬廬山的全貌貌卻很少有有所幫助。。這并不是是否定系統(tǒng)統(tǒng)的高精度度的實地觀觀測，而是是說明需要要適當?shù)木嚯x和比例尺，才能有效效、完整地地觀察。橫看成嶺側(cè)側(cè)成峰遠近高低各各不同不識廬山真真面目只緣身在此此山中------蘇東坡論尺尺度效應盡管人們早早就認識到到這種最佳觀測距距離的必要性，，甚至幻想想從外層空空間來取得得大地與海海洋的圖像像（“遙望齊州九九點煙，一一泓海水杯杯中瀉”）。只是是在遙感技技術(shù)自本世世紀60年年代蓬勃崛崛起之后，，人類才真真正實現(xiàn)了了從微觀到到宏觀、從從靜態(tài)到動動態(tài)對大地地進行觀測測這一飛躍躍，實現(xiàn)了了對很多大大規(guī)模自然然現(xiàn)象的預預測和預報報，開始了了人類認識識自己生存存環(huán)境的新新紀元。對海岸線長長度的測量量問題是地地學描述中中尺度效應應最典型的的例子。對這一測測量值尺度度效應的研研究，在70年代中中期啟發(fā)形形成了分形形理論和分分數(shù)維這樣樣全新的數(shù)數(shù)學概念，，并進而發(fā)發(fā)展成為分分形幾何。。遙感科學學中尺度效效應的研究究更為困難難，在陸地地遙感中，，不同地物物光學性質(zhì)質(zhì)的尺度效效應很少得得到研究，，分形幾何何的應用幾幾乎沒有超超出計算機機模擬的范范圍。尺度效應：：不同分辨率率遙感圖像像之間關(guān)系系：觀點點1：：簡簡單單平平均均，，沒沒什什么么好好研研究究的的觀點點2：：不不是是簡簡單單平平均均。。取取決決于于地地表表狀狀況況，，目目標標（（地地學學））參參數(shù)數(shù)的的性質(zhì)質(zhì)————我們們的的觀觀點點。尺度效應不是是一個新的概概念，但定量地學描述述是地學與其它它學科交叉的基礎，是遙感科學的關(guān)關(guān)鍵。國外的尺度效效應研究基本本上仍停留在不同尺度上同同一種量的線線性或非線性性關(guān)系的經(jīng)驗研究水平平上，我們用幾何光學模型型來解釋不同尺度上量的內(nèi)涵的變變化，量的性質(zhì)的改改變，以及物理定律的適適用性。二十年前，普普遍流行一個個誤解，就是是：如果象元元內(nèi)所有元素素都是各向同同性的漫反射射表面，則象象元一定也是是漫反射表面面。由于已經(jīng)經(jīng)觀察到大量量地表象元的的非漫反射特特性，所以大大量研究都致致力于表面元元素的非漫反反射特性。尺度效應(例1)——象元的漫反射射性Aa1(qv)qva2(qv)=1-a1(qv)A為谷頂部，一個象元大小我們用一個簡簡單的幾何光光學模型說明明了象元的非漫反反射特性主要要是象元尺度度上地表的三三維結(jié)構(gòu)決定定的，從而奠定了了李小文—Strahler幾何光學模型型系列的基礎?；ヒ自硎请婋姶艑W、光學學的基本假設設之一，是輻輻射傳輸理論論的基石，曾曾被當作檢驗驗遙感數(shù)據(jù)質(zhì)質(zhì)量的標準，，受到測量界界的強烈反對對，爭論長達達20年。我我們給出了象象元尺度上互互易原理失效效的條件：在象元尺度上上，空間均勻勻的入照產(chǎn)生生空間不均勻勻的反射，且且明暗兩區(qū)之之間串線不對對稱，則互易易原理在象元元尺度上失效效。凹面鏡黑體表面凸面鏡A我們用用一個個簡單單幾何何光學學模型型說明明上述述條件件，在在IGARSS會議議上發(fā)發(fā)表后后引起起轟動動，普普遍認認為解解決了了這二二十年年的爭爭論。。像元互互易原原理適適用性性的爭爭論主要是是在地地學測測量界界和物物理學學家之之間壁壁壘分分明進進行。。前者者如Kimes,Kriebel,早早就觀觀察到到互易易原理理的““視在在失效效”，，后者者如Snyder,Wanner等等則堅堅持互互易原原理是是物理理學的的基本本假設設之一一，可可以用用來衡衡量數(shù)數(shù)據(jù)質(zhì)質(zhì)量。。作為電訊工工程本科生生，我早在在85年使使用Kimes的經(jīng)經(jīng)典數(shù)據(jù)時時就發(fā)現(xiàn)其其不滿足互互易原理。。Kimes堅持不不是由于測測量誤差引引起的。我我當時存疑疑，直到十十二年以后后才發(fā)現(xiàn)了了溝通二者者的橋梁。。這說明，兩大學科的的沖突和挑挑戰(zhàn)同時也給我我們帶來新新發(fā)現(xiàn)的機遇。在99年IGARSS論文發(fā)發(fā)表之后，，Snyder仍堅堅持像元尺尺度上互易易性原理是是無條件適適用的WilliamC.Snyder,APPLIEDOPTICS,2002,41(21),4307-4313,Fig.3凹面鏡凸面鏡Fig.2Sf2Df1ThetelescopestructureequivalenttoFig.2.FromWilliamC.Snyder,APPLIEDOPTICS,2002,41(21),4307-4313,Fig.3BlackbodybaffleCollimationlensATheopticssystemequivalenttoFig.1.FromH.ZhaoandJ.Wang,Prog.Nat.Sci.,2004,14(3),287-288,Fig.4.順便回到模模型的簡單單性。我在在Lix谷谷里，加上上黑體，就是要要簡化問題題，避免左左邊坡的反反射把問題題復雜化。但Snyder為了引引進他的微微分方程，，把問題復復雜化，不不惜冒““學術(shù)不不端”的的風險，，強行給給我取掉掉。這種在爭爭論中把把問題復復雜化來來閃避失失敗的方方法，英英文里就叫叫：Ifyoucan’tconvince,trytoconfuse.同樣，在在我自己己30年年的學術(shù)術(shù)生涯中中，我注注意到很很多垃圾論論文的一一個共同同特點，，就是在在保持結(jié)結(jié)果合理理的情況下下，把問問題復雜雜化，讓讓評委或或老師沒沒有時間間或耐心細細看求解解的過程程，只好好讓其過過關(guān)。普朗克定定律適用用條件：：T,e0同溫,只只有e空間變化化：尺度不變變尺度效應應(例3)——普朗克定定律40年來來普朗克定定律一直直未經(jīng)修修正直接接應用到到對地遙遙感，這這是地溫溫遙感精精度上不不去的根根本原因因之一，，現(xiàn)我們們將它修修正到遙遙感象元元的尺度度。普朗克定定律是人人類科學學史上最最偉大的的成果之之一，是是現(xiàn)代物物理學的的基石，，但它也也不是““放之四四海而皆皆準”的的絕對真真理，在在對地遙遙感中的的直接應應用，要要求一定定的條件件：但目前的的修正，，受制于于缺乏理理想的地學描述述手段，需需要象元元平均材料料發(fā)射率率、二向向反射比比、平均均溫度、、組份溫溫度方差差、組份份溫度與與組份材材料發(fā)射射率的協(xié)協(xié)方差等等統(tǒng)計量。。復雜性性減低實實用性，，我們正正繼續(xù)努努力尋找找更簡練練的景觀特征征參數(shù)化化手段。兩步近似似為自相相似a1a2T1T2e1e2自然陸地表面面：Ll=e·

Bl(T

)e

≈e0

+D

em

+D

e

(DT

)象元內(nèi)多次散散射引起的尺尺度效應：自相似T,e0+Dem

我們通過修正“象元平均有效發(fā)射率”e的內(nèi)涵，使普朗克定律能直接應用于象元尺度地溫遙感的。時間尺度效應應一例（例4）在我們前一個個973，我我們著重瞬間遙感定量反演。但光搞搞瞬間、搞二二維還不行。。例如，通量量觀測經(jīng)常不不閉合，即地地表系統(tǒng)能量量輸入（Rn)不等于系系統(tǒng)能量輸出出（H＋LE＋G）。為為什么呢？可可能的原因很很多，其中之之一是忽略了了系統(tǒng)的熱容容和炭匯。Rn是瞬間間通量輸入，，地表被加熱熱以后，熱空空氣（H）、、水蒸汽（LE），比較較快（分鐘級級）就帶走一一部分熱量。。但土壤通量量G一般是在在地下若干厘厘米測的，時時間響應比Rn遲小時級級。其間有植植被和土壤表表層的升溫和和傳導的過程程。土壤還比比較好糾正，，有植被就麻麻煩了。其熱熱傳導，儲存存與釋放的過過程很難建模模。炭匯更是是長時間過程程。所以世界界先進水平閉閉合率也就80％左右。。時間尺度效應應一例（例4,續(xù)））如果我們有大大面積、長時間序列、晝夜連續(xù)的的長、短波遙遙感觀測，有有主、被動協(xié)協(xié)同反演的三三維植被結(jié)構(gòu)和溫溫度梯度遙感觀測，有有地面站的土壤的升、、降溫和傳導導過程知識，，我們應該能能讓植被的通通量遙感閉合合率接近世界界地面通量觀觀測的領先水水平，使我們們的通量遙感感的結(jié)果令人人信服。尺度效應———小結(jié)尺度效應不是是一個新的概概念，但定量地學描述述是地學與其它它學科交叉的基礎，是遙感科學的關(guān)關(guān)鍵。國外的尺度效效應研究基本本上仍停留在在不同尺度上上同一種量的的線性或非線線性關(guān)系的經(jīng)經(jīng)驗研究水平平上，我們用用幾何光學模模型來解釋不不同尺度上量量的內(nèi)涵的變變化，量的性性質(zhì)的改變，，以及物理定定律的適用性性。中科院外籍院院士、美國兩兩院院士Dickinson（2005）指指出“李小小文等給出了了一些遙感中中有關(guān)尺度效效應的示例……直到近來我我才意識到尺尺度效應對于于這個領域(氣候模擬)內(nèi)的成功（（或它的不足足）是極其重重要的?！?。病態(tài)反反演問題1）為什么么“病態(tài)”？定量遙感的反反演問題，簡言之，就就是根據(jù)觀測信息息和前向物理理模型，求解解或推算描述述地面實況的的應用參數(shù)(或目標參數(shù)數(shù))。而定量遙感反演演的困難，在于應用參數(shù)往往往不是控制遙遙感信息的主主導因子，或者說是非非敏感參數(shù)，，只能為遙感感信息提供弱弱信號。例子：大西部草原遙遙感，常遇到過放放牧的草地和和少量優(yōu)質(zhì)草草地，定性分分類非常容易易，但要估算算其生物量(如葉面積指指數(shù))，就非非常困難。LAI（葉面積指數(shù)）NDVI背景草?弱信號強信號弱信號飽和遙感直接獲獲取的參數(shù)數(shù)(NDVI)與應應用參數(shù)(LAI)的非線性性提供NDVI前邊講的是是最簡單的的病態(tài)反演演的例子。。在真實的的對地遙感感中，問題題遠為嚴重重。遙感系系統(tǒng)從垂直方向向來說，光光線（電磁波））穿越大氣、、植被，到到達土壤，，再反射穿穿越植被、、穿越大氣氣，達到衛(wèi)衛(wèi)星傳感器器。影響這這一過程的的因素，數(shù)數(shù)不勝數(shù)。。我們可以以用明代一一位詩人觀觀察到的現(xiàn)現(xiàn)象來作一一個簡單的的說明：夕陽方照桃桃花塢柳絮飛來片片片紅大家一般的的先驗知識識認為柳絮絮是白的，，為什么詩詩人觀察到到柳絮是紅紅的呢？詩人人作作了了解解釋釋：：1、、夕陽陽———光穿穿越越大大氣氣的的光光學學路路徑徑較較長長，，短短波波段段散散射射嚴嚴重重，，直直射射光光偏偏紅紅，，所所以以“夕陽陽紅紅”，，““殘陽陽如如血血”。。2、、下墊墊面面———桃花花塢塢，““灼灼灼桃桃花花”盛開開，不是是一一個個大大葉葉模模型型的的下下墊墊面面，，而而是是一一個個紅色色的的下下墊墊面面，反射射光光偏偏紅紅。3、、氣溶溶膠膠———柳絮絮本本身身是是全波波譜譜反反射射，此時時反射射夕夕陽陽紅紅，反射射桃桃花花紅紅，柳絮絮成成了了片片片紅紅。當然然這這只只是是一一個個簡簡單單的的定性性模模型型，但我我們們可可以以看看出出影響響遙遙感感信信息息產(chǎn)產(chǎn)生生過過程程的的主主要要因因素素之之多多。從水水平平方方向向上上來來說說，陸陸地地表表面面在在遙遙感感像像元元尺尺度度上上幾幾乎乎總總是是混合合像像元元。大大家家也也許許認認為為大戈戈壁壁或沙漠漠可以以認認為為是是“純純””像像元元，但但其其實實也也包包含含礫石石的的陰陰影影。我我在在沙沙漠漠上上實實測測礫礫石石的的承照照面面和和背背陰陰面面，，溫溫差差大大約約10攝攝氏氏度度以以上上。。對1公公里里像像元元尺尺度度來來說說，，地地形形的的起起伏伏常常常常不不可可忽忽略略。。所有這這些，，使遙遙感定定量反反演命命中注注定是是一個個病態(tài)態(tài)反演演。又如水水質(zhì)（（溶解解成分分）遙遙感，，需要要的信信息主主要來來自水水體散散射的的離水水出射射部分分。但但是遙遙感器器接收收到的的信號號主要要是水水面的的鏡面面反射射，水水底或或水中中懸浮浮物的的反射射。真真正有有用的的信息息，弱弱得可可憐。。天光云云影共共徘徊徊為什么么我用用“病病態(tài)反反演””這個個詞？？很多弟弟兄們們不喜喜歡這這個詞詞，以以為是是我杜杜撰的的，又又不吉吉利。。所以以得介介紹一一下我我怎么學到到這個個詞的的。在中學學的時時候，，大家家都知知道，，線性性方程程組解解的存存在與與否，，有三三種情情況：：無解解（超定定，overdetermined）），唯唯一解解，多多解（（欠定定，underdetermined）。。通過過大量的的作業(yè)業(yè)，一一般容容易形形成一一個誤誤會，，就是是有N個方方程的的線性性方程程組，，就能能解出出N個未未知數(shù)數(shù)。我我當年年剛到到美國國的時時候，，上GlenWade教授授的課課，講講多角角度斷斷層成成像。講講義中中用來來說明明這個個概念念的例例子是是這樣樣的：：假定定A11，，A12，，A21，，A22，，4個個像元排排成兩兩行兩兩列，，水平平投影影過去去，能能得到到A1＝＝A11＋＋A12；；A2＝＝A21＋＋A22。。換一一個角角度，，垂直直投影影下來來，能能得到到B1＝＝A11＋＋A21和和B2＝＝A12＋＋A22。。這樣樣，用用4個個觀測量量A1、A2、、B1、B2，，就能能解出出A11等等4個個未知知量。。Wade是權(quán)權(quán)威老老教授授，4個方方程解4個未未知數(shù)數(shù)，講講了幾幾年，，沒人人懷疑疑這個個說法法。我嘴快快，說說：A1＋＋A2－B1＝＝B2；第第四個個觀測測不是是獨立立的。。三個個獨立立方程程解不不出4個未未知數(shù)數(shù)。此此話一一出，，滿座座俱驚驚。Wade教教授畢畢竟一一派宗宗師，，略一一沉吟吟，連連曰：：ill-posed,ill-posed?？纯次衣犅牪欢@個個單詞詞，換換個說說法underdetermined。Wade教教授后后來修修改了了他的的講義義，到到處致致謝，，跨系系聘我我作了了他的的RA.我我畢畢業(yè)離離校時時，還還專門門設宴宴歡送送。宴會上上Wade教授授致辭辭說，，這次次破例例歡送送李先先生，，是因因為兩兩件事事他感感觸特深深：一一件就就是那那個欠欠定方方程組組，我我不懼懼權(quán)威威，能能獨立立思考考。另另一件事事就是是我表表現(xiàn)出出對弱弱者的的關(guān)懷懷。這這件事事大概概是這這樣的的，一一位臺臺灣公費費生，，研究究做得得不夠夠好，，到公公費期期滿，，論文文還出出不來來，Wade教教授以研研究生生經(jīng)費費已經(jīng)經(jīng)花光光了為為由，，拒絕絕給他他資助助，因因此他他無法法在暑暑期繼續(xù)續(xù)完成成論文文。我我覺得得部分分原因因是我我跨系系搶了了別人人的機機會，，差幾幾個月拿拿不到到學位位也夠夠慘的的。所所以我我找Wade教教授開開后門門，把把我的的暑期期全獎分分一半半給那那位臺臺灣同同學。。Wade教教授指指出，，“不不懼權(quán)權(quán)威””和““同情情弱者者”同同為形形成一一個好好的科科研團團隊的必必要條條件，，希望望課題題組所所有的的同學學都學學習李李先生生，所所以才才破例例歡送，，請大大家搓搓一頓頓。好漢不不提當當年勇勇，我我一般般避免免自吹吹自擂擂。這這次破破例不不避嫌嫌，一一是Wade教教授的的大師師風范范，始始終是是我學學習的的榜樣樣，我我講錯錯了，，從來來歡迎迎同學指指出；；二是是說明明“病病態(tài)””（ill－posed，ill－conditioned）這個個詞我我怎么學會會的，，不是是我的的創(chuàng)新新。病病態(tài)反反演，，指因因種種種原因因觀測測信息息量不不足時的的反演演。如如果大大家實實在不不喜歡歡這個個詞，，歡迎迎建議議個更更好的的。定量遙遙感本本質(zhì)上上是病病態(tài)反反演，，這是是由于于地表表太復復雜，，而遙遙感信信息總總是有有限的的，不不認識識這一一點就就好比比瞎子子摸象象。病態(tài)反反演理理論用用于定定量遙遙感，，則要要求信信息的的融合合、積積累和和綜合合。如如果用用于瞎瞎子摸摸象，，最后后可以以得到到“像像柱子子的大大概是是象腿腿，像像蟒蛇蛇的大大概是是鼻子子?！笳嬲娲螅?！”這這樣樣一個個最大大似然然的估估計。。那么怎怎么辦辦呢？？首先先是算算法。。國際上對地遙遙感反演的常常沿用高斯的的最小二乘法，堅持“定量遙遙感反演的必必要條件是獨獨立觀測的個個數(shù)大于未知知數(shù)的個數(shù)””(簡稱“第三公設”)。地表是一個復復雜的開放的的巨系統(tǒng)，未未知的參數(shù)幾幾乎是無窮的的，而遙感數(shù)數(shù)據(jù)總是有限限的，接受第第三公設，采采用最小二乘乘法，其結(jié)果果是只能估計計最敏感的少少量幾個參數(shù)數(shù)，而這幾個個參數(shù)往往不包括應用所需的時空多變要素素，導致了定量量遙感與應用用需求之間巨大的缺口，和普遍的悲悲觀情緒。線性方程組解解的三狀態(tài)：：無解、唯一一解、和多解解（欠定），，中學里邊，，咱們只管唯唯一解。但實實際工作中常常常遇到觀測測數(shù)目多于未未知數(shù)目的情情況。這時信信息量常有富富余，反而““無解”，顯顯然很傻很天天真。所以高高斯大俠自創(chuàng)創(chuàng)一招“無中中生有滿天星星”劍法，充充分利用數(shù)據(jù)據(jù)信息冗余（（滿天星），，硬找出一個個抗噪聲的最最優(yōu)解（無中中生有）。高高大俠這一招招風行天下二二百余年,國國內(nèi)最早翻成成“最小二乘乘法”，其實實“最小平平方誤法”，，更容易理解解，就是在滿滿天星斗的數(shù)數(shù)據(jù)點集中，，擬合出模型型有最小平方方誤的一套參參數(shù)，作為最最優(yōu)解。總之，“超定定”問題的求求解，算是高高大俠解決了了。惱火的是是欠定。欠定定有明、有暗暗。明欠定比比如說有三個個方程，解4個未知參數(shù)數(shù)，這一眼就就可看出。暗暗欠定，就是是說，看起來來方程數(shù)等于于或大于未知知參數(shù)，但彼彼此不獨立、、或觀測之間間有相關(guān)，導導致最小平方方誤法中的A’A的不滿滿秩。應用又又需要我們定定量遙感解出出這些參數(shù)。。這時怎么辦辦呢？辦法1。既然然既沒有唯一一解，又沒有有高大俠的最最優(yōu)解。這就就是“死反演演”，想治治病，就是是騙國家的錢錢，咱們別干干了。辦法2。加觀觀測數(shù)據(jù)，加加成數(shù)據(jù)海洋洋都不怕，反反正計算機快快。辦法3。加限限制條件，（（加方程）：：比如端元豐豐度均為正且且和為1，又又如加最大熵熵，。。。注注意這實際上上已經(jīng)在用先先驗知識注入入來“治病””了，但沒有有從理論上強強調(diào)先驗知識識的重要性和和規(guī)范其用法法。做到這一點的的是貝葉斯。。順便說一句句，貝葉斯方方法是科學簡簡單性原則的的另一光輝例例證。他只是是把全概率公公式AB＝CD，改成A＝CD/B,但賦予““先驗知識””，新的觀測測，“后驗知知識”的含義義，描述了知知識積累與更更新的過程。。這樣每一次次新的遙感觀觀測，就都能能對待求參數(shù)數(shù)的理解作新新的貢獻，而而不管待求參參數(shù)有多少個個，只是新觀觀測的信息分分配的問題。。這對于要求求（A’A））必須滿秩，，是革命性的的。2）解決病態(tài)態(tài)反演問題的的主要思路：：1．分階段目目標決策––數(shù)據(jù)空間間和參數(shù)空間間的多次分割割。2．先驗知識識的積累和在在反演中的表表達和利用為什么要分階階段，每一階階段要不同分分割數(shù)據(jù)空間間和參數(shù)空間間？我曾用個個例子讓大家家自己動腦筋筋，從中體會會。例子：12個個小球問題有12個大小小、形狀、顏顏色完全相同同的小球，但但其中一個重重量與其它11個好球不不同，要求用用天平最多稱稱三次，找出出這個壞球。。關(guān)鍵：抽絲剝剝繭，數(shù)據(jù)挖挖掘v.s.一鍋煮我們明確提出出“對地定量遙遙感本質(zhì)上是是欠定問題””的觀點，強調(diào)調(diào)必須綜合考考慮未知參數(shù)數(shù)的敏感性與與不確定性，，盡量把遙感感獲取的寶貴貴信息分配給給時空多變要要素，而不是是反復反演相相對穩(wěn)定、相相對已知的敏敏感因素、在在低水平上重重復。最小二乘法是是解決超定問問題的基本方方法，遙感獲獲取信息的瞬瞬時性、有限限性和地表遙遙感模型的復復雜性，使我我們不能把解解決超定問題題的成熟辦法法當作教條。。所以我們對對傳統(tǒng)的遙感感反演理論的的第三公設提提出了挑戰(zhàn)，，并且已有一一些創(chuàng)造性的的解法。數(shù)據(jù)據(jù)有效效信信息息知識識更更新新與積積累累決策策幫助助提提取取多階階段段目目標標決決策策反反演演流流程程圖圖先驗驗知知識識庫庫觀測測數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)X模型型參參數(shù)數(shù)Y其它它定定性性知知識識最敏敏感感數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)X1最不不確確定定參參數(shù)數(shù)Y1合理理+參數(shù)數(shù)值值Y1‘先驗驗知知識識庫庫更新新最敏敏感感數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)X2最不不確確定定參參數(shù)數(shù)Y2合理理參數(shù)數(shù)值值Y2‘觀測測數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)X‘模型參參數(shù)Y，其它定定性知知識繼續(xù)地學先先驗知知識的的描述述從建立立數(shù)學學模型型、從從遙感感觀測測來解解未知知數(shù)的的研究究內(nèi)容容來看看，定定量遙遙感似似乎理理所當當然是是純科科學的的問題題，但但那位位前地地理學學會的的會長長所述述還是是有他他一定定的道道理。。李政道道先生生的文章章中曾強調(diào)調(diào)科學學與藝藝術(shù)的的交叉叉，陳述彭彭先生生在一篇篇采訪訪報道道中也強調(diào)調(diào)了科科學與與藝術(shù)術(shù)的交交叉，從而促促進了了我們們從這這樣一一個大大交叉叉來思思考定定量遙遙感中中的地地學描描述問問題。地球是是一個個復雜雜的巨巨系統(tǒng)統(tǒng)，遙遙感數(shù)數(shù)據(jù)量量總是是有限限的。。因此此只有有合理理表達達和充充分利利用一一切先先驗知知識，，才能能從有有限的的遙感感數(shù)據(jù)據(jù)中挖掘出應用用需要要的時時空多多變要要素的的信息息。如如何簡簡潔有有效的的定量量描述述我們們對地地表的的先驗驗知識識，象象尺度度效應應的研研究一一樣，，也是是定量量遙感感成功功的關(guān)關(guān)鍵。。病態(tài)反反演就就要求求知識識庫的的支撐撐，所所以我我們提提出建建立中中國典典型地地物結(jié)結(jié)構(gòu)波波譜知知識庫庫的構(gòu)構(gòu)想。。這是是反演演知識識庫里里很重重要的的一部部分，，但遠遠非全全部。。比如如說，，數(shù)字字地形形模型型（DTM）和和地表表覆蓋蓋類型型（LULC）），就就是知知識庫庫里很很重要要的一一部分分。很多人人以為為有了了高分分辨率率的DTM和LULC圖圖件，，就有有了一一切，，再也也用不不著描描述性性的藝藝術(shù)了了，這這