遙感

1、遙感科學(xué)與波譜知識(shí)庫(kù),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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,主要內(nèi)容,關(guān)于遙感科學(xué)關(guān)于測(cè)量與建模遙感與波譜知識(shí)庫(kù)波譜知識(shí)庫(kù)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(zhǎng)期以來(lái)，人們更傾向于認(rèn)為遙感是一門(mén)技術(shù)。1970年代以來(lái)，衛(wèi)星遙感主要采取垂直觀(guān)測(cè)方式，獲得地表二維信息；基于地面目標(biāo)漫反射的假定，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)作一些簡(jiǎn)單校正后利用地面目標(biāo)的光譜特性作有監(jiān)督或無(wú)監(jiān)督的最大似然率分類(lèi)，或經(jīng)驗(yàn)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?cè)絹?lái)越迫切需要弄清楚地表與光輻射之間相互作用的機(jī)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(wú)法解決的問(wèn)題天氣中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)，甚至短臨預(yù)報(bào)，氣團(tuán)，氣旋的運(yùn)動(dòng)都常常會(huì)突然偏離模型預(yù)計(jì)的運(yùn)動(dòng)方向和速度。主要原因是在大氣動(dòng)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(yùn)動(dòng))。而目前的遙感手段只能提供個(gè)別方向上的反射率，把它當(dāng)作半球反照率，對(duì)

3、植被結(jié)構(gòu)也只能提供非常有限的信息。國(guó)家農(nóng)田面積估算，不同的遙感數(shù)據(jù)源會(huì)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(guò)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(guān)測(cè)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(wèn)題遙感研究面臨兩大問(wèn)題：需要實(shí)現(xiàn)從定性到定量的過(guò)渡需要多學(xué)科交叉，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究具體來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)為三個(gè)方面

4、：對(duì)遙感精度要求越來(lái)越高，遙感數(shù)據(jù)量越來(lái)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(shí)空多變要素綜合考慮。時(shí)空多變要素,關(guān)于遙感科學(xué)（續(xù)）,地表時(shí)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(mén)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(jì)算機(jī)的手段，以及地學(xué)、生物學(xué)的分析，解決對(duì)地遙感的科學(xué)理論和實(shí)際問(wèn)題”．所以遙感科學(xué)是一個(gè)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(jī)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(cè)量遙感與波譜知識(shí)庫(kù)波譜知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)共享展望,關(guān)于建模、反演與波譜測(cè)量,如前，建模與反演是遙感科學(xué)中的兩個(gè)主題。但是，無(wú)論建模還是反演都離不開(kāi)地面測(cè)量。上世紀(jì)80年代，禹秉熙老師曾在《林業(yè)遙感》上撰文，強(qiáng)調(diào)波譜測(cè)量的重要性。但是，對(duì)于測(cè)量與建模的關(guān)系上，則

6、強(qiáng)調(diào)地表結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，只能不斷地重復(fù)觀(guān)測(cè)，建模是不可能的。本人則強(qiáng)調(diào)波譜測(cè)量與建模必須一起做，每次測(cè)量，都要試圖解釋為什么能夠測(cè)到這樣的結(jié)果，并逐步發(fā)展基礎(chǔ)模型。以上觀(guān)點(diǎn)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(hào)和遙感模型中定量估計(jì)地表參數(shù)或目標(biāo)參數(shù)。但是，如果沒(méi)有對(duì)地表真實(shí)狀況的認(rèn)識(shí)（我們稱(chēng)之為先驗(yàn)知識(shí)），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(lái)說(shuō)，遙感觀(guān)測(cè)始終無(wú)法滿(mǎn)足“解多元方程”的需要。因此，我們提出了

7、利用對(duì)地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)的積累，知識(shí)的積累來(lái)構(gòu)建地表參數(shù)的先驗(yàn)知識(shí)，這些知識(shí)可以在反演過(guò)程中約束反演過(guò)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(cè)量與建模遙感與波譜知識(shí)庫(kù)波譜知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)共享展望,遙感與波譜知識(shí)庫(kù),波譜庫(kù)（知識(shí)庫(kù)）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(hào)與地表參數(shù)相互作用的機(jī)理模型，以及從模型和信號(hào)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(shí)用的方法從遙感圖像中得到地表真實(shí)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(mǎn)足遙感應(yīng)用的需求呢？波譜庫(kù)從建立波譜知識(shí)庫(kù)的角度出發(fā)，把模型、遙感圖像與地表觀(guān)測(cè)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(cè)量與建模遙感與波譜知識(shí)庫(kù)波譜知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)共享展望,波譜知識(shí)庫(kù),波譜知識(shí)庫(kù)項(xiàng)目是“十五”期間國(guó)家“863”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目。項(xiàng)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(guó)家農(nóng)業(yè)信息化工程中心，國(guó)土資源航遙中心等。,波譜知識(shí)庫(kù)（續(xù)）,為什么叫波譜知識(shí)庫(kù)？我們對(duì)波譜庫(kù)都不陌生，如美國(guó)USGS波譜庫(kù)，ASTER的波譜庫(kù)等。傳統(tǒng)的波譜庫(kù)包括什么呢？光譜數(shù)據(jù)，觀(guān)測(cè)樣本名稱(chēng)，部分樣本的化驗(yàn)數(shù)據(jù)更加簡(jiǎn)化些的，如在ENVI軟件里的波譜庫(kù)，則僅有波譜名稱(chēng)與波譜反射率曲線(xiàn)。以上信息對(duì)于了解觀(guān)測(cè)目標(biāo)的真實(shí)狀況、對(duì)于理解波譜曲線(xiàn)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(lái)看，僅僅有以上信息，不能很好地

10、解釋遙感信號(hào)的產(chǎn)生，也無(wú)法提供有用的反演信息。,波譜知識(shí)庫(kù)（續(xù)）,中國(guó)的波譜知識(shí)庫(kù)有何特色？構(gòu)建了知識(shí)化的波譜庫(kù)，除了常規(guī)的測(cè)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(chēng)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(shí)庫(kù)（續(xù)）,波譜知識(shí)庫(kù)建設(shè)解決了哪些科學(xué)問(wèn)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(kāi)對(duì)觀(guān)測(cè)尺度的描述。波譜庫(kù)中實(shí)現(xiàn)了不同觀(guān)測(cè)尺度的波譜數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，既有

11、在實(shí)驗(yàn)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(cè)量得到的相對(duì)均一條件下的端元波譜，如冬小麥冠層行間土壤光譜，同時(shí)，為了和遙感應(yīng)用相結(jié)合，也獲取了遙感平臺(tái)傳感器測(cè)量得到的像元波譜。,波譜知識(shí)庫(kù)（續(xù)）,波譜知識(shí)庫(kù)建設(shè)解決了哪些科學(xué)問(wèn)題遙感模型與光譜數(shù)據(jù)的集成遙感模型，在波譜庫(kù)中主要有兩個(gè)功能：解釋遙感像元尺度的波譜與實(shí)驗(yàn)室或野外觀(guān)測(cè)波譜與配套參數(shù)之間的關(guān)系。地物波譜模擬，以實(shí)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(hù)提供不同參數(shù)組合的模擬波譜。,波譜知識(shí)庫(kù)（續(xù)）,波譜知識(shí)庫(kù)建設(shè)解決了哪些科學(xué)問(wèn)題波譜數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)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(shí)的支持。所為知識(shí)，主要指長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)積累的、對(duì)時(shí)空多變要素而言相對(duì)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(shí)候，知識(shí)數(shù)據(jù)則可以作為一種補(bǔ)充，有時(shí)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(cè)量

13、與建模遙感與波譜知識(shí)庫(kù)波譜知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)共享展望,數(shù)據(jù)共享,波譜知識(shí)庫(kù)面向全國(guó)用戶(hù)免費(fèi)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。為用戶(hù)提供波譜庫(kù)中國(guó)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(shí)測(cè)波譜條數(shù)超過(guò)3萬(wàn)多條，地物類(lèi)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(hù)分布:注冊(cè)用戶(hù)遍布全國(guó),除港澳臺(tái)以外，全國(guó)各個(gè)行政區(qū)均有用戶(hù)。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(guó)土資源航遙中心，發(fā)改委等。服務(wù)

14、的科研項(xiàng)目包括：國(guó)家自然基金，973與863項(xiàng)目，中科院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)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(kù)在國(guó)家重大項(xiàng)目中的應(yīng)用在“863”重點(diǎn)項(xiàng)目“寬幅高光譜小衛(wèi)星載荷關(guān)鍵技術(shù)研究”項(xiàng)目中承擔(dān)了基于波譜庫(kù)的地質(zhì)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)。在國(guó)家科技支撐計(jì)劃“基于環(huán)境一號(hào)星等國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星的遙感監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及軟件研究”中承擔(dān)了波譜庫(kù)的鏡像庫(kù)建設(shè)。,主要內(nèi)容,關(guān)于遙感科學(xué)關(guān)于測(cè)量與建模遙感與波譜知識(shí)庫(kù)波譜知識(shí)

15、庫(kù)數(shù)據(jù)共享展望,展望,擴(kuò)展波譜知識(shí)庫(kù)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?lèi)型從三大類(lèi)進(jìn)一步擴(kuò)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?cái)?shù)據(jù)獲取途徑，為有國(guó)家重大項(xiàng)目需求的用戶(hù)提供鏡像庫(kù)建設(shè)伴隨數(shù)據(jù)，提供更好地?cái)?shù)據(jù)處理分析工具：我么已開(kāi)發(fā)了部分?jǐn)?shù)據(jù)處理與波譜識(shí)別的工具箱，供用戶(hù)下載使用。,展望（續(xù)）,我們的目標(biāo)是將波譜知識(shí)庫(kù)建設(shè)成我國(guó)重要的一個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)支持遙感信息的定量化應(yīng)用和國(guó)