第一章--遥感原理

2013-2014(1)资源与环境学院罗欣UESTC遥感应用分析原理与方法AssessmentItemPercentageDescription1Performance10%Attendance,etc.2Assignments20%Qualityandquantity.3FinalExamination70%闭卷、笔试GradingPolicy3第一节概论遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性探测技术；遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、数学和地理学密切相关；遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境资源的调查和规划不可缺少的有效手段。4一、遥感概念从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。11/5/20196遥感观测系统1、宏观性、综合性：覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185×185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。三、遥感的特性波段的延长使对地球的观测走向了全天候。光谱分辨率：指传感器所选用的波段数量的多少（通道数）、各波段的波长位置（中心波长）、及波长间隔的大小（带宽）。2、多波段性三、遥感的特性9103、多尺度性（空间）空间（地面）分辨率：遥感图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，即传感器能够把两个目标作为清晰的实体，记录下两个目标物之间最小的距离，是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。通常用像元大小、像解率或视场角（IFOV）来表示。11MODIS（500m）北京地区（几何纠正后）12TM（30m）13SPOT（5m）ALOS（2.5m）15QuickBird（0.62m）0.5米的WorldviewGeoeye（0.41m）18航拍（0.12m）4、多时相性重复探测，有利于进行动态分析。LasVegas,1992LasVegas,1986LasVegas,1972三、遥感的特性201、按运载工具分地面遥感航空遥感航天遥感四、遥感的分类2122近地面遥感23遥感飞机2425航天器26卫星272、按电磁波段分：可见光遥感、红外遥感、微波遥感28北京，1999年10月22日29InfraredImageofAlaska,centeredat58N,150W,at4.4kmresolution.30雷达图像313、按工作方式分五、遥感发展概况与展望1、遥感发展概况照相机、气球、飞机构成初期遥感技术系统。1962年在美国密歇根大学召开的第一次国际环境遥感讨论会上，美国海军研究局的EretynPruitt（伊·普鲁伊特）首次提出“RemoteSensing”一词，会后被普遍采用至今。二次大战中的航空侦察促进了航空摄影技术的发展。20世纪60年代以来，苏美空间技术竟相发展，分别发射了一系列的空间计划卫星，促进了航天遥感技术的发展。1903，WrightBrothers发明了飞机，使航空摄影测量成为可能。AerialphotographyinWorldWarIFigureClose-upviewofaworldwarIFigureVerticalphotographyofWorldWarItrenchesinEurope.2、我国遥感发展概况50年代航空摄影和应用工作。60年代，航空摄影工作初具规模，应用范围不断扩大。70年代，腾冲遥感实验获得巨大成功。70年04月24日发射第一颗人造地球卫星。80年代是大发展阶段。目前，某些方面已经进入世界先进水平行列。五、遥感发展概况与展望3、当前遥感发展主要特点与展望多国发射卫星的局面已经形成。高分辨率小型商业卫星发展迅速。雷达卫星遥感日益受到青睐星载主动式遥感的发展，是探测手段更趋多样化。高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容。高光光谱分辨率传感器是指既能对目标物成像有可以测量目标物光谱特性的光学传感器。遥感应用不断深化五、遥感发展概况与展望38总体发展趋势多星协同；空间分辨率的提高；光谱分辨率的提高，高光谱遥感的发展；二维信息向三维信息的发展；遥感图像处理算法的发展；定量遥感的发展；自动化信息提取及应用的扩展。五、遥感发展概况与展望六、遥感的应用遥感应用从内容上可以概括为：资源调查与应用环境监测评价区域分析规划全球宏观研究应用方法定性：监测、评估定量：模型、反演40六、遥感的应用1、遥感在资源调查方面的应用（1）在农业、林业方面的应用：农、林土地资源调查、病虫害、土壤干旱、盐化沙化的调查及监测。土地利用类型调查精细农业作物估产“三北”防护林遥感综合调查……六、遥感的应用北京地区土地利用变化75年91年97年城镇农田灌草地水域林地草地43土地覆盖变化监测45国家气象中心46农业结构的调整左图是1995年时，土地用来种植农作物，右图是1999年时，土地已经被利用来养鱼，通过遥感的手段，能够掌握土地利用变化的情况，并估计各农产品产量47（2）遥感在地质矿产方面的应用客观真实地反映各种地质现象，形象地反映区域地质构造,地质找矿工程地质、地震地质、水文地质和灾害地质。六、遥感的应用49（3）在水文、水资源方面的应用：水资源调查、流域规划、水土流失调查、海洋调查等。六、遥感的应用青藏高原水资源调查三峡工程南水北调……51（4）遥感在环境监测评价等方面的应用在环境监测方面的应用污染物位置、性质、动态变化及对环境的影响；环境制图长江三峡库区环境本底调查、环境演变分析、动态监测等。在对抗自然灾害中的应用灾害性天气的预报旱情、洪水、滑坡、泥石流和病虫害森林火灾六、遥感的应用5659水灾图60火情监测图61监测沙尘暴灾害622006年05月14日四川北川县2008年05月14日四川北川县地震灾情评估（5）在区域分析及建设规划方面的应用区域性是地理学的重要特点。腾冲、长春、三北防护林等都是遥感区域分析的典范。城市化和城市遥感的兴起：城市土地利用、环境监测、道路交通分析、环境地质、城市规划等。六、遥感的应用上海城市发展（6）遥感在全球性宏观研究中的应用全球性问题与全球性研究（GlobalStudy）人口问题、资源危机、环境恶化等。利用GPS监测和研究板块的运移；深大断裂活动；全球性气候研究和灾情预报；世界冰川的进退。六、遥感的应用南半球四季海冰监测渤海湾海冰监测（7）遥感在其它方面的应用在测绘制图方面的应用在历史遗迹、考古调查方面的应用在军事上的应用六、遥感的应用乾陵考古的航拍图76第二节遥感电磁辐射原理遥感的理论基础就是物体的电磁辐射，电磁辐射是能量传播的一种形式。被动遥感系统中的主要辐射源是太阳，太阳辐射出的电磁波能量穿过大气层达到地表，被地物吸收、透射，一部分被反射后又经大气吸收、散射到达传感器，被记录成遥感资料和图象。此外，所有温度高于绝对零度的物体也都向外发射电磁辐射。所以电磁辐射是传感器与远距离物体之间联系的环节。77一、电磁波与电磁波谱电磁波（electromagneticwave)：在真空或物质中通过电磁场的振动而传输电磁能量的波。光波、热辐射、微波、无线电波等都是由振源（辐射源）发出的电磁振荡在空间的传播。声波？实验证明，射线、射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等都是电磁波，只是振源不同，波长（频率）也各不相同。将各种电磁波在真空中的波长（频率）按其长短，依次排列制成的图表叫做电磁波谱。电磁波谱电磁波波长光谱范围波长(m)%能量比例Gamma射线和X射线0.010.02远紫外0.01–0.2中紫外0.2–0.31.95近紫外0.3–0.45.32可见光0.4–0.743.50近红外0.7–1.536.80中红外1.5–5.612.00远红外5.6–1,0000.41微波及无线电波1,000总量100.00太阳辐射各波段的百分比11/5/201981遥感中的辐射源有两类:自然辐射源：包括太阳辐射和地球的电磁辐射。人工辐射源：人工辐射源主要指主动式遥感的辐射源，人工发射一定波长、一定功率的波束，然后再接收该波束被地物散射后返回的后向反射信号，从而探知地物和测距，称为雷达（radar）。82传感器所接收到的辐亮度包括6部分:L=LS+LD+LA+LT+Lup+LdnLS、LD分别表示地物对到达地表的太阳直射辐射、大气的天空光在传感器方向的反射辐亮度；LA表示大气散射的太阳光直接进入传感器的辐亮度；LT表示地物向传感器方向发射的热辐射引起的辐亮度；Lup表示大气向上的热辐射直接进入传感器的辐亮度，Ldn表示大气向下的热辐射经地物反射后进入传感器的辐亮度。二、遥感中常用的各光谱段名称波长范围紫外线0.001—0.4μm紫0.38—0.43μm可见光0.4—0.7μm蓝0.43—0.47μm红外线近红外0.76—3.0μm青0.47—0.50μm中红外3—6μm绿0.50—0.56μm远红外6—15μm黄0.56—0.60μm超远红外15—1000μm橙0.60—0.63μm微波毫米波1—10mm红0.63—0.76μm厘米波1—10cm分米波10cm—1m1、紫外线0.01—0.4m，太阳辐射含有紫外线，通过大气层时，波长小于0.3m的紫外线几乎都被吸收，只有0.3—0.4m波长的紫外线部分能够穿过大气层，且能量很小。主要用于探测碳酸盐岩的分布。碳酸盐岩在0.4m以下的短波区域对紫外线的反射比其它类型的岩石强。也用于油污染的监测。因为水面漂浮的油膜比周围水面反射的紫外线要强烈。由于大气层中臭氧对紫外线的强烈吸收和散射作用，通常探测高度在2000米以下。二、遥感中常用的各光谱段0.4—0.7m，是遥感中最常用的波段。尽管大气对它也有一定的吸收和散射作用，它仍是遥感成像所使用的主要波段之一。在此波段大部分地物都具有良好的亮度反差特性，不同地物在此波段的图像易于区分。2、可见光二、遥感中常用的各光谱段0.7—1000m。划分为：近红外（0.76—3.0m）、中红外（3.0—6.0m）、远红外（6.0—15.0m）和超远红外（15—1000m）。近红外与可见光相似，又称光红外。中红外、远红外和超远红外是产生热感的原因，所以称为热红外。物体在常温范围内发射红外线的波长多在3—40m之间，而15m以上的超远红外易被大气和水分子吸收。在遥感中主要利用3—15m波段，更多的是利用3—5m和8—14m。红外遥感是采用热感应方式探测地物本身的辐射（如热污染、火山、森林火灾等），所以不仅白天可以进行，夜间也可进行，能进行全天候遥感。3、红外二、遥感中常用的各光谱段1mm—1m。分为：毫米波、厘米波和分米波。微辐射和红外辐射都具有热辐射性质。由于微波的波长比可见光、红外线要长，能穿透云、雾而不受天气影响，所以能进行全天时全天候的遥感探测。微波遥感可以采用主动或被动方式成像，另外，微波对某些物质具有一定的穿透能力，能直接透过植被、冰雪、土壤等表层覆盖物。4、微波二、遥感中常用的各光谱段89第三节地物的光谱特性自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，物体反射和发射电磁波的能力的大小主要取决于物体本身的理化性质，也与来自周围的电磁波辐射强度有关，将地物的这种反射、发射、吸收、透射电磁波以及反射和发射强度随波长的改变而改变的特性称为地物的光谱特性。90电磁波辐射到任何一个物体上均会产生三个分量，即反射、吸收和透射。三分量之和等于入射电磁波的总能量，但三分量各占多少则取决于物体的性质。衡量物体的反射、吸收和透射能力通常采用反射率、吸收率及透射率。第三节地物的光谱特性91反射率：即指物体反射电磁波的能量与入射电磁波的总能量之比，以表示：=反射能量/入射总能量透射率：它反映物体对外来电磁波的透射能力，定义为物体透射电磁波的能量与入射能量之比，以表示：=透射能量/入射总能量吸收率：=吸收能量/入射总能量++=1对于不透明的地物，