遙感考研重點總結(jié)

1、遙感定義：廣義遙感：從遠處探測、感知物體或事物的技術(shù)。即不直接接觸物體本身，從遠處通過各種傳感器探測和接收來自目標物體的信息（包括電磁波、力場、聲波、地震波），經(jīng)過信息的傳輸及其處理分析，來識別物體的屬性及其分布等特征的綜合技術(shù)。 (實際工作中，將重力、磁力、聲波、地震波等的探測化為物探的范疇，只有對電磁波的探測屬于遙感的范疇。)狹義遙感：在高空和外層空間的各種平臺上，通過各種傳感器獲得地面電磁輻射信息，通過數(shù)據(jù)的傳輸和處理揭示地面物體的特征、性質(zhì)及其變化的綜合性探測技術(shù)。遙感系統(tǒng)包括：目標物電磁波特性，信息的獲取，信息的接收，信息的處理，信息的應用。遙感技術(shù)的特點：1：宏觀性、綜合性覆蓋范圍

2、大、信息豐富。一景TM影像為185185平方公里；影像包含各種地表景觀信息，有可見的，也有潛在的。2：多波段性波段的延長使對地球的觀測走向了全天候。3：多時相性重復探測，有利于進行動態(tài)分析。4：經(jīng)濟性大大節(jié)省人力、物力、財力和時間。美國陸地衛(wèi)星的經(jīng)濟投入與取得的效益比為1：80或更多。5：局限性發(fā)展高光譜分辨率遙感，提高準確性。遙感的分類：按照遙感的工作平臺分類：地面遙感、航空遙感、航天遙感、航宇遙感。按照探測電磁波的工作波段分類：可見光遙感、紅外遙感、微波遙感、多波段遙感等。按照遙感應用的目的分類：環(huán)境遙感、農(nóng)業(yè)遙感、林業(yè)遙感、地質(zhì)遙感等按照資料的記錄方式：成像方式、非成像方式按照傳感器工作

3、方式分類：主動遙感、被動遙感主動遙感：指傳感器帶有能發(fā)射訊號（電磁波）的輻射源，能主動發(fā)射電磁波，同時接收目標物反射或散射回來的電磁波，以此所進行的探測。被動遙感：指傳感器無輻射源，僅利用傳感器被動的接收來自地物反射自然輻射源（如太陽）的電磁輻射或自身發(fā)出的電磁輻射，而進行的探測。 第二章 電磁輻射與地物光譜特征 2.1 電磁波與電磁波譜 2.2 大氣層對電磁輻射的影響 2.3 地物光譜特征相關(guān)概念：輻射： 電磁波在空間中的傳播叫做電磁輻射，簡稱輻射。 分為入射、發(fā)射、反射、透射、散射、吸收。輻射源：任何物體都是輻射源，不僅能夠吸收其它物體對它的輻 射，也能夠向外輻射。輻射通量（F）：單位時間

4、內(nèi)通過某一面積的輻射能量， F=dW/dt，單位為W（瓦）。輻射通量密度（E）：單位時間內(nèi)通過單位面積的輻射能量， E= dF /ds，單位為W/m2。輻照度（I）：被輻射的物體表面單位面積上的輻射通量， I= dF /ds輻射出射度（M）：輻射源物體表面單位面積上的輻射通量， M= dF /ds。 輻照度與輻射出射度都是輻射通量密度的概念，但I為物體接收的輻射，M是物體發(fā)出的輻射，都與波長有關(guān)。黑體： 絕對黑體，指能夠?qū)⑼鈦磔椛淠芰咳课盏奈矬w。發(fā)射率：地物單位面積上發(fā)射（輻射）能量M與同一溫度下同 面積黑體發(fā)射能量M黑之比值。即：=M/M黑反射率：地物的反射能量與入射總能量之比。透射率：

5、地物的透射度與其表面的輻照度之比。吸收率：地物的吸收度與其表面的輻照度之比。一、熱輻射基本定律任何地物當溫度高于絕對溫度0K時，就存在著分子運動，不斷地向外發(fā)射電磁波。實際上，世界上任何物體的溫度都高于0K（0K=-273.15）。所以，任何物體都有熱輻射。地物發(fā)射電磁波的能力以發(fā)射率作為衡量標準；地物的發(fā)射率是以黑體輻射作為參照標準。物體根據(jù)吸收率的大小分為：黑體、灰體、選擇性輻射體。黑體：其=1，不隨波長變化?；殷w：其 =常數(shù)1(因而吸收率1，不隨波長變化。)。選擇性輻射體：其隨波長而變化，而且 1（因而吸收率a也隨波長變化，并且a1。) 。1 普朗克定律（不要求的）：黑體輻射能量是溫度的

6、函數(shù)：W：為單位面積單位時間單位波長區(qū)間輻射能量，h：為普朗克常數(shù)=（662560.0005）；K：為玻爾茲曼常數(shù)=（1.38054土0.00018）；e：為自然對數(shù)的底= 2.718；C為光速；為波長；T為絕對溫度；為波長；T為絕對溫度。不同溫度下，有不同的發(fā)射光譜；輻射能量隨波長連續(xù)變化，曲線只有一個最大值；溫度愈高，輻射通量密度也愈大；不同溫度的曲線是不相交的；隨著溫度的升高，輻射最大值所對應的波長移向短波方向。2 斯蒂芬玻爾茲曼定律：（掌握）單位面積單位時間全部波長范圍內(nèi)的輻射總能量：斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)，5.6697土0.00297 T ：黑體絕對溫度3 維恩定律：（掌握）黑體熱輻射

7、的峰值波長與絕對溫度成反比：max：為某一溫度下輻射能量的峰值波長；B = 2879.8 （um.k)。二、地物的熱輻射特征1 地物發(fā)射率自然界中黑體輻射是不存在的，一般地物的輻射要比黑體輻射小。地物的發(fā)射率是指地物單位面積上輻射能量W與同一溫度下同面積黑體輻射能量之比值。地物發(fā)射率地物種類、表面狀態(tài)、溫度等有關(guān)，而且與波長有關(guān)。2 基爾霍夫定律：在任一給定的溫度下，地物單位面積上的輻射能量W和吸收率a之比，對任何地物都是一個常數(shù)，等于該溫度下同面積黑體輻射能量。根據(jù)發(fā)射率的定義：得：=即一定的溫度下，任何地物的發(fā)射率，在數(shù)值上等于該溫度下的吸收率。亦即地物的吸收率愈大，發(fā)射率也愈大。物體的輻

8、射能量：熱輻射能量與發(fā)射率成正比，與溫度四次方成正比。地物微小的溫度差異，就會引起紅外輻射能量較顯著變化。物體熱輻射能量主要由溫度決定。遙感熱紅外圖像主要反映是物體表面的溫度。3 發(fā)射光譜特征：地物的發(fā)射率隨波長變化的函數(shù)關(guān)系，稱為地物發(fā)射光譜。每一種地物在一定溫度時，都有一定的發(fā)射率，各種地物的發(fā)射率不同。這種地物發(fā)射率的差異是紅外遙感技術(shù)的重要依據(jù)。4 影響地物發(fā)射光譜的因素：地物的發(fā)射率與地物表面的粗糙度、顏色和溫度等有關(guān)。地物表面比較粗糙或顏色發(fā)暗，其發(fā)射率較高；地物表面比較光滑或顏色明亮，其發(fā)射率較低；比熱大的、熱慣性大的地物，其發(fā)射率就大；水體比熱大，在白天比巖石植被發(fā)射率較低，夜

9、晚時發(fā)射率高于巖石植被。利用紅外遙感研究地熱、熱污染以及探測地下水等是行之有效的方法。2.2 大氣層對電磁輻射的影響：一、 太陽輻射二、 大氣層對電磁輻射的影響三、 大氣窗口大氣相關(guān)知識：1 大氣層結(jié)構(gòu)：在垂直方向上分： 對流層 平流層 電離層 大氣外層對流層為大氣的底層，頂部平均位于12km 。高度每增加1km ，溫度下降6.5 K ，氣象變化強，是現(xiàn)代航空遙感主要活動的區(qū)域。在對流層內(nèi)，由于大氣層的吸收作用，使電磁波傳播受到衰減。平流層平流層頂部平均高度80km，層內(nèi)氣流比較穩(wěn)定，沒有垂直對流。在25km以下氣溫一般保持恒溫約為-55C。在25-315km以上氣溫隨高度遞增（臭氧吸收了太陽

10、紫外光），在該層內(nèi)電磁波的傳播特性與對流層內(nèi)的傳播特性相似。電離層頂部高度1000km，大氣十分稀薄，處于電離狀態(tài)。氧原子和氨原子在分解和游離時吸收了多余的能量，使氣溫升高，300km的高度氣溫可達600-800C。對可見光、紅外直至微波的影響較小，基本上是透明的。它是人造地球衛(wèi)星繞地球運行的主要空間層。大氣外層該位于離地面1000km高度以上直至幾萬公里，該層空氣極為稀薄。并不斷向星際空間散逸。該層對衛(wèi)星運行基本上沒有影響。2 大氣成分（不要求）：由氣體、水蒸氣和懸浮的微?；旌辖M成。氣體：N2、O2、H2O、CO、CO2、N2O、CH4、O3。懸浮微粒：塵埃、冰晶、鹽晶、水滴等，統(tǒng)稱為 氣溶

11、膠，形成霾、霧和云。在80km以下的大氣中，除H2、O2、O3等少數(shù)可變氣體外，各種氣體均勻混合，所占比例幾乎不變，又為均勻?qū)?。在該層中大氣物質(zhì)與太陽輻射相互作用，是使太陽輻射能衰減的主要原因。3 大氣層對太陽輻射的影響太陽輻射在通過大氣層時，約有30被云層和其它大氣成分（部分）反射回宇宙空間，約有17 （部分）被大氣吸收，約有22（部分）被大氣散射，僅有31的太陽輻射直射到地面。1） 大氣的吸收作用：太陽輻射通過大氣層時，大氣層中H2O、O2、CO2、O3對太陽輻射產(chǎn)生選擇性吸收，由于各種氣體對太陽輻射波長吸收的特性不同，使有些波段范圍通過大氣層到達地面，而另一些波段則全部被吸收不能到達地面

12、。因此，造成了許多不同波段的大氣吸收帶。（補充）氧（O2）：在波長0.155m處吸收最強。在低層大氣內(nèi)幾乎觀測不到小于0.2m的太陽輻射，在0.69m和.76m附近，各有一個窄吸收帶。臭氧（O3）：對太陽輻射能量吸收很強。 在0.2-0.36m 和0.6m附近有兩個吸收帶，臭氧主要分布在30km高度附近，因而對高度小于10km的航空遙感影響不大，而對航天遙感則有影響。水（H2O）：它是吸收太陽輻射能量最強的介質(zhì)。從可見光、紅外直至微波波段，都有水汽的吸收帶。主要吸收帶是處于紅外線和可見光中的紅光波段內(nèi)，其中紅外部分吸收最強。在0.5-0.9m有四個窄吸收帶，在0.95-2.85m有5個寬吸收此

13、外，在6.25m附近有一個強吸收帶。二氧化碳（CO2）：它的吸收作用主要在紅外區(qū)內(nèi)。在1.35-2.85m有3個寬弱吸收帶。另外在2.7m、4.3m與14.5m為強吸收帶。由于太陽輻射在紅外區(qū)能量很少，這一吸收帶可忽略不計。塵埃：它對太陽輻射也有一定的吸收作用，但吸收量很少。當有沙暴、煙霧和火山爆發(fā)等現(xiàn)象發(fā)生時，大氣中塵埃急劇增加，這時它的吸收作用才比較顯著。2）大氣的散射作用大氣散射集中于可見光區(qū)，是太陽輻射能衰減的主要原因。散射的強弱可用散射系數(shù)表示：為波長的指數(shù)，它由微粒直徑（d）的大小決定。根據(jù)波長與散射微粒的大小之間的關(guān)系，散射可分為三種：瑞利散射：當大氣微粒的直徑（d）比輻射波長（

14、）小得多時，即：當d/10時，4，發(fā)生的散射稱瑞利散射。 1/4可見光對瑞利散射的影響較大。常見雨過天睛后，晴朗天空呈碧藍色，大氣中的粗粒物質(zhì)被雨水帶走，大氣中的氣體分子粒徑較小，把波長較短的藍光散射到天空中的緣故。米氏散射當大氣中微粒的直徑與輻射波長相近時，即d，=2 ，發(fā)生的散射稱為米氏散射。 =1/2它是由大氣中氣溶膠所引起的散射。云霧等懸浮粒子的大小與0.76-15m的紅外線的波長差不多，因此，云、霧對紅外線的米氏散射是不可忽視的。非選擇性散射當微粒的直徑比波長大得多時，即d，0， 1，所發(fā)生的散射稱為非選擇性散射。這種散射與波長無關(guān)，即任何波長散射強度相同。如大氣中的水滴、霧、煙、塵

15、埃等氣溶膠對太陽輻射，常常會出現(xiàn)這種散射。云或霧之所以看起來是白色，是因為它對各種波長的電磁波的散射是一樣的。三、大氣窗口大氣層的反射、吸收和散射作用，削弱了太陽輻射的能量。把太陽輻射通過大氣層時，反射、吸收和散射比較低，即透射率高的波段范圍，稱為大氣窗口。主要的大氣窗口：0.3-1.3m：包括部分紫外（0.3-0.38m）、可見光（0.4-0.76m）和部分近紅外波段（0.76-1.3m），屬于地物的反射光譜。對電磁波的透射率達90%以上?？梢圆捎脭z影方式、掃描方式成像，膠卷感光的波譜區(qū)間在0.32-1.32m范圍，超出這個波譜范圍則不能采用攝影方式成像。1.3-2.5m：近紅外波段的中段。

16、仍屬于地物反射光譜，但不能用膠片攝影，僅能用光譜儀和掃描儀來記錄地物的電磁波信息。透射率都接近80。目前近紅外窗口應用不多，但在某些波段對區(qū)分蝕變巖石有較好的效果，因此在遙感地質(zhì)應用方面很有潛力。TM設(shè)有1.55-1.75m和2.08-2.35m兩個波段。3.5-4.2m：中紅外波段。包括地物反射光譜、發(fā)射光譜，屬于混合光譜范圍。中紅外窗口應用很少，目前多用于航空多光譜掃描方式成象。8-14m：遠紅外波段，熱輻射光譜。透射率約為6070。是地物在常溫下熱輻射能量最集中的波段，在遙感地質(zhì)、環(huán)境遙感中應用較多。利用掃描儀和熱輻射計來獲得地物發(fā)射的電磁波信息。0.8-25cm：微波窗口，屬于發(fā)射光譜

17、范圍。不受大氣干擾，透射率可達100，是全天候的遙感波段。2.3 地物光譜特征地物的光譜特性是遙感技術(shù)的重要理論依據(jù)，它既為傳感器工作波段的選擇提供依據(jù)，又是遙感數(shù)據(jù)正確分析和判讀的理論基礎(chǔ)，同時也可作為利用計算機進行數(shù)字圖像處理和分類時的參考標準。輻射能量入射到任何地物表面上一部分被反射；一部分被吸收，還有一部分透射穿過地物。1 地物反射率不同地物對入射光的反射能力是不一樣的，通常采用反射率（或反射系數(shù)）來表示。反射率等于地物的反射能量與入射的總能量的比值，通常用百分數(shù)表示。 = P/P* 100%2 地物反射光譜特征地物反射率與入射光波波長密切相關(guān)，地物反射率是入射電磁波波長的函數(shù)，這種函

18、數(shù)關(guān)系稱之為地物反射光譜特征?？梢杂们€表示，稱之為地物反射光譜曲線。反射狀況：鏡面反射，漫反射（朗伯面），實際物體反射。不同地物，反射率不同。同一物質(zhì)，不同存在形態(tài)，反射率不同。同一類地物，反射光譜曲線相似，但又存在差異。反射率與影像色調(diào)：反射率高，色調(diào)淺。3 影響反射率的因素表面的粗糙程度；表面的風化程度；含水性；光照度；陰坡、陽坡；植被發(fā)育程度。各類地物（植被，土壤，水體，巖石）反射情況見p3841。補充：遙感應用電磁波段 紫外線、可見光、紅外線、微波紫外線：波長范圍為0.01-0.4m。太陽輻射含有紫外線，通過大氣層時，波長短于 0.3m的能量幾乎都被吸收，只有0.3- 0.4m波長到

19、達地面。主要用于測定碳酸鹽巖分布，碳酸鹽巖對紫外線的反射比其它類型的巖石要強。另外，紫外線對水面飄浮的油膜比周圍的水面反射強烈，因此可以用于油污染的監(jiān)測?？梢姽猓翰ㄩL范圍從0.38-0.76m。它由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫色光組成。人眼對可見光有敏銳的感覺，不僅對可見光的全色光，而且對不同波段的單色光，也都具有敏銳的分辨能力，所以可見光是作為鑒別物質(zhì)特征的主要波段。在遙感技術(shù)中是以光學攝影方式和掃描方式接收和記錄地物對可見光的反射特征。紅外線：波長范圍為0.761000m 。分為：近紅外（0.76-3.0 m ）、中紅外（3.0-6.0m ）、遠紅外（6.0-15.0m ）和超遠紅外（15

20、-1000 m ）。近紅外在性質(zhì)上與可見光相似，所以又稱為光紅外。在遙感技術(shù)中采用攝影方式和掃描方式，接收和記錄地物對太陽輻射的光紅外反射。中紅外、遠紅外和超遠紅外是產(chǎn)生熱感的原因，所以又稱為熱紅外。微波 微波的波長范圍1mm-lm。微波遙感是借助微波散射現(xiàn)象來探測地物的性質(zhì)。它的優(yōu)點主要有：（1 ）微波易于聚成較窄的發(fā)射波束（2 ）微波近似直線傳播，不受電離層影響。（3 ）地面目標對微波散射性能好。（4 ）受自然界中的電磁波干擾小。（5 ）具有一定的穿透性。第三章 遙感成像原理與遙感圖像特征遙感平臺:一、氣象衛(wèi)星系列二、陸地衛(wèi)星系列三、海洋衛(wèi)星系列一、氣象衛(wèi)星系列氣象衛(wèi)星三個發(fā)展階段：20世

21、紀60年代：第一代氣象衛(wèi)星，TIROS。20世紀70年代：第二代氣象衛(wèi)星，ITOS-1，TIROS的改進型。1978年以后：第三代氣象衛(wèi)星，NOAA。高軌氣象衛(wèi)星地球同步軌道（靜止氣象衛(wèi)星）軌道高度：36000公里信息采集時間周期：約20分鐘分辨率：1.25 5公里主要應用領(lǐng)域：全球性大氣環(huán)流；全球性天氣過程低軌氣象衛(wèi)星 近極地太陽同步軌道 軌道高度：800-1600公里 周期：每天固定時間經(jīng)過固定地點; 觀測寬度：2800公里 美國NOAA衛(wèi)星： 雙星運行,上下午各獲取一次信息。 掃描寬度 ：2800公里 分辨率：星下點1.1公里，邊緣部分4公里中國FY-1B(風云1號)二、陸地衛(wèi)星系列1

22、美國陸地衛(wèi)星系列 Landsat地面分辨率1.1公里Landsat陸地衛(wèi)星Landsat，1972年發(fā)射第一顆，已連續(xù)31年為人類提供陸地衛(wèi)星圖像，共發(fā)射了7顆，產(chǎn)品主要有MSS,TM,ETM，屬于中高度、長壽命的衛(wèi)星。陸地衛(wèi)星的運行特點： （1）近極地、近圓形的軌道； （2）軌道高度為700900 km； （3）運行周期為99103 min/圈； （4）軌道與太陽同步。Landsat衛(wèi)星的傳感器(1) MSS：多光譜掃描儀，5個波段。(2) TM ：主題繪圖儀，7個波段。(3) ETM+：增強主題繪圖儀，8個波段。2 SPOT 衛(wèi)星系列1978年，法國、比利時、瑞典等設(shè)計、研制，名為“地球觀

23、測實驗系統(tǒng)”的衛(wèi)星(SPOT)。共設(shè)計發(fā)射5顆。為中等高度圓形近極地太陽同步軌道。主要成像系統(tǒng)：HRV，HRG、HRS，VEGETATION即高分辨率幾何成像裝置 、高分辨率立體成像裝置、植被探測器5 CBERS數(shù)據(jù)(中巴資源一號衛(wèi)星)CBERS是中國和巴西合作研制的遙感衛(wèi)星1997年10月發(fā)射CBERS-l1999年10月發(fā)射CBERS-2衛(wèi)星設(shè)計壽命為2年。CBERS衛(wèi)星特征:太陽同步極軌道軌道高度778 km軌道傾角是98.5每天繞地球飛行14圈。衛(wèi)星穿越赤道時當?shù)貢r間總是上午10:30衛(wèi)星重訪地球上相同地點的周期為26天。CBERS傳感器:三種成像傳感器:高分辨率像機(CCD)紅外多譜

24、段掃描儀(IR-MSS)廣角成像儀(WFI)WFI的分辨率:256m，IR-MSS分辨率:78m和156m，CCD分辨率:19.5m。2號星上攜帶全色2.5米分辨率HR傳感器。CBERS的CCD光譜段: 高分辨率CCD像機具有與陸地衛(wèi)星的TM類似的幾個譜段(5個譜段)，其星下點分辨率為19.5m，高于TM；覆蓋寬度為113 km。 B1:0.450.52m，藍。 B2:0.520.59m，綠。 B3:0.630.69m，紅。 B4:0.770.89m，近紅外。 B5:0.510.73m，全波段。CBERS的IR-MSS光譜段：IR-MSS(4個譜段)，覆蓋寬度為119.5 km。 B6:0.5

25、01.10m，藍綠近紅外, 77.8 m。 B7:1.551.75m，相當于TM5, 77.8 m。 B8:2.082.35m，相當于TM7, 77.8 m。 B9:10.412.5m，相當于TM6, 156 m。CBERS的WFI光譜段：WFI(2個譜段)，覆蓋寬度890 km。 B10:0.630.69m， 紅,分辨率為256 m。 B11:0.770.89m， 近紅外,分辨率為256 m。三、 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù) SEASAT數(shù)據(jù) MOS數(shù)據(jù) ERS 數(shù)據(jù) RADARSAT數(shù)據(jù) SEASAT數(shù)據(jù)：美國海洋衛(wèi)星 近極地近圓形太陽同步軌道 衛(wèi)星載有5種傳感器其中3種是成像傳感器： 合成孔徑側(cè)視雷達(SAR-A) 多通道微波掃描輻射計(SNMR) 可見光-紅外輻射計(VIR) 。MOS數(shù)據(jù)：日