遙感原理與應用（簡體書）

本書在介紹遙感基本概念與特點的基礎上，從遙感物理基礎、遙感平臺、傳感器、遙感影像及其特徵等幾方面講述了遙感信息獲取原理、主要遙感信息源的基本參數與信息特點，然後簡要論述了遙感圖像處理的主要方法以及遙感圖像目視解譯的基本內容與方法。針對數字圖像處理發展的特點，對遙感數字圖像計算機解譯的原理、基本方法、精度評價等內容進行了闡述。同時，對遙感製圖的基本內容、遙感的典型應用以及高光譜遙感進行了介紹。在全書的組織體系上，既介紹遙感的基本內容，又注重反映現代遙感技術的**成果與發展動態，並結合社會發展與經濟建設實際，反映遙感應用內容，力求結構合理、體系完整、內容豐富。

前言
第一章緒論
第一節遙感的基本概念.
一廣義的遙感
二狹義的遙感
第二節遙感的類型與特點
一遙感的類型
二遙感的特點
第三節遙感過程與遙感技術系統
一遙感過程
二遙感技術系統
第四節遙感發展簡史
一國外遙感發展簡史
二中國遙感事業的發展
三微波遙感的發展

第二章遙感物理基礎
第一節電磁波譜與電磁輻射
一電磁波及其性質
二電磁波譜
三電磁輻射的度量
四電磁輻射源
第二節物體的發射輻射特徵
一黑體輻射
二實際物體的發射輻射
第三節物體的反射輻射特徵
一地物的反射率與反射波譜
二典型地物的反射波譜特性
三影響地物反射率變化的主要因素
第四節大氣對太陽輻射的影響
一大氣結構與大氣成分
二大氣對太陽輻射的影響
三大氣窗口
第五節微波的散射特性
一面散射
二體散射
三強散射

第三章遙感平台
第一節遙感平台的類型
一地面平台
二航空平台
三航天平台
第二節遙感平台的姿態
一遙感平台的姿態
二遙感平台姿態的測定
第三節遙感衛星軌道及其類型
一上星軌道類型
二地球同步軌道
三太陽同步軌道

第四章遙感傳感器
第一節傳感器概述
一傳感器類型
二傳感器的組成~
三傳感器的性能
第二節攝影型傳感器
一單鏡頭框幅式攝影機
二縫隙式攝影機
三全景攝影機
四多光譜攝影機
第三節掃描型傳感器
一光機掃描儀
二推帚式掃描儀
三成像光譜儀
第四節微波成像類傳感器
一微波遙感的特點
二微波遙感方式和成像類傳感器

第五章遙感影像及其特徵
第一節航空攝影及其影像特徵
一航空攝影類型
二航空像片的幾何特性
三航空像片的立體觀察與立體量測
第二節陸地衛星及其影像特徵
一andsat衛星系列.-
二SPOT衛星系列.-
三高空間分辨率陸地衛星
四中國地球資源衛星
第三節氣象衛星.
一氣象衛星類型.
二氣象衛星觀測內容及特點
三美國NOAA衛星
四中國氣象衛星
第四節海洋衛星一
一海洋衛星的類型
二中國的海洋衛星
三海徉衛星的發展趨勢

第六章遙感圖像處理
第一節遙感圖像處理基本概念
一光學處理與數字處理
二數字圖像
三灰度直方圖
第二節遙感數字圖像校正
一幾何校正
二輻射校正
三去除噪聲
第三節數字圖像增強
一空間域增強
二頻率域增強
三彩色增強
四圖像運算
五多光譜增強

第七章遙感圖像目視解譯
第一節遙感圖像目視解譯原理
一遙感圖像目標地物特徵13
二遙感圖像目視解譯標誌
三影響地物特徵及其解譯的因素
第二節遙感圖像目視解譯方法與步驟
一遙感資料準備
二目視解譯原則與方法
三目視解譯的基本步驟
第三節典型遙感圖像目視解譯
一單波段（全色）圖像的解譯
二多光譜圖像的解譯
三熱紅外圖像的解譯
四多時相圖像的解譯

第八章遙感數字圖像計算機解譯
第一節基礎知識
一遙感數字圖像的基本概念及其特點
二遙感數字圖像計算機解譯與模式識別
三光譜特徵空間一
四特徵變換
五特徵選擇
六特徵提取
第二節非監督分類
一非監督分類的特點
二非監督分類方法
三非監督分類的主要步驟
第三節監督分類
一監督分類過程
二監督分類方法
三監督分類特點與訓練樣區的選擇
第四節遙感數字圖像計算機分類的
其他問題
一監督分類與非監督分類的區別
二監督分類與非監督分類的集成
三影響遙感圖像分類的主要因素
四非光譜信息在遙感圖像分類申的應用
第五節計算機解譯的其他方法
一模糊聚類法
二人工神經網絡分類法
三專家系統分類法
四支持向量機分類法
第六節分類精度的評價
一精度的相關概念和意義
二分類誤差的來源及特徵
三精度評價方法

第九章遙感專題製圖
第一節遙感專題信息提取
一製圖數據源與比例尺的選擇
二影像解譯
三遙感專題信息提取技術
四遙感專題信息提取模型
第二節遙感專題製圖方法
一資料的收集和分析
二遙感專題地圖設計

第十章遙感應用
第一節遙感應用模式與流程
一遙感應用的基本模式
二遙感應用技術流程
第二節資源遙感
一資源遙感概述
二水資源遙感
三土地資源遙感
四林業資源遙感
第三節城市遙感
一城市遙感概述
二城市主要地物特性
三城市遙感主要信息處理方法
四城市遙感的應用
二大氣環境遙感
三水體環境遙感
四陸地環境遙感
第五節災害遙感
一地質災害遙感
二洪災遙感
三火災遙感
第六節農業遙感
一農業資源調查
二農作物長勢監測
三農作物產量估算
四農作物生態環境監測
五農業災害監測

第十一章高光譜遙感及其應用
第一節高光諾遙感基礎
一地物光譜特性
二高光譜圖像預處理
第二節高光譜圖像處理技術
一高光譜圖像分類技術
二定量遙感基礎
第三節高光譜遙感的應用
一高光譜遙感在地質調查中的應用
二高光譜遙感在植被和生態研究中的應用
五城市遙感的發展前景
第四節環境遙感
三高光譜遙感在其他領域中的應用
主要參考文獻

第一章緒論
遙感技術是20世紀60年代興起並迅速發展起來的一門綜合性探測技術，它是建立在現代物理學（光學、紅外線技術、微波技術、激光技術、全息技術等）、空間技術、計算機技術以及數學方法和地學規律基礎之上的一門新興科學技術。遙感的功能價值引起了許多學科和部門的重視，特別是在資源勘察、環境管理、全球變化、動態監測等方面獲得越來越廣泛的應用，極大地擴展了人們的觀測視野及研究領域，形成了對地球資源和環境進行探測和監測的立體觀測體系，揭示了地球表面各要素的空間分佈特徵與時空變化規律，並成為信息科學的重要組成部分。
第一節遙感的基本概念
遙感（remote sensing，RS），顧名思義，遙遠的感知，泛指一切無接觸的遠距離探測。遙感在不同的學科有著不同的定義。根據全國科學技術名詞審定委員會對遙感的定義，在測繪學中，遙感被定義為不接觸物體本身，用傳感器收集目標物的電磁波信息，經處理、分析後，識別目標物，揭示其幾何、物理性質和相互關係及其變化規律的現代科學技術；在地理學中，遙感被定義為非接觸的、遠距離的探測技術，一般指運用傳感器對物體的電磁波的輻射、反射特性的探測，並根據其特性對物體的性質、特徵和狀態進行貧析的理論、方法和應用的科學技術。儘管遙感的定義種類較多，但是目前國內廣泛採用的定義為：遙感是在遠離探測目標處，使用一定的空間運載工具和電子、光學儀器，接收並記錄目標的電磁波特性，通過對電磁波特性進行傳輸、加工、分析和識別處理，揭示出物體的特徵性質及其變化的綜合性探測技術。
從定義來看，遙感有廣義和狹義之分。
一、廣義的遙感
廣義的遙感是指各種非直接接觸、遠距離探測目標的技術，往往是通過間接手段來獲取目標狀態信息。例如，遙感主要根據物體對電磁波的反射和輻射特性來對目標進行信息採集，包括利用聲波、電磁場和地震波等。但在實際工作中，只有電磁波探測屬於遙感範疇。
而大不列顛百科全書對遙感的定義為：不直接接觸物體本身，從遠處通過探測儀器接收來自目標物體的信息（電場、磁場、電磁波、地震波），經過一定的傳輸和處理分析，以識別目標物體的屬性及其分佈等特徵的技術。遙感不僅可以將地球的大氣圈、生物圈、水圈、岩石圈作為觀察對象，也可以擴大到地球以外的外層空間。
二、狹義的遙感
狹義的遙感是指利用安裝在遙感平台（remote sensing platform）上的可見光、紅外、微波等各種傳感器（remote sensor），邐過攝影、掃描等方式，從高空或遠距離甚至外層空間接收來自地球表層或地表以下一定深度各類地物發射或反射的電磁波信息，並對這些信息進行加工處理，進而識別出地表物體的性質和運動狀態。
遙感技術的基礎是電磁波，並由此判讀和分析地物目標和現象。因此，從電磁波的角度，狹義的遙感還可以看作是一種通過利用和研究物體所反射或輻射電磁波的固有特性，達到識別物體及其環境的技術。
第二節遙感的類型與特點
一、遙感的類型
遙感技術因為應用領域廣，涉及學科多，不同領域的研究人員所持立場不同，所以對遙感的分類方法也不同。但總的來講主要有以下幾種類型。
1．根據遙感平台分類
遙感平台是指搭載傳感器的工具，主要包括人造地球衛星、航天飛機、無線電遙控飛機、氣球、地面觀測站等。表1.1中列出了遙感中常用到的平台及高度和使用目的。根據傳感器的運載工具和遙感平台的不同，遙感可以分為地面遙感、航空遙感、航天遙感和航宇遙感。
表1.1常見的遙感平台
地面遙感：將傳感器設置在地面平台之上，常用的遙感平台有車載、船載、手提、固定和高架的活動平台，包括汽車、艦船、高塔、三腳架等。地面遙感是遙感的基礎階段。
航空遙感：將傳感器設置在飛機、飛艇、氣球上面，從空中對地面目標進行遙感。主耍遙感平台包括飛機、氣球等。
航天遙感：將傳感器設置在人造地球衛星、宇宙飛船、航天飛機、空間站、火箭上面，從外層空間對地物目標進行遙感。航天遙感和航空遙感一起構成了目前遙感技術的主體。
航宇遙感：將星際飛船作為傳感器的運載工具，從外太空對地月系統之外的目標進行遙感探測。主要遙感平台包括星際飛船等。
2．根據傳感器的探測波段分類
根據傳感器所接收的電磁波譜（也稱光譜）不同，可以分為以下五種。
紫外遙感：探測波段在0. 05～0. 38Um，主要集中探測目標地物的紫外輻射能量，目前對其研究較少。
可見光遙感：探測波段在0. 38～0. 76Um，主要收集和記錄目標地物反射的可見光輻射能量，常用的傳感器主要有掃描儀、攝影機、攝像儀等。
紅外遙感：探測波段在0. 76～lOOOUm，主要收集和記錄目標地物輻射和反射的紅外輻射能量，常用的傳感器有掃描儀、攝影機等。
微波遙感：探測波段在Imm～lm，主要收集和記錄目標地物輻射和反射的微波能量，常用的傳感器有掃描儀、雷達、高度計、微波輻射計等。
多波段遙感：探測波段在可見光波段和紅外波段範圍內，把目標地物輻射的電磁輻射細分為若干窄波段，同時得到一個目標物不同波段的多幅圖像。常用的傳感器有多光譜掃描儀、多光譜攝影機和反束光導管攝像儀等。
3．按工作方式分類
根據傳感器工作方式不同，遙感可以分為主動遙感和被動遙感。
主動遙感：傳感器主動發射一定電磁能量並接收目標地物的後向散射信號的遙感方式，常用的傳感器包括側視雷達、微波散射計、雷達高度計、激光雷達等。
被動遙感：指傳感器不問目標地物發射電磁波，僅被動接收目標地物自身輻射和對自然輻射源的反射能量，因此被動遙感也被稱為他動遙感、無源遙感。
4．按數據的顯示形式分類
根據數據的顯示形式不同，遙感可以分為成像遙感和非成像遙感。
成像遙感：是指傳感器接收的目標電磁輻射信號可以轉換為圖像，電磁波能量分佈以圖像色調深淺來表示，主要包括數字圖像和模擬圖像兩種類型。
非成像遙感：是指傳感器接收的目標地物電磁輻射信號不能轉換成圖像，最後獲取的資料為數據或曲線圖，主要包括光譜輻射計、散射計和高度計等。
5．按波段寬度和波譜連續性劃分
按成像波段寬度以及波譜的連續性，可以劃分為高光譜遙感和常規遙感兩種類型。
高光譜遙感（ hyperspectral remote sensing）：是利用很多狹窄的電磁波波段（波段寬度通常小於lOnm）產生光譜連續的圖像數據。
常規遙感：又稱寬波段遙感，波段寬度一般大於lOOnm，且波段在波譜上不連續。例如，一個TM（thematic mapper，專題製圖儀）波段內只記錄一個數據點，而用機械可見光紅外成像光譜儀（airborne visible infrared imaging spectrometer，AVIRIS）記錄達一波段範圍的光譜信息需用10個以上數據點。
6．按遙感的應用領域分類
宏觀上，按遙感的應用領域可分為外層空間遙感、大氣層遙感、陸地遙感和海洋遙感等。
微觀上，即從遙感的具體應用領域來分，可分為資源遙感、環境遙感、林業遙感、漁業遙感、城市遙感、農業遙感、水利遙感、地質遙感、軍事遙感等。這裡重點介紹資源遙感和資源遙感是指以地球資源作為調查研究對象的遙感方法和實踐。其中，調查自然資源狀況和監測再生資源的動態變化，是遙感技術應用的主要領域之一。利用遙感信息勘測地球資源，成本低、速度快，能有效克服自然界環境惡劣的影響，大大提高工作效率。
環境遙感是指利用各種遙感技術對自然與社會環境的動態變化進行監測、評價或預報。由於人口的增長與資源的開發、利用和自然社會環境都在發生變化，利用多源、多時相遙感信息能夠迅速為環境監測、評價和預報提供可靠的技術支撐。
7．按遙感應用的空間尺度分類
根據遙感應用的空間尺度大小，遙感可以劃分為全球遙感、區域遙感和城市遙感等類型。
全球遙感是指利用遙感全面系統地研究全球性資源與環境問題，主要針對由於自然和人為因素造成的全球性環境變化以及整個地球系統行為。全球遙感是研究地球系統各組成部分之間的相互作用及發生在地球系統內的物理化學和生物過程之間的相互作用的一門新興學科。
區域遙感是指以區域資源開發和保護為目的的遙感信息工程，主要針對區域規劃和專題信息提取的遙感行為。一般情況下，通常根據行政區劃和自然區劃範圍進行劃分。雖然區域遙感的研究區域相對全球遙感小，但是其應用性與人類的關係更為緊密，
城市遙感是指以城市生態環境作為主要調查對象的遙感工程。城市作為一個地區的物質流、能量流和信息流的樞紐中心，往往需要藉助於遙感技術來對城市綠地、城市空間形態、城市熱島效應以及大氣污染等方面進行動態監測。
近年來，還出現了一種新型的激光遙感技術。激光遙感是指運用紫外、可見光和紅外的激光器作為遙感儀器進行對地觀測的遙感技術，屬於主動式遙感。地面激光掃描儀和配套的專業數碼照相機融合了激光掃描和遙感等技術，可以同時獲取三維點雲（point cloud）和彩色數字圖像（ color image）兩種數據，掃描精度達到5～lOmm。激光遙感是高效率空間數據獲取方面的研究熱點所在，目前，廣泛應用於古代建築重建與城市三維景觀、虛擬現實和仿真、資源調查和災害管理等方面。
目前，較統一的遙感技術分類如圖1.1所示。首先，按照傳感器記錄方式的不同，把遙感技術劃分為成像遙感和非成像遙感兩大類；其次，根據傳感器工作方式不同，把成像遙感和非成像遙感劃分為主動遙感和被動遙感兩種；最後，把主動遙感和被動遙感各自成像方式和各自特點進一步劃分，例如，主動遙感中的側視雷達又可以分為真實孔徑雷達（real aperture radar， RAR）和合成孑L徑雷達（synthetic aperture radar， SAR）；光學攝影成像分為框幅攝影機、縫隙攝影機、多光譜攝影機；電子掃描成像分為TV攝像機、掃描儀、電荷耦合器件（charge-coupled device，CCD）。
二、遙感的特點
1．遙感的優點
遙感作為一門綜合性的對地觀測技術，具有其他技術手段與之無法比擬的優勢，主要包括以下方面。
（1）空間覆蓋範圍廣闊，有利於同步觀測
遙感的空間覆蓋範圍非常廣闊，可以大面積的同步觀測。遙感平台越高，視角越寬廣，可以同步觀測到的地面範圍也越大。當航天飛機和衛星在高空對地球表面目標進行遙感觀測時，所獲取的衛星圖像要比近地面航空攝影所獲取的視場範圍大得多，並且不受目標地物周圍的地形影響。
目前，已發現的地球表面目標物的宏觀空間分佈規律，往往是藉助於航天遙感來發現的。例如，一幅美國Landsat TM影像，覆蓋面積為185km×185km，覆蓋我國全境僅需500餘張影像即可；MODIS衛星圖像的覆蓋範圍更廣，一幅圖像可覆蓋地球表面的1／3，能夠實現更宏觀的同步觀測。
（2）光譜覆蓋範圍廣，信息量大
遙感技術的探測波段範圍包括紫外、可見光、紅外、微波和多光譜等，可以實現從可見光到不可見光全天候監測。不但可以用攝影方式獲得信息，而且還可以用掃描方式獲取信息。遙感所獲取的地物電磁波信息數據綜合反映了地球表面許多人文、自然現象。紅外線能夠探測地表溫度的變化，並且紅外遙感可以晝夜探測；微波縣有穿透雲層、冰層和植被的能力，可以全天候、全天時地進行探測。因此，遙感所獲取的信息量遠遠超過了常規傳統方法所獲得的數據量。
（3）時效性強
獲取信息速度快，週期短，具有動態和連續監測能力。遙感能動態反映地面事物的變化，尤其是航天遙感，可以在短時間內對同一地區進行重複性、週期性的探測，有助於人們通過所獲取的遙感數據，發現並動態地跟踪地物目標的動態變化。不同高度的遙感平台，其重複觀測的周期不同。太陽同步軌道衛星可以每天2次對地球上同一地區進行觀測。例如，NOAA氣象衛星和我國的風雲（FY）系列氣象衛星可以探測地球表面大氣環境的短週期變化。
……