遙感

1、遙感科學與波譜知識庫,李小文北京師范大學地理學與遙感科學學院遙感科學國家重點實驗室,主要內(nèi)容,關于遙感科學關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,關于遙感科學,遙感不僅僅是一本技術長期以來，人們更傾向于認為遙感是一門技術。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。,關于遙感科學（續(xù)）,遙感不僅僅是一本技術僅僅從技術層面上無法解決的問題天氣中長期預報，甚至短臨預報，氣團，氣旋的運動都常常會突然偏離模型預計的運動方向和速度。主要原因是在大氣動力學模型中，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，把它當作半球反照率，對

3、植被結構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)源會得到不同的結果。TM影像得到廣泛應用后，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。,關于遙感科學（續(xù)）,遙感科學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科交叉，加強基礎研究具體來說，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，需要遙感地學分析。遙感地表時空多變要素綜合考慮。時空多變要素,關于遙感科學（續(xù)）,地表時空多變要素,關于遙感科學（續(xù)）,遙感科學基礎研究嚴重不足，需要多學科交叉。陳述彭先生認為遙感科學是“一門綜合性的科學，它借助物理學的基礎，數(shù)學的方法，計算機的手段，以及地學、生物學的分析，解決對地遙感的科學理論和實際問題”．所以遙感科學是一個很大的交叉，

5、而定量地學描述，從某種意義上，是科學和藝術的交叉。,關于遙感科學（續(xù)）,遙感科學的主題遙感機理模型建模尺度效應遙感反演理論,主要內(nèi)容,關于遙感科學關于建模、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,關于建模、反演與波譜測量,如前，建模與反演是遙感科學中的兩個主題。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系上，則

6、強調(diào)地表結構過于復雜，只能不斷地重復觀測，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果，并逐步發(fā)展基礎模型。以上觀點并逐漸得到禹老師的認可，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)或目標參數(shù)。但是，如果沒有對地表真實狀況的認識（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,關于遙感科學關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)系遙感科學與遙感應用的紐帶遙感基礎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。如何將遙感基礎研究的成果與遙感應用需求相結合，滿足遙感應用的需求呢？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，并建立關聯(lián)聯(lián)系，為建立遙感基礎研究與遙感應用的銜接建立了一條紐帶。,主要內(nèi)容,關于遙感科學關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”重點建設項目。項目由北京師范大學王錦地教授主持，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)）,波譜知識庫建設解決了哪些科學問題材料、端元與遙感像元波譜多尺度關聯(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)關聯(lián)，既有

11、在實驗室非常嚴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，為了和遙感應用相結合，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)）,波譜知識庫建設解決了哪些科學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)）,波譜知識庫建設解決了哪些科學問題波譜數(shù)據(jù)庫中的知識的構建地物波譜模擬與波譜數(shù)據(jù)應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,關于遙感科學關于測量

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。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。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，中科院遙感所、地理所、吉林大學、國土資源航遙中心，發(fā)改委等。服務

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。應用領域：包括遙感應用，基礎物理，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用在“863”重點項目“寬幅高光譜小衛(wèi)星載荷關鍵技術研究”項目中承擔了基于波譜庫的地質(zhì)應用服務系統(tǒng)建設。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)測關鍵技術及軟件研究”中承擔了波譜庫的鏡像庫建設。,主要內(nèi)容,關于遙感科學關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用領域?qū)⒍窟b感從基礎研究推向應用研究領域?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。提供多樣化的數(shù)據(jù)服務方式更加方便地數(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)了部分數(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)）,我們的目標是將波譜知識庫建設成我國重要的一個基礎數(shù)據(jù)平臺支持遙感信息的定量化應用和國