定量遥感

序

前言

第1章 遥感系统综述

1.1 引言

1.2 遥感平台与传感器系统

1.2.1 地球静止卫星

1.2.2 极地轨道卫星

1.2.3 美国的业务运行卫星计划

1.2.4 遥感传感器

1.2.5 遥感数据特征

1.3 数据传输与地面接收系统

1.4 数据处理系统

1.4.1 辐射标定

1.4.2 几何处理

1.4.3 图像质量增强

1.4.4 大气校正

1.4.5 影像融合与产品集成

1.5 地表参量制图

1.6 地表参量的定量估算

1.6.1 前向辐射模型

1.6.2 反演方法

1.7 高级数据产品的生产、归档和分发

1.8 产品验证

1.9 遥感应用

1.10 本章小结

参考文献

第一编 数据处理方法和技术

第2章 几何处理与定位技术

2.1 概述

2.2 卫星遥感影像几何检校

2.2.1 卫星遥感成像的系统误差源

2.2.2 卫星遥感影像试验场几何检校

2.3 单景遥感影像几何纠正

2.3.1 影像几何纠正模型

2.3.2 控制点布设

2.3.3 影像重采样

2.3.4 精度评定

2.4 遥感影像的几何配准

2.4.1 影像配准点的自动提取

2.4.2 影像配准的数学模型

2.5 数字地面模型的建立

2.5.1 DEM概念和结构模型

2.5.2 DEM数据预处理

2.5.3 DEM数据内插

2.6 正射影像的制作

2.6.1 框幅式中心投影影像的数字微分纠正

2.6.2 线阵列推扫遥感影像的数字微分纠正

2.6.3 正射影像镶嵌

2.7 本章小结

参考文献

第3章 数据合成、平滑和填补

3.1 多时相数据合成

3.1.1 植被指数的最大值合成法

3.1.2 波段反射率的最小值合成方法

3.1.3 MODIS植被指数合成法

3.1.4 地表温度最大值合成法

3.1.5 多种准则组合合成法

3.2 时间序列数据的平滑与填补

3.2.1 曲线拟合方法

3.2.2 基于生态分类的时间插值技术

3.2.3 时空滤波算法

3.2.4 基于小波变换的平滑与填补算法

3.3 本章小结

参考文献

第4章 遥感数据融合技术

4.1 遥感数据融合概述

4.1.1 多源数据融合模型与层次

4.1.2 融合评价标准

4.2 遥感像素级数据融合方法

4.2.1 基于变量替换技术融合方法

4.2.2 基于调制融合方法

4.2.3 基于多尺度分析的融合方法

4.3 遥感像素级数据融合统一模型

4.4 异构数据源融合技术

4.4.1 SAR影像与光学影像融合

4.4.2 LiDAR数据与光学影像融合

4.4.3 GIS数据与光学影像融合

4.5 本章小结

参考文献

第5章 光学影像的大气校正

5.1 大气效应概述

5.1.1 大气在定量遥感模型中的表征

5.1.2 大气的组成

5.1.3 电磁波与大气的相互作用

5.1.4 大气校正的主要内容

5.2 消除气溶胶参数影响的大气校正

5.2.1 基于光谱特征

5.2.2 基于时间序列影像

5.2.3 基于角度信息

5.2.4 基于空间特征匹配

5.2.5 基于偏振信息

5.3 消除水汽影响的校正算法

5.4 其他大气成分的影响

5.5 常用的大气校正模型和软件

5.5.1 MODTRAN模型

5.5.2 6S模型

5.5.3 FLAASH

5.5.4 ACTOR

5.5.5 ACORN

5.6 本章小结

参考文献

第二编 地表辐射收支参量估算

第6章 太阳辐射

6.1 基本概念

6.1.1 太阳辐射光谱

6.1.2 太阳常数

6.1.3 短波辐射和光合有效辐射

6.1.4 太阳辐射的削弱

6.1.5 地表辐射收支平衡

6.2 地表辐射观测网

6.2.1 辐射观测仪器

6.2.2 全球能量平衡数据库(GEBA)

6.2.3 基准地表辐射网(BSRN)

6.2.4 地表辐射能量收支观测网(SURFRAD)

6.2.5 陆地生态系统通量观测网(FLUXNET)

6.3 卫星遥感及GCM模型估算地表辐射

6.3.1 统计回归方法

6.3.2 物理模型参数化方法

6.3.3 查找表方法

6.3.4 GCMs模型辐射产品

6.3.5 全球辐射产品比较

6.4 总结与讨论

6.4.1 太阳辐射的时空变化

6.4.2 地形和高程对于辐射估算的影响

6.4.3 小结

参考文献

第7章 宽波段反照率

7.1 地表二向反射模型

7.1.1 地表二向反射与宽波段反照率的定义和关系

7.1.2 地表二向反射观测数据

7.1.3 地表二向反射模型

7.2 基于二向反射模型反演的反照率估算方法

7.2.1 二向反射模型反演及窄波段反照率计算

7.2.2 窄波段反照率向宽波段反照率转换

7.3 地表反照率直接估算方法

7.3.1 直接估算法概述

7.3.2 基于地表二向反射率数据的反照率估算方法

7.3.3 基于大气层顶反射率的方法

7.4 地表大气参数联合优化方法

7.4.1 基于暗目标大气校正的地表反照率反演方法

7.4.2 地表反照率和气溶胶光学厚度的联合优化方法

7.5 全球地表反照率产品和验证

7.5.1 全球地表反照率卫星遥感产品

7.5.2 反照率遥感反演产品验证中的尺度问题

7.6 全球陆面反照率时空分析

7.6.1 区域平均和月平均反照率的计算方法

7.6.2 全球反照率的时间变化

7.6.3 不同纬向带的地表反照率

7.6.4 不同地表类型的地表反照率

7.7 宽波段反照率研究中的问题和展望

参考文献

第8章 地表温度和热红外发射率

8.1 地表温度和发射率的定义

8.1.1 地表温度的定义

8.1.2 地表发射率的定义

8.2 地表平均温度估计方法

8.2.1 单波段热红外算法

8.2.2 分裂窗热红外算法

8.2.3 多波段热红外方法

8.2.4 微波方法

8.3 地表发射率估计方法

8.3.1 发射率测量方法

8.3.2 基于分类的方法

8.3.3 基于NDVI的方法

8.3.4 多波段方法

8.3.5 高光谱数据反演算法

8.3.6 地面长波宽波段发射率计算

8.4 温度与发射率产品

8.5 本章小结

参考文献

第9章 地表长波辐射收支

9.1 地表下行长波辐射

9.1.1 背景

9.1.2 基于大气廓线的方法

9.1.3 混合模型方法

9.1.4 基于气象数据的方法

9.2 地表上行长波辐射

9.2.1 温度发射率方法

9.2.2 混合模型

9.3 地表净长波辐射

9.4 地表辐射观测网络和现有的遥感地表长波辐射产品

9.4.1 地表长波辐射观测网络

9.4.2 现有地表长波辐射收支产品

9.5 本章小结

参考文献

第三编 生物物理和生物化学参数估算

第10章 冠层生化特性

10.1 遥感提取植被生化组分的原理与方法

10.1.1 植被生化组分遥感

10.1.2 遥感提取理论与方法简介

10.2 经验和半经验方法提取

10.2.1 叶片水平生化组分含量提取

10.2.2 叶绿素含量的半经验提取方法

10.3 理论模型反演

10.3.1 反演方法

10.3.2 叶片水平生化组分反演

10.3.3 冠层水平生化组分反演

10.3.4 光谱分辨率对反演生化组分含量的影响及波段选择

10.4 结论与讨论

参考文献

第11章 叶面积指数

11.1 LAI的定义与实测方法

11.1.1 LAI的直接测量法

11.1.2 LAI的间接估算法

11.2 统计方法

11.2.1 植被指数

11.2.2 基于植被指数的经验方法

11.3 冠层模型反演方法

11.3.1 辐射传输模型

11.3.2 优化技术

11.3.3 神经网络

11.3.4 遗传算法

11.3.5 贝叶斯网络

11.3.6 查找表方法

11.4 数据同化方法

11.4.1 四维变分数据同化方法

11.4.2 顺序同化算法方法

11.5 全球与区域LAI产品

11.5.1 MODIS LAI产品

11.5.2 CYCLOPES LAI产品

11.5.3 GLOBCARBON LAI产品

11.5.4 ECOCLIMAP LAI产品

11.5.5 GLASS LAI产品

11.5.6 CCRS LAI产品

11.6 LAI的时空变化

11.7 本章小结

参考文献

第12章 吸收光合有效辐射比例

12.1 FAPAR及相关概念

12.2 FAPAR野外测量方法

12.3 冠层FAPAR的Monte Carlo模拟

12.3.1 MC模拟原理

12.3.2 数据准备

12.3.3 MC模拟结果分析

12.4 FAPAR经验反演方法

12.4.1 基于LAI的经验算法

12.4.2 基于植被指数的经验算法

12.5 已有遥感FAPAR产品模型反演算法简介

12.5.1 MODIS FAPAR反演算法

12.5.2 JRC_FPAR反演方法

12.6 基于混合植被光谱模型的FAPAR反演方法

12.6.1 出发方程

12.6.2 与蒙特卡罗模拟结果对比分析

12.6.3 地面实验验证

12.6.4 FAPAR反演算法

12.7 案例研究

12.7.1 研究区与数据

12.7.2 基于多角度高光谱数据的FAPAR反演

12.7.3 基于多波段数据FAPAR遥感反演

12.8 本章小结

参考文献

第13章 植被覆盖度

13.1 简介

13.2 植被覆盖度地面测量

13.2.1 目估法

13.2.2 采样法

13.2.3 仪器测量法

13.2.4 地面实测样例和讨论

13.3 植被覆盖度的遥感估算

13.3.1 回归模型法

13.3.2 线性混合像元分解模型法

13.3.3 计算机学习法

13.4 现有植被覆盖度遥感产品

13.5 植被覆盖度估算面临的挑战和未来发展前景

参考文献

第14章 植被高度与垂直结构

14.1 植被高度与垂直结构的地面测量

14.1.1 单木高度的测量

14.1.2 林木高与胸径的关系

14.1.3 样地尺度平均树高的计算

14.2 基于小光斑Lidar的植被高度与垂直结构反演

14.2.1 小光斑Lidar林业遥感基本原理及森林参数反演

14.2.2 基于单木分割及参数估计

14.2.3 样地尺度参数估计

14.3 基于大光斑Lidar的植被高度与垂直结构反演

14.3.1 大光斑Lidar林业遥感基本原理及林业应用现状

14.3.2 大光斑Lidar森林参数反演方法

14.4 基于SAR数据的植被高度与垂直结构反演

14.4.1 雷达干涉测量原理

14.4.2 基于多频率干涉数据的植被高度提取

14.4.3 基于极化干涉技术的植被垂直结构提取

14.5 展望

参考文献

第15章 地上生物量

15.1 生物量

15.2 异速生长方法

15.3 光学遥感方法

15.3.1 植被指数方法

15.3.2 多元回归分析方法

15.3.3 最邻近方法

15.3.4 人工神经网络

15.4 激光雷达和雷达数据

15.4.1 激光雷达数据

15.4.2 雷达数据

15.5 基于多源数据的生物量反演

15.5.1 回归模型

15.5.2 非参数化算法

15.6 未来发展方向

参考文献

第16章 陆地生态系统植被生产力

16.1 植被生产力的概念

16.2 植被生产力的地面观测

16.2.1 生物学法

16.2.2 涡度相关通量方法

16.3 基于植被指数的统计模型

16.4 基于遥感资料的光能利用率模型

16.4.1 光能利用率模型原理

16.4.2 主要的光能利用率模型

16.4.3 不同光能利用率模型的差异

16.4.4 光能利用率模型的不足

16.5 动态全球植被模型

16.5.1 动态全球植被模型简介

16.5.2 遥感数据在动态全球植被模型中的作用

16.6 全球植被生产力的时空分布格局

16.7 本章小结

参考文献

第四编 水循环参量估算

第17章 降水

17.1 地表降雨测量技术

17.1.1 雨量计和测量网络

17.1.2 地基雷达

17.2 星载传感器降水反演算法

17.2.1 VIS/IR降水反演算法

17.2.2 PMW降水反演算法

17.2.3 雷达降水反演算法

17.2.4 多传感器联合反演降水算法

17.3 全球和区域数据集

17.3.1 TRMM

17.3.2 GSMaP

17.3.3 GPCP

17.4 全球降水的时空变化

17.5 展望

参考文献

第18章 陆面蒸散

18.1 引言

18.2 λE基础理论

18.2.1 莫宁奥布霍夫相似理论

18.2.2 Penman-Monteith公式

18.3 λE的遥感反演方法

18.3.1 单源模型

18.3.2 双源模型

18.3.3 Ts-VI特征空间方法

18.3.4 经验模型

18.3.5 经验Penman-Monteith(P-M)公式

18.3.6 数据同化方法

18.4 遥感模型的标定和检验

18.4.1 涡度相关(EC)技术

18.4.2 波文比能量平衡方法(BR)

18.4.3 闪烁仪方法

18.5 结论与讨论

参考文献

第19章 土壤水分

19.1 简介

19.2 传统的SMC测量技术

19.3 微波遥感方法

19.3.1 被动微波遥感

19.3.2 主动微波遥感

19.4 光学和热红外遥感方法

19.4.1 三角法

19.4.2 梯形法

19.4.3 温度-植被干旱指数法

19.4.4 热惯量(TI)法

19.5 土壤水分剖面估计

19.6 不同遥感技术的比较

19.7 可用的数据集及其时空变化

19.7.1 地表站点观测数据

19.7.2 微波遥感数据

19.7.3 基于观测数据驱动的陆表模型估计数据

19.8 本章小结

参考文献

第20章 雪水当量

20.1 被动微波雪水当量反演

20.1.1 辐射传输理论

20.1.2 被动微波雪水当量反演算法

20.2 主动微波积雪参数遥感反演

20.2.1 积雪覆盖地表微波后向散射模型

20.2.2 积雪水当量反演算法

20.3 可见光雪深反演研究

20.4 本章小结

参考文献

第21章 蓄水量

21.1 水量平衡法

21.2 水域面积水位法

21.2.1 基于水域面积和水位的地表蓄水量估算原理

21.2.2 水域面积水位法在蓄水量研究中的应用

21.3 GRACE法

21.3.1 GRACE卫星简介

21.3.2 基于GRACE的蓄水量估算原理

21.3.3 GRACE数据集及其在蓄水量研究中的应用

21.4 讨论与展望

参考文献

第五编 高级遥感数据产品生产和应用示例

第22章 高级陆地产品融合方法

22.1 引言

22.1.1 高级产品融合综述

22.1.2 一个简单模型

22.2 地统计学方法

22.2.1 随机过程概述

22.2.2 最优插值方法

22.2.3 贝叶斯最大熵方法

22.3 多尺度树方法

22.3.1 方法

22.3.2 案例研究

22.4 基于经验正交函数的方法

22.4.1 DINEOF方法简介

22.4.2 DINEOF在数据融合中的应用

22.4.3 案例研究

22.5 本章小结

参考文献

第23章 遥感高级产品生产和数据管理系统

23.1 遥感产品生产和数据库管理概况

23.2 系统硬件

23.3 产品生产系统

23.3.1 生产任务管理

23.3.2 高性能计算

23.3.3 质量检测

23.3.4 系统监控

23.4 遥感数据管理系统

23.4.1 文件的命名、格式和科学数据集的结构

23.4.2 遥感数据的计算机存储和目录结构

23.4.3 遥感数据的元数据库

23.5 本章小结

参考文献

第24章 土地覆盖和土地利用变化

24.1 引言

24.2 城市化

24.2.1 城市区域绘制

24.2.2 监测城市扩展

24.2.3 城市热岛效应

24.2.4 城市化对净初级生产力的影响

24.2.5 城市化对空气质量的影响

24.3 集约农业

24.3.1 作物区提取

24.3.2 农田变化检测

24.3.3 灌溉农业区绘制

24.3.4 作物残茬覆盖度估算

24.3.5 农作物秸秆焚烧监测

24.3.6 农田变化的对地表参数和环境的影响

24.4 森林覆盖变化

24.4.1 森林变化制图

24.4.2 森林变化的气候效应

24.4.3 应用实例

24.5 本章小结

参考文献

彩图

本书论述从遥感观测数据提取地表特征参量信息的定量遥感理念和算法技术，综合介绍近年来定量遥感研究的主要成果和最新进展。本书在绪论中通过概述遥感系统构成，综述全书内容、提示各章之间的联系，第一编介绍遥感辐射和几何信息的定量处理技术和重构高质量、时空连续遥感数据的方法，第二编至第四编分别针对地表辐射收支参量、生物物理和生物化学参数和水循环参量，重点讲解利用可见光、红外、微波波段和雷达遥感观测数据提取近20种地表参量的原理与方法，第五编主要介绍高级数据产品的集成估算方法、遥感数据产品生成系统与应用示例。全书包括了约500张图表、提供了近1700篇参考文献。本书可以作为地理信息科学相关专业的高年级本科生和研究生教材，其中第二编到第五编的内容相对独立，每一编均可以单独用于教学。本书也可以作为一部参考书，服务于对遥感数据使用和应用有兴趣的读者。本书的最佳读者是已经修过有关遥感概论相关课程的人，对于只有少量遥感知识的读者来说，阅读本书也是有帮助的。