环境遥感概论-文档资料课件.ppt

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1、1,环境遥感,主要参考文献王桥等.2004.环境遥感.北京：科学出版社党安荣编著.ERDAS IMAGINE 遥感图象处理方法，北京：清华大学出版社，2003年.汤国安等编著.遥感数字图像处理，北京：科学出版社，2004年.赵军主编.环境遥感应用基础，兰州：甘肃教育出版社，1997年.龚家龙等.1980.环境遥感技术简介.北京：科学出版社马蔼乃.1984.遥感概论.北京:科学出版社钱心强.2000.环境遥感对地理学研究方法的拓展.地域研究与发展，18（3）赵英时.2003.遥感应用分析原理与方法.北京:科学出版社周成虎等著.遥感影像地学理解与分析，北京：科学出版社，1999年.吕国楷、洪启旺、

2、郝允充，等.遥感概论修订版，北京：高等教育出版社，1995年.Jenson J R.2000.Remote sensing of the environmental:an earth resource perspective,Upper Saddle River,Prentice-Hall Inc,2,专业期刊：,1.遥感学报，中国地理学会环境遥感分会和中国科学院遥感应用研究所主办，双月刊，创刊于1997年2.遥感信息，国家科技部遥感中心和国家测绘局主办，季刊，创刊于1986年3.国土资源遥感，国土资源部主管，中国国土资源航空物探遥感中心主办，季刊，创刊于1989年4.遥感技术与应用，中科院遥

3、感联合中心、中科院资源环境科学信息中心等主办，双月刊，创刊于1986年5.武汉大学学报（信息科学版），武汉大学主办，月刊，1957年创刊,3,相关网址,了解遥感影像数据 网站 Landsat参考网站：http:/geo.arc.nasa.gov http:/landsat.gsfc.nasa.gov/http:/landsat7.usgs.gov/http:/landsat.gsfc.nasa.gov/http:/www.landsat.org/http:/www.gsfc.nasa.gov/SPOT参考网站：http:/IKONOS参考网站：http/QuickBird参考网站：Http:/

4、Http:/Http:/,NOAA卫星参考网站：http:/www.saa.noaa.gov/http:/www.goes.noaa.gov/FY气象卫星参考网站：http:/下载遥感影像http:/antwrp.gsfc.nasa.gov/apod http:/http:/www.G 遥感应用技术,4,环境遥感,概论环境遥感概念环境遥感特点环境遥感应用现状环境遥感发展趋势环境遥感原理及数字图像处理环境遥感原理环境遥感理论基础环境遥感数字图像处理遥感图像描述遥感图像校正处理遥感图像增强处理遥感图像信息融合遥感图像分类环境遥感图像解译遥感影像信息特征遥感图像解译过程遥感图像目视解译,水环境遥感水

5、环境遥感概述水环境遥感原理水环境遥感监测大气环境遥感大气环境遥感概述大气环境遥感原理大气环境遥感监测生态环境遥感生态环境概述自然生态环境遥感城市生态环境遥感灾害遥感环境遥感与GIS集成,5,环境遥感概念,广义：environmental remote sensing以探测地球表层系统及其动态变化为目的的遥感技术。主要涉及大气、水（包括海洋）、生态环境等所有遥感活动。狭义：遥感技术在环境科学研究中的应用。利用遥感技术探测和研究环境污染的空间分布、时间尺度、性质、发展动态、影响和危害程度，以便采取环境保护措施或制定生态环境规划的遥感活动。,6,环境遥感特点,具备一般遥感技术的普遍特征数据获取上：多

6、层次多时相多功能应用方面：多源数据处理多学科综合分析多维动态监测多用途,7,环境遥感特点（1）,多空间尺度性：高、中、低空间分辨率遥感数据高分辨率（高清晰度）。遥感卫星像片空间分辨率一般为10m以下，卫星一般在距地600km（千米）左右的太阳同步轨道上运行。其影像广泛应用于精度相对较高的城市内部的绿化、交通、污染、建筑密度、土地、地籍等的现状调查、规划、测绘地图；大型工程选址、勘察、测图和已有工程受损监测等；还可应用于农业、林业、灾害等领域内的详细调查和监测。如IKONOS、QUICKBIRD中等分辨率空间分辨率。一般在80m（米）-10m（米）左右，卫星一般在700km-900km（千米）的

7、近极地太阳同步轨道上运行。而重复（更新）覆盖同一地区的时间间隔为几天至几十天等。它们广泛用于资源调查、环境和灾害监测、农业、林业、水利、地质矿产和城建规划等近50个行业和领域。如LANDSAT-MSS（美国）影像LANDSAT-TM/ETM（美国）影像低分辨率。大于80m，气象卫星是空间分辨率（清晰度）相对较低的卫星采集（摄像）系统，电视气象预报时的气象卫星云图，广泛应用于宏观观测的对象，如：气象预报和观测海洋表面深度海浪、海冰等。（1）NOAA气象卫星影像（2）中国风云2号卫星影像,8,系留气球照片,9,航片,10,QuickBird0.61m,11,IKONOS(1m),12,三峡库区快鸟

8、图像,13,SPOT(10m),14,TM(30m),15,Radasat(50m),16,MSS(80m),17,MODIS图像(6-2-1,250m),18,环境遥感特点（2）,多时间尺度性超短期：变化以小时计，卫星与地面遥感相结合。如森林火灾、污染事故等。短期：变化以天数计。多时相遥感信息对比。如森林虫害、江河洪水。中期：变化以季节计。需多年的遥感图像数据和抽样统计分析。如作物长势。长期：变化按年计，遥感图像和历史文献记载结合。如水土流失、河流改道、城市兴废等。超长期：火山喷发、地壳变形等。,19,多时相性重复探测，有利于进行动态分析。,1986,2002,1992,20,环境遥感特点（

9、3）,多用途性：水环境遥感：水资源、水质、海洋环境；大气环境遥感：大气温度和湿度、水汽、大气成分、大气气溶胶、云迹风、大气降水监测、云遥感等；生态环境遥感：自然生态和城市生态；灾害遥感：水灾、气象灾害、地质灾害、火灾、农作物-果树-牧草病虫害。,21,Population Change,Las Vegas,1972,22,Population Change,Las Vegas,1986,23,Population Change,Las Vegas,1992,24,25,时间：2003年1月18日地点：堪培拉NOAA AVHRR 图像图像反映火灾的发生和痕迹。,26,27,28,29,环境遥感特

10、点（4）,多学科综合性是地理科学与环境科学在地球表层系统研究应用中的技术工具学科，属遥感技术、地球科学和环境科学的交叉学科；是遥感技术应用一个方面，属于遥感应用的一个分支；环境遥感与GIS的结合，为GIS提供环境数据源及其变化更新。*研究方向：地理科学人类环境空间结构与人地关系；环境科学环境污染与生态破坏的控制问题；遥感地物的属性及其与环境的相互关系。,30,环境遥感进展,从自然情况调查（地质地理调查和资源宏观普查）和动态监测应用扩展到生态环境和环境污染方面国外环境遥感进展（1）1972美国Landsat-1（地球资源卫星）和1978海洋环境卫星1999以来，典型环境监测卫星，美国Terra、

11、Aqua，韩国KOMPSAT，欧空局Envisat-1环境应用方面主要在大气环境、水环境和陆地环境大气环境遥感：TRMM（北美热带降雨量测计划）用雷达红外技术获取全球降雨数据，美国2002年的NOAA-M极轨卫星用于气象、海洋和环境监测，传感器有AVHRR（先进的甚高分辨率辐射仪）、HIRS/2I（高分辨率红外辐射探测仪）、MUS（微波探测装置）、SSU（平流层探测装置）ERBE（地球辐射预算实验仪）、SBUV/2（太阳反向散射紫外线辐射仪）、SEM（空间环境探测仪）；欧空局的ERS-2的GOME和ATSR-2S传感器，可获取大气微量气体、气溶胶、水、温压信息。,31,环境遥感进展,国外环境遥

12、感进展（2）海洋、水体遥感1997年美国SeaStar海洋观测卫星的主要传感器SeaWiLFS（海洋观测宽视场传感器），可进行水域分布变化、水体沼泽化、赤潮和富营养变化、泥沙污染、废水污染、固体漂浮物污染等方面的监测。陆地生态环境遥感美国1999年的LANDSAT-7的主要传感器ETM（增强专题测绘仪），全色波段分辨率15m，热红外波段分辨率60m；法国SPOT的传感器HRVIR（高分辨可见光和红外传感器），可进行陆地、海洋、植被观测及冰雪探测。近年来的全球环境遥感监测计划：NASA的EOS（地球观测计划，如2002年的EOS/PM-1的传感器MODIS-中等分辨率成像光谱仪）、美国农业和资源

13、环境空间遥感计划、欧空局的ERS（地球观测计划）、加拿大全球雷达卫星计划、日本地球观测计划（如2002年的ADEOS-2）等。总体上看，国际卫星搭载的用于环境监测的传感器种类越来越多，尤其是高光谱成像仪、合成孔径雷达等针对特定环境（如臭氧、大气污染等）的传感器，已经在大气、水、海洋等环境监测中进入实际应用阶段,32,我国环境遥感发展,随着我国航天事业的蓬勃发展，风云1号（FY-1）、风云2号（FY-2）卫星，分辨率1-5km；资源1（ZY-1）号、资源2号（ZY-2）卫星，CCD/20m，红外/80-160m、海洋1号（HY-1），250m，的成功发射，为环境遥感监测提供丰富的数据源，必将为卫

14、星遥感在环境保护领域的广泛应用起到积极推动作用，并更好地为环境管理决策服务。,33,我国环境遥感进展,遥感技术在我国资源、林业、农业、水利等部门已有广泛的应用，为国家社会经济发展作出了巨大贡献。同时也完成了大量的基础研究工作，建立了中国典型地物的波谱数据库和资源遥感调查技术规范。,34,在大气遥感监测方面（1）利用遥感技术监测大气污染与污染源，如辽宁省环保所应用红外扫描仪对抚顺露天煤矿进行了监测，分析了矿坑上空逆温层的形成与大气污染物扩散的关系，搞清了矿坑内产生污染的条件，为露天矿场的污染防治和环境污染预报提供了科学依据；中国环境科学研究院在太原市进行了以大气污染为目标的遥感监测；北京市环境保

15、护科学研究院曾对规划市区的烟囱高度、分布进行了航空遥感分析。,我国环境遥感进展,35,在大气遥感监测方面（2）通过遥感图像上植物的季相节律变化和遭受污染后的反应差异，以植物对污染的指示性反演大气污染，如确定大气污染的范围、程度和扩散变化，如进行津渤环境遥感试验时曾利用遥感图像上呈现的树冠影像的色调和大小差异，圈定了二氧化硫和酸气、氟化氢等典型污染场。,我国环境遥感进展,36,我国环境遥感进展,在大气遥感监测方面（3）以地面采样的分析结果作参照量，与遥感图像相结合进行相关分析，如进行津渤环境遥感试验时，曾采集树木叶片测定其含硫、含氯量，以及树皮的PH值，分析二氧化硫、氯气、酸雾的污染。,37,我

16、国环境遥感进展,在大气遥感监测方面（4）利用飞机携带大气监测仪器，在污染地区上空分层采样，然后进行数据处理分析，如天津、太原曾用这一方法监测了大气气溶胶、飘尘、二氧化硫的时空分布特征和运移规律。,38,我国环境遥感进展,在水污染的监测方面我国先后对海河、渤海湾、蓟运河、大连湾、长春南湖、于桥水库、珠江、苏南大运河、滇池等大型水体进行了遥感监测，研究了有机污染、油污染、富营养化等；利用水体叶绿素与富营养化间的关系研究了滇池水体污染与富营养化状况；利用卫星遥感资料估算了渤海湾表层水体叶绿素的含量，建立了叶绿素含量与海水光谱反射率之间的相关模式，定量地划分了有机污染区域；利用水体热污染原理先后对湘江

17、、大连湾、海河、闽江、黄浦江等进行了红外遥感监测。,39,我国环境遥感进展,在固体废弃物的监测方面利用遥感技术对我国多个城市的工业废渣和生活垃圾及堆放地与污染状况进行了监测，如中国环境科学研究院在“八五”期间采用遥感方法对北京市的垃圾堆放场作了监测研究。,40,我国环境遥感进展,在生态应用方面进行了多方面的工作。如较早进行的津渤环境遥感试验中，曾对天津市区土壤中某些重金属的污染状况做了监测、分析；此后不少城市利用遥感技术开展了城市热岛效应与生态环境研究，如天津市、酒泉市、昆明市等都进行了多级多时相的城市遥感监测研究。此外，我国在湿地监测、森林调查、草原监测，流域治理等各个方面都采用了先进的卫星

18、遥感技术，完成的重大课题有资源环境动态遥感与模型分析试验研究、再生资源遥感研究、国家资源环境遥感宏观调查与动态监测研究等。,41,我国环境遥感进展,我国环境遥感应用存在的关键问题1.环境遥感监测的指标体系环境监测的内容很多，有生态环境、水环境、大气环境以及城市环境等专业领域，哪些指标能采用卫星遥感技术进行有效的监测，其最佳监测光谱分辨率、监测时间频率和监测空间分辨率，还不是十分清楚，更没有形成实用模型数据库。2.环境遥感应用的技术规范体系从国外研究资料表明，卫星遥感技术能够在环境保护领域中应用是无疑的。我国在这方面的应用还刚刚起步，没有形成系统的技术方法和规范。目前各部门、单位只进行零散的研究

19、，这些研究工作不可能形成系统的应用能力。要得到全面的应用必须有一整套技术方法和规范，如国土资源调查规范等的出台，为卫星遥感技术在我国国土资源领域应用打下可靠的基础。,42,3.卫星遥感地理信息系统建设天地一体化的卫星遥感地理信息系统建设没有上述两项基础工作是不可能完成的。尽管环境保护系统在硬件建设方面下了很大工夫，从国家级、省(市)级到地(市)级，均配备有较先进的环境信息收集、处理和应用的设备条件，但是由于缺乏大量环境保护专业应用系统，使得高档的设备随着时间的推移，逐渐老化。这些设备很大程度上没有发挥应有的作用。,43,4.遥感地理信息系统的管理决策支持系统这一工作是将环境遥感和地理信息系统技

20、术全面推向实用化，是遥感地理信息系统的最终应用，它需要前述三项工作基础，此外，还需要大量决策模型。5.可稳定使用的数据源不足从国内外文献资料分析，对环境遥感应用的数据源的要求很高，不仅仅是陆地卫星数据，还需要高光谱分辨率、高空间分辨率或高时间分辨率的卫星遥感数据源。我国资源卫星信息源的应用还刚刚起步。国外卫星资源很难做到同步监测要求。,44,环境遥感发展趋势,建立综合对地观测系统RS、GPS和环境GIS的一体化建设高速大容量遥感数据处理系统环境遥感数学模型的发展,45,环境遥感监测系统任务接收来自灾害和环境监测小卫星星座系统、气象卫星系统、资源卫星系统等各种环境监测信息，以及国家环境监测网站地

21、面监测信息，结合国家社会经济及各部门环境与生态数据，进行综合处理与分析。根据卫星遥感信息，对森林覆盖、荒漠化、水土流失、湖泊干涸河流断流、湿地、绿洲、草场、冰川、河口、土地资源、城市等生态环境状况进行动态监测；对大气中二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)等温室气体，二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOX)等致酸污染物，臭氧层变化等全球环境问题；湖泊富营养化、大江大河污染带、海洋赤潮污染等水环境污染，垃圾堆放等固体废物环境污染进行动态监测；对沙尘暴、赤潮、海上溢油、化学品泄漏等重大污染事故进行遥感监测，并制作和分发环境遥感数据产品。应用环境卫星监测与预报系统，结合现有地面环境监测站数据，建立天地一体

22、化的全国生态环境遥感监测与预报系统，定期向国家报告我国大气环境状况、水环境状况、生态环境状况、固体废物环境状况及其污染趋势；建立重大污染事故应急监测系统。,46,环境遥感监测系统组成（1）环境卫星监测与预报系统主要由4个部分组成：环境遥感地理信息系统该系统是国家卫星环境监测与预报中心的支撑系统。它将在全国环境波谱数据库、全国环境遥感影象数据库、全国环境背景地理数据库的支持下，通过在环境遥感地理信息系统平台上运行波谱分析软件，图象处理软件和地理信息系统软件，实现对灾害和环境卫星监测与预报卫星星座环境遥感数据的存储、处理和管理。环境遥感专业应用系统该系统是国家卫星环境监测与预报中心的应用平台，也是

23、环境遥感地理信息系统的上层系统(它的输入就是底层系统的输出)。它直接利用环境遥感地理信息系统数据产品，在环境专业模型和环境反演模型的支持下，实现环境遥感专业数据产品的制作、灾害和环境卫星监测与预报卫星星座遥感数据的环境应用。,47,环境遥感监测系统组成（2）环境遥感决策支持系统该系统是国家卫星环境监测与预报中心的最上层系统，它的输入既可以是环境遥感地理信息系统的输出，也可以是环境遥感专业应用系统的输出。它在环境预测、评价和决策模型的驱动下，利用环境遥感地理信息系统作为支撑工具，利用环境遥感专业应用系统作为应用基础，经过环境预测分析和环境评价分析，生成环境保护辅助决策方案，并进行环境遥感数据产品的制作和分发。数据网络环境国家卫星环境监测与预报中心将基于计算机网络技术建立高可用性和可扩展性的开放网络环境，并装备高性能计算机系统、网络服务器、海量数据管理系统和高速图象处理系统、高密度数字线性磁带存储设备、网络互联的数字化平台、可读写CD-RW、大幅面图形图象输入、输出设备等。,48,本图为TM图像；黄河入海口，反映泥沙积；拍摄时间为1990年。,49,NOAA-14图像,50,NOAA-16 日期:2003年05月11日时间:04:59:14(UTC)（UTC指国际标准时间或格林尼治时间）,