定量遥感 理念与算法PDF电子书下载

第1章 遥感系统综述 1

1.1引言 1

1.2遥感平台与传感器系统 2

1.2.1地球静止卫星 2

1.2.2极地轨道卫星 4

1.2.3美国的业务运行卫星计划 5

1.2.4遥感传感器 6

1.2.5遥感数据特征 7

1.3数据传输与地面接收系统 11

1.4数据处理系统 11

1.4.1辐射标定 12

1.4.2几何处理 12

1.4.3图像质量增强 14

1.4.4大气校正 14

1.4.5影像融合与产品集成 16

1.5地表参量制图 17

1.6地表参量的定量估算 18

1.6.1前向辐射模型 18

1.6.2反演方法 21

1.7高级数据产品的生产、归档和分发 22

1.8产品验证 23

1.9遥感应用 24

1.10本章小结 25

参考文献 25

第一编 数据处理方法和技术 29

第2章 几何处理与定位技术 29

2.1概述 29

2.2卫星遥感影像几何检校 31

2.2.1卫星遥感成像的系统误差源 31

2.2.2卫星遥感影像试验场几何检校 37

2.3单景遥感影像几何纠正 38

2.3.1影像几何纠正模型 38

2.3.2控制点布设 45

2.3.3影像重采样 45

2.3.4精度评定 47

2.4遥感影像的几何配准 48

2.4.1影像配准点的自动提取 48

2.4.2影像配准的数学模型 53

2.5数字地面模型的建立 54

2.5.1 DEM概念和结构模型 54

2.5.2 DEM数据预处理 55

2.5.3 DEM数据内插 57

2.6正射影像的制作 58

2.6.1框幅式中心投影影像的数字微分纠正 58

2.6.2线阵列推扫遥感影像的数字微分纠正 60

2.6.3正射影像镶嵌 61

2.7本章小结 65

参考文献 65

第3章 数据合成、平滑和填补 68

3.1多时相数据合成 68

3.1.1植被指数的最大值合成法 68

3.1.2波段反射率的最小值合成方法 69

3.1.3 MODIS植被指数合成法 69

3.1.4地表温度最大值合成法 71

3.1.5多种准则组合合成法 71

3.2时间序列数据的平滑与填补 72

3.2.1曲线拟合方法 73

3.2.2基于生态分类的时间插值技术 75

3.2.3时空滤波算法 76

3.2.4基于小波变换的平滑与填补算法 78

3.3本章小结 79

参考文献 79

第4章 遥感数据融合技术 82

4.1遥感数据融合概述 82

4.1.1多源数据融合模型与层次 82

4.1.2融合评价标准 84

4.2遥感像素级数据融合方法 84

4.2.1基于变量替换技术融合方法 86

4.2.2基于调制融合方法 87

4.2.3基于多尺度分析的融合方法 89

4.3遥感像素级数据融合统一模型 92

4.4异构数据源融合技术 94

4.4.1 SAR影像与光学影像融合 94

4.4.2 LiDAR数据与光学影像融合 95

4.4.3 GIS数据与光学影像融合 95

4.5本章小结 96

参考文献 97

第5章 光学影像的大气校正 100

5.1大气效应概述 100

5.1.1大气在定量遥感模型中的表征 100

5.1.2大气的组成 100

5.1.3电磁波与大气的相互作用 101

5.1.4大气校正的主要内容 102

5.2消除气溶胶参数影响的大气校正 103

5.2.1基于光谱特征 103

5.2.2基于时间序列影像 105

5.2.3基于角度信息 106

5.2.4基于空间特征匹配 108

5.2.5基于偏振信息 108

5.3消除水汽影响的校正算法 109

5.4其他大气成分的影响 110

5.5常用的大气校正模型和软件 110

5.5.1 MODTRAN模型 111

5.5.2 6S模型 111

5.5.3 FLAASH 111

5.5.4 ACTOR 112

5.5.5 ACORN 112

5.6本章小结 112

参考文献 113

第二编 地表辐射收支参量估算 117

第6章 太阳辐射 117

6.1基本概念 117

6.1.1太阳辐射光谱 117

6.1.2太阳常数 117

6.1.3短波辐射和光合有效辐射 118

6.1.4太阳辐射的削弱 119

6.1.5地表辐射收支平衡 119

6.2地表辐射观测网 120

6.2.1辐射观测仪器 120

6.2.2全球能量平衡数据库（GEBA） 121

6.2.3基准地表辐射网（BSRN） 121

6.2.4地表辐射能量收支观测网（SURFRAD） 121

6.2.5陆地生态系统通量观测网（FLUXNET） 123

6.3卫星遥感及GCM模型估算地表辐射 125

6.3.1统计回归方法 126

6.3.2物理模型参数化方法 128

6.3.3查找表方法 140

6.3.4 GCMs模型辐射产品 148

6.3.5全球辐射产品比较 150

6.4总结与讨论 152

6.4.1太阳辐射的时空变化 152

6.4.2地形和高程对于辐射估算的影响 155

6.4.3小结 156

参考文献 156

第7章 宽波段反照率 161

7.1地表二向反射模型 161

7.1.1地表二向反射与宽波段反照率的定义和关系 161

7.1.2地表二向反射观测数据 166

7.1.3地表二向反射模型 172

7.2基于二向反射模型反演的反照率估算方法 177

7.2.1二向反射模型反演及窄波段反照率计算 177

7.2.2窄波段反照率向宽波段反照率转换 179

7.3地表反照率直接估算方法 181

7.3.1直接估算法概述 181

7.3.2基于地表二向反射率数据的反照率估算方法 182

7.3.3基于大气层顶反射率的方法 187

7.4地表-大气参数联合优化方法 190

7.4.1基于暗目标大气校正的地表反照率反演方法 190

7.4.2地表反照率和气溶胶光学厚度的联合优化方法 192

7.5全球地表反照率产品和验证 194

7.5.1全球地表反照率卫星遥感产品 194

7.5.2反照率遥感反演产品验证中的尺度问题 197

7.6全球陆面反照率时空分析 198

7.6.1区域平均和月平均反照率的计算方法 199

7.6.2全球反照率的时间变化 199

7.6.3不同纬向带的地表反照率 204

7.6.4不同地表类型的地表反照率 205

7.7宽波段反照率研究中的问题和展望 207

参考文献 208

第8章 地表温度和热红外发射率 214

8.1地表温度和发射率的定义 214

8.1.1地表温度的定义 214

8.1.2地表发射率的定义 216

8.2地表平均温度估计方法 217

8.2.1单波段热红外算法 219

8.2.2分裂窗热红外算法 220

8.2.3多波段热红外方法 222

8.2.4微波方法 224

8.3地表发射率估计方法 225

8.3.1发射率测量方法 225

8.3.2基于分类的方法 226

8.3.3基于NDVI的方法 226

8.3.4多波段方法 227

8.3.5高光谱数据反演算法 230

8.3.6地面长波宽波段发射率计算 239

8.4温度与发射率产品 241

8.5本章小结 242

参考文献 243

第9章 地表长波辐射收支 248

9.1地表下行长波辐射 248

9.1.1背景 248

9.1.2基于大气廓线的方法 249

9.1.3混合模型方法 250

9.1.4基于气象数据的方法 257

9.2地表上行长波辐射 261

9.2.1温度-发射率方法 261

9.2.2混合模型 261

9.3地表净长波辐射 265

9.4地表辐射观测网络和现有的遥感地表长波辐射产品 265

9.4.1地表长波辐射观测网络 266

9.4.2现有地表长波辐射收支产品 267

9.5本章小结 269

参考文献 269

第三编 生物物理和生物化学参数估算 275

第10章 冠层生化特性 275

10.1遥感提取植被生化组分的原理与方法 275

10.1.1植被生化组分遥感 275

10.1.2遥感提取理论与方法简介 281

10.2经验和半经验方法提取 285

10.2.1叶片水平生化组分含量提取 285

10.2.2叶绿素含量的半经验提取方法 294

10.3理论模型反演 299

10.3.1反演方法 299

10.3.2叶片水平生化组分反演 301

10.3.3冠层水平生化组分反演 307

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 309

10.4结论与讨论 312

参考文献 313

第11章 叶面积指数 317

11.1 LAI的定义与实测方法 317

11.1.1 LAI的直接测量法 318

11.1.2 LAI的间接估算法 318

11.2统计方法 321

11.2.1植被指数 321

11.2.2基于植被指数的经验方法 322

11.3冠层模型反演方法 322

11.3.1辐射传输模型 322

11.3.2优化技术 326

11.3.3神经网络 328

11.3.4遗传算法 331

11.3.5贝叶斯网络 333

11.3.6查找表方法 336

11.4数据同化方法 338

11.4.1四维变分数据同化方法 338

11.4.2顺序同化算法方法 340

11.5全球与区域LAI产品 342

11.5.1 MODIS LAI产品 342

11.5.2 CYCLOPES LAI产品 343

11.5.3 GLOBCARBON LAI产品 343

11.5.4 ECOCLIMAP LAI产品 343

11.5.5 GLASS LAI产品 344

11.5.6 CCRS LAI产品 344

11.6 LAI的时空变化 344

11.7本章小结 346

参考文献 346

第12章 吸收光合有效辐射比例 349

12.1 FAPAR及相关概念 349

12.2 FAPAR野外测量方法 351

12.3冠层FAPAR的Monte Carlo模拟 352

12.3.1 MC模拟原理 352

12.3.2数据准备 354

12.3.3 MC模拟结果分析 354

12.4 FAPAR经验反演方法 358

12.4.1基于LAI的经验算法 359

12.4.2基于植被指数的经验算法 359

12.5已有遥感FAPAR产品模型反演算法简介 361

12.5.1 MODIS FAPAR反演算法 362

12.5.2 JRC_FPAR反演方法 364

12.6基于混合植被光谱模型的FAPAR反演方法 365

12.6.1出发方程 366

12.6.2与蒙特卡罗模拟结果对比分析 367

12.6.3地面实验验证 369

12.6.4 FAPAR反演算法 370

12.7案例研究 372

12.7.1研究区与数据 372

12.7.2基于多角度高光谱数据的FAPAR反演 372

12.7.3基于多波段数据FAPAR遥感反演 375

12.8本章小结 377

参考文献 378

第13章 植被覆盖度 382

13.1简介 382

13.2植被覆盖度地面测量 383

13.2.1目估法 383

13.2.2采样法 383

13.2.3仪器测量法 384

13.2.4地面实测样例和讨论 386

13.3植被覆盖度的遥感估算 389

13.3.1回归模型法 389

13.3.2线性混合像元分解模型法 392

13.3.3计算机学习法 395

13.4现有植被覆盖度遥感产品 398

13.5植被覆盖度估算面临的挑战和未来发展前景 399

参考文献 400

第14章 植被高度与垂直结构 404

14.1植被高度与垂直结构的地面测量 404

14.1.1单木高度的测量 404

14.1.2林木高与胸径的关系 406

14.1.3样地尺度平均树高的计算 407

14.2基于小光斑Lidar的植被高度与垂直结构反演 408

14.2.1小光斑Lidar林业遥感基本原理及森林参数反演 408

14.2.2基于单木分割及参数估计 411

14.2.3样地尺度参数估计 412

14.3基于大光斑Lidar的植被高度与垂直结构反演 415

14.3.1大光斑Lidar林业遥感基本原理及林业应用现状 415

14.3.2大光斑Lidar森林参数反演方法 416

14.4基于SAR数据的植被高度与垂直结构反演 417

14.4.1雷达干涉测量原理 417

14.4.2基于多频率干涉数据的植被高度提取 418

14.4.3基于极化干涉技术的植被垂直结构提取 419

14.5展望 428

参考文献 429

第15章 地上生物量 433

15.1生物量 433

15.2异速生长方法 434

15.3光学遥感方法 437

15.3.1植被指数方法 438

15.3.2多元回归分析方法 439

15.3.3最邻近方法 441

15.3.4人工神经网络 443

15.4激光雷达和雷达数据 445

15.4.1激光雷达数据 445

15.4.2雷达数据 448

15.5基于多源数据的生物量反演 453

15.5.1回归模型 454

15.5.2非参数化算法 455

15.6未来发展方向 457

参考文献 458

第16章 陆地生态系统植被生产力 466

16.1植被生产力的概念 466

16.2植被生产力的地面观测 467

16.2.1生物学法 467

16.2.2涡度相关通量方法 469

16.3基于植被指数的统计模型 470

16.4基于遥感资料的光能利用率模型 472

16.4.1光能利用率模型原理 472

16.4.2主要的光能利用率模型 472

16.4.3不同光能利用率模型的差异 479

16.4.4光能利用率模型的不足 480

16.5动态全球植被模型 484

16.5.1动态全球植被模型简介 485

16.5.2遥感数据在动态全球植被模型中的作用 486

16.6全球植被生产力的时空分布格局 488

16.7本章小结 490

参考文献 490

第四编 水循环参量估算 497

第17章 降水 497

17.1地表降雨测量技术 497

17.1.1雨量计和测量网络 497

17.1.2地基雷达 498

17.2星载传感器降水反演算法 500

17.2.1 VIS/IR降水反演算法 501

17.2.2 PMW降水反演算法 501

17.2.3雷达降水反演算法 503

17.2.4多传感器联合反演降水算法 503

17.3全球和区域数据集 505

17.3.1 TRMM 505

17.3.2 GSMaP 510

17.3.3 GPCP 512

17.4全球降水的时空变化 514

17.5展望 517

参考文献 517

第18章 陆面蒸散 520

18.1引言 520

18.2 λE基础理论 524

18.2.1莫宁-奥布霍夫相似理论 524

18.2.2 Penman-Monteith公式 525

18.3 λE的遥感反演方法 527

18.3.1单源模型 529

18.3.2双源模型 530

18.3.3 Ts-VI特征空间方法 532

18.3.4经验模型 534

18.3.5经验Penman-Monteith（P-M）公式 536

18.3.6数据同化方法 536

18.4遥感模型的标定和检验 537

18.4.1涡度相关（EC）技术 537

18.4.2波文比能量平衡方法（BR） 539

18.4.3闪烁仪方法 540

18.5结论与讨论 541

参考文献 542

第19章 土壤水分 551

19.1简介 551

19.2传统的SMC测量技术 552

19.3微波遥感方法 554

19.3.1被动微波遥感 554

19.3.2主动微波遥感 559

19.4光学和热红外遥感方法 561

19.4.1三角法 562

19.4.2梯形法 564

19.4.3温度-植被干旱指数法 564

19.4.4热惯量（TI）法 565

19.5土壤水分剖面估计 567

19.6不同遥感技术的比较 568

19.7可用的数据集及其时空变化 568

19.7.1地表站点观测数据 568

19.7.2微波遥感数据 569

19.7.3基于观测数据驱动的陆表模型估计数据 571

19.8本章小结 571

参考文献 572

第20章 雪水当量 574

20.1被动微波雪水当量反演 574

20.1.1辐射传输理论 575

20.1.2被动微波雪水当量反演算法 581

20.2主动微波积雪参数遥感反演 593

20.2.1积雪覆盖地表微波后向散射模型 594

20.2.2积雪水当量反演算法 596

20.3可见光雪深反演研究 600

20.4本章小结 602

参考文献 604

第21章 蓄水量 608

21.1水量平衡法 608

21.2水域面积-水位法 609

21.2.1基于水域面积和水位的地表蓄水量估算原理 609

21.2.2水域面积-水位法在蓄水量研究中的应用 613

21.3 GRACE法 614

21.3.1 GRACE卫星简介 614

21.3.2基于GRACE的蓄水量估算原理 615

21.3.3 GRACE数据集及其在蓄水量研究中的应用 616

21.4讨论与展望 617

参考文献 618

第五编 高级遥感数据产品生产和应用示例 623

第22章 高级陆地产品融合方法 623

22.1引言 623

22.1.1高级产品融合综述 625

22.1.2一个简单模型 626

22.2地统计学方法 627

22.2.1随机过程概述 627

22.2.2最优插值方法 628

22.2.3贝叶斯最大熵方法 633

22.3多尺度树方法 635

22.3.1方法 636

22.3.2案例研究 637

22.4基于经验正交函数的方法 638

22.4.1 DINEOF方法简介 638

22.4.2 DINEOF在数据融合中的应用 640

22.4.3案例研究 640

22.5本章小结 642

参考文献 642

第23章 遥感高级产品生产和数据管理系统 647

23.1遥感产品生产和数据库管理概况 647

23.2系统硬件 648

23.3产品生产系统 649

23.3.1生产任务管理 650

23.3.2高性能计算 651

23.3.3质量检测 652

23.3.4系统监控 654

23.4遥感数据管理系统 654

23.4.1文件的命名、格式和科学数据集的结构 654

23.4.2遥感数据的计算机存储和目录结构 656

23.4.3遥感数据的元数据库 656

23.5本章小结 657

参考文献 657

第24章 土地覆盖和土地利用变化 658

24.1引言 658

24.2城市化 659

24.2.1城市区域绘制 659

24.2.2监测城市扩展 663

24.2.3城市热岛效应 665

24.2.4城市化对净初级生产力的影响 667

24.2.5城市化对空气质量的影响 668

24.3集约农业 672

24.3.1作物区提取 672

24.3.2农田变化检测 673

24.3.3灌溉农业区绘制 675

24.3.4作物残茬覆盖度估算 678

24.3.5农作物秸秆焚烧监测 681

24.3.6农田变化的对地表参数和环境的影响 683

24.4森林覆盖变化 688

24.4.1森林变化制图 688

24.4.2森林变化的气候效应 694

24.4.3应用实例 700

24.5本章小结 708

参考文献 709