定量遙感分析

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1、定量遙感分析隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，國家的宏觀決策、資源調(diào)查、環(huán)境及災(zāi)害監(jiān)測等影響國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域急需數(shù)據(jù)支持，要求數(shù)據(jù)具有空間上的宏觀性，時(shí)間上的連續(xù)性和可獲取數(shù)據(jù)的全面性。而遙感技術(shù)正具備這一能力，它能夠以不同的時(shí)空尺度不斷地提供多種地表特征信息。但是與遙感衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)的能力相比，遙感數(shù)據(jù)的自動、定量化處理乃至對遙感數(shù)據(jù)信息的理解能力與對遙感數(shù)據(jù)的有效利用卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，這也是目前制約遙感發(fā)揮作用的瓶頸問題。因此，定量遙感逐漸成為遙感發(fā)展的主要方向。一、什么是定量遙感定量遙感或稱遙感量化遙感研究，主要指從對地觀測電磁波信號中定量

2、提取地表參數(shù)的技術(shù)和方法研究，區(qū)別于僅依靠經(jīng)驗(yàn)判讀的定性識別地物的方法。它有兩重含義：遙感信息在電磁波的不同波段內(nèi)給出的地表物質(zhì)的定量的物理量和準(zhǔn)確的空間位置；從這些定量的遙感信息中，通過實(shí)驗(yàn)的或物理的模型將遙感信息與地學(xué)參量聯(lián)系起來，定量的反演或推算某些地學(xué)或生物學(xué)信息。定量遙感不僅要進(jìn)行遙感建模與各種前向模型的研究，還要進(jìn)行各種反演模型和反演策略的研究。目前在國際上，越來越多的學(xué)者們認(rèn)識到遙感科學(xué)在地學(xué)從傳統(tǒng)定點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)到不同空間范圍多尺度空間轉(zhuǎn)換和地球系統(tǒng)科學(xué)研究中的不可替代作用。而遙感科學(xué)能夠在多遠(yuǎn)數(shù)據(jù)綜合集成及地學(xué)應(yīng)用方面

3、對地球系統(tǒng)科學(xué)研究發(fā)揮決定性作用。然而，相對快速發(fā)展的遙感技術(shù)而言，定量遙感的基礎(chǔ)研究仍嚴(yán)重不足。這對全世界遙感科學(xué)界都是一個(gè)挑戰(zhàn)，對我們來說則更多的是一種跨越發(fā)展的機(jī)遇。二、遙感模型分類：　　1.統(tǒng)計(jì)模型（即經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停夯陉懙乇砻孀兞亢瓦b感數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，對一系列的觀測數(shù)據(jù)做經(jīng)驗(yàn)性的統(tǒng)計(jì)描述或者進(jìn)行相關(guān)性分析，構(gòu)建遙感參數(shù)與地面觀測數(shù)據(jù)之間的線性回歸方程?！　?yōu)點(diǎn)：參數(shù)少；容易建立且可以有效概括從局部區(qū)域獲取的數(shù)據(jù)，簡便，適用性強(qiáng)；5　　缺點(diǎn)：有地域局限性，所以可移植性差；理論基礎(chǔ)不完備，缺乏對物理機(jī)理的足夠理解和認(rèn)識，參數(shù)之間

4、缺乏邏輯關(guān)系?！　?.物理模型：其模型參數(shù)具有明確物理意義，并試圖對作用機(jī)理進(jìn)行數(shù)學(xué)描述?！　?yōu)點(diǎn)：精度高，可移植性強(qiáng)；　　缺點(diǎn)：此模型通常為非線性的，所以方程復(fù)雜，實(shí)用性較差；并且在復(fù)雜問題考慮中會產(chǎn)生大量參數(shù)，其中有些參數(shù)無法獲取，從而采取近似，會產(chǎn)生誤差，而對非主要因素有過多忽略或假定也會產(chǎn)生誤差。3.半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停和怀錾鲜鰞煞N模型的優(yōu)點(diǎn)，回避其缺點(diǎn)。考慮經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和物理過程，其參數(shù)往往是經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，但有一定物理意義。三、定量遙感的四個(gè)研究方向：第一，在像元尺度上對基本物理定律進(jìn)行檢驗(yàn)及修正，開展尺度轉(zhuǎn)換研究，提高定量遙感精度。第二

5、，開展遙感與非遙感信息數(shù)據(jù)融合的模擬試驗(yàn)，探索地表時(shí)空多變要素的尺度轉(zhuǎn)換規(guī)律。第三，進(jìn)行多角度、多時(shí)相、多光譜相結(jié)合的混合像元分解和壓像元信息提?。贿\(yùn)用多階段的反演策略，提高反演的精度。第四，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用示范相結(jié)合，估算高難度的地表時(shí)空多變要素，推動相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。四、定量遙感反演：裝置在星體上的傳感器，它的可測參數(shù)一般為電磁波的屬性參數(shù)，也就是電磁輻射強(qiáng)度、偏振度、相位差等，而我們的目的是要從這些可測參數(shù)中獲得有關(guān)目標(biāo)的物理的、地理的、化學(xué)的、甚至生物學(xué)的狀態(tài)參數(shù)，所以在可測參數(shù)與目標(biāo)狀態(tài)參數(shù)間建立某種函數(shù)關(guān)系是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)參數(shù)反演

6、的關(guān)鍵一步，我們稱它為建模。定量遙感的反演問題，就是根據(jù)觀測信息和前向物理模型，求解或推算描述地面實(shí)況的應(yīng)用參數(shù)(或目標(biāo)參數(shù))。困難在于應(yīng)用參數(shù)往往不是控制遙感信息的主導(dǎo)因子，或者說是非敏感參數(shù)，只能為遙感信息提供弱信號。國際上堅(jiān)持“定量遙感反演的必要條件是獨(dú)立觀測的個(gè)數(shù)大于未知數(shù)的個(gè)數(shù)”(簡稱“第三公設(shè)”5)。地表是一個(gè)復(fù)雜的開放的巨系統(tǒng)，未知的參數(shù)幾乎是無窮的，而遙感數(shù)據(jù)總是有限的，并且這幾個(gè)參數(shù)往往不包括應(yīng)用所需的時(shí)空多變要素，導(dǎo)致了定量遙感與應(yīng)用需求之間巨大的缺口。五、遙感建模的尺度問題不同的自然現(xiàn)象有不同的最佳觀測距離和尺

7、度，并不一定是距離越近越好，觀測越細(xì)微越好，而是需要適當(dāng)?shù)木嚯x和比例尺，才能有效、完整地觀察。遙感具有多種不同的分辨率，遙感與應(yīng)用學(xué)科（如農(nóng)業(yè)、大氣、水文等）的尺度往往是有差異的，這已成為制約定量遙感發(fā)展的重要因素之一。遙感研究中一個(gè)重要的尺度問題是不同分辨率遙感圖像之間的關(guān)系。20年前，普遍流行一個(gè)誤解，就是：如果像元內(nèi)所有元素都是各向同性的漫反射表面，則像元一定也是漫反射表面。由于已經(jīng)觀察到大量地表像元的非漫反射特性，所以大量研究都致力于表面元素的非漫反射特性。當(dāng)時(shí)李小文為D.Simonett的研究生，用一個(gè)簡單的幾何光學(xué)模型說

8、明了像元的非漫反射特性主要是像元尺度上地表的三維結(jié)構(gòu)決定的，從而奠定了李小文-Strahler集合光學(xué)模型系列的基礎(chǔ)。互易原理是電磁學(xué)、光學(xué)的基本假設(shè)之一，是輻射傳輸理論的基石，曾被當(dāng)作檢驗(yàn)遙感數(shù)據(jù)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，但受到測量接的強(qiáng)烈反對，