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1、遥感导论复习提纲绪论1. 遥感的定义，广义遥感、狭义遥感。遥感是指非接触的，远距离的探测技术。一般指运用传感器/遥感器对物体的电磁波的辐射、反射特性的探测，并根据其特性对物体的性质、特征和状态进行分析的理论、方法和应用的科学技术。 狭义遥感：主要指空对地的遥感，利用电磁波进行遥感，运用探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析,揭示出目标物本身的特征、性质及其变化规律的综合性技术广义遥感：主要指空对地、地对空、空对空遥感，泛指一切无接触地远距离探测，除了电磁波外、还包括对电磁场、力场、机械波等的探测。2. 遥感的分类。按遥感平台距地面的高度大体上可分为三类：地面
2、平台遥感 -100米以下，航空平台遥感100米以上100km以下，航天平台遥感240km以上，按遥感的工作方式：主动遥感 被动遥感 成像遥感 非成像遥感 按传感器的工作波段分类：可见光遥感 红外遥感 紫外遥感 微波遥感 高光谱遥感 常规遥感 按应用领域可分为：城市遥感 地质遥感、地貌遥感、林业遥感、水文遥感、测绘遥感、草原遥感、土地遥感、海洋遥感、大气遥感、军事遥感3. 论述遥感的特点。 宏观性、时效性、综合性(概括性)、经济性、局限性，多时相性电磁基础1. 电磁波（太阳辐射）与大气主要的相互作用。大气对太阳辐射的吸收 散射及反射作用，散射造成太阳辐射的衰减。大气吸收对可见光影响不大 主要吸收
3、紫外、红外、微波，主要造成遥感影像暗淡。引起大气吸收的主要成分是氧气、臭氧、水、二氧化碳。2. 大气散射的几种形式：选择性散射（瑞利散射、米氏散射）、非选择性散射大气散射性质与强度取决于大气中分子或微粒半径及被散射光的波长。包括选择性散射与非选择性散射。1.选择性散射瑞利散射（Raileigh scattering）：由远小于光波长的气体分子引起，如由O2、N2等；散射强度与波长的4次方成反比；“蓝天”效应。米氏散射（Mie scattering）：也称为气溶胶散射，主要有霾、水滴、尘埃、烟、花粉、微生物、海上盐粒、火山灰等气溶胶引起的散射，引起散射的大气粒子直径约等于入射电磁波波长。散射强度
4、与波长的二次方成反比。非选择性散射 大气中的云、雾、水滴、尘埃以及大小超过波长10倍的颗粒引起的散射，散射粒子的直径远大于入射波长，对各种波长予以同等散射。 3. 生活中的散射现象及形成原因。在空气条件好的情况下，即空气比较洁净，悬浮尘埃较少时，主要的散射是瑞利散射，散射光中蓝色成份较多。这就是我们所期望看到的蓝天白云。而在一些城市里，特别是大气污染较严重的大城市里，由于空气中充满了线度较大的悬浮尘埃粒子，此时的散射光有很大一部分是丁达尔散射产生的，呈白色。因此，天空就是白茫茫的白色的太阳光包含着从红到蓝紫各色的光，在太阳光经过大气层时，会发生散射，而且主要是与光波长有关的瑞利散射。在这种散射
5、的作用下，短波长（蓝光）的成份被散射掉了，透射的光中长波长（红光）的成份就较多。透射光中的红光成份比例是与光线穿过大气层的行程长短有关的。从下图我们可以看出早晨和黄昏时的太阳光穿过大气层的行程比中午时长得多（一般来说要长6-10倍），被散射掉的蓝光也要多得多。因此，早晚的太阳看上去就是偏红色的。山中的雾气实际上是悬浮在空气中的小液滴，是一种很理想的散射源。由于液滴的尺寸比光波波长大得多，主要是丁达尔散射，散射光呈白色。4. 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。5. 地
6、物的反射光谱曲线地物反射光谱是指地物的反射率随入射波长而变化的规律。根据地物的反射光谱所绘制的曲线成为地物反射光谱曲线，通过地物反射光谱曲线的不同辨别地物是遥感识别地物性质的基本原理地物的反射光谱有如下特征：（1） 不同的地物在不同波段反射率存在差异（如雪地、小麦地的光谱曲线）（2）相同地物光谱曲线有相似性，但是也存在差异性（如患虫害的小麦与正常小麦的光谱曲线）（3）地物光谱特征具有事件性和空间性（不同时间与空间光谱特征不同）6. 画出植被的反射光谱曲线及其曲线形态的影像因素植被的光谱曲线（配图）植被的光谱反射率曲线特征：色素吸收决定着可见光波段的光谱反射率，细胞结构决定近红外波段的光谱反射率
7、，而水汽吸收决定了短波红外的光谱反射率特性。一般情况下，植被在350 - 2500nm范围内具有如下典型反射光谱特征:(1 )3 50一490nm谱段:由于400一450nm谱段为叶绿素的强吸收带，425一490nm谱段为类胡罗卜素的强吸收带，380nm波长附近还有大气的弱吸收带，故350一490nm谱段的平均反射率很低，一般不超过10%，反射光谱曲线的形状也很平缓;(2) 4 90一600mn谱段:由于550nm波长附近是叶绿素的强反射峰区，故植被在此波段的反射光谱曲线具有波峰的形态和中等的反射率数值(约在8-28%之间);(3) 6 00一700nm谱段:650一700nm谱段是叶绿素的强
8、吸收带，610、660nm谱段是藻胆素中藻蓝蛋白的主要吸收带，故植被在600一700nm的反射光谱曲线具有波谷的形态和很低的反射率数值(除处于落叶期的植物群落外，通常不超过10%);(4) 7 00一750nm谱段:植被的反射光谱曲线在此谱段急剧上升，具有陡而近于直线的形态。其斜率与植物单位面积叶绿素(a+b)的含量有关，但含量超过4一5mg.cm2后则趋于稳定;(5)750一1300nm谱段:植被在此波段具有强烈反射的特性(可理解为植物防灼伤的自卫本能)，故具有高反射率的数值。此波段室内测定的平均反射率多在35一78%之间，而野外测试的则多在25一65%之间。由于760nm, 850nm,9
9、10nm,960nm和1120nm等波长点附近有水或氧的窄吸收带，因此，750.1300nm谱段的植被反射光谱曲线还具有波状起伏的特点;(6) 1300一1600nm谱段:与1360一1470nm谱段是水和二氧化碳的强吸收带有关，植被在此谱段的反射光谱曲线具有波谷的形态和较低的反射率数值(大多在12一18%之间):(7) 1600一1830nm谱段:与植物及其所含水分的波谱特性有关，植被在此波段的反射光谱曲线具有波峰的形态和较高的反射率数值(大多在20一39%之间);(8) 1830一2080mn 谱段:此谱段是植物所含水分和二氧化碳的强吸收带，故植被在此谱段的反射光谱曲线具有波谷的形态和很低
10、的反射率数值(大多在6一10%之间);(9) 2080一2350nm谱段:与植物及其所含水分的波谱特性有关，植被在此波段的反射光谱曲线具有波峰的形态和中等的反射率数值(大多在10一23%之间):(10) 2350一2500mn谱段:此谱段是植物所含水分和二氧化碳的强吸收带，故植被在此谱段的反射光谱曲线具有波谷的形态和较低的反射率数值(大多在8一12%之间)。 图1 植被的光谱反射率曲线图 7. 影响植物反射率的主要因素植物：在蓝光波段（0.380.50m）反射率低，绿光波段（0.500.60m）的中点0.55m左右，形成一个反射率小峰，这就是植物叶子呈绿光的原因。在红光波段（0.600.76m
11、），起先反射率甚低，在0.65m附近达到一个低谷，随后又上升，在0.700.80m反射率陡峭上升，到0.80m附近达到最高峰。 绿色植物具有一系列特有的光谱响应特征，绿叶中的叶绿素在0.50.7m的可见光波段有2个强吸收谷，反射率一般小于20%；但在0.71.3m的近红外波段，由于叶肉海绵组织结构中有许多空腔，具有很大的反射表面，反射率较高。影响植物反射率的主要因素包括叶绿素、细胞结构和含水量等。植物反射光谱曲线8. 当水中含有其他物质时，水体反射光谱曲线会如何变化。考虑水的光谱反射率时，也许最明显的特征是在近红外及更长波波段的能量吸收问题。简单地说，不管我们说的是水体本身（如湖泊、河流）还是
12、植被，土壤中含有的水都会吸收这一波段的能量。当波长小于大约0.6um时，清澈的水只能吸收相对很少的能量，这些波长内的水具有高透射率的特点，其最大值在光谱的蓝绿区。但随着水的浑浊程度的变化（因水中含有有机物和无机物），会引起透射率继而反射率的急剧变化。例如，因土壤侵蚀而含有大量悬浮沉积物的水，其可见光的反射率一般比相同地区内的“洁净水”高得多。同样，水的反射率会随着所含叶绿素浓度的变化而变化。叶绿素浓度的增加会降低蓝波段的反射率而提高绿波段的反射率。利用遥感数据中这种反射率的变化可监测藻类是否存在，并且可估算其浓度。许多有关水的重要特性，如溶解氧浓度、PH值和盐浓度等，并不能直接通过水的反射率来
13、观察到。但是这些参数有时与观察到的反射率有关。总之，水的光谱反射率与这些特性之间存在着复杂的关系。因此，我们必须适当的参考数据去正确的解释水的反射率测定值9. 影响土壤反射光谱曲线的主要因素土壤反射率显得很少有“峰和谷”的变化。这是因为影响土壤反射率的因素较少作用在固定的波段范围。影响土壤反射率的因素有：含水量、土壤结构（砂、壤、粘土的比例）、表面粗糙度、铁氧化物的存在以及有机物的含量。这些因素是复杂的、可变的、彼此相关的。例如，土壤的含水量会降低反射率。对于植被在大约1.4um、1.9um和2.7um处水的吸收波段上，这种影响最为明显（粘土在1.4um和2.2um处也有氢氧基吸收带）。土壤含
14、水量与土壤结构密切相关：粗粒砂质土壤常常排水性好，因而含水量低，反射率相对高；反之，排水性不好的细粒结构土壤一般具有较低的反射率。然而，在缺水情况下，土壤自身会出现相反的趋势：粗粒结构土壤比细粒土壤看上去更深。所以，土壤的反射属性仅在特殊条件下才出现一致性。另外两个降低土壤反射率的因素是表面粗糙度和有机物的含量。在土壤中含有铁的氧化物也会明显降低反射率，至少在可见光波段如此。常用的遥感平台1. TM数据、环境卫星CCD数据以及其他主要介绍的遥感数据的主要波段、空间分辨率，主要用途。2. 传感器的主要分辨率及其定义。分辨率-传感器最具实用意义的指标。传感器的分辨率是指传感器区分自然特征相似或光谱
15、特征相似的相邻地物的能力。是衡量遥感数据质量特征的一个重要指标。分为：辐射分辨率；空间分辨率；时间分辨率；光谱分辨率。辐射分辨率:指传感器能区分两种辐射强度最小差别的能力。在遥感图像上表现为每一个像元的辐射量化级空间分辨率：每个像元对应空间的大小。 表征影像分辨地面目标细节能力的指标。空间分辨率单位以米表示。空间分辨率数值越大分辨率越低光谱分辨率是指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小,分辨率越高。波段数越多，分辨率越高时间分辨率指对同一地点进行遥感采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。温度分辨率是指热红外传感器分辨地表热辐射（温度）最小差异的能力。目前，TM（10.4-12.5）的第六波段，温度分辨率可达到0.5K。美国NOAA极轨气象卫星AVHRR （Advanced Very High Resolution Radiometer） 1.1km Terra卫星（上午星，EOS-AM1）；Aqua （下午星 ，EOS-PM1）MODIS（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer）1000米/500米/250米 每天最多4次 LandSat 5 16天 TM 多光谱 30米 热红外 120米 中巴资源卫星（CBERS-1） 26天
