遥感时谱理论及应用

课程编码：1802151404X3P2001H 英文名称：?Spatio-Temporal Spectrum Theory and Applications of Remote Sensing 课时：40 学分：2.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：张立福

"教学目的：
通过课程学习，使学生全面掌握遥感时谱理论的核心内涵与框架体系，理解时空谱一体化信息融合的必然趋势与科学原理；熟练掌握遥感多维数据获取、组织存储、融合重构、特征提取等关键技术方法；具备运用时谱理论解决地表覆盖分类、变化检测、环境监测等实际问题的能力；了解该领域的前沿挑战与发展方向，培养学生的学术创新思维与跨学科应用素养。
教学要求：
1.掌握遥感时谱的基本概念、物理与数学支撑，理解时谱理论与传统时序分析方法的差异优势；
2.熟练掌握多维数据格式（MDD）的体系结构、技术优势及应用规范，能运用MARS等相关软件进行数据管理与处理；
3.掌握时谱数据融合重构、特征提取挖掘的核心算法，具备设计简单数据处理流程的能力；
4.能够结合具体案例，运用时谱理论解决地表覆盖分类、生态环境监测等实际应用问题；
5.关注学科前沿动态，了解时谱理论与人工智能、全球变化研究的融合趋势，培养创新意识。"

1.遥感原理与应用，2.地理信息系统基础，3.高等数学，4.线性代数，5.概率论与数理统计，6.计算机基础与程序设计（Python/C++），7.数据结构

第一章 概述 张立福
第1节 遥感技术的发展历程 1.0学时
第2节 时空谱一体化信息融合的必然趋势 1.0学时
第二章 遥感时谱理论基础与框架 张立福
第1节 时谱基本概念与定义 0.8学时
第2节 时谱理论的物理基础 0.8学时
第3节 时谱理论的数学基础 0.4学时
第4节 时谱分析的技术框架 1.0学时
第5节 时谱理论与传统时序分析方法的比较优势 1.0学时
第三章 遥感多维数据获取、组织与存储 张立福
第1节 多源遥感数据获取与时空配准 1.0学时
第2节 时谱数据预处理技术 1.0学时
第3节 多维数据格式（MDD）的国际原创性概念与体系结构 1.0学时
第4节 MDD与传统数据格式的技术对比 1.0学时
第5节 MDD数据的存储、访问与高效管理策略 1.0学时
第6节 MDD数据的压缩技术 1.0学时
第7节 PCT发明专利及团体标准《遥感时空谱多维数据格式》解读 1.0学时
第8节 遥感时谱软件系统与平台操作基础 1.0学时
第四章 时谱数据融合与重构方法 张立福
第1节 时空谱一体化融合理论框架 1.0学时
第2节 基于MDD和3D卷积神经网络的时空融合方法 1.0学时
第3节 广义拉普拉斯金字塔在多维数据融合中的应用 1.0学时
第4节 缺失数据重构与时间序列插值技术 1.0学时
第五章 时谱特征提取与挖掘技术 张立福
第1节 时谱特征参量提取方法 1.0学时
第2节 高维时谱特征变换与降维技术 1.0学时
第3节 基于深度学习的时谱特征深度挖掘方法 2.0学时
第六章 时谱理论在地表覆盖分类中的应用 张立福
第1节 基于时谱特征的地表覆盖分类体系 1.0学时
第2节 年度尺度土地覆盖时间序列分类方法 1.0学时
第3节 案例研究：河北省邱县耕林园地分类 0.8学时
第4节 作物时谱物候特征分析 0.8学时
第5节 基于时谱的农作物分类与识别技术 0.4学时
第七章 时谱理论在变化检测中的应用 张立福
第1节 时谱变化检测原理与方法体系 0.6学时
第2节 伪变化消除与真实变化信息提取 0.6学时
第3节 常用的变化检测算法：BFAST、CCDC及Landtrendr 0.8学时
第4节 基于地物周期规律的时谱变化检测方法（CDGP） 0.4学时
第5节 案例研究：河北省邱县耕林园地变化检测 0.6学时
第6节 湖泊面积长时序变化监测：中国东部平原湖区案例分析 1.0学时
第八章 时谱理论在环境监测中的应用 张立福
第1节 水体环境时谱监测：以鄱阳湖枯水期地表覆盖变化为例 1.0学时
第2节 城市热环境与生态质量时谱监测 1.0学时
第3节 大气环境与污染扩散时谱分析 1.0学时
第4节 多要素协同的环境综合监测 1.0学时
第九章 前沿挑战与未来展望 张立福
第1节 多源数据时空一致性与数据融合挑战 1.0学时
第2节 深度学习在时谱分析中的瓶颈：网络鲁棒性、模型泛化与迁移能力 1.0学时
第3节 高时效性与高空间分辨率时谱分析的技术需求 1.0学时
第4节 时谱理论与新兴人工智能技术的融合 1.0学时
第5节 时谱理论支撑全球变化关键参数监测 1.0学时
第6节 时谱理论在新一代对地观测系统中的发展路径 1.0学时

张立福（中国科学院空天信息创新研究院），男，博士，二级研究员、博士生导师，中国科学院空天信息创新研究院高光谱研究室主任，学术带头人；担任中国遥感委员会副主席、秘书长，中国空间科学学会常务理事，中国遥感应用协会专家委员会副主任委员，中国测绘学会大数据与人工智能专业委员会副主任委员等，以及《遥感学报》编委，《武汉大学学报（信息科学版）》编委，国际刊物 Frontiers in Image、Image Capture 专栏主编
等多个学术兼职；作为国家重点研发项目首席科学家和国家自然科学基金重点基金负责人，主持完成国家和省部级各类研发项目 40 余项。发表论文 300 多篇，其中 SCI 论文120 多篇，授权专利 60 余项，PCT 国际专利 3 项，软著 60 余项。出版《高光谱遥感科学丛书》（6 册）等学术专著 6 部，立项团体标准 7 项。获 2016 年度中科院杰出科技成就奖突出贡献者、2018 年度国家科技进步二等奖（排名第 2）、2022 年度中国遥感优秀成果一等奖（排名第 1）、2024 年中国空间科学领域最美科技工作者、中国遥感委员会突出贡献奖等多个国家和省部级奖项。主持完成多个国家重点研发专项项目，国家自然科学基金重点基金、遥感卫星数据产品标准规范研制等多项研究项目。牵头制定《遥感时空谱多维数据格式》《紫外-可见-近红外水质光谱在线监测通用技术要求》等多项行业标准。带领团队研发的高光谱遥感技术成果已规模化应用于生态环境监测、精准农业管理及国防安全领域，有力推动高光谱技术产业化发展。