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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 FLAASH111

5.5.4 ACTOR112

5.5.5 ACORN112

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 TRMM505

17.3.2 GSMaP510

17.3.3 GPCP512

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