資源環(huán)境信息技術(shù)遙感技術(shù)的物理基礎(chǔ)

資源環(huán)境信息技術(shù)遙感技術(shù)的物理基礎(chǔ)2024-01-28目錄CONTENTS遙感技術(shù)概述電磁波與大氣窗口傳感器類(lèi)型與成像原理數(shù)據(jù)獲取與處理流程資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)應(yīng)用挑戰(zhàn)與展望01遙感技術(shù)概述定義發(fā)展歷程遙感技術(shù)定義與發(fā)展遙感技術(shù)經(jīng)歷了從地面遙感、航空遙感到航天遙感的發(fā)展歷程，隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，遙感技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了高空間分辨率、高時(shí)間分辨率和高光譜分辨率的觀測(cè)能力。遙感技術(shù)是指利用傳感器對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)進(jìn)行非接觸式探測(cè)，獲取目標(biāo)反射、輻射或散射的電磁波信息，通過(guò)對(duì)信息的提取、處理和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)性質(zhì)、狀態(tài)和變化的識(shí)別與監(jiān)測(cè)的技術(shù)。分類(lèi)根據(jù)遙感平臺(tái)的不同，遙感技術(shù)可分為地面遙感、航空遙感和航天遙感；根據(jù)傳感器類(lèi)型的不同，可分為光學(xué)遙感、微波遙感和激光雷達(dá)遙感等。應(yīng)用領(lǐng)域遙感技術(shù)在資源環(huán)境、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、城市規(guī)劃、軍事等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，如資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)警、農(nóng)作物估產(chǎn)、森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)等。遙感技術(shù)分類(lèi)及應(yīng)用領(lǐng)域01020304資源調(diào)查環(huán)境監(jiān)測(cè)災(zāi)害預(yù)警生態(tài)評(píng)估遙感技術(shù)在資源環(huán)境領(lǐng)域重要性利用遙感技術(shù)可以快速獲取大范圍地表信息，為資源調(diào)查提供全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，有助于資源的合理開(kāi)發(fā)和利用。遙感技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大氣、水體和土壤等環(huán)境要素的狀況，為環(huán)境保護(hù)和污染治理提供科學(xué)依據(jù)。通過(guò)遙感技術(shù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)期、連續(xù)的監(jiān)測(cè)，可以評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和服務(wù)功能，為生態(tài)保護(hù)和恢復(fù)提供決策依據(jù)。遙感技術(shù)可以迅速獲取災(zāi)害發(fā)生地的信息，為災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急救援提供及時(shí)、準(zhǔn)確的信息支持，有助于減輕災(zāi)害損失。02電磁波與大氣窗口電磁波是一種橫波，具有波動(dòng)性和粒子性。電磁波在真空中以光速傳播，且不需要介質(zhì)。電磁波具有能量，其能量與頻率成正比。電磁波基本性質(zhì)與傳播方式大氣窗口是指電磁波通過(guò)大氣層時(shí)較少被反射、吸收和散射的某些特定波段。大氣窗口的形成原因與大氣成分、密度、溫度等因素有關(guān)。遙感技術(shù)主要利用大氣窗口中的電磁波進(jìn)行地物信息的獲取。大氣窗口概念及形成原因可見(jiàn)光波段紅外波段微波波段多光譜/高光譜波段不同波段電磁波在資源環(huán)境中應(yīng)用用于地形地貌、水體等信息的提取。用于土壤濕度、海洋動(dòng)態(tài)等信息的監(jiān)測(cè)。用于地表溫度、熱異常等信息的獲取。用于植被類(lèi)型、地物識(shí)別等信息的提取。03傳感器類(lèi)型與成像原理03推掃型傳感器結(jié)合攝影和掃描的優(yōu)點(diǎn)，以推掃方式獲取圖像，具有高效率和高質(zhì)量的特點(diǎn)。01攝影型傳感器使用膠片或數(shù)字感光元件捕捉圖像，具有高分辨率和豐富的色彩表現(xiàn)能力。02掃描型傳感器通過(guò)逐點(diǎn)或逐線(xiàn)掃描方式獲取圖像，適用于大面積、連續(xù)的遙感觀測(cè)。光學(xué)傳感器類(lèi)型及特點(diǎn)真實(shí)孔徑雷達(dá)通過(guò)發(fā)射微波并接收回波來(lái)探測(cè)目標(biāo)，具有全天候、全天時(shí)的觀測(cè)能力。合成孔徑雷達(dá)利用雷達(dá)與目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)進(jìn)行成像，具有高分辨率和穿透性。逆合成孔徑雷達(dá)通過(guò)接收目標(biāo)反射的微波信號(hào)并進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別和跟蹤。微波傳感器類(lèi)型及特點(diǎn)光學(xué)成像原理01利用光學(xué)鏡頭將目標(biāo)聚焦到感光元件上，形成圖像。圖像分辨率取決于感光元件的像素?cái)?shù)量和鏡頭質(zhì)量。微波成像原理02通過(guò)發(fā)射微波并接收回波來(lái)探測(cè)目標(biāo)，利用回波信號(hào)的幅度、相位等信息進(jìn)行成像。圖像分辨率取決于雷達(dá)系統(tǒng)的工作頻率、帶寬和信號(hào)處理能力。圖像分辨率與傳感器性能關(guān)系03高分辨率圖像需要高性能的傳感器，包括大像素?cái)?shù)量、高信噪比、寬動(dòng)態(tài)范圍等特性。同時(shí)，圖像處理算法也對(duì)提高圖像分辨率具有重要作用。成像原理與圖像分辨率關(guān)系04數(shù)據(jù)獲取與處理流程利用地面固定或移動(dòng)的遙感設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取，適用于局部區(qū)域的高分辨率觀測(cè)。地面遙感平臺(tái)通過(guò)飛機(jī)或無(wú)人機(jī)搭載傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，具有靈活性和高分辨率的優(yōu)勢(shì)。航空遙感平臺(tái)利用衛(wèi)星或宇宙飛船進(jìn)行全球范圍的數(shù)據(jù)獲取，具有覆蓋范圍廣、周期性觀測(cè)的特點(diǎn)。航天遙感平臺(tái)數(shù)據(jù)獲取方式及平臺(tái)選擇將原始數(shù)字量化值轉(zhuǎn)換為物理量，如輻射亮度、反射率等。數(shù)據(jù)定標(biāo)消除大氣對(duì)遙感信號(hào)的影響，恢復(fù)地表真實(shí)反射率。大氣校正消除遙感圖像幾何畸變，實(shí)現(xiàn)地理坐標(biāo)的精確配準(zhǔn)。幾何校正數(shù)據(jù)預(yù)處理流程和方法遙感圖像目視解譯基于像元的分類(lèi)方法面向?qū)ο蟮姆诸?lèi)方法深度學(xué)習(xí)技術(shù)信息提取和分類(lèi)識(shí)別技術(shù)利用遙感圖像中像元的光譜、紋理等特征進(jìn)行地物分類(lèi)。通過(guò)人工目視判讀和解析遙感圖像中的地物信息。應(yīng)用深度學(xué)習(xí)算法對(duì)遙感圖像進(jìn)行自動(dòng)特征提取和分類(lèi)識(shí)別，提高分類(lèi)精度和效率。通過(guò)對(duì)遙感圖像進(jìn)行分割和對(duì)象提取，利用對(duì)象的多種特征進(jìn)行分類(lèi)識(shí)別。05資源環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)應(yīng)用水體提取與分類(lèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)水資源變化監(jiān)測(cè)水資源監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)應(yīng)用利用遙感技術(shù)提取水體信息，包括河流、湖泊、水庫(kù)等，并進(jìn)行分類(lèi)和面積計(jì)算。通過(guò)遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)水體中的葉綠素、懸浮物、透明度等水質(zhì)參數(shù)，評(píng)估水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和污染程度。利用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)水資源的時(shí)空變化，包括水位、水量、水域面積等。123通過(guò)遙感技術(shù)提取土地利用/覆蓋信息，包括耕地、林地、草地、建設(shè)用地等，并進(jìn)行分類(lèi)和面積計(jì)算。土地利用/覆蓋分類(lèi)利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)土地退化現(xiàn)象，如沙漠化、鹽堿化、水土流失等，評(píng)估土地退化的程度和范圍。土地退化監(jiān)測(cè)利用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)土地資源的時(shí)空變化，包括土地利用類(lèi)型、土地覆蓋狀況等。土地資源變化監(jiān)測(cè)土地資源監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)應(yīng)用植被覆蓋監(jiān)測(cè)利用遙感技術(shù)結(jié)合地面觀測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，包括生物多樣性、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)等。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境變化監(jiān)測(cè)利用多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境的變化趨勢(shì)，包括植被覆蓋變化、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化等。通過(guò)遙感技術(shù)提取植被覆蓋信息，包括植被類(lèi)型、覆蓋度、生長(zhǎng)狀況等，評(píng)估生態(tài)環(huán)境的狀況。生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)應(yīng)用06挑戰(zhàn)與展望信息提取精度從遙感數(shù)據(jù)中提取有用信息的精度受限于傳感器性能、大氣條件和數(shù)據(jù)處理算法等多種因素。多源數(shù)據(jù)融合不同遙感平臺(tái)和數(shù)據(jù)類(lèi)型之間存在差異，如何實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的有效融合是一大挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)獲取和處理難度遙感技術(shù)涉及大量數(shù)據(jù)的獲取、傳輸和處理，對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸速度和處理能力提出更高要求。當(dāng)前面臨主要挑戰(zhàn)和問(wèn)題智能化遙感解譯借助人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)化解譯和智能分析，提高信息提取精度和效率。多源數(shù)據(jù)融合與應(yīng)用發(fā)展多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多源遙感數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，拓展遙感技術(shù)在資源環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。高分辨率遙感技術(shù)隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)遙感數(shù)據(jù)的空間分辨率、時(shí)間分辨率和光譜分辨率將不斷提高。未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)和前景預(yù)測(cè)加大對(duì)遙感傳感器、數(shù)據(jù)處理算法等關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)投入，提升我國(guó)遙感技