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定量遥感实验

本书入选“中国科学院大学研究生教材系列”，并获得中国科学院大学教材出版中心资助。

“《定量遥感实验》这本教材，是我熟知的国内几位长时间坚持从事定量遥感实验观测与研究的中青年科学家编撰的，是在老一辈科学家的传承的基础上，他们长期坚持遥感基础研究的实践总结，很全面和具体。相信本书出版对于遥感从业者深入了解遥感并指导其开展遥感实验观测与科学研究具有重要意义。”

—— 徐冠华

中国科学院院士

近年来，遥感与地面实测数据的融合、渗透和统一，以及多源遥感数据与陆表过程模型的同化，为地球科学、环境科学、生命科学等研究提供了新的科学方法和技术手段，促使地学的研究范围、性质和方法发生了重大变化，推动了以全球观测和系统观测为特点，以全球变化多学科交叉研究为重点的地球系统科学的发展，为解决全球变化问题提供了有效途径。

遥感科学发展至今还有许多难以攻克的前沿问题，如发展了一系列地表的反射率模型、热红外辐射模型、微波发射率模型和雷达后向散射模型，但大部分模型都不符合模型简单化原则，非常复杂，涉及大量难以观测的变量，使模型的参数反演很难实现；模型的时空尺度效应、模型的方向性等问题尚未得到很好的解决；虽然遥感中尺度问题的重要性已经得到普遍的认识，但我们对很多遥感物理过程的尺度效应机理的认识还非常有限，缺乏有效的尺度转换手段。将遥感的瞬时观测数据与反演要素所需的时空动态过程模型结合，可以有效提高参数反演的精度和反演结果物理上的一致性，如何耦合遥感物理模型和陆面过程模型、遥感观测数据和陆面过程模型尺度的匹配问题、同化过程中背景场的构建和更新机制、先验知识的获取和构建等问题的综合研究还未系统开展。

发展对地观测系统，开展各种地表遥感观测实验是遥感科学基础研究的重要工作内容。遥感是一门交叉学科，涉及传感器、信号处理、辐射传输、计算机、信息提取等诸多领域，很多场景下难以用定量方式推导信息传递过程。因此，遥感科学通常的研究方法，无论是简单的统计回归，还是复杂的物理模型反演，都离不开地面完备的实验数据支持。

加强遥感基础理论研究也是推动我国成为卫星遥感应用世界强国的必要内容，是推动遥感科学深入发展、实现国家中长期规划目标的重要保障；日益严重的生态环境危机，迫切需要尽快发展地球综合观测技术，开发生态和环境监测与预警技术，大幅度提高改善环境质量的科技支撑能力。

定量遥感实验是遥感基础理论研究的重要一环，是拓展对地观测新方法、探索定量遥感新理论、建立新模型与反演方法的重要手段。同时，地面遥感观测是对地观测天-空-地一体化中重要的组成部分，在应用过程中承担着数据定标与产品检验等诸多任务，也是获取重点区域目标特性的重要技术手段。随着无线传感器网络、无人机等新型遥感手段的迅速发展和日益成熟，地面遥感的观测能力逐步得到增强，已经成为促进遥感应用落地的重要因素。

遥感实验是衔接定量遥感基础研究与应用研究的重要途径。地物波谱特性的测量以及基于测量建立的地物波谱知识库为我们认识地物的属性特征提供了重要的信息。越来越多的研究表明，利用地物在不同波段的反射、辐射、散射和透射特征来提取地物信息，其理论基础在于对地物的波谱特性的认识。通过实验获取地物的波谱特征和方向特征，才能精确刻画地表的辐射和散射特性。作为面向地表生态环境时空特征参数的定量遥感中急需解决的关键科学问题之一，定量遥感实验可以验证定量遥感模型与遥感数据产品的质量和可用性，促进定量遥感学科体系的建设与深化。

发展地基的生态环境遥感监测技术，从单一的地面到天-空-地一体化协同监测，从局地到大尺度监测，从定点单次观测到时空连续监测，从依赖特定单颗卫星断续观测到实现多源卫星组成虚拟星座连续监测，是遥感科学与技术发展的趋势，也是国家对对地观测能力的重大需求。《中国全球综合地球观测系统（GEOSS）十年发展战略规划》中已经提出积极参加全球地球综合观测计划，构建由天、空、地三个层次观测平台组成的先进的国家对地观测系统，形成对地球大气、陆地、海洋的综合观测体系。

本书汇集了国家重点基础研究发展计划项目“陆表生态环境要素主被动遥感协同反演理论与方法”、国家科技基础性工作专项“测绘地物波谱本底数据库建设”、国家自然科学基金重点项目“黑河流域生态-水文过程综合遥感观测试验：航空光学遥感”中遥感实验原理及观测技术与方法等重要研究成果。

本书取材于编著者们多年的定量遥感试验工作实践，也凝练了笔者在中国科学院大学进行遥感实验后多年教学实践的讲义，系统性地介绍了地基遥感实验相关的理论与技术方法。本书可以作为地图学与地理信息系统专业博士、硕士研究生的实验课程教材，也可以作为相关专业研究生的学位课、选修课教材；通过教学使学生掌握遥感实验方案的设计、实验相关规范、实验仪器的使用，以及数据处理、分析方法。本书也可以为从事遥感相关行业的相关科研人员提供参考资料。