《遙感原理與應用》系統(tǒng)地介紹了遙感科學與技術的基本原理和概念,突出當今遙感技術發(fā)展的新成就,適度引入新內容,如在遙感平臺和新型傳感器方面,詳細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、相干雷達等。隨著遙感科學的發(fā)展和遙感應用的深入,定量遙感技術突飛猛進,為此本教材簡單介紹了定量遙感部分內容;在遙感技術應用方面,集中展現(xiàn)了典型國內外重大遙感應用實踐,如在測繪中的應用、在全球變化和自然災害監(jiān)測中的應用、大宗農作物的遙感估價與監(jiān)測、合成孔徑雷達的應用與展望、高光譜遙感的應用以及RS、GIS和GNSS的綜合應用等。另外,為了拓寬讀者視野,在書后增加了四個附錄。
《遙感原理與應用》既可作為高等院校測繪工程、地理信息科學、遙感科學與技術、地理空間信息工程、導航工程、市政工程、交通運輸、環(huán)境科學等專業(yè)的專科生、本科生、研究生教材,也可供相關專業(yè)領域的工程技術人員、研究人員和管理人員參考使用。
遙感是20世紀60年代興起并迅速發(fā)展起來的一門綜合性探測技術,它是建立在現(xiàn)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(shù)學方法和地學規(guī)律基礎之上的一門新興科學技術。遙感技術已廣泛應用于農業(yè)、林業(yè)、地質、地理、海洋、水文、氣象、測繪、環(huán)境保護和軍事偵察等許多領域,具有明顯的社會效益、經濟效益和生態(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,成為信息科學的重要組成部分。
遙感作為一門綜合性的遠距離探測技術,具有其他技術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),可以在短時間內對同一地區(qū)進行重復性、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)地跟蹤目標的周期變化。
目前,大量的遙感應用需求對遙感技術提出了很高的要求。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,遙感科學的發(fā)展和應用要求從定性到定性與定量相結合方向發(fā)展,必須走多學科、多技術交融之路。近年來,遙感技術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)境遙感信息服務能力,研發(fā)了功能齊全的重大自然災害遙感監(jiān)測評估系統(tǒng),構建了良好實效、穩(wěn)定可靠的農作物遙感監(jiān)測與估產系統(tǒng)、全國自然資源遙感監(jiān)測系統(tǒng)、氣象衛(wèi)星應用系統(tǒng)、海洋遙感立體監(jiān)測系統(tǒng)以及其他應用系統(tǒng)。我國已是遙感大國,正走在遙感強國的建設征程中,但離完全滿足國家重大需求和地方社會經濟發(fā)展的需求還有一定差距,主要原因是基礎研究尚需強化,多學科交叉融合度不高,多行業(yè)領域的協(xié)同性差,所以,從科學和技術兩個層面聯(lián)合研究,可以進一步解決當前存在的問題。
衛(wèi)星遙感視點高,視域廣,數(shù)據(jù)采集快,可重復、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)星技術起源于20世紀80年代,晚于歐美發(fā)達國家。經過40多年的迅速發(fā)展,我國的遙感衛(wèi)星技術取得了較大的進步,已經廣泛應用于陸地自然資源調查、海洋生態(tài)環(huán)境保護、氣象災害預測和國家重大工程等諸多領域。根據(jù)美國憂思科學家聯(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,技術發(fā)展迅速,時空分辨率和圖像質量提升明顯。陸地遙感衛(wèi)星已經具備金色、多光譜、紅外、合成孔徑雷達、視頻和夜光等多種手段的觀測能力,構建了包括資源、高分、環(huán)境/實踐和小衛(wèi)星在內的4個對地遙感觀測衛(wèi)星系列,正在應用于國土資源調查、環(huán)境保護、災害監(jiān)測和城市建設等領域。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)在經歷了40多年。從風云一號、風云二號,到風云三號、風云四號,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、組網觀測,構成了當下世界上在軌數(shù)量最多、種類最全的氣象衛(wèi)星星座,為天氣預報提供強大的數(shù)據(jù)支撐。大力發(fā)展、廣泛應用海洋衛(wèi)星,是推動海洋強國建設不可或缺、無可替代的技術手段。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,能夠實現(xiàn)海洋水色和關鍵海洋參數(shù)的大面積同步觀測,并逐步從試驗型到業(yè)務型應用轉化,逐漸用于海洋權益維護、海域管理使用和海洋生態(tài)環(huán)境保護等領域。
遙感技術的發(fā)展與應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《普通高等學校本科專業(yè)類教學質量國家標準》,測繪類專業(yè)(含地理科學類中的地理信息科學專業(yè))的建設與發(fā)展就有了“國家標準”。截至2022年,全國約有330多所高校設置了這類專業(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濟發(fā)展作出了突出貢獻。為貫徹落實黨中央、國務院關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的決策部署,推動高校轉型發(fā)展,2015年起特別注重應用型人才培養(yǎng),突出以職業(yè)需求為導向、以實踐能力培養(yǎng)為重點、以產學結合為途徑的改革思路,但對于應用型之路國內沒有現(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)應用型人才方面存在很大差異,部分高校培養(yǎng)的應用型人才缺乏對學科的全面認知和掌握,導致測繪類專門人才尤其是高層次應用型人才培養(yǎng)不足,實踐創(chuàng)新能力不強且缺乏國際競爭力。
系統(tǒng)性、科學性和現(xiàn)勢性強的高質量教材是人才培養(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,最新技術成果缺乏必要的引入。本書作者長期在遙感相關課程的教學一線和遙感應用的相關領域工作,積累了豐富的經驗,并走訪了很多同類高校與行業(yè)企業(yè),與相關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。經商定,中南大學、蘭州大學、中國礦業(yè)大學、中國石油大學(華東)、太原理工大學、江蘇師范大學、江蘇海洋大學、北部灣大學、廣西交通設計集團有限公司、宿州學院等多所院校企業(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上,從遙感物理基礎、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容及遙感圖像目視解譯的基本內容與方法。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用進行了介紹。在組織體系上,既介紹遙感的基本內容,又注重反映現(xiàn)代遙感技術的最新成果與發(fā)展動態(tài),并結合社會發(fā)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。
第一章 緒論
第一節(jié) 遙感概述
第二節(jié) 遙感技術系統(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
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容
第四節(jié) 定量遙感建模與應用
第五節(jié) 定量遙感若干前沿方向探討
第八章 遙感技術的應用
第一節(jié) 遙感技術在測繪中的應用
第二節(jié) 遙感技術在全球變化和自然災害監(jiān)測中的應用
第三節(jié) 遙感技術在農業(yè)中的應用
第四節(jié) 雷達遙感的應用與展望
第五節(jié) 高光譜遙感的應用
第六節(jié) 遙感與地理信息系統(tǒng)、全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的綜合應用
第七節(jié) 天基信息實時服務系統(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