《遙感原理與應(yīng)用》系統(tǒng)地介紹了遙感科學(xué)與技術(shù)的基本原理和概念,突出當(dāng)今遙感技術(shù)發(fā)展的新成就,適度引入新內(nèi)容,如在遙感平臺和新型傳感器方面,詳細(xì)介紹了高分辨率對地觀測系統(tǒng)重大專項衛(wèi)星、海洋系列衛(wèi)星、氣象系列衛(wèi)星、高分辨率商業(yè)系列衛(wèi)星和高空間分辨率傳感器、高光譜傳感器、相干雷達(dá)等。隨著遙感科學(xué)的發(fā)展和遙感應(yīng)用的深入,定量遙感技術(shù)突飛猛進,為此本教材簡單介紹了定量遙感部分內(nèi)容;在遙感技術(shù)應(yīng)用方面,集中展現(xiàn)了典型國內(nèi)外重大遙感應(yīng)用實踐,如在測繪中的應(yīng)用、在全球變化和自然災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用、大宗農(nóng)作物的遙感估價與監(jiān)測、合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用與展望、高光譜遙感的應(yīng)用以及RS、GIS和GNSS的綜合應(yīng)用等。另外,為了拓寬讀者視野,在書后增加了四個附錄。
《遙感原理與應(yīng)用》既可作為高等院校測繪工程、地理信息科學(xué)、遙感科學(xué)與技術(shù)、地理空間信息工程、導(dǎo)航工程、市政工程、交通運輸、環(huán)境科學(xué)等專業(yè)的?粕⒈究粕、研究生教材,也可供相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、研究人員和管理人員參考使用。
遙感是20世紀(jì)60年代興起并迅速發(fā)展起來的一門綜合性探測技術(shù),它是建立在現(xiàn)代物理學(xué)(光學(xué)、紅外線技術(shù)、微波技術(shù)、激光技術(shù)、全息技術(shù)等)、空間技術(shù)、計算機技術(shù)以及數(shù)學(xué)方法和地學(xué)規(guī)律基礎(chǔ)之上的一門新興科學(xué)技術(shù)。遙感技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、地理、海洋、水文、氣象、測繪、環(huán)境保護和軍事偵察等許多領(lǐng)域,具有明顯的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。遙感極大地擴展了人們的觀測視野及研究領(lǐng)域,形成了對地球(月球及其他行星)資源和環(huán)境進行探測和監(jiān)測的立體觀測體系,揭示了地球(月球及其他行星)表面各要素的空間分布特征與時空變化規(guī)律,成為信息科學(xué)的重要組成部分。
遙感作為一門綜合性的遠(yuǎn)距離探測技術(shù),具有其他技術(shù)手段與之無法比擬的優(yōu)勢,主要包括以下方面:①空間覆蓋范圍廣闊,有利于同步觀測;②光譜覆蓋范圍廣,信息量大;③時效性強,獲取信息速度快,周期短,具有動態(tài)和連續(xù)監(jiān)測能力。遙感能反映事物的動態(tài)變化,尤其是航天遙感(深空探測),可以在短時間內(nèi)對同一地區(qū)進行重復(fù)性、周期性探測,有助于人們通過所獲取的遙感數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)并動態(tài)地跟蹤目標(biāo)的周期變化。
目前,大量的遙感應(yīng)用需求對遙感技術(shù)提出了很高的要求。一方面對遙感信息的精度要求越來越高,另一方面遙感獲取的數(shù)據(jù)量越來越龐大,因此,遙感科學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用要求從定性到定性與定量相結(jié)合方向發(fā)展,必須走多學(xué)科、多技術(shù)交融之路。近年來,遙感技術(shù)受到國家的高度重視,發(fā)展迅猛,成效斐然,主要包括建成了日益完善的國家對地(深空、深海)觀測系統(tǒng),具備了國家級資源環(huán)境遙感信息服務(wù)能力,研發(fā)了功能齊全的重大自然災(zāi)害遙感監(jiān)測評估系統(tǒng),構(gòu)建了良好實效、穩(wěn)定可靠的農(nóng)作物遙感監(jiān)測與估產(chǎn)系統(tǒng)、全國自然資源遙感監(jiān)測系統(tǒng)、氣象衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)、海洋遙感立體監(jiān)測系統(tǒng)以及其他應(yīng)用系統(tǒng)。我國已是遙感大國,正走在遙感強國的建設(shè)征程中,但離完全滿足國家重大需求和地方社會經(jīng)濟發(fā)展的需求還有一定差距,主要原因是基礎(chǔ)研究尚需強化,多學(xué)科交叉融合度不高,多行業(yè)領(lǐng)域的協(xié)同性差,所以,從科學(xué)和技術(shù)兩個層面聯(lián)合研究,可以進一步解決當(dāng)前存在的問題。
衛(wèi)星遙感視點高,視域廣,數(shù)據(jù)采集快,可重復(fù)、連續(xù)觀察,用于自然資源監(jiān)測和管理具有傳統(tǒng)方法無法比擬的優(yōu)勢。作為全球發(fā)展最為迅猛的高科技技術(shù)之一,地球觀測衛(wèi)星遙感是利用衛(wèi)星上搭載的可見光、紅外和微波等傳感器,收集地球表面和近地空間的電磁輻射數(shù)據(jù),探測和識別地球資源和環(huán)境信息的空間觀測。中國的地球遙感衛(wèi)星技術(shù)起源于20世紀(jì)80年代,晚于歐美發(fā)達(dá)國家。經(jīng)過40多年的迅速發(fā)展,我國的遙感衛(wèi)星技術(shù)取得了較大的進步,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于陸地自然資源調(diào)查、海洋生態(tài)環(huán)境保護、氣象災(zāi)害預(yù)測和國家重大工程等諸多領(lǐng)域。根據(jù)美國憂思科學(xué)家聯(lián)盟(UCS)公布的數(shù)據(jù)顯示,截至2021年4月,我國擁有遙感衛(wèi)星存量215顆,其中民用遙感衛(wèi)星86顆,占比40%;軍事遙感衛(wèi)星70顆,占比33%;商業(yè)遙感衛(wèi)星59顆,占比27%。除軍事衛(wèi)星外,主要分為3大系統(tǒng):陸地衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星。陸地遙感衛(wèi)星始于1999年,技術(shù)發(fā)展迅速,時空分辨率和圖像質(zhì)量提升明顯。陸地遙感衛(wèi)星已經(jīng)具備金色、多光譜、紅外、合成孔徑雷達(dá)、視頻和夜光等多種手段的觀測能力,構(gòu)建了包括資源、高分、環(huán)境/實踐和小衛(wèi)星在內(nèi)的4個對地遙感觀測衛(wèi)星系列,正在應(yīng)用于國土資源調(diào)查、環(huán)境保護、災(zāi)害監(jiān)測和城市建設(shè)等領(lǐng)域。同時,我國十分重視氣象遙感衛(wèi)星的發(fā)展,目前是世界上同時具有極軌和靜止軌道兩個系列業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星的少數(shù)國家之一。氣象遙感衛(wèi)星從1977年開始研發(fā),到現(xiàn)在經(jīng)歷了40多年。從風(fēng)云一號、風(fēng)云二號,到風(fēng)云三號、風(fēng)云四號,中國已成功發(fā)射了“兩代四型”共19顆衛(wèi)星,目前8顆在軌運行的衛(wèi)星相互配合、組網(wǎng)觀測,構(gòu)成了當(dāng)下世界上在軌數(shù)量最多、種類最全的氣象衛(wèi)星星座,為天氣預(yù)報提供強大的數(shù)據(jù)支撐。大力發(fā)展、廣泛應(yīng)用海洋衛(wèi)星,是推動海洋強國建設(shè)不可或缺、無可替代的技術(shù)手段。從2002年5月15日首顆海洋衛(wèi)星——海洋一號衛(wèi)星發(fā)射至今,已經(jīng)過去了20年。目前,我國發(fā)射的海洋衛(wèi)星和以海洋為主要用戶的衛(wèi)星已達(dá)到10顆,包括海洋一號、海洋二號系列衛(wèi)星、中法海洋衛(wèi)星等多型海洋衛(wèi)星且運行良好。海洋衛(wèi)星的時間和空間分辨率已得到較大提升,初步形成海洋水色、海洋動力環(huán)境和海洋監(jiān)視監(jiān)測3大衛(wèi)星系列,能夠?qū)崿F(xiàn)海洋水色和關(guān)鍵海洋參數(shù)的大面積同步觀測,并逐步從試驗型到業(yè)務(wù)型應(yīng)用轉(zhuǎn)化,逐漸用于海洋權(quán)益維護、海域管理使用和海洋生態(tài)環(huán)境保護等領(lǐng)域。
遙感技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用需要大量的測繪類專門人才來傳承和發(fā)揚。自2018年教育部公布《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》,測繪類專業(yè)(含地理科學(xué)類中的地理信息科學(xué)專業(yè))的建設(shè)與發(fā)展就有了“國家標(biāo)準(zhǔn)”。截至2022年,全國約有330多所高校設(shè)置了這類專業(yè),培養(yǎng)了大批德才兼?zhèn)涞臏y繪類專門人才,為國家重大需求和地方社會經(jīng)濟發(fā)展作出了突出貢獻(xiàn)。為貫徹落實黨中央、國務(wù)院關(guān)于引導(dǎo)部分地方普通本科高校向應(yīng)用型轉(zhuǎn)變的決策部署,推動高校轉(zhuǎn)型發(fā)展,2015年起特別注重應(yīng)用型人才培養(yǎng),突出以職業(yè)需求為導(dǎo)向、以實踐能力培養(yǎng)為重點、以產(chǎn)學(xué)結(jié)合為途徑的改革思路,但對于應(yīng)用型之路國內(nèi)沒有現(xiàn)成的模式可以模仿,也不能完全照搬國外的發(fā)展模式,因而各高校在培養(yǎng)應(yīng)用型人才方面存在很大差異,部分高校培養(yǎng)的應(yīng)用型人才缺乏對學(xué)科的全面認(rèn)知和掌握,導(dǎo)致測繪類專門人才尤其是高層次應(yīng)用型人才培養(yǎng)不足,實踐創(chuàng)新能力不強且缺乏國際競爭力。
系統(tǒng)性、科學(xué)性和現(xiàn)勢性強的高質(zhì)量教材是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。目前,大多數(shù)遙感方面的教材知識陳舊,體系不清晰,最新技術(shù)成果缺乏必要的引入。本書作者長期在遙感相關(guān)課程的教學(xué)一線和遙感應(yīng)用的相關(guān)領(lǐng)域工作,積累了豐富的經(jīng)驗,并走訪了很多同類高校與行業(yè)企業(yè),與相關(guān)專任教師和工程師們進行了深入交流,普遍感到現(xiàn)有教材參差不齊,有些教材理論太深,有些教材組織架構(gòu)不合理,有些教材反映最新成果不夠,很難找到一本比較適合于新時代測繪類專門人才培養(yǎng)的遙感方面的教材。經(jīng)商定,中南大學(xué)、蘭州大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、中國石油大學(xué)(華東)、太原理工大學(xué)、江蘇師范大學(xué)、江蘇海洋大學(xué)、北部灣大學(xué)、廣西交通設(shè)計集團有限公司、宿州學(xué)院等多所院校企業(yè)的基層工作者聯(lián)合編寫了這本教材。
本書在介紹遙感基本概念與特點的基礎(chǔ)上,從遙感物理基礎(chǔ)、遙感平臺、傳感器、遙感影像及其特征等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(shù)與信息特點,然后簡要論述了遙感圖像處理的主要內(nèi)容及遙感圖像目視解譯的基本內(nèi)容與方法。針對數(shù)字圖像處理發(fā)展的特點,對遙感數(shù)字圖像計算機解譯的原理、基本方法、精度評價等內(nèi)容進行了闡述。同時,對定量遙感的基本概念與問題以及遙感的典型應(yīng)用進行了介紹。在組織體系上,既介紹遙感的基本內(nèi)容,又注重反映現(xiàn)代遙感技術(shù)的最新成果與發(fā)展動態(tài),并結(jié)合社會發(fā)展與經(jīng)濟建設(shè)實際,反映遙感應(yīng)用內(nèi)容,力求結(jié)構(gòu)合理、體系完整、內(nèi)容豐富。
第一章 緒論
第一節(jié) 遙感概述
第二節(jié) 遙感技術(shù)系統(tǒng)組成及遙感過程
第三節(jié) 遙感發(fā)展概況與趨勢
第二章 遙感的物理基礎(chǔ)
第一節(jié) 電磁波與電磁波譜
第二節(jié) 太陽輻射及大氣對輻射的影響
第三節(jié) 地物的波譜特性
第四節(jié) 地物波譜特征的測定
第三章 遙感圖像的獲取
第一節(jié) 遙感圖像的特征
第二節(jié) 遙感平臺及運行特點
第三節(jié) 遙感傳感器及其成像原理
第四節(jié) 陸地衛(wèi)星及傳感器
第五節(jié) 氣象衛(wèi)星及傳感器
第六節(jié) 海洋衛(wèi)星及傳感器
第四章 遙感圖像處理
第一節(jié) 遙感圖像光學(xué)處理
第二節(jié) 遙感數(shù)字圖像
第三節(jié) 遙感圖像的數(shù)字直方圖
第四節(jié) 遙感圖像的校正
第五節(jié) 遙感圖像增強處理
第六節(jié) 遙感信息融合
第七節(jié) 遙感制圖
第八節(jié) 遙感數(shù)字圖像處理系統(tǒng)
第五章 遙感圖像信息目視解譯
第一節(jié) 遙感圖像的目視解譯
第二節(jié) 目視判讀的方法和步驟
第三節(jié) 航空遙感圖像的目視判讀
第四節(jié) 航天遙感圖像的目視判讀
第六章 遙感圖像信息計算機識別
第一節(jié) 遙感圖像的監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類
第二節(jié) 遙感圖像信息計算機識別的其他方法
第三節(jié) 分類后處理和精度評價
第七章 定量遙感分析
第一節(jié) 定量遙感概述
第二節(jié) 定量遙感的基本概念
第三節(jié) 定量遙感主要研究內(nèi)容
第四節(jié) 定量遙感建模與應(yīng)用
第五節(jié) 定量遙感若干前沿方向探討
第八章 遙感技術(shù)的應(yīng)用
第一節(jié) 遙感技術(shù)在測繪中的應(yīng)用
第二節(jié) 遙感技術(shù)在全球變化和自然災(zāi)害監(jiān)測中的應(yīng)用
第三節(jié) 遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用
第四節(jié) 雷達(dá)遙感的應(yīng)用與展望
第五節(jié) 高光譜遙感的應(yīng)用
第六節(jié) 遙感與地理信息系統(tǒng)、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的綜合應(yīng)用
第七節(jié) 天基信息實時服務(wù)系統(tǒng)(PNTRC)
附錄一 2015-2021年國際上主要國家對地觀測衛(wèi)星發(fā)射信息一覽表
附錄二 遙感詞匯選編(英漢對照)
附錄三 遙感常用專業(yè)術(shù)語解析
附錄四 中國衛(wèi)星發(fā)射中心與遙感衛(wèi)星地面接收站
參考文獻(xiàn)