现代遥感科学技术体系及其理论方法

目 录

第1章 现代遥感科学技术概述 1

　1.1 遥感科学技术内涵及其演化 1

　　　1.1.1 遥感的学科定义 1

　　　1.1.2 遥感的分类体系 2

　　　1.1.3 遥感的发展趋势 4

　1.2 对遥感科学技术的系统分析 5

　　　1.2.1 遥感系统分析结果 6

　　　1.2.2 遥感信息技术系统 7

　　　1.2.3 遥感基础理论研究 11

　　　1.2.4 遥感信息应用领域 15

　　　1.2.5 系列产品制造销售 16

　1.3 遥感科学技术的定位与优势 17

　　　1.3.1 遥感科学技术体系的战略定位 17

　　　1.3.2 遥感科学技术体系的发展途径 18

　　　1.3.3 遥感科学技术体系的比较优势 20

　1.4 写作意图及整体结构安排 21

　　　1.4.1 写作的主要意图 21

　　　1.4.2 全书结构的安排 23

　主要参考文献 25

第一篇 遥感数据获取

第2章 遥感数据获取的理论基础 29

　2.1 可见光电磁辐射物理模式 29

　　　2.1.1 电磁辐射的波动模式 29

　　　2.1.2 电磁辐射的粒子模式 31

　　　2.1.3 辐射与大气物质的相互作用 34

　　　2.1.4 辐射与地表物质的相互作用 37

　　　2.1.5 辐射与遥感系统的交互作用 40

　2.2 红外电磁辐射的物理模式 41

　　　2.2.1 热红外辐射特性 41

　　　2.2.2 热红外辐射定律 43

　　　2.2.3 地面物体热特性 45

　2.3 微波电磁辐射的物理模式 47

　　　2.3.1 介质表面的散射模型 47

　　　2.3.2 吸收损失和体散射 50

　　　2.3.3 散射特征的影响因素 50

　　　2.3.4 自然表面的后向散射 54

　主要参考文献 55

第3章 可见光遥感数据获取系统 56

　3.1 地物的波谱反射辐射特性 56

　　　3.1.1 典型地物的反射波谱辐射特性 56

　　　3.1.2 地物的常规反射特性测量方法 58

　　　3.1.3 地物的双向反射特性测量方法 60

　3.2 可见光遥感成像技术系统 63

　　　3.2.1 常规可见光照相机 63

　　　3.2.2 数字可见光照相机 70

　　　3.2.3 激光雷达遥感系统 74

　3.3 光学遥感影像及其参数测量 76

　　　3.3.1 航空光学遥感影像基本特征 76

　　　3.3.2 单张相片比例尺和高度测量 78

　　　3.3.3 地物或地形高度的立体测量 82

　　　3.3.4 正射航空相片与数字高程模型 87

　主要参考文献 89

第4章 多波段遥感数据获取系统 91

　4.1 常规多波段成像系统 92

　　　4.1.1 Landsat的遥感系统 92

　　　4.1.2 NOAA的遥感系统 96

　　　4.1.3 机载多波段扫描仪 100

　4.2 线阵多波段成像系统 101

　　　4.2.1 法国SPOT遥感系统 101

　　　4.2.2 印度遥感卫星系统 104

　　　4.2.3 热发射反射辐射计 105

　　　4.2.4 多角度成像光谱仪 106

　　　4.2.5 甚高分辨率遥感系统 107

　4.3 线、面阵成像光谱仪 108

　　　4.3.1 机载可见红外成像光谱仪 108

　　　4.3.2 小型机载摄谱成像仪 110

　　　4.3.3 中分辨率成像光谱仪 111

　　　4.3.4 成像光谱仪数据应用 112

　主要参考文献 113

第5章 热红外遥感数据获取系统 114

　5.1 热红外遥感技术系统 114

　　　5.1.1 热红外多波段扫描仪 114

　　　5.1.2 热红外高光谱成像仪 116

　　　5.1.3 前视红外遥感系统 122

　　　5.1.4 夜视红外遥感系统 123

　　　5.1.5 红外遥感制导系统 125

　　　5.1.6 医用热红外成像系统 126

　5.2 热红外扫描数据处理 128

　　　5.2.1 数据的几何改正 128

　　　5.2.2 数据的辐射改正 131

　5.3 热红外遥感数据应用 132

　　　5.3.1 遥感监测环境污染 132

　　　5.3.2 热影像的住宅制图 135

　　　5.3.3 城市热岛遥感调查 136

　　　5.3.4 高光谱热红外地质 137

　主要参考文献 139

第6章 微波段遥感数据获取系统 141

　6.1 微波遥感技术系统 141

　　　6.1.1 主动微波遥感系统 141

　　　6.1.2 被动微波遥感系统 145

　　　6.1.3 雷达相干应用技术 146

　6.2 雷达遥感工作原理 147

　　　6.2.1 雷达基本参数 148

　　　6.2.2 雷达成像几何 149

　　　6.2.3 雷达影像特征 153

　　　6.2.4 雷达成像机理 155

　6.3 雷达与环境的互动 159

　　　6.3.1 地面粗糙度特征 159

　　　6.3.2 地面电子学特征 160

　　　6.3.3 植物的微波响应 161

　主要参考文献 165

第二篇 专题信息挖掘

第7章 遥感影像特征及其信息内涵 169

　7.1 遥感影像的基本特征 169

　　　7.1.1 色彩/反差特征 169

　　　7.1.2 影像大小特征 172

　　　7.1.3 影像形状特征 173

　　　7.1.4 影像纹理特征 174

　　　7.1.5 影像图型特征 175

　　　7.1.6 影像高度特征 175

　　　7.1.7 影像阴影特征 177

　　　7.1.8 影像位置特征 178

　　　7.1.9 影像关系特征 178

　　　7.1.10 影像变化特征 179

　7.2 遥感影像的结构及其解读 180

　　　7.2.1 影像特征的逻辑关系 180

　　　7.2.2 遥感影像的语义结构 183

　　　7.2.3 遥感影像的判读标志 187

　7.3 遥感影像内涵的客观规律 190

　主要参考文献 194

第8章 遥感数字摄影测量系统 195

　8.1 数字摄影测量原理 195

　　　8.1.1 坐标系及内、外方位元素 195

　　　8.1.2 中心投影构像方程及变换 199

　　　8.1.3 光束法双像解析摄影测量 200

　　　8.1.4 解析法空中三角测量技术 202

　8.2 数字摄影测量作业 203

　　　8.2.1 影像数据输入 203

　　　8.2.2 遥感影像匹配 204

　　　8.2.3 数字高程模型 211

　　　8.2.4 正射影像生成 220

　8.3 数字摄影测量系统 222

　　　8.3.1 Helava数字摄影测量系统 223

　　　8.3.2 PHODIS数字摄影测量系统 223

　　　8.3.3 WuDAMS全数字自动化测图系统 224

　　　8.3.4 两种基于微机的数字摄影测量系统 225

　主要参考文献 225

第9章 遥感影像数据处理系统 226

　9.1 传统的遥感影像数字处理系统 226

　　　9.1.1 遥感影像数据的监督分类 226

　　　9.1.2 遥感影像数据非监督分类 234

　9.2 成像光谱仪遥感数据处理系统 238

　　　9.2.1 高光谱数据提取信息的步骤 239

　　　9.2.2 高光谱数据处理与分析系统 250

　9.3 成像雷达的遥感数据处理系统 252

　　　9.3.1 雷达立体测量 253

　　　9.3.2 雷达斜坡测量 257

　　　9.3.3 雷达干涉测量 259

　主要参考文献 267

第10章 遥感特征参数反演系统 269

　10.1 定量遥感反演的原理方法 269

　　　10.1.1 遥感特征参数反演的基本原理 269

　　　10.1.2 遥感特征参数反演的主要方法 274

　　　10.1.3 遥感特征参数反演的软件系统 284

　10.2 遥感地面特征参数的反演 286

　　　10.2.1 陆面温度反演 286

　　　10.2.2 土壤湿度反演 296

　　　10.2.3 蒸散参数反演 306

　10.3 遥感植被特征参数的反演 311

　　　10.3.1 叶面指数的定义、模型和参数 312

　　　10.3.2 叶面指数及相关特征参数的计算 315

　10.4 遥感水体特征参数的反演 317

　　　10.4.1 水域特征参数的反演 317

　　　10.4.2 海冰特征参数的反演 320

　　　10.4.3 雪被的特征参数反演 327

　10.5 遥感大气特征参数的反演 330

　　　10.5.1 CO2特征参数的遥感反演 331

　　　10.5.2 O3特征参数的遥感反演 334

　　　10.5.3 气溶胶特征参数的反演 338

　主要参考文献 342

第11章 遥感影像交互判读系统 349

　11.1 影像群判读系统的总体结构 349

　　　11.1.1 客户机系统 350

　　　11.1.2 服务器系统 351

　11.2 诸底层处理模块的技术特点 355

　　　11.2.1 底层处理模块的关键技术 355

　　　11.2.2 底层处理模块的特色算法 359

　11.3 影像判读子系统的功能构成 362

　　　11.3.1 功能构建框架 363

　　　11.3.2 目视交互判读 364

　　　11.3.3 专题自动分类 366

　　　11.3.4 分区自动分类 367

　　　11.3.5 辅助波段分类 369

　　　11.3.6 动态变化判读 370

　　　11.3.7 人机混合判读 372

　11.4 群判读应用系统的任务实施 373

　　　11.4.1 专题判读制图应用系统 373

　　　11.4.2 抽样检测订正应用系统 375

　　　11.4.3 目标检出识别应用系统 377

　　　11.4.4 判读技术培训应用系统 378

　主要参考文献 380

第三篇 业务应用集成

第12章 遥感深化应用及其重要支柱 383

　12.1 地理信息系统支柱 383

　　　12.1.1 GIS的科学定义 383

　　　12.1.2 GIS的技术构成 384

　　　12.1.3 GIS的研究内容 386

　　　12.1.4 GIS的分类体系 387

　　　12.1.5 GIS的发展策略 389

　　　12.1.6 GIS的作业过程 390

　12.2 多种来源数据支柱 391

　　　12.2.1 台站观测数据 392

　　　12.2.2 统计调查数据 395

　　　12.2.3 常规制图数据 399

　　　12.2.4 实况调查数据 401

　12.3 系统应用模型支柱 404

　　　12.3.1 模型基本概念 404

　　　12.3.2 系统建模机制 409

　　　12.3.3 个体模型分类 417

　主要参考文献 419

第13章 遥感常规业务应用运行系统 421

　13.1 遥感区域动态调查制图系统 421

　　　13.1.1 系统框架 421

　　　13.1.2 判读制图 424

　　　13.1.3 数据处理 426

　　　13.1.4 应用实例 430

　13.2 遥感统计数据空间分析系统 437

　　　13.2.1 系统技术框架 437

　　　13.2.2 分析应用模型 441

　13.3 遥感多级采样目标估算系统 451

　　　13.3.1 遥感农作物面积估算分系统 452

　　　13.3.2 遥感农作物单产估算分系统 456

　　　13.3.3 遥感估产及估产精度的检验 460

　主要参考文献 462

第14章 遥感突发事件应急响应系统 463

　14.1 遥感生态异常早期报警系统 463

　　　14.1.1 报警系统的逻辑结构 463

　　　14.1.2 突发事件的报警模型 466

　14.2 遥感突发事件快速报告系统 476

　　　14.2.1 总体构成 476

　　　14.2.2 工作流程 481

　14.3 事发地区现场调查互动系统 484

　　　14.3.1 技术支持系统 484

　　　14.3.2 现场调查方案 489

　　　14.3.3 应用系统实例 494

　14.4 遥感应急空间决策支持系统 500

　　　14.4.1 系统总体结构 501

　　　14.4.2 决策支持工具 505

　　　14.4.3 系统运行机制 509

　主要参考文献 511

第15章 遥感科学技术发展支持系统 513

　15.1 遥感发展支持系统的总体构成 513

　　　15.1.1 系统的发展背景 513

　　　15.1.2 系统的总体结构 515

　15.2 遥感地面试验场类型及其特征 531

　　　15.2.1 遥感仪器定标试验场 532

　　　15.2.2 遥感应用研究试验场 541

　15.3 遥感发展支持系统的运行模式 545

　　　15.3.1 遥感基础研究模式 545

　　　15.3.2 遥感技术创新模式 547

　　　15.3.3 遥感应用示范模式 549

　　　15.3.4 遥感人才培训模式 550

　主要参考文献 552

第四篇 网络共享服务

第16章 遥感信息服务及其科技导向 557

　16.1 遥感信息服务的理论导向 557

　　　16.1.1 人地系统科学的理论研究 557

　　　16.1.2 人地系统科学的应用研究 562

　16.2 地理信息服务技术与标准 567

　　　16.2.1 计算观点：服务链接的基础 567

　　　16.2.2 信息观点：语义互操作基础 569

　　　16.2.3 工程观点：分布式处理基础 572

　　　16.2.4 技术观点：跨平台互操作的基础 574

　16.3 基于Web的信息服务技术 575

　　　16.3.1 Web服务的主要相关技术 576

　　　16.3.2 Web服务及其数据的建模 577

　　　16.3.3 Web服务技术体系的结构 579

　　　16.3.4 OGC的Web服务总体框架 579

　　　16.3.5 OGC 互操作程序服务模型 582

　16.4 网格技术及空间信息网格 584

　　　16.4.1 网格技术基础 585

　　　16.4.2 网格核心技术 590

　　　16.4.3 空间信息网格 592

　主要参考文献 595

第17章 遥感数据产品服务网络 596

　17.1 遥感数据产品的源头 596

　　　17.1.1 遥感数据获取应用任务 597

　　　17.1.2 遥感数据获取技术系统 600

　17.2 遥感数据产品的生成 601

　　　17.2.1 数据产品生成子系统 602

　　　17.2.2 数据产品生成的过程 604

　　　17.2.3 数据产品生成的特点 606

　17.3 遥感数据产品的服务 608

　　　17.3.1 订购处理子系统 608

　　　17.3.2 任务计划子系统 614

　主要参考文献 618

第18章 遥感信息共享服务网络 619

　18.1 基于元数据查询的服务网络 619

　　　18.1.1 元数据 619

　　　18.1.2 数据交换中心 624

　　　18.1.3 共享服务网络实例 628

　18.2 基于影像搜索的服务网络 636

　　　18.2.1 Google Earth 636

　　　18.2.2 Virtual Earth 641

　主要参考文献 646

第19章 遥感系统应用服务网络 647

　19.1 基于Web GIS的应用服务网络 647

　　　19.1.1 Web GIS的概念和特征 647

　　　19.1.2 Web GIS的构建与技术 651

　　　19.1.3 Web GIS应用及其实例 655

　19.2 基于网格计算的应用服务网格 663

　　　19.2.1 遥感服务网格 663

　　　19.2.2 地学应用网格 670

　　　19.2.3 全球信息网格 679

　主要参考文献 685

第20章 国家遥感信息基础设施 687

　20.1 遥感基础设施的构成 687

　　　20.1.1 遥感基础设施的构成 687

　　　20.1.2 遥感基础设施的支柱 690

　20.2 遥感学科体系的定位 691

　　　20.2.1 遥感学科体系定位的依据 691

　　　20.2.2 遥感学科体系构成的建议 694

　20.3 遥感系列产品的推出 695

　　　20.3.1 遥感系列产品生成的概念模型 695

　　　20.3.2 遥感系列产品类型的具体划分 696

　　　20.3.3 基于遥感系列产品的产业细分 697

　　　20.3.4 遥感科学技术产业的效益计算 698

　20.4 遥感发展环境的营造 701

　　　20.4.1 政策法规环境的营造 702

　　　20.4.2 规划布局环境的营造 710

　　　20.4.3 标准规范环境的营造 713

　　　20.4.4 遥感国际环境的营造 715

　主要参考文献 718

作者简历 721