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1、1,遥感概述 遥感的概念 遥感技术过程及系统 遥感技术的发展及应用 遥感的物理基础 电磁波与电磁波谱 地物的光谱特性 大气对电磁辐射的影响 彩色合成原理,第三章 遥感基础,2,3.1.1 遥感概念,一、遥感的概念 遥感（RemoteSensing)： 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。,3,遥感基本原理,4,二、遥感的分类,1、按照遥感的工作平台分类： 地面遥感、航空遥感、航天遥感。 2、按照探测电磁波的工作波段分类： 可见光遥感、红外遥感、微波、激光遥
2、感等。 3、按照遥感应用的目的分类： 大气遥感和环境遥感（农业遥感、林业遥感、地质遥感等） 4、按照资料的记录方式： 成像方式、非成像方式 5、按照传感器工作方式分类： 主动遥感、被动遥感,5,三、遥感技术的特点,宏观性、综合性 覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185185平方公里，涵盖250张1：2.5万地形图；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。,6,信息量大，手段多，技术先进 多平台、多波段（可见光、高光谱、激光、微波）、多时相 获取信息快，更新周期短，适于动态监测,7,3.1.2 遥感技术过程及系统,遥感技术系统的组成 遥感基础研究：对电磁波特性(注意测定和应用问题)、
3、信息获取、传输和处理技术的试验研究。 遥感数据获取：中心工作。遥感平台和传感器。 遥感信息处理：处理的原因、方法（常规、遥感数据特点和定量） 遥感信息应用：提取各种专题信息与各领域应用模型结合,遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。,8,遥感技术系统,卫星 传感器,信息接收、处理,用户制图,实况调查,分析判断,物体,9,遥感技术过程,地表原型（研究区域）,遥感图像信息模型,解释原型、提取信息（图像数据处理、应用）,10,3.1.3 遥感技术的发展及应用,一、遥感技术的发展,Remote Sensing 的提出：美国学者布鲁伊特于 1
4、960年提出，61年正式通过。遥感源于摄影测量，航空摄影学的发展为遥感技术提供了空间定位的理论基础和方法。 遥感发展的三个阶段： 萌芽阶段 航空遥感阶段 航天遥感阶段,11,萌芽阶段,1839年，达格雷发表第一张空中相片； 1858年，法国人用气球携带照相机拍摄了巴黎的空中照片。 1882年，英国人用风筝拍摄地面照片；,12,13,航空遥感阶段,1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。 1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。 一战中，航空照相技术用于获取军事情报。 一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地质调查。二战使用红外遥感技术。 1930年，美国开始全国航空摄影测量。 193
5、6年在江西进行航空摄影训练，用于军事 1937年，出现了彩色航空像片。,14,1903， Wright Brothers 发明了飞机，使航空摄影测量成为可能。,Engine-powered flight on December 17,1903. It lasted 12 seconds and covered 120 ft.,15,Aerial photography in World war II,Figure Vertical aerial photograph of a V2 rocket launching facility a Peenemunde in World War II.,
6、16,航天遥感阶段,1957年10月4日，苏联，92天，1400圈。意义重大。 1958年1月，美国，从1964年开始研究。 70年代开始形成美国的陆地卫星 1965年11月26日，法国实验1号，后来发展为法国的Spot卫星 1970年2月11日，日本发射一枚卫星进入地球轨道，而成为第四个发射人造卫星的国家。 1970年4月24日，东方红1号，84年通讯、87年一箭三星、88年气象、99年陆地卫星。 载人飞船：苏联19581961年（尤里加加林）；美国19611969年阿波罗凳月；中国2003年10月15日神州5号，2005年10月12日神州6号，2007年探月，2008年神7等。,17,18
7、,更高的空间分辨率，立体对地观测系统。 更精细的光谱分辨率，从多光谱遥感发展为高光谱遥感。 时间分辨率高，越战成图周期23天，海湾战争为23小时。为协调时间分辨率和空间分辨率这对矛盾，小卫星群计划将成为现代遥感的另一发展趋势 多波段、多极化、多模式合成孔径雷达卫星。合成孔径雷达具有全天侯和高空间分辨率等特点。加拿大的Radarsat（雷达卫星）就具有多模式的工作能力，能够改变空间分辨率、入射角、成像宽度和侧视方向等工作参数。激光遥感及干涉测量技术的发展 多角度观测，定量遥感。 机载和车载遥感平台或超低空无人机载平台的近景摄影测量、多平台的遥感技术和卫星遥感相结合。综合多种遥感器的遥感卫星平台。
8、一颗卫星装备多种遥感器，既有高空间光谱分辨率，窄成像带的遥感器，适合于小范围详细研究，又有中低空间、光谱分辨率、宽成像带的遥感器，适合宏观快速监测，二者综合，服务不同的需求目的。,发展趋势：,19,以空间和光谱分辨率为例,20,二、遥感技术的应用 遥感在地学中的作用和意义： 土地利用调查、动态监测、现状评价、区划规划、管理实施、反馈评价,21,遥感已成为地学研究的重要信息源 地学研究的传统方法：地面调查、地图 遥感信息的准确性、客观性 遥感信息的实时性与及时性 遥感信息的周期性：动态研究 遥感信息的多样性：多波段信息；图像信息与数字化信息；二维平面信息与三维空间信息；从而使获得的信息形成多层次
9、、多方式、多侧面全方位，拓宽了地学研究的深度和广度。,22,遥感已成为地学研究的重要手段和方法 遥感方法改变了地学研究的工作模式 遥感方法为地学分析提供了基础，也为地学分析从定性到定量，从静态到动态创造了条件。 遥感与地理信息系统的结合，为地学研究提供了广阔的发展前景。,23,遥感在资源调查方面的应用,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 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。 青藏高原水资源调查,24,遥感在环境监测评价等方面的应用,在环境监测
10、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,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,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、区域分析规划及全球宏观研究四大领域。 气象卫星系列、海洋卫星系列、资源与环境卫星系列和军事侦察及测绘卫星系列。,44,3.2.1 电磁波与电磁波谱 一、电磁波：电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播过程。从能量的角度又称为电
11、磁辐射。 二、电磁波谱 按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。依次为： 射线X射线紫外线可见光红外线微波无线电波。,45,电磁波谱遥感应用的波段、遥感载体,46,r射线(Gamma-ray):0.1nm,完全被大气层吸收，不能用于遥感。 x射线(x-ray)：0.1nm-10nm，完全被大气层吸收，不能用于遥感。 紫外线(UV)：0.01-0.4m，0.3m被吸收。0.3-0.4m称为射影紫外 可见光：0.4-0.76 m，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。分不同波段摄影或扫描。 红外线(IR)：0.76-1000 m。为了应用方便，又分为近红外0.76-3.0 m,类似
12、于可见光，称为反射红外，中红外3.0-6.0 m；远红外6.0-15.0 m；超远红外15-1000 m。（近红外又称反射红外；中红外和远红外又称热红外。 微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。可继续分为：K、X、C、S、L、P波段。,遥感常用的电磁波波段的特性,47,三、电磁辐射源,自然辐射源 太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。 地球的电磁辐射：小于3 m的波长主要是反射太阳辐射的能量；大于6 m的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6 m之
13、间，太阳和地球的热辐射都要考虑。,48,人工辐射源：人为发射具有一定波长的电磁辐射。主动式遥感的辐射源，雷达探测，分为微波雷达和激光雷达。 微波辐射源：0.8-30cm 激光辐射源：激光雷达测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等，激光遥感。,49,结合遥感过程理解地物光谱特性的意义,50,四、电磁辐射的度量,1、辐射能量： 单位焦耳 2、辐射通量：在单位时间内通过某一面的辐射能量成为辐射通量。单位是瓦特焦耳秒,地物的辐射 能量在图像上表现为灰度值。 灰度值 辐射亮度值 地物参数。,51,3、辐射通量密度：单位面积上的辐射通量。在遥 感中，辐射通量密度又分别用辐射出射度（exitance）和辐照
14、度（irradiance） 单位瓦米2（W/m2） 4、辐射强度：点辐射源在单位立体角内发出的辐射通量。单位是瓦球面度（WSr）,52,单位是球面度，半球面所张的立体角是2 5、辐射亮度：确定面辐射源的辐射强度，具有方向性。辐射源在某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐射通量。 单位是瓦米2球面度（Wm2Sr）,53,3.2.2 地物的光谱特性,任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的光谱特性。 注意两种变化：反射或发射电磁辐射的能力随波长的变化和随方向的变化。,54,一、地物的反射光谱特性,当电磁辐射能量入射到地物
15、表面上，将会出现三种过程：一部分入射能量被地物反射；一部分入射能量被地物吸收，成为地物本身内能或部分再发射出来，一部分入射能量被地物透射。,55,对于不透明的地物：,对于某一波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之,吸收率高的地物，其反射率就低。地物的反射率可以测定,根据能量守恒定律可得：,56,1、反射率：不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的，通常采用反射率(或反射系数、或亮度系数)来表示。它是地物对某一波段电磁波的反射能量与入射的总能量之比，其数值用百分率表示。地物的反射率随入射波长而变化 。,2、地物反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律，叫做地物反射光谱。按地物反射
16、率与波长之间关系绘成的曲线(横坐标为波长值，纵坐标为反射率)称为地物反射光谱曲线。不同地物由于物质组成和结构不同具有不同的反射光谱特性。因而可以根据遥感传感器所接收到的电磁波光谱特征的差异来识别不同的地物，这就是遥感的基本出发点。 注意：地物反射具有方向性，传统遥感假设，存在多个反射率定义， 用天底方向的反射率代替。,58,地物光谱的测定:与遥感比，光谱分辨率不同；大气的影响；尺度不同，叶片和冠层，混合像元。,59,不同植物光谱曲线比较,60,植被的病虫害,不同病害松树的反射光谱曲线,61,时间特征,白橡树叶子不同时间的反射光谱变化,62,公路与沙丘的光谱,63,64,地物波谱曲线的作用,物体波谱曲线形态，反映出该地物类型在不同波段的反射率，通过测量该地物在不同波段的反射率，并以此与遥感传感器获得的 数据相对照，可以识别遥感影像中的同类地物。 但是，考虑时间和空间的变化特性、地形、太阳高度角、观测
