定量遥感基础理论

定量遥感基础1、定量遥感分为：可见光、近红外波段的定量遥感，热红外波段的定量遥感，微波遥感的对地观测2、定量遥感应用：（1）为国民经济持续稳定发展提供动态基础数据和科学决策依据（2）为国家重大自然灾害提供及时准确的监测评估数据及图件（3）持续不断地开展再生资源的监测、预测和评估（4）地质矿产资源调查与大型工程评价（5）天气预报和气候预测（6）海洋监测和海洋开发（7）土地适用性评价、生态评价和工程评价3、时空定量分布：反照率、地表温度、叶面积指数、叶绿素含量、土壤水分含量、地表蒸发4、定量遥感的主要研究内容：(1)遥感机理模型的建模研究；研究遥感像元尺度上，适用的遥感模型，研究描述新型传感器信号特征与地表参数关系的模型，研究模型在不同空间尺度上的尺度效应和尺度转换原理与方法(2) 地表参数的模型反演与陆地遥感数据的同化研究；利用遥感数据和地表参数背景知识，提取地表时空多变参数的模型和算法，研究遥感物理模型与相关领域应用结合中模型的连接与模型参数的转换方法，使遥感数据产品能满足应用的需求。

(3) 新型传感器的定标技术研究，智能化处理技术与方法研究；时空多变地表参数反演结果的验证方法研究，遥感数据产品的真实性检验研究。

5、遥感建模分为两类：正演模型、反演模型6、正演模型、反演模型的概念等见PPT，以及定量遥感建模的步骤等内容7、定量遥感模型概括起来分为三类：物理模型（如植被二向性反射的辐射传输模型、几何光学模型）、统计模型、半经验模型（如地表二向反射模型）具体定义、优缺点见PPT8、定量遥感面临的主要问题：尺度效应问题角度问题病态反演问题9、尺度效应问题不同的自然现象有不同的最佳观测距离和尺度，并不一定是距离越近越好，观测越细微越好。

观察地物需要适当的距离和比例尺，才能有效、完整地观察。

10、病态反演问题定量遥感的反演问题，简言之，就是根据观测信息和前向物理模型，求解或推算描述地面实况的应用参数(或目标参数)。

定量遥感分析随着经济与科技的发展，国家的宏观决策、资源调查、环境及灾害监测等影响国民经济发展的关键领域急需数据支持，要求数据具有空间上的宏观性，时间上的连续性与可获取数据的全面性。

而遥感技术正具备这一能力，它能够以不同的时空尺度不断地提供多种地表特征信息。

但是与遥感卫星获取数据的能力相比，遥感数据的自动、定量化处理乃至对遥感数据信息的理解能力与对遥感数据的有效利用却远远不足，这也是目前制约遥感发挥作用的瓶颈问题。

因此，定量遥感逐渐成为遥感发展的主要方向。

一、什么是定量遥感定量遥感或称遥感量化遥感研究，主要指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术与方法研究，区别于仅依靠经验判读的定性识别地物的方法。

它有两重含义：遥感信息在电磁波的不同波段内给出的地表物质的定量的物理量与准确的空间位置；从这些定量的遥感信息中，通过实验的或物理的模型将遥感信息与地学参量联系起来，定量的反演或推算某些地学或生物学信息。

定量遥感不仅要进行遥感建模与各种前向模型的研究，还要进行各种反演模型与反演策略的研究。

目前在国际上，越来越多的学者们认识到遥感科学在地学从传统定点观测数据到不同空间范围多尺度空间转换与地球系统科学研究中的不可替代作用。

而遥感科学能够在多远数据综合集成及地学应用方面对地球系统科学研究发挥决定性作用。

然而，相对快速发展的遥感技术而言，定量遥感的基础研究仍严重不足。

这对全世界遥感科学界都是一个挑战，对我们来说则更多的是一种跨越发展的机遇。

二、遥感模型分类：1.统计模型（即经验模型）：基于陆地表面变量与遥感数据的相关关系，对一系列的观测数据做经验性的统计描述或者进行相关性分析，构建遥感参数与地面观测数据之间的线性回归方程。

优点：参数少；容易建立且可以有效概括从局部区域获取的数据，简便，适用性强；缺点：有地域局限性，所以可移植性差；理论基础不完备，缺乏对物理机理的足够理解与认识，参数之间缺乏逻辑关系。

2.物理模型：其模型参数具有明确物理意义，并试图对作用机理进行数学描述。

定量遥感基础课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解定量遥感的概念、原理及应用领域；2. 掌握遥感数据的基本处理方法，包括图像预处理、图像增强和图像分类；3. 学会运用定量遥感技术进行地表参数反演和生态环境监测。

技能目标：1. 能够运用遥感软件对遥感数据进行基本的操作和处理；2. 培养学生运用定量遥感方法解决实际问题的能力；3. 提高学生的数据分析、图像解译和空间思维能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对定量遥感学科的兴趣，激发学生主动探索科学问题的热情；2. 培养学生严谨、务实的科学态度，提高学生的团队合作意识和沟通能力；3. 增强学生保护生态环境的责任感，使学生认识到定量遥感在资源、环境等领域的重要作用。

课程性质：本课程为自然科学领域的一门基础课程，旨在教授学生定量遥感的基本理论、方法和技术。

学生特点：学生具备一定的地理信息系统（GIS）和遥感基础知识，具有较强的学习能力和实践操作能力。

教学要求：结合学生特点和课程性质，注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力和解决问题的能力。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程的学习和实际应用奠定基础。

二、教学内容1. 定量遥感基本概念与原理- 遥感概述- 定量遥感基本原理- 遥感数据类型与特点2. 遥感数据预处理- 数据获取与导入- 图像校正与配准- 图像增强与滤波处理3. 遥感图像分类与分析- 监督分类与非监督分类- 精度评价与分类后处理- 目标提取与变化检测4. 地表参数反演- 反演原理与方法- 模型建立与参数优化- 应用案例分析5. 生态环境监测- 生态环境遥感监测方法- 指标体系与评价方法- 应用案例分析6. 实践操作与案例分析- 遥感数据处理与分析软件操作- 实际遥感数据案例分析与讨论- 团队合作与成果展示教学内容根据课程目标进行科学性和系统性的组织，涵盖定量遥感基础理论、方法、技术及其应用。

教学大纲明确各部分内容的安排和进度，结合教材相关章节，确保教学内容与课程目标紧密关联。

1 定量遥感的定义定量遥感是利用遥感器获取的地表地物的电磁波信息，在先验知识和计算机系统的支持下，通过数学的或物理的模型将遥感信息与观测地表目标参量联系起来，定量地反演或推算出某些地学、生物学及大气等目标参量的技术。

2 定性遥感与定量遥感对比A 定性遥感的主要目的是地物分类，遥感制图等；而定量遥感的目的是准确获取目标地物的参量。

B定性遥感多采用图像增强、彩色合成等技术，利用监督分类、非监督分类等技术进行影像的判读等；定量遥感则更多的是利用建模与反演技术进行参数的获取。

C定性遥感对辐射定标、大气校正的精度要求不高；而这两个过程的精度是影响定量遥感的主要因素。

3 定量遥感研究内容A 辐射定标：遥感器定标是指建立遥感器每个探测元件所输出信号的数值量化值与该探测器对应像元内的实际地物辐射亮度值之间的定量关系。

B 大气校正：大气校正是消除遥感图像在大气传输中所引起质量退化的一种图像处理方法。

C 定量遥感模型及反演：遥感模型是从抽取遥感专题信息的应用需要出发，对遥感信息形成过程进行模拟、统计、抽象或简化，最后用文字、数学公式或者其他的符号系统表达出来。

分物理模型、统计模型和半经验模型.D 混合像元问题E 尺度问题：四个尺度:制图尺度或地图尺度地理尺度分辨率运行尺度尺度效应（名词解释考）：当空间数据经聚合而改变其单元面积的大小、形状和方向时，分析结果也随之变化的现象。

在定量遥感中，不同像元大小会产生不同的分析结果。

F 多角度遥感: 是指从两个以上的观测方向对下垫面进行观测，从不同的视角获取地表物信息. 可获得更为详细可靠的地表三维空间信息，可以提高地表目标物的解译精度和参数反演的准确度；4 定量遥感面临的主要问题.1 方向性问题：二向性反射是自然界中物体对电磁波反射的基本宏观现象．即反射不仅具有方向性，这种方向性还依赖于入射的方向。

.2 尺度效应与尺度转换问题：尺度转换：是指将某一尺度上所获得的信息和知识扩展到其他尺度上的过程互易原理失效的条件:(判断)在像元尺度上，空间均匀的入照产生空间不均匀的反射，且明暗两区之间串线不对称，则互易原理在像元尺度上失效。

定量遥感分析随着经济和科技的发展，国家的宏观决策、资源调查、环境及灾害监测等影响国民经济发展的关键领域急需数据支持，要求数据具有空间上的宏观性，时间上的连续性和可获取数据的全面性。

而遥感技术正具备这一能力，它能够以不同的时空尺度不断地提供多种地表特征信息。

但是与遥感卫星获取数据的能力相比，遥感数据的自动、定量化处理乃至对遥感数据信息的理解能力与对遥感数据的有效利用却远远不足，这也是目前制约遥感发挥作用的瓶颈问题。

因此，定量遥感逐渐成为遥感发展的主要方向。

一、什么是定量遥感定量遥感或称遥感量化遥感研究，主要指从对地观测电磁波信号中定量提取地表参数的技术和方法研究，区别于仅依靠经验判读的定性识别地物的方法。

它有两重含义：遥感信息在电磁波的不同波段内给出的地表物质的定量的物理量和准确的空间位置；从这些定量的遥感信息中，通过实验的或物理的模型将遥感信息与地学参量联系起来，定量的反演或推算某些地学或生物学信息。

定量遥感不仅要进行遥感建模与各种前向模型的研究，还要进行各种反演模型和反演策略的研究。

目前在国际上，越来越多的学者们认识到遥感科学在地学从传统定点观测数据到不同空间范围多尺度空间转换和地球系统科学研究中的不可替代作用。

而遥感科学能够在多远数据综合集成及地学应用方面对地球系统科学研究发挥决定性作用。

然而，相对快速发展的遥感技术而言，定量遥感的基础研究仍严重不足。

这对全世界遥感科学界都是一个挑战，对我们来说则更多的是一种跨越发展的机遇。

二、遥感模型分类：1.统计模型（即经验模型）：基于陆地表面变量和遥感数据的相关关系，对一系列的观测数据做经验性的统计描述或者进行相关性分析，构建遥感参数与地面观测数据之间的线性回归方程。

优点：参数少；容易建立且可以有效概括从局部区域获取的数据，简便，适用性强；缺点：有地域局限性，所以可移植性差；理论基础不完备，缺乏对物理机理的足够理解和认识，参数之间缺乏逻辑关系。

2.物理模型：其模型参数具有明确物理意义，并试图对作用机理进行数学描述。

传感器定标我们常用影像的像元值大多是经过量化的、无量纲的DN值，而进行遥感定量化分析时，常用到辐射亮度值、反射率值、温度值等物理量。

传感器定标就是要获得这些物理量的过程。

本专题叙述的主要是卫星传感器的定标，航空传感器有很多相似地方。

本专题包括以下内容：∙ ∙●传感器定标概念∙ ∙●传感器定标类型∙ ∙●ENVI下的传感器定标1 传感器定标概念传感器定标很多地方又名为辐射定标，严格意义上讲，辐射定标是传感器定标的一部分内容。

以下是国内的定义，如赵英时等《遥感应用分析原理与方法》上描述：定标是将遥感器所得的测量值变换为绝对亮度或变换为与地表反射率、表面温度等物理量有关的相对值的处理过程。

或者说，遥感器定标就是建立遥感器每个探测器输出值与该探测器对应的实际地物辐射亮度之间的定量关系；建立遥感传感器的数字量化输出值DN与其所对应视场中辐射亮度值之间的定量关系（陈述彭）。

辐射亮度的典型的单位为：W/cm2.μm.sr（瓦特/平方厘米.微米.球面度）我们总结以上的定义，通俗的说法：传感器定标就是将图像的数字量化值（DN）转化为辐射亮度值或者反射率或者表面温度等物理量的处理过程。

其中反射率又分为大气外层表观反射率和地表实际反射率，后者又属于大气校正的范畴，有的时候也会将大气校正纳入传感器定标的一种途径。

2 传感器定标类型传感器定标可分为绝对定标和相对定标。

绝对定标是获取图像上目标物的绝对辐射值等物理量；相对定标是将图像目标物辐射量归一化某个值范围内，比如以其他数据作为基准。

传感器定标可分为三个阶段或者说三个方面内容：①发射前的实验室定标；②基于星载定标器的星上定标；③发射后的定标（场地定标）。

一、实验室定标在遥感器发射之前对其进行的波长位置、辐射精度、光谱特性等进行精确测量，也就是实验室定标。

它一般包含两部分内容：∙ ∙●光谱定标确定遥感传感器每个波段的中心波长和带宽，以及光谱响应函数。

∙ ∙●辐射定标在模拟太空环境的实验室中，建立传感器输出的量化值（DN）与传感器入瞳处的辐射亮度之间的模型，一般用线性模型表示。