遥感地质学

遥感地质学课程负责人：杨武年主讲：刘登忠刘汉湖李志军成都理工大学地球科学学院空间信息技术系课程安排（1）绪论（2）电磁辐射基本原理（3）遥感工作系统及图像特性（4）遥感信息提取方法（5）遥感图像地貌解译（6）遥感图像岩性及地层解译（7）遥感图像构造解译（8）遥感找矿标志解译及成矿预测教材选用教材：李永颐等，1989，遥感地质学，重庆大学出版主要教学参考书：1．庄培仁、赵不亿等，遥感技术及地质应用研究，地质出版社，19862．朱亮璞等，遥感图像地质解译教程，地质出版社，3．朱亮璞主编，遥感地质学，1994第一节绪论本课内容1.遥感及其特性2.遥感地质学研究对象及内容3.遥感地质学研究方法4.发展趋势5.遥感技术在地学的应用概况1.遥感及其特性•RS(remotesensing):不与目标接触，从远处用探测仪器接受来自目标物的电磁波信息，通过对信息的处理和分析研究，确定目标物的属性与目标物相互间的关系。•RS技术：把从不同遥感平台上，使用遥感传感器收集地物的电磁波信息，再将其传输到地面加以处理，从而达到对地物的识别和监测的全过程。1.遥感及其特性（1）按辐射源分：主动遥感被动遥感（2）按电磁波波段分紫外、可见光、红外、微波、可见光－红外（多波段）（3）按遥感平台分地面遥感、航空遥感、航天遥感1.遥感及其特性（4）按获取资料类别分：成像方式遥感非成像方式遥感（5）按成像方式分摄影成像遥感扫描成像遥感1.遥感及其特性1.遥感及其特性1.遥感及其特性In1903,JuliusNeubronnerpatentedabreast-mountedcameraforcarrierpigeonsthatweighedonly70grams.Asquadronofpigeonsisequippedwithlight-weight70-mmaerialcameras.ObliqueaerialphotographofaEuropeancastleobtainedfromacameramountedonacarrierpigeon.Thepigeon’swingsarevisible(copyrightDeutschesMuseum,Munich,Germany).IKONOS682km1m全色ObliqueaerialphotographofdowntownBostonobtainedbySamuelA.KingandJ.W.Blackfromaballoonatanaltitudeof1,200ft.onOctober13,1860.FirstaerialphotographtakenfromacaptiveballoonintheUnitedStates(copyrightSmithsonianInstitution,Washington,D.C.).1.遥感及其特性1.遥感及其特性•二.遥感信息(RSInformation)利用安装在遥感平台上的各种电子和光学遥感器,在高空或远距离处接收到的,来自地面或地面以下一定深度的地物反射或发射的电磁波信息。1.遥感及其特性•特点：这种信息能够用辐射能量的强弱来表征，可记录在感光材料或数字磁带等遥感信息载体上，并能被转换成可视影像。1.遥感及其特性•∵一切物体，由于其种类和所处环境条件不同，会具有完全不同的电磁辐射特性。∴遥感信息反映了地表环境、资源与灾害等的信息。1.遥感及其特性•遥感的基本出发点根据遥感器所接收到的电磁波特征的差异识别不同的物体。遥感的物理基础电磁辐射与地物相互作用机理。(反射\吸收\透射\发射)1.遥感及其特性•三.遥感技术系统图Landsat-1,2影像产生流程1.遥感及其特性资源卫星遥感器信息接收、处理用户制图实况调查分析解译地物1.遥感及其特性•四.遥感技术的特点1.视域宽广(宏观概略性)能够从宏观上观测地球表面的事物从不同高度、用不同的遥感器获取的不同比例尺、不同分辨率的图像，具有不同的概略能力，可对地物进行不同级次的宏观观察注1.遥感及其特性•2.直观可视信息丰富(资料多样性)遥感器能感测可见光及人眼不可见的紫外、红外、微波等电磁波信息，信息极其丰富，并能将其转化为人眼可见的图像，大大扩展了人体感官的功能。3.客观真实（纪实性）遥感技术获取的遥感影像是地表景观的二维缩影,是地物波谱特性、空间特性、时间特性的客观记录。1.遥感及其特性•4.定时定位观测(重复性)能周期性监测地面同一目标，进行多时相对比分析、动态分析。热红外可以全天时（昼夜）微波可以全天候（昼夜/阴雨）5.资料的可处理性遥感影像可以进行光学、光电子学、计算机处理。2.遥感地质学研究对象及内容对象：地球表层各种地质体和地质现象的电磁波辐射特性，从遥感资料中提取地质信息，识别和量测地质体和地质现象。研究内容：（1）研究地质体与地质现象的电磁波辐射特性。（2）研究地质体与地质现象的影像特征。（3）研究各种遥感资料信息提取方法。（4）研究遥感地质工作方法和程序。3.遥感地质学研究方法（1）地质体波谱测试（2）遥感图像的光学处理和数字处理（3）遥感图像地质解译4.发展趋势5.遥感技术的应用概况1.土地覆盖与土地利用2.城市群及城市热岛监测3.自然环境监测4.自然灾害监测5.林火监测6.沙尘暴监测7.洪水监测及评估8.遥感与国家安全9.地质思考问题（1）遥感含义？（2）遥感的分类？（3）遥感有那些特点？（4）遥感地质学的研究对象、研究内容和研究方法？（5）遥感发展趋势有哪些？第二节电磁辐射基本原理1.电磁辐射2.电磁辐射源3.地物的电磁辐射特性4.电磁辐射的大气传输第二节电磁辐射基本原理1.电磁辐射1.电磁波谱名称英文波长范围（微米）近红外/短波红外NIR/SWIR0.75～3红外/中波红外MWIR3～6远红外/长波红外/热红外LWIR/TIR6～15极远红外15～10001.电磁波谱•宇宙射线：这是来自天体具有很大能量和贯穿能力的电磁波，人工还无法产生它，在遥感上也未能用上的波段。•γ-射线：是能量很高的波段。航空物探放射性测量所记录的就是由含放射性元素的矿物所辐射出来的γ射线。•X-射线：宇宙中来的X-射线，被大气层全部吸收，不能用于遥感工作。•紫外线：波长在0.01~0.38微米。波长小于0.28微米的紫外线，在通过大气层时被臭氧层及其它成分吸收。只有波长0.28~0.38微米的紫外线，部分能穿过大气层，但散射严重，只有部分投射到地面，可以作为遥感的辐射源，称为摄影紫外。用于环境监测。1.电磁波谱•可见光：波长在0.38~0.76微米，是人们视觉能见到的电磁波，可以用棱镜分为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光。这个波段可以用摄影、扫描等各种方式成像，是遥感最常用的波段。可见光波段的遥感技术最成熟，但仍有很大潜力。当前分辨能力最好的遥感资料，仍然是在可见光波段范围内。1.电磁波谱•红外线：红外线波段细分为近红外波段（0.76~3微米）、中红外（3~6微米）、远红外（6~15微米）、超红外（15~1000微米）。近红外是地球表层反射太阳的红外辐射，故又称反射红外。其中靠近可见光的0.76~1.3微米波段可以使胶片感光，故又称摄影红外。远红外是地表物体发射的红外线，故称热红外。热红外只能用扫描方式，经过光电信号的转换才能成像。红外是一个很有发展潜力的遥感的波段。•微波：波长1mm~1m。是一个很宽的波段。微波波长较长，能穿透云雾而不受天气、昼夜的影响，可以主动或被动方式成像2.电磁辐射源（1）天然电磁辐射源（太阳－地球）2.电磁辐射源（2）人工电磁辐射源（雷达－激光）3.地物的电磁辐射特性自然界中地物与电磁波的相互作用主要表现为反射、发射、吸收和透射几种形式。镜面反射漫反射混合反射以上均为相对而言3.地物的电磁辐射特性物体在同一时间、空间条件下，其反射、发射、吸收和透射电磁波的特性是波长的函数。当我们将这种函数关系用曲线的形式表现出来时，就形成了地物电磁波波谱，简称地物波谱。地物的波谱反射率随波长变化的规律称为地物反射波谱特性。某地物反射率随波长变化的曲线称为该地物的反射波谱曲线。有时也把这种曲线形态称之为反射波谱特征。发射波谱特征？？？？3.地物的电磁辐射特性植被3.地物的电磁辐射特性3.地物的电磁辐射特性土壤3.地物的电磁辐射特性3.地物的电磁辐射特性水体3.地物的电磁辐射特性3.地物的电磁辐射特性3.地物的电磁辐射特性地物颜色与反射光谱特性的关系视杆细胞视锥细胞－－感蓝单元，感绿单元，感红单元彩色三要素（色度（别），明度，饱和度）•由色光相加和相减实验得知：–红（R），绿（G），蓝（B）色光两两相加即可合成三种间色光。•R+G=Y（黄光）•G+B=C（青光）•B+R=M（品红）–两种色光相加成为白色的，这两色称为互补色，互补色也可由白光减去三基色得到。•R+C=白•B+Y=白•G+M=白–两种间色光相加得复色光。•Y+M=R•C+M=B•Y+C=G3.地物的电磁辐射特性颜色分消色（非彩色即黑白）与彩色消色体：物体对白光没有分解能力，不能进行选择性吸收和反射，只能对固定比例的太阳光作全吸收、全反射或部分吸收、部分反射而呈现黑—灰—白。彩色体：物体对入射的白光有分解能力，并对不同波长的色光选择性吸收和反射。反射什么色光，物体就呈现什么颜色。4.电磁辐射的大气传输大气影响：散射实质上是电磁波穿过大气层时，遇到各种微粒时所发生的一种衍射现象。散射有由较小的空气分之引起的瑞利散射；和由较粗大的微粒所引起的米氏散射。米氏散射是大气中粒径比波长大得多的颗粒所引起，其散射能力与波长无关，因此它对各种波长的色都发生散射，而使天空中呈现一片灰蒙蒙的颜色。天空中有薄云时，米氏散射最明显。这种散射使所形成的图像反差小，图像模糊。4.电磁辐射的大气传输瑞利散射是由比光波波长还要小的气体分子质点引起的。散射能力与光波波长的四次方成反比，波长愈短的电磁波，散射愈强烈；如雨过天晴或秋高气爽时，就因空中较粗微粒比较少，青蓝色光散射显得更为突出，天空一片蔚蓝。瑞利散射的结果，减弱了太阳投射到地表的能量，使地面的紫外线极弱而不能作为遥感可用波段；使到达地表可见光的辐射波长峰值向波长较长的一侧移动，当电磁波波长大于1毫米时，瑞利散射可以忽略不计。4.电磁辐射的大气传输•由于大气对电磁波的选择性吸收，使大气在不同波段对电磁波的衰减程度各不相同。因而大气对电磁波衰减较小，透射率较高的波段叫大气窗口。•由于“大气窗口”效应和探测技术水平限制，目前遥感技术只利用了有限的几个波段（窗口），其中最重要的波段为：•可见光（0.39-0.76μm）和近红外（0.76-2.5μm）波段：这是地物对太阳辐射的强反射波段，所用的传感器主要是照（摄）相机或多波段扫描仪等；•中红外（3－5μm）波段：主要接收地物对太阳辐射的反射能量和自身的热辐射能量，所用的传感器主要是红外扫描仪等；•热红外（8－14μm）波段：主要接收地物自身的热辐射能量，所用的传感器主要是热红外扫描仪等；•微波（8-1000mm）波段：可分为主动和被动两种接收方式。主动式微波传感器通常包括侧视雷达、散射计和高度计；被动式微波传感器采用微波辐射计，包括扫描成像和非扫描成像等类型。小结（1）电磁波波长范围的划分？（2）电磁波与地物的作用方式有哪些？（3）如何理解地物的电磁波特性？（4）自然界四大地物的电磁波谱曲线？（5）如何理解电磁波谱与颜色之间关系？（6）米氏散射和瑞丽散射？（7）大气窗口？第三节遥感工作系统及图像特性1.遥感工作系统2.图像类型3.航空图像特性4.可见光－反射红外图像5.远红外图像特性6.侧视雷达特性7.资源卫星图像特性第三节遥感工作系统及图像特性1.遥感工作系统整个系统分为星载（机载）分系统和地面分系统两大部分。星载（机载）分系统由遥感平台和传感器组成，负责从高空收集地物的电磁辐射信息，是遥感工作系统的核心。地面分系统由遥感测试系统和地面控制处理系统两部分组成，前者负责地物波谱测试研究和地面实况调查，后者负责对星载（机载）分系统的控制，遥感数据接收和处理等具体工作。1.遥感工