《環(huán)境遙感概論》課件

環(huán)境遙感概論環(huán)境遙感是利用遙感技術(shù)來(lái)獲取和分析環(huán)境信息。它涵蓋了地球表面各種環(huán)境要素，包括植被、水體、土壤、地質(zhì)、大氣等。遙感技術(shù)概述獲取數(shù)據(jù)衛(wèi)星通過(guò)傳感器獲取地球表面信息，例如光學(xué)圖像。數(shù)據(jù)處理將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可解釋的圖像或信息，如地圖。應(yīng)用廣泛廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地利用、災(zāi)害預(yù)警等領(lǐng)域?？臻g分析對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提取地理信息，如土地覆蓋類型。遙感數(shù)據(jù)獲取方式地面觀測(cè)地面觀測(cè)是直接獲取數(shù)據(jù)的方式，人員在地面上進(jìn)行測(cè)量，采集各種環(huán)境信息。這種方式能獲得精確的數(shù)據(jù)，但成本高，效率低，難以覆蓋大范圍區(qū)域。航空遙感航空遙感利用飛機(jī)或無(wú)人機(jī)搭載傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，具有更高的空間分辨率和更廣闊的覆蓋范圍，適合進(jìn)行區(qū)域性環(huán)境監(jiān)測(cè)。衛(wèi)星遙感衛(wèi)星遙感利用衛(wèi)星搭載傳感器對(duì)地球進(jìn)行觀測(cè)，具有全球覆蓋范圍，能夠獲取長(zhǎng)期時(shí)間序列數(shù)據(jù)，是環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要手段。遙感傳感器分類11.傳感器類型根據(jù)探測(cè)能量類型，傳感器可分為被動(dòng)傳感器和主動(dòng)傳感器。22.傳感器工作波段傳感器可分為可見光/近紅外、中紅外、熱紅外、微波等。33.空間分辨率指?jìng)鞲衅髂芊直娴牡孛孀钚卧?，也稱為地面分辨率。44.時(shí)間分辨率指?jìng)鞲衅鲗?duì)同一區(qū)域進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)的時(shí)間間隔。遙感成像原理1目標(biāo)輻射能量地球表面物體反射或發(fā)射的電磁輻射能量，包含目標(biāo)的各種信息。2傳感器接收遙感傳感器接收目標(biāo)輻射的電磁波信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的信號(hào)。3數(shù)據(jù)處理與分析對(duì)傳感器接收的信號(hào)進(jìn)行處理、分析，提取目標(biāo)的特征信息，最終生成遙感圖像。光譜與遙感圖像特性遙感圖像可以識(shí)別不同地物的光譜特征，并將其轉(zhuǎn)化為可視化的圖像信息。光譜信息可以反映地物的物質(zhì)組成、化學(xué)成分以及物理狀態(tài)，為環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地利用分類、資源勘探等應(yīng)用提供重要的數(shù)據(jù)支撐。遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理幾何校正消除傳感器、地球曲率和地形起伏帶來(lái)的幾何變形，使圖像與地面坐標(biāo)系一致。輻射校正消除傳感器、大氣和地表反射率的影響，使圖像數(shù)據(jù)反映地物的真實(shí)輻射能量。噪聲去除去除數(shù)據(jù)采集過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲，例如隨機(jī)噪聲和條帶噪聲。鑲嵌與拼接將多個(gè)圖像拼接成一個(gè)完整的場(chǎng)景，或?qū)⒉煌瑫r(shí)期的圖像進(jìn)行拼接，方便分析。影像配準(zhǔn)將不同時(shí)期、不同傳感器或不同坐標(biāo)系下的圖像進(jìn)行配準(zhǔn)，便于比較和分析。遙感圖像增強(qiáng)目的增強(qiáng)圖像對(duì)比度和清晰度，突出目標(biāo)信息，便于分析解釋。方法直方圖均衡化對(duì)比度拉伸空間濾波邊緣增強(qiáng)應(yīng)用增強(qiáng)圖像細(xì)節(jié)，改善可視化效果，提高圖像質(zhì)量。示例遙感圖像分類方法基于像元分類將遙感圖像分割成一個(gè)個(gè)像素單元，根據(jù)每個(gè)像素的光譜特征對(duì)其進(jìn)行分類。面向?qū)ο蠓诸悓⑦b感圖像分割成具有相同特征的區(qū)域，對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行分類。機(jī)器學(xué)習(xí)分類利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)訓(xùn)練樣本對(duì)遙感圖像進(jìn)行分類。深度學(xué)習(xí)分類利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，自動(dòng)學(xué)習(xí)遙感圖像的特征，進(jìn)行分類。監(jiān)督分類算法11.最大似然法最大似然法是一種常用的監(jiān)督分類算法，它基于概率統(tǒng)計(jì)理論，根據(jù)每個(gè)類別樣本的統(tǒng)計(jì)特征，計(jì)算每個(gè)像素屬于各個(gè)類別的概率，并將其歸為概率最大的類別。22.最近鄰分類法最近鄰分類法是一種簡(jiǎn)單的分類算法，它根據(jù)待分類像素與已知類別樣本的距離，將其歸為距離最近的樣本所在的類別。33.支持向量機(jī)支持向量機(jī)是一種強(qiáng)大的分類算法，它通過(guò)尋找最優(yōu)分類超平面來(lái)實(shí)現(xiàn)分類，具有良好的泛化能力和魯棒性。44.決策樹決策樹是一種樹狀結(jié)構(gòu)，它根據(jù)一系列特征值進(jìn)行判斷，最終將待分類像素歸為某個(gè)類別。無(wú)監(jiān)督分類算法K-均值聚類根據(jù)數(shù)據(jù)點(diǎn)與聚類中心的距離進(jìn)行劃分。層次聚類通過(guò)逐步合并或分割數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)構(gòu)建聚類層次結(jié)構(gòu)。密度聚類識(shí)別數(shù)據(jù)集中密度較高的區(qū)域，將這些區(qū)域劃分為不同的聚類。遙感數(shù)據(jù)融合1多源數(shù)據(jù)融合結(jié)合不同傳感器2幾何校正消除幾何畸變3數(shù)據(jù)配準(zhǔn)對(duì)齊不同數(shù)據(jù)4融合算法生成新圖像遙感數(shù)據(jù)融合是一種將不同來(lái)源的遙感數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)的技術(shù)。通過(guò)融合不同傳感器獲取的信息，可以提高數(shù)據(jù)的空間分辨率、光譜分辨率和時(shí)間分辨率。三維遙感技術(shù)三維遙感技術(shù)可以獲取地表三維信息，包括高度、地形、地貌等。與傳統(tǒng)二維遙感相比，三維遙感可以提供更加豐富、直觀和精確的地理空間信息。三維遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、自然資源管理、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。遙感在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用大氣監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量，如污染物濃度、氣體排放，幫助制定環(huán)境保護(hù)策略。水環(huán)境監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)水體質(zhì)量，如水體污染程度、水質(zhì)變化，評(píng)估水資源狀況。森林資源監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)森林覆蓋率、植被生長(zhǎng)狀況，了解森林資源變化趨勢(shì)。土壤監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)土壤成分、土壤肥力，了解土壤質(zhì)量變化，評(píng)估土地利用狀況。遙感在土地利用監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用土地利用變化監(jiān)測(cè)遙感技術(shù)可以有效監(jiān)測(cè)土地利用的變化情況。通過(guò)對(duì)比不同時(shí)期的遙感影像，可以識(shí)別出土地利用類型的變化趨勢(shì)，例如耕地、林地、草地、建設(shè)用地等的增減變化。土地利用結(jié)構(gòu)分析通過(guò)遙感數(shù)據(jù)分析，可以了解不同土地利用類型的空間分布特征，并分析土地利用結(jié)構(gòu)的合理性。這有助于制定合理的土地利用規(guī)劃，促進(jìn)土地資源的合理利用。土地利用管理遙感技術(shù)可以為土地管理提供重要信息支持。例如，通過(guò)遙感監(jiān)測(cè)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)違法占用土地的行為，并進(jìn)行有效監(jiān)管。遙感在森林資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用森林覆蓋率監(jiān)測(cè)遙感技術(shù)可用于監(jiān)測(cè)森林覆蓋率的變化，評(píng)估森林砍伐和退化情況。森林生物量監(jiān)測(cè)利用遙感數(shù)據(jù)可以估算森林生物量，幫助了解森林的碳儲(chǔ)存能力。森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)及時(shí)發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)，并評(píng)估火災(zāi)面積和蔓延趨勢(shì)。病蟲害監(jiān)測(cè)遙感圖像可以識(shí)別受病蟲害侵染的區(qū)域，及時(shí)采取防治措施。遙感在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用水體污染監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)水體污染物，如氮磷、重金屬、有機(jī)物。分析水體顏色、渾濁度、葉綠素濃度，評(píng)估水質(zhì)狀況。水資源調(diào)查利用遙感監(jiān)測(cè)水體面積、水深、水位變化，獲取水資源分布信息。為水資源管理、水利工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持。水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，如藻類、浮游生物等，評(píng)估水體生態(tài)狀況，制定水體治理方案。水文要素監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)水文要素，如水流速度、水溫、水深，了解水體動(dòng)態(tài)變化，為水資源管理提供重要數(shù)據(jù)。遙感在大氣監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)大氣污染物濃度，如二氧化硫、氮氧化物和臭氧，評(píng)估空氣質(zhì)量，并為環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。氣候變化研究遙感監(jiān)測(cè)全球氣溫變化，研究溫室氣體排放對(duì)氣候的影響，預(yù)測(cè)未來(lái)氣候變化趨勢(shì)。天氣預(yù)報(bào)遙感監(jiān)測(cè)云層覆蓋、降雨量、風(fēng)速等天氣要素，為天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害預(yù)警提供重要數(shù)據(jù)。遙感在地質(zhì)勘探中的應(yīng)用礦產(chǎn)資源勘探遙感技術(shù)可用于識(shí)別礦產(chǎn)資源分布區(qū)域，如金屬礦、非金屬礦和能源礦。地質(zhì)構(gòu)造分析遙感圖像可以清晰地顯示地質(zhì)構(gòu)造，如斷層、褶皺和巖層走向，為地質(zhì)研究提供重要依據(jù)。地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)遙感技術(shù)可以監(jiān)測(cè)滑坡、泥石流、地震等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生情況，為災(zāi)害預(yù)警和防治提供支持。地下水資源探測(cè)遙感技術(shù)可以幫助探測(cè)地下水資源分布，為地下水資源開發(fā)利用提供參考。遙感在自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用11.災(zāi)害評(píng)估遙感圖像可以快速獲取災(zāi)害區(qū)域的影像信息，幫助評(píng)估災(zāi)害的范圍、程度和影響。22.災(zāi)害預(yù)警通過(guò)監(jiān)測(cè)氣象數(shù)據(jù)和環(huán)境變化，遙感可以提前預(yù)警潛在的自然災(zāi)害，如洪水、地震、干旱等。33.災(zāi)后重建遙感技術(shù)可以幫助災(zāi)后重建工作，如規(guī)劃重建區(qū)域、評(píng)估重建進(jìn)度，以及監(jiān)測(cè)重建效果。遙感在城市規(guī)劃中的應(yīng)用城市規(guī)劃遙感數(shù)據(jù)提供城市發(fā)展空間的全面信息，如土地利用狀況、人口密度、基礎(chǔ)設(shè)施分布等。城市擴(kuò)張監(jiān)測(cè)城市擴(kuò)張趨勢(shì)，評(píng)估城市發(fā)展對(duì)環(huán)境的影響，預(yù)測(cè)未來(lái)城市發(fā)展趨勢(shì)。交通規(guī)劃分析城市交通流量和擁堵情況，規(guī)劃城市交通網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)化城市交通系統(tǒng)。城市綠地評(píng)估城市綠地覆蓋率，監(jiān)測(cè)城市綠地變化，規(guī)劃城市綠地系統(tǒng)，改善城市生態(tài)環(huán)境。遙感在農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)通過(guò)分析不同時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)狀況，比如葉面積指數(shù)、植被覆蓋度等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲害、干旱等問(wèn)題。精準(zhǔn)施肥病蟲害防治灌溉優(yōu)化土地利用變化監(jiān)測(cè)利用遙感影像識(shí)別耕地、林地、草地等土地利用類型，監(jiān)測(cè)土地利用變化趨勢(shì)，為農(nóng)業(yè)政策制定和資源管理提供數(shù)據(jù)支持。土地利用變化監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)資源評(píng)估土地規(guī)劃遙感在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)遙感可以監(jiān)測(cè)森林覆蓋度變化，評(píng)估植被生長(zhǎng)狀況，監(jiān)測(cè)物種分布。污染監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)大氣污染物，水體污染，土壤污染。自然災(zāi)害評(píng)估遙感監(jiān)測(cè)洪水、干旱、地震等自然災(zāi)害的發(fā)生發(fā)展，并評(píng)估其影響。生物多樣性監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)生物多樣性變化趨勢(shì)，評(píng)估瀕危物種棲息地變化。遙感在海洋監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用海面溫度監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)海水溫度變化，例如厄爾尼諾現(xiàn)象和拉尼娜現(xiàn)象，分析海洋熱量變化，識(shí)別洋流變化。海洋生物資源監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)海洋生物多樣性，例如珊瑚礁和魚類分布，評(píng)估海洋生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。海洋污染監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)海洋污染物，例如石油泄漏和赤潮，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理污染事件。海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)遙感監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境變化，例如海面風(fēng)速和海浪高度，提供海洋預(yù)報(bào)和災(zāi)害預(yù)警信息。遙感在環(huán)境評(píng)價(jià)中的應(yīng)用環(huán)境影響評(píng)價(jià)利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)環(huán)境變化，評(píng)估工程建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響。污染源識(shí)別遙感圖像可以識(shí)別污染源，監(jiān)測(cè)污染物排放情況，評(píng)估污染程度。生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)遙感技術(shù)可以監(jiān)測(cè)生態(tài)環(huán)境變化，評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，為生態(tài)保護(hù)提供依據(jù)。遙感數(shù)據(jù)處理軟件介紹11.ENVIENVI是一個(gè)功能強(qiáng)大且常用的遙感圖像處理軟件，提供豐富的圖像處理功能和工具，適用于各種遙感數(shù)據(jù)分析。22.ERDASImagineERDASImagine是另一個(gè)強(qiáng)大的遙感數(shù)據(jù)處理軟件，具備強(qiáng)大的圖像處理、分析和可視化功能，廣泛應(yīng)用于地球科學(xué)領(lǐng)域。33.ArcGISArcGIS是一款地理信息系統(tǒng)(GIS)軟件，除了地圖繪制和空間分析外，還包含強(qiáng)大的遙感圖像處理工具，提供數(shù)據(jù)管理、分析和可視化功能。44.QGISQGIS是一個(gè)開源的地理信息系統(tǒng)軟件，具有豐富的遙感圖像處理擴(kuò)展，可以用于各種遙感數(shù)據(jù)分析和可視化。遙感技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1更高分辨率傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，分辨率不斷提高。2多光譜與高光譜光譜范圍更廣，可獲取更多信息。3合成孔徑雷達(dá)（SAR）不受云層影響，全天候獲取數(shù)據(jù)。4無(wú)人機(jī)遙感靈活機(jī)動(dòng)，可獲取高分辨率數(shù)據(jù)。遙感技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：傳感器技術(shù)不斷發(fā)展，分辨率不斷提高；光譜范圍更廣，可獲取更多信息；合成孔徑雷達(dá)（SAR）不受云層影響，全天候獲取數(shù)據(jù)；無(wú)人機(jī)遙感靈活機(jī)動(dòng)，可獲取高分辨率數(shù)據(jù)。遙感在環(huán)境保護(hù)中的作用環(huán)境監(jiān)測(cè)遙感技術(shù)可以監(jiān)測(cè)大氣污染、水污染、土壤污染、森林砍伐等環(huán)境問(wèn)題。資源管理遙感可以幫助監(jiān)測(cè)土地利用變化、水資源分布、生物多樣性等，為資源管理提供數(shù)據(jù)支持。環(huán)境評(píng)價(jià)遙感可以對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，為環(huán)境保護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。環(huán)境監(jiān)管遙感技術(shù)可以幫助監(jiān)管環(huán)境污染排放、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等，提高環(huán)境執(zhí)法效率。遙感技術(shù)應(yīng)用實(shí)例分析遙感技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地利用、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。例如，