遙感

1、遙感科學(xué)與波譜知識庫,李小文北京師范大學(xué)地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院遙感科學(xué)國家重點實驗室,主要內(nèi)容,關(guān)于遙感科學(xué)關(guān)于測量與建模遙感與波譜知識庫波譜知識庫數(shù)據(jù)共享展望,關(guān)于遙感科學(xué),遙感不僅僅是一本技術(shù)長期以來，人們更傾向于認(rèn)為遙感是一門技術(shù)。1970年代以來，衛(wèi)星遙感主要采取垂直觀測方式，獲得地表二維信息；基于地面目標(biāo)漫反射的假定，對獲取的數(shù)據(jù)作一些簡單校正后利用地面目標(biāo)的光譜特性作有監(jiān)督或無監(jiān)督的最大似然率分類，或經(jīng)驗判

2、讀．但隨著遙感技術(shù)的發(fā)展及其面臨的各種新的要求，人們越來越迫切需要弄清楚地表與光輻射之間相互作用的機理。,關(guān)于遙感科學(xué)（續(xù)）,遙感不僅僅是一本技術(shù)僅僅從技術(shù)層面上無法解決的問題天氣中長期預(yù)報，甚至短臨預(yù)報，氣團，氣旋的運動都常常會突然偏離模型預(yù)計的運動方向和速度。主要原因是在大氣動力學(xué)模型中，需要知道大氣下墊面的反照率(影響地面和大氣溫度)和粗糙度(影響氣流運動)。而目前的遙感手段只能提供個別方向上的反射率，把它當(dāng)作半球反照率，對

3、植被結(jié)構(gòu)也只能提供非常有限的信息。國家農(nóng)田面積估算，不同的遙感數(shù)據(jù)源會得到不同的結(jié)果。TM影像得到廣泛應(yīng)用后，人們發(fā)現(xiàn)用TM估算的農(nóng)田面積顯著不同于過去用AVHRR估算的農(nóng)田面積；這種差別隨地區(qū)不同而不同，缺乏規(guī)律性。分析這種差異的產(chǎn)生，主要是由于田塊邊緣混合像元以及觀測尺度的變化引起。,關(guān)于遙感科學(xué)（續(xù)）,遙感科學(xué)中的主要問題遙感研究面臨兩大問題：需要實現(xiàn)從定性到定量的過渡需要多學(xué)科交叉，加強基礎(chǔ)研究具體來說，表現(xiàn)為三個方面

4、：對遙感精度要求越來越高，遙感數(shù)據(jù)量越來越大。提高遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品的質(zhì)量，從數(shù)據(jù)到定量產(chǎn)品，需要遙感地學(xué)分析。遙感地表時空多變要素綜合考慮。時空多變要素,關(guān)于遙感科學(xué)（續(xù)）,地表時空多變要素,關(guān)于遙感科學(xué)（續(xù)）,遙感科學(xué)基礎(chǔ)研究嚴(yán)重不足，需要多學(xué)科交叉。陳述彭先生認(rèn)為遙感科學(xué)是“一門綜合性的科學(xué)，它借助物理學(xué)的基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)的方法，計算機的手段，以及地學(xué)、生物學(xué)的分析，解決對地遙感的科學(xué)理論和實際問題”．所以遙感科學(xué)是一個很大的交叉，

5、而定量地學(xué)描述，從某種意義上，是科學(xué)和藝術(shù)的交叉。,關(guān)于遙感科學(xué)（續(xù)）,遙感科學(xué)的主題遙感機理模型建模尺度效應(yīng)遙感反演理論,主要內(nèi)容,關(guān)于遙感科學(xué)關(guān)于建模、反演與波譜測量遙感與波譜知識庫波譜知識庫數(shù)據(jù)共享展望,關(guān)于建模、反演與波譜測量,如前，建模與反演是遙感科學(xué)中的兩個主題。但是，無論建模還是反演都離不開地面測量。上世紀(jì)80年代，禹秉熙老師曾在《林業(yè)遙感》上撰文，強調(diào)波譜測量的重要性。但是，對于測量與建模的關(guān)系上，則

6、強調(diào)地表結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，只能不斷地重復(fù)觀測，建模是不可能的。本人則強調(diào)波譜測量與建模必須一起做，每次測量，都要試圖解釋為什么能夠測到這樣的結(jié)果，并逐步發(fā)展基礎(chǔ)模型。以上觀點并逐漸得到禹老師的認(rèn)可，繼而有了合作。遙感反演則是從遙感信號和遙感模型中定量估計地表參數(shù)或目標(biāo)參數(shù)。但是，如果沒有對地表真實狀況的認(rèn)識（我們稱之為先驗知識），單純從遙感數(shù)據(jù)中反演地表參數(shù)，從最小二乘理論上來說，遙感觀測始終無法滿足“解多元方程”的需要。因此，我們提出了

7、利用對地觀測數(shù)據(jù)的積累，知識的積累來構(gòu)建地表參數(shù)的先驗知識，這些知識可以在反演過程中約束反演過程，從而得到最優(yōu)解。,主要內(nèi)容,關(guān)于遙感科學(xué)關(guān)于測量與建模遙感與波譜知識庫波譜知識庫數(shù)據(jù)共享展望,遙感與波譜知識庫,波譜庫（知識庫）是聯(lián)系遙感科學(xué)與遙感應(yīng)用的紐帶遙感基礎(chǔ)研究致力于建立電磁波信號與地表參數(shù)相互作用的機理模型，以及從模型和信號中反演地表參數(shù)，即建模和反演。遙感應(yīng)用研究者則希望用方便實用的方法從遙感圖像中得到地表真實狀

8、況。如何將遙感基礎(chǔ)研究的成果與遙感應(yīng)用需求相結(jié)合，滿足遙感應(yīng)用的需求呢？波譜庫從建立波譜知識庫的角度出發(fā)，把模型、遙感圖像與地表觀測放在一起，并建立關(guān)聯(lián)聯(lián)系，為建立遙感基礎(chǔ)研究與遙感應(yīng)用的銜接建立了一條紐帶。,主要內(nèi)容,關(guān)于遙感科學(xué)關(guān)于測量與建模遙感與波譜知識庫波譜知識庫數(shù)據(jù)共享展望,波譜知識庫,波譜知識庫項目是“十五”期間國家“863”重點建設(shè)項目。項目由北京師范大學(xué)王錦地教授主持，參與單位包括中科院遙感所，上海技物所

9、，國家農(nóng)業(yè)信息化工程中心，國土資源航遙中心等。,波譜知識庫（續(xù)）,為什么叫波譜知識庫？我們對波譜庫都不陌生，如美國USGS波譜庫，ASTER的波譜庫等。傳統(tǒng)的波譜庫包括什么呢？光譜數(shù)據(jù)，觀測樣本名稱，部分樣本的化驗數(shù)據(jù)更加簡化些的，如在ENVI軟件里的波譜庫，則僅有波譜名稱與波譜反射率曲線。以上信息對于了解觀測目標(biāo)的真實狀況、對于理解波譜曲線產(chǎn)生的原因，描述得不夠。從遙感科學(xué)中的建模與反演的角度來看，僅僅有以上信息，不能很好地

10、解釋遙感信號的產(chǎn)生，也無法提供有用的反演信息。,波譜知識庫（續(xù)）,中國的波譜知識庫有何特色？構(gòu)建了知識化的波譜庫，除了常規(guī)的測量波譜數(shù)據(jù)之外，還提供了波譜數(shù)據(jù)產(chǎn)生的環(huán)境參數(shù)，我們稱之為配套參數(shù)，包括背景信息（DEM，LULC），詳細(xì)的組分參數(shù)，大氣參數(shù)，儀器情況等。,波譜知識庫（續(xù)）,波譜知識庫建設(shè)解決了哪些科學(xué)問題材料、端元與遙感像元波譜多尺度關(guān)聯(lián)地物光譜數(shù)據(jù)離不開對觀測尺度的描述。波譜庫中實現(xiàn)了不同觀測尺度的波譜數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，既有

11、在實驗室非常嚴(yán)格的條件下獲取的材料光譜，如礦物，葉片和水樣，也有在野外測量得到的相對均一條件下的端元波譜，如冬小麥冠層行間土壤光譜，同時，為了和遙感應(yīng)用相結(jié)合，也獲取了遙感平臺傳感器測量得到的像元波譜。,波譜知識庫（續(xù)）,波譜知識庫建設(shè)解決了哪些科學(xué)問題遙感模型與光譜數(shù)據(jù)的集成遙感模型，在波譜庫中主要有兩個功能：解釋遙感像元尺度的波譜與實驗室或野外觀測波譜與配套參數(shù)之間的關(guān)系。地物波譜模擬，以實現(xiàn)地物波譜數(shù)據(jù)的外延。地物波譜數(shù)據(jù)

12、收集是有限的，有了模型，可以為用戶提供不同參數(shù)組合的模擬波譜。,波譜知識庫（續(xù)）,波譜知識庫建設(shè)解決了哪些科學(xué)問題波譜數(shù)據(jù)庫中的知識的構(gòu)建地物波譜模擬與波譜數(shù)據(jù)應(yīng)用都需要知識的支持。所為知識，主要指長期實驗積累的、對時空多變要素而言相對穩(wěn)定的背景數(shù)據(jù)，如DEM，LULC，植被圖，地質(zhì)圖與礦產(chǎn)資源分布圖。當(dāng)遙感數(shù)據(jù)不足以支持地表參數(shù)反演的時候，知識數(shù)據(jù)則可以作為一種補充，有時作為反演的一種約束條件。,主要內(nèi)容,關(guān)于遙感科學(xué)關(guān)于測量

13、與建模遙感與波譜知識庫波譜知識庫數(shù)據(jù)共享展望,數(shù)據(jù)共享,波譜知識庫面向全國用戶免費提供數(shù)據(jù)服務(wù)。為用戶提供波譜庫中國典型地物波譜以及配套參數(shù)下載與傳輸服務(wù)。目前收集與實測波譜條數(shù)超過3萬多條，地物類型有農(nóng)作物（冬小麥，玉米，棉花），巖石礦物，水體。,數(shù)據(jù)共享,用戶分布:注冊用戶遍布全國,除港澳臺以外，全國各個行政區(qū)均有用戶。已簽署數(shù)據(jù)使用協(xié)議單位：清華大學(xué)，中科院遙感所、地理所、吉林大學(xué)、國土資源航遙中心，發(fā)改委等。服務(wù)

14、的科研項目包括：國家自然基金，973與863項目，中科院創(chuàng)新團隊等。應(yīng)用領(lǐng)域：包括遙感應(yīng)用，基礎(chǔ)物理，林業(yè)，生態(tài)等。,數(shù)據(jù)共享（續(xù)）,波譜庫在國家重大項目中的應(yīng)用在“863”重點項目“寬幅高光譜小衛(wèi)星載荷關(guān)鍵技術(shù)研究”項目中承擔(dān)了基于波譜庫的地質(zhì)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)。在國家科技支撐計劃“基于環(huán)境一號星等國產(chǎn)衛(wèi)星的遙感監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)及軟件研究”中承擔(dān)了波譜庫的鏡像庫建設(shè)。,主要內(nèi)容,關(guān)于遙感科學(xué)關(guān)于測量與建模遙感與波譜知識庫波譜知識

15、庫數(shù)據(jù)共享展望,展望,擴展波譜知識庫的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒍窟b感從基礎(chǔ)研究推向應(yīng)用研究領(lǐng)域?qū)⒌匚镱愋蛷娜箢愡M一步擴展，將涵蓋土壤、冰雪、人造目標(biāo)。提供多樣化的數(shù)據(jù)服務(wù)方式更加方便地數(shù)據(jù)獲取途徑，為有國家重大項目需求的用戶提供鏡像庫建設(shè)伴隨數(shù)據(jù)，提供更好地數(shù)據(jù)處理分析工具：我么已開發(fā)了部分?jǐn)?shù)據(jù)處理與波譜識別的工具箱，供用戶下載使用。,展望（續(xù)）,我們的目標(biāo)是將波譜知識庫建設(shè)成我國重要的一個基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺支持遙感信息的定量化應(yīng)用和國