《遥感概论复习资料》

1《遥感概论》课程复习思考题1．何谓遥感？遥感技术系统主要包括哪几部分？遥感，顾名思义是遥远感知的意思。它是一种远距离的，不与物体直接接触而取得其信息的一种探测技术。从广义上说是泛指从远处探测，感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过仪器（传感器）探测和接收来自目标物的信息（如电场，磁场，电磁波，声波，地震波等信息），经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布特征的技术。狭义遥感是指从远离地面的不同工作平台上（如高塔，气球，飞机，火箭，人造地球卫星，宇宙飞船，航天飞机等）通过传感器，对地球表面的电磁波（辐射）信息进行探测，并经信息的传输，处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的现代化的综合性技术。2．当前遥感发展的特点如何？总的说来当前遥感技术与应用正在从实验阶段向生产商品化阶段转化，这一进程构成了今后遥感发展的主要趋向。当前遥感发展的主要特点表现在以下几个方面：a新一代传感器的研制，以获得分辨力更高，质量更好的遥感图象和数据。b遥感应用不断深化在遥感应用的深度和广度不断扩展的情况下，微波遥感应用领域的开拓，遥感应用成套技术的发展，以及全球系统的综合研究等成为当前遥感发展的又一动向c地理信息系统的发展与支持是遥感发展的又一进展和动向因此，地理信息系统是遥感的进一步发展和延伸，成为遥感技术从实验阶段向生产型商品化转化历史进程中的又一进展，成为当前遥感发展的又一新动向。3．试述遥感在地学中的主要应用，并举例说。(1)遥感已成为地理研究的重要信息源遥感获取的地理信息不仅数量大，而且及时准确，客观地记录了地表地物的各种电磁波的辐射特征，能真实地反映地物的景观及其分布状况，地物或现象之间的相互关系以及地物之间相互影响变化的情况。因此遥感手段的引入，为地理学的区域综合分析，区域动态分析的深入研究提供了便利的基础。遥感的数据源种类繁多，不仅可以提供可见光波段的信息，还可提供红外，紫外，微波波段的信息和多波段信息；既可以提供模拟图象形式的信息，又可提供数字化图象的信息，既能获取二维的平面信息，又能得到三维的信息。从而使获取的地理信息形成多层次，多方式，多侧面全方位的特色，大大拓宽了地理研究的广度和深度。为当今地理学的发展开辟了新的途径。这些数据逐渐成为地理学研究的重要数据源。(2)遥感已成为地理研究的重要手段和方法以往地理学传统工作方法常是从点，线实地观测入手，以点、线逐渐过渡到区域面上的分析研究，现今由于遥感信息的应用，则可首先从面上区域分析研究入手，然后有重点地选择若干点，线进行野外验证和检查。这样大大减少了实地观测的野外工作量，节省了人力财力，提高了效率也提高了研究工作的精度和质量。当前遥感信息作为现代地理学进行地理学分析的重要信息源，不但为地理分析提供了基础，而且也为地理分析从定性到定量，从静态到动态，从过程到模式的转化和发展，提供了条件，从而为地理学的研究开拓了一个新的更广阔的领域。如：a在地质上，对研究区域大地构造，找金，找煤，找地下水，大型工程的稳定性评价都2做了大量的工作。b水资源方面，如青藏高原以往300年来先后历经了150多次考察，查出了500多个湖泊，而近年来利用遥感不仅对以往的湖泊面积，形状进行了修正，而且还补充了地面考察或地图上未标明的300多个湖泊c最近北京师范大学等高校利用遥感和GIS监测影响我国气候的沙尘暴天气。4.遥感技术中常用的电磁波波段有那些？各有那些特性目前遥感技术应用的波谱段，主要是从紫外到微波的范围。波长范围的划分如下a紫外波段0.01m—0.40m；其中只有0.3—0.4m波长的紫外线部分能穿过大气层到达地面，且能量很小，小于0.3m的紫外线几乎都被吸收。目前主要用于探测碳酸盐岩石的分布及水面油污染的监测。b可见光波段0.40m—0.76m它可分为：紫色光0.40m—0.43m兰色光0.43m—0.47m青色光0.47m—0.50m绿色光0.50m—0.56m黄色光0.56m—0.59m橙色光0.59m—0.62m红色光0.62m—0.76m可见光可作为鉴别物质特征的主要波段,可见光波段是遥感中最常用的波段。c红外波段0.76m—1000m（1mm）它可分为：近红外波段0.76m—3.0m（反射红外）中红外波段3.0m—6m（热红外）远红外波段6m—15m（热红外）超远红外波段15m—1000m（热红外）d微波波段1mm—1m它可分为：毫米波1—10mm厘米波1—10cm分米波0.1—1m5.太阳的电磁辐射与地球的电磁辐射总的特点是什么？两者有何不同总的特点：都属于自然辐射源自然界中最大的两个辐射源是太阳和地球。太阳是可见光和近红外遥感的主要辐射源，地球是远（热）红外遥感的主要辐射源1.太阳辐射（1）太阳辐射覆盖了很宽的波长范围。（2）太阳辐射的大部分能量集中在0.4-0.76m之间的可见光波段。它占太阳辐射总能量的43.50%（将近一半），所以太阳辐射一般称为短波辐射。（3）太阳辐射主要由太阳大气辐射所构成，在射出太阳大气后，已有部分太阳辐射能被太阳大气所吸收，使太阳辐射能量受到一部分损失。（4）太阳辐射以电磁波的形式，通过宇宙空间到达地球表面（约1.5×108km）（即1.5亿公里），全程时间500秒。地球挡在太阳辐射的路径上，以半个球面承受太阳辐射。地球表面各部分承受太阳辐射的强度不相等。（5）太阳辐射先通过大气圈，然后到达地面，由于大气对太阳辐射有一定的吸收，散射和反射，所以投射到地球表面上的太阳辐射强度有很大的衰减。2.地球的电磁辐射3地球辐射可分为两个部分：短波（0.3-2.5m），主要是反射信息（反射太阳的红外辐射），它只能在白天接收太阳的辐射能。另一部分是长波（6m以上）主要是发射信息（热辐射），它既能在白天发射也能在夜间发射。地球辐射的峰值波长在9.66m处，属于远红外波段范围。图2-4是太阳和地球辐射的电磁波谱。（插入P20页的图2-4）由图可得出三个结论：（1）当m3时，传感器接收的信息是地面反射太阳辐射的能量，它包括可见光，近红外与近紫外的能量，且以可见光的能量为主。地球自身的热辐射极弱。（2）当m6时，传感器接收的信息是地物发射的长波辐射（热辐射）能量为主，峰值波长在9-10m处，故以远红外为主。发射信息，白天、夜晚均可接收。（3）当在3-6m时，即中红外波段位置时，太阳与地球的热辐射均不能忽视，所以在进行红外遥感时摄影时间常选择在清晨时分，目的是尽量减少太阳辐射的影响。6.大气散射有几种类型？选择性散射与非选择散射有何不同？1）瑞利散射：由较小的大气分子引起的。当微粒直径d比辐射波长小得多时，即d，所引起的散射称瑞利散射。一般地10d时，=441它主要由大气分子对可见光的散射引起的，所以也叫分子散射。当波长大于1m时，瑞利散射可不予考虑，故红外线和微波可以不考虑瑞利散射的影响。但在可见光中由于波长愈短，瑞利散射的影响愈大，如晴空呈兰色，由于大气中的气体分子把波长较短的兰光散射到天空中的缘故。2）米氏散射:当微粒直径与波长相差不大，即d时，所引起的散射。=2；21米氏散射主要由大气中的气溶胶所引起的。由于大气中的云、雾等悬浮粒子的大小与0.76~15m的红外线的波长相近，因此云、雾对红外线的米氏散射有影响。瑞利散射和米氏散射都属于选择性散射。即波长越短，散射越强烈。颜色红橙黄黄绿兰紫紫外线波长（m）0.70.620.570.530.470.440.30)(11.62.23.34.96.430.03）非选择性散射当微粒的直径比波长大得多时，即d时，所发生的散射称为非选择性散射。当4d时，0，为一常数，散射强度与波长无关，即任何波长的散射强度相同。因此大气中的水滴、雾、烟尘等气溶胶对太阳辐射常常出现这种散射。常见的云或雾均由大水滴组成，即d，对各种波长的可见光散射均相同，呈白色。这种散射将使传感器接收到的数据受到严重影响。补：综上所述，太阳辐射的衰减主要是由于散射造成的。散射衰减的类型与强弱主要与波长密切相关。在可见光和近红外波段，瑞利散射是主要的。由于瑞利散射的缘故，紫外线在地面极弱，也很难作为遥感可用的波段。当波长超过1m时，瑞利散射的影响可忽略不计，但在波长大于0.5m时，米氏散射超过了瑞利散射的影响。在微波波段，由于波长比云中小水滴的直径还要大，所以小雨滴对微波波段是属于瑞利散射，因此微波有较强的穿透云层的能力。（41，很大，很小）。7．说明反射率、透射率和吸收率之间的关系和区别按能量守恒与转换定律，物体反射、吸收、透射电磁辐射的能力，可用物体反射能量、吸收能量和透射能量占入射能量的比例系数（或百分率）来表示。即：E入射/E入射=E反射/E入射+E吸收/E入射+E透射/E入射=1也可以写成：1=（1）式中：—反射率—吸收率—透射率对于不透明的物体而言，=0，因此（1）式可写成：1上式表明，地物反射率越高，其吸收率越低；吸收率高的物体，其反射率就低。自然界中不同的地物反射率是不同的，表现为不同的光谱特性，即使同一地物由于表面情况不同，其光谱特性也会发生变化。8.什么是大气窗口？太阳辐射与大气相互作用产生的效应，使得能够穿透大气的辐射，局限在某些波长范围内。通常把通过大气而较少被反射，吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段称为大气窗口。9.水、植被、土壤的反射光谱特征各有那些特点（1）.水体的反射光谱特性。水体的反射率，除镜面反射方向外，在各个波段内都较低，一般在3%左右。清水的反射率一般在可见光部分为4~5%，在0.6m（橙光）处下降至2~3%，到0.75m以后的近红外波段，水成了吸收体。混浊水的反射波谱曲线随着悬浮泥沙浓度的增加而增高。（2）植物的基本波谱特征是：1）可见光绿波段0.55m附近有10~20%的反射峰。2）近红外波段0.74~1.3m；0.8~1.0m；0.7~1.4m间具有50~60%的强反射峰。3）1.35~2.5m；1~3m部分是一个衰减曲线。在0.45m和0.65m，近红外波段1.5m、1.9m和2.6~2.7m附近具有强烈吸收。究其原因，可见光波段中（0.7m）的吸收是由叶绿素吸收引起的。近红外波段的吸收是由细胞液和细胞膜中的水分子造成的。补：影响植被光谱特征的因素a.植物的疏密程度。b.物候期的影响。5c.下垫面的影响。d.病虫害的影响。（3）.土壤的波谱特征a.粉砂的反射波谱曲线整体都高。b.腐植土最低，反射率在0.1（10%）左右。c.基岩上风化残积物反射波谱特征与基岩相似，干燥的残积物的反射率要比基岩高；较湿润的残积物，其反射率比湿润的基岩还要低，说明反射率与含水分的多少密切相关。d.土壤中波谱的亮度系数变化小补：水泥路呈灰白色，反射率最高，依次为土路、沥青路。10.热辐射的定律有那些？主要内容是什么？有关黑体热辐射定律由普朗克定律、维恩位移定律和斯蒂芬—玻尔兹曼定律组成。（1）.Plank（普朗克）定律Plank公式指出了黑体在不同的温度下光谱发射能量随波长变化的规律。即表示了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按温度、波长分布的情况。Plank公式与实验求出的各种温度（从200K到6000K）下的黑体辐射的波谱曲线相吻合。（2）.维恩（Wien）位移定律黑体辐射的三个特性：a黑体在不同温度下具有不同的发射光谱。b在每一给定的温度下，黑体的光谱辐射通量都有一个极大值。c随着温度的升高，其辐射通量迅速增高，对应的峰值波长向短波方向移动。维恩位移定律证明了当绝对黑体的温度增高时，最大光谱辐射能量峰值向短波方向移动外，还说明了黑体的辐射能量只与温度有关。即黑体辐射能量的峰值波长与其绝对温度成反比。(3).斯蒂芬（Stefen）—玻尔兹曼定律一般地物的热辐射能量与该地物的绝对温度的四次方及该地物的发射率成正比，所以只要地物有微小的温度差异，就会引起较显著的变化。只要地物的发射率不同，温