遙感應用分析原理與方法 習題和答案

1、緒論思考題1. 如何理解“遙感” 是以電磁波與地球表面物質(zhì)相互 作用為基礎來探測、研究地面目標的科學。遙感是一種遠離目標，通過非直接接觸而感知、測量、分析并判定目標性質(zhì)，其空間展布、類型及其數(shù)量的探測技術。廣義上的遙感： 泛指一切不接觸物體而進行的遠距離探測，包括對電磁場、力場、機械波（聲波、地震波）等的探測。 狹義上的遙感： 指不與探測目標相接觸，利用傳感器（遙感器），把目標的電磁波特性記錄下來，通過對數(shù)據(jù)的處理、綜合分析，揭示出物體的特點及其變化規(guī)律的綜合性探測技術。地物波譜特性 然界任何物體都具有反射、吸收、發(fā) 射電磁波的能力，這是由于組成物質(zhì) 的最小微粒不同運動狀態(tài)造成的； 不同的物質(zhì)

2、由于物質(zhì)組成和內(nèi)部結構、 表面狀態(tài)不同，具有相異的電磁波譜 特性，這是遙感識別目標的前提； 地物波譜特征可通過各種光譜測量 儀器測得。 遙感的物理基礎 任何物體都具有發(fā)射、反射和吸收電磁波的 性質(zhì)，物體與電磁波的相互作用，形成了物 體的電磁波特性，這是遙感探測物體的依據(jù)。2. 遙感的特點（優(yōu)勢）主要有哪些？遙感的特點（優(yōu)勢）： 面狀信息獲取： 時效性：快速準確 連續(xù)性：動態(tài)觀測 多維信息：平面、高程（立體） 生動、形象、直觀： 經(jīng)濟：節(jié)約人力、物力、財力、時間 3. 說明遙感應用的基本步驟。遙感應用的基本步驟： 根據(jù)研究的目標選擇合適的遙感數(shù)據(jù)源 考慮空間分辨率、時間分辨率、光譜波段等因素，目

3、標不同、尺度不同、時相要求不同、光譜特點不同 進行圖像的（預）處理 多時相圖像配準、幾何糾正、圖像鑲嵌、數(shù)據(jù)融合 特征參數(shù)選擇 波段選擇band selection、特征提取feature extraction（通過一定的數(shù)學方法對原始波段進行處理，得到能反映目標地物特性的新的參數(shù)，如植被指數(shù)、主成分等等） 建立分類系統(tǒng) 各類及亞類分類指標（定性、定量） 專題信息提取（分類）與綜合分析 分類，并對分類結果進行分析（數(shù)量、質(zhì)量、分布、發(fā)展變化特點與趨勢、產(chǎn)生的原因） 結果檢驗與成果輸出 對結果進行驗證（直接驗證、間接驗證），滿足需要則輸出結果，反之，返回第三步、第四步，進行相關的修改、調(diào)整。4

4、結合個人的專業(yè)背景，試舉例說明遙感的應用及前景。 5.試說明遙感技術的發(fā)展特點和趨勢。遙感技術的發(fā)展趨勢 ·多層次:地面、航空、航天、宇宙 從單一傳感器- 多傳感器 ·分辨率不斷提高：空間、時間、輻射和光譜分辨率不斷提高 · 全天候、全天時：可見光/近紅外、短波紅外、熱紅外、微波 · 靜態(tài)-動態(tài)：短周期、多時相 ·定性-定量：新的算法、半自動化、自動化、智能化 遙感和非遙感資料結合 遙感和GIS、 GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，Global Navigation Satellite System，GPS、北斗、伽利略計劃等）結合遙感技術的新特點1

5、三高 (1)高空間分辨率 (2)高光譜分辨率 (3)高時間分辨率 2兩全(1)全頻段（全天時、全天候、多角度） (2)全方位（天、機、球） 3一體化(1)遙感、導航定位、通訊、 信息技術 (2)空間、地面、應用技術 第一章思考題1. 掌握輻射出射度M、輻射照度E、輻射亮度L 的概念。輻射通量 （radiant flux） ，又稱輻射功率，指單位時間內(nèi)，通過某一表面的輻射能量。 單位為 瓦（w），即焦耳/秒 (J s-1)，表達為： = dQ / dt 輻射通量是波長的函數(shù)。下圖:光譜輻射通量：表示單位波長間隔內(nèi)的輻射通量表達為：（）= d / d= dQ / dt.d 單位為 瓦/微米（w m

6、-1）。輻射出射度 M （radiant exitance ），指面輻射源在單位時間內(nèi)，從單位面積上發(fā)射出的輻射能量，即物體單位面積上發(fā)出的輻射通量，單位為 瓦/米2（w m-2 ），表達為：M = dF/ dAF/ dA輻射照度 E （irradiance），簡稱輻照度，指面輻射體在單位時間內(nèi)，單位面積上接收的輻射能量，即照射到物體單位面積上的輻射通量，單位為 瓦/米2（w m-2 ），表達為：E = dF/ dA輻射亮度 L ：輻射亮度，簡稱輻亮度，指面輻射源在單位立體角、單位時間內(nèi)，在某一垂直于輻射方向單位面積（法向面積， Acos ）上發(fā)射出的輻射能量，即輻射源在單位投影面積上、單位立

7、體角內(nèi)的輻射通量，如右圖所示，單位為 瓦/米2· 球面度 （w m-2 sr-1 ），表達為：遙感觀測到的是輻射亮度值 L 。2. 試說明黑體的概念及黑體輻射的三大定律。黑體：是一個完全的吸收體和完全的發(fā)射體，即 吸收率和發(fā)射率均為1的物體（無反射，也無透射）；它是一個自然界并不存在的假設的理想輻射體；但可由人工方法制作，它的行為表現(xiàn)可被實驗室設備所模擬。黑體輻射遵循普朗克輻射定律、斯特藩玻耳茲曼輻射定律（StefanBoltzmann）和維恩位移定律三條基本的物理定律。3. 被動遙感的主要能源是什么？試分析它們的特點。地表與大氣的最主要能源是太陽輻射以及相伴的地球輻射。30%：被大

8、氣里的云、其他大氣成分反射回太空17%：被大氣吸收22% ：被散射，以漫射的形式到達地表31% ：直射到達地表地面接收的太陽輻射照度 E 與 太陽天頂角 有關。地面接收的太陽輻照度還與大氣的吸收及散射有關。（感覺不太對）2、地球輻射· 長波輻射（6 m以上）：指地表物體自身的熱輻射。此范圍短波輻射可忽略不計。·短波輻射（0.32.5m）：指地球表面對太陽的反射輻射。此范圍長波輻射可忽略不計。·中紅外輻射（2.5 6m）：太陽輻射和熱輻射的影響均有，均不能忽略。4. 試分析遙感在研究地表輻射平衡中的作用和局限性。利用遙感研究地表凈輻射為地表反照率(半球反射率) （可

9、由 VISNIR 遙感反演獲得）； Ts 為地表溫度（可由 TIR、MW 遙感反演獲得）；Ta 為大氣溫度，可用紅外測溫儀對天空測得；a為大氣發(fā)射率，是 大氣溫度Ta 、大氣水汽壓 ea 、天空云量C 的函數(shù)，無云天氣下公式：多云天氣下公式：s為地表發(fā)射率，是波長的函數(shù)，約為0.9-0.98，可測量；為斯特藩玻耳茲曼常數(shù)為：第一項表示入射的短波輻射能量和反射的短波輻射能量差，即收入的短波輻射；第二項為大氣的熱輻射部分，第三項為地物向上的熱輻射部分，三項之和為地面的凈收入。（參看書 p432）需要說明幾點：遙感所測得的數(shù)據(jù)： RS（反射太陽的短波輻射）和長波輻射RL具有 非連續(xù)（窄波段）、窄視場

10、、特定方向 的特點；而自然界地物的反射與發(fā)射具有 全波段、半球視場、各向異性 的特點；兩者間的差異是影響遙感反演地表參數(shù)反照率a與 溫度Ts 精度的重要原因，是定量遙感迫切需解決的問題。目前的研究途徑：通過方向模型，把地表方向反射率轉(zhuǎn)換為地表光譜反照率； 通過野外（同步）試驗，用遙感、地面、大氣數(shù)據(jù)，建立寬波段輻射值（反射或發(fā)射），與窄波段遙感數(shù)據(jù)間的關系（多為統(tǒng)計模型）。3. 散射的概念及大氣散射作用對遙感的影響。大氣散射（Atmospheric scattering ）散射 指電磁波在非均勻或各向異性介質(zhì)中傳播時,改變原來傳播方向的現(xiàn)象。大氣散射對遙感的影響大氣散射降低了太陽光直射的強度，

11、改變了太陽輻射的方向；造成遙感圖像 輻射畸變、圖像模糊。大氣散射產(chǎn)生天空散射光，增強了地面的輻照和大氣層本身“亮度”；使人們有可能在陰影處得到物體的部分信息，使暗色物體表現(xiàn)得比它自身的要亮；降低了遙感影像的反差（對比度），降低了圖像的質(zhì)量（清晰度）及圖像上空間信息的表達能力（靈敏度）。因此，遙感器常利用濾光片，阻止藍紫散射光透過。散射對低層大氣尤為重要（約低于3 km，濕度大、氣溶膠集中。大氣散射集中在太陽輻射能量最強的可見光區(qū)。因此，散射是太陽輻射衰減的主要原因。6. 大氣糾正及其基本方法。 大氣糾正: 為了從遙感圖像數(shù)據(jù)中提取真實地表信息，必須對傳感器進行大氣校正。這已成為定量遙感的必要條

12、件之一。大氣糾正就是消除這些大氣效應（吸收、散射等）的處理。大氣糾正模型1） 基于圖像特征模型2）地面線性回歸經(jīng)驗模型3）基于大氣輻射傳輸理論模型(具體的查看書本p25)7. 試分析電磁波與地表相互作用的基本物理過程及影響因素。主要有三種基本的物理過程：反射（Reflection）吸收（Absorption）透射（Transmission）其中，能量 R、A、T的比例及每個過程的性質(zhì)，對不同的地表特征是變化的,它既依賴于地表特征的性質(zhì)與狀態(tài)（如 物質(zhì)組成、幾何特征、光照角度等），又依賴于電磁波的波長。8. 反射率的概念。 反射特征用反射率（Reflectivity）表示。它是波長的函數(shù)，又稱光

13、譜反射率r r (l )，被定義為：以百分數(shù)表示，其值在01之間，為無量綱的量 .9. 朗伯體的概念。當入射波長比地表高度小或比地表組成物質(zhì)粒度（直徑）小（粗糙表面）時，入射能量均勻地向各方向反射，則為漫反射（朗伯反-Lambert） ，即 L 在2空間上各向同性。一個完全的漫射體稱為朗伯體。嚴格講自然界只存在近似意義下的朗伯體。只有黑體才是真正的朗伯體。對可見光而言，土石路面、均一的草地表面可屬漫射體即是朗伯體。第二章 思考題1.試說明遙感數(shù)據(jù)的空間、光譜、時間、輻射分辨率及其在遙感應用上的意義?？臻g分辨率 （地面分辨率）前者是針對遙感器或圖像而言的，指圖像上能夠詳細區(qū)分的最小單元的尺寸或大

14、??；后者是針對地面而言，指可以識別的最小地面距離或最小目標物的大小。在應用上的意義：（1）空間分辨率高劃分地物越細，識別地物細節(jié)能力強。（2）不一定是空間分辨率越高越好，要根據(jù)應用的特定目的選擇合適的空間分辨率。不同的研究目標、尺度需要相應的數(shù)據(jù)（城市、地質(zhì)；區(qū)域、全球）。光譜分辨率（答案不一定對） 遙感器所選用的波段數(shù)量的多少； 各波段的中心波長位置； 波長間隔的大小。意義：光譜信息豐富，可探測到地物光譜的細微變化、微小差異時間分辨率：指遙感器重復觀測的最小時間間隔。時間分辨率的意義：動態(tài)監(jiān)測；時序分析時間分辨率的大小，除了主要決定于飛行器的回歸周期外，還與遙感探測器、遙感系統(tǒng)的設計等因素直

15、接相關（如：衛(wèi)星測擺等）。輻射分辨率 指遙感器探測目標光譜信號強弱的敏感程度、區(qū)分能力（能分辨的最小輻射度差），即探測器的靈敏度。輻射分辨率一般用灰度的分級數(shù)來體現(xiàn)（量化級數(shù)）。圖像的灰度級越多，視覺效果越好(分辨能力越強,但數(shù)據(jù)量越大)。2.遙感所利用的電磁波譜范圍有哪些？它們各有哪些主要特性？光學波段 - 反射波段（0.3-5m）、發(fā)射波段（3-15m）反射波段：遙感器主要接收來自太陽輻射和地面物體的反射輻射的能量,包括 UV（0.3-0.38m）、 VIS（0.38-0.76m）、NIR（0.76- 1.3m）、SWIR（ 1.3-3m）、 MIR （3-6m）；其中的紫外近紅外波段（0

16、.3-0.9m）又稱攝影波段；發(fā)射波段：遙感器主要接收來自地面物體自身的發(fā)射輻射的能量，又稱熱紅外波段（TIR）；包括 MIR （3-6m） 、FIR（6-15m），其中 6.0-8.0m 因水汽強吸收地面遙感無法利用）。微波：（1mm-1m）,遙感常用 0.8 30cm，波段Ka、K、Ku、X、C、S、L、P3.如何理解地物的波譜反射與輻射特征研究是遙感研究的基礎？自然界的任何物體自身都具有反射、吸收、發(fā)射電磁波的能力和特征。物質(zhì)的這種基本特征是由于組成物質(zhì)的最小微粒分子，原子、電子的不同運動狀態(tài)所造成的。從高能向低能狀態(tài)的轉(zhuǎn)動，將釋放（發(fā)射）能量；從低能向高能狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，將吸收外來能量。由

17、于不同物質(zhì)的分子結構、原子組成、運動方式不同，發(fā)出的光的頻率也就不同，則具有不同的電磁波譜特性。地物的反射、吸收、發(fā)射電磁波的特征隨波長而變化。人們以波譜曲線的形式表示地物波譜特性,即地物波譜。物波譜可以通過各種光譜測量儀器測得。（不全好像也不對）地物波譜特性地物波譜特性受多種因素的控制和干擾，變化十分復雜；本身也是因時因地在變化著，是一種綜合作用的結果。地物波譜特性的復雜性，決定了遙感影像解譯的不確定性，以及定量遙感的艱巨性。由于難以將這些干擾因素逐項加以定量消除，因而定量遙感研究中需要通過大量地面樣本分析，建立先驗知識，確定遙感模型的約束條件，以便提高定量遙感的精度。地物波譜研究地物波譜是

18、遙感識別目標的前提，對它的研究與分析，是遙感重要的基礎性研究工作；地物波譜是遙感定量化的依據(jù)，是聯(lián)系遙感基礎研究與遙感應用的橋梁；是選擇遙感儀器最佳探測波段，以及遙感圖像分析與處理中最佳波段選擇、專題信息提取等的重要依據(jù)；也是遙感應用分析的基礎；4.簡述植被、土壤、水體的反射波譜特征，并分析它們的影響因素。隨著植物的生長、發(fā)育或水分虧缺等狀態(tài)不同，植物葉片的組分、結構均會變化，使葉片光譜特性變化。（參看書 §12 .1 p366）葉片光譜特性的變化在近紅外區(qū)最為明顯。這對于植物/非植物的區(qū)分、不同植被類型的識別、植物長勢監(jiān)測等是很有價值的。紅邊位移“紅邊”是指紅光區(qū)外葉綠素吸收減少部

19、位到近紅外高反射肩之間，健康植物的光譜響應陡然增加（其亮度增加約10倍）的這一窄條帶區(qū)（約 0.68-0.78 um）。它是植物敏感的特征光譜段。它的移動反映了葉綠素含量、物候期、健康狀況及類別等多種信息實驗證明：作物從生長發(fā)育到成熟，會發(fā)生光譜紅邊紅移；而植物受地球化學元素異常的影響(誘發(fā)中毒性病變)，則其光譜紅邊藍移。紅移與藍移的幅度大致710nm，在嚴重受壓抑情況下，藍移可達40nm。（參看書 p98）植物波譜特性的影響因素植物波譜特性受多種因素的控制和干擾，變化十分復雜；本身也是因時因地在變化著，是一種綜合作用的結果。影響因素：· 植物冠層的組分、形狀結構（與葉的類型、植物生

20、長階段等有關）；· 植物背景-主要指土壤 （土壤濕度、土壤有機質(zhì)含量等 ）；應該說，野外植物波譜并非植物的生理波譜而是植物的環(huán)境波譜；· 輻照及觀測方向（包括地形起伏改變輻照方向 ）；· 大氣狀況、氣候變化、大氣透過率等 。因此，如果忽略了對其他環(huán)境因子的相關研究，植物波譜研究也就失去實用價值。土壤的光譜特性土壤對所有入射能均吸收或反射，透射很少。土壤的反射率總體上是隨著波長的增加而增加，并且此趨勢在可見光和近紅外波段尤為明顯。土壤波譜與土壤濕度的關系：土壤濕度增大則反射率下降。土壤光譜的水吸收帶：在0.45m 附近有一弱吸收帶，在1.42、1.97、2.21m

21、處有三個強吸收帶。這為遙感反演土壤水分含量奠定了理論基礎。不同類型干土反射率大部分粘土在1.4m、2.2m 處有較強的吸收帶。這是區(qū)分土壤類型的依據(jù)之一。土壤是一種由物理和化學性質(zhì)各不相同的物質(zhì)組成的復雜混合物，這些物質(zhì)均不同程度的影響著土壤的光譜特性。土壤反射率的影響因素：水分含量、有機質(zhì)含量、氧化鐵的存在、土壤顏色、結構、表面粗糙度、植物殘體或生長著的植被以及太陽目標地物遙感器三者的幾何關系等。這些因素是復雜的、變化的和相關的。如何有效地識別土壤？譜特征、幾何形態(tài)特征、地理位置（地貌位置、坡度、坡向、海拔高度）、土壤母質(zhì)、地下水狀況（水深、水質(zhì)）.水體光譜特征的光譜特征主要是由水本身的物質(zhì)

22、組成決定，并受到各種水狀態(tài)的影響。水的反射率總體比較低，且隨著波長增大反射率降低。VIS0.6m ，水的吸收少、反射較低、大量透射。清水在藍綠波段反射率 45，并隨著太陽高度角的變化呈310不等的變化 。 VIS 0.6 m 的紅光波段反射率降到23。 NIR-MIR，水幾乎吸收全部的入射能量，反射很小。（參看書 p 414）這與植被、土壤光譜形成十分明顯的差異。水體的光學特征由可見光在水體中的輻射傳輸過程決定。對清水而言，入水的透射光對水中微粒(水分子和溶解性物質(zhì))產(chǎn)生瑞利散射，峰值位于藍波段（約 0.48m，清水呈藍色 ）； 對較大懸浮物質(zhì)顆粒產(chǎn)生米氏散射，峰值位于黃橙波段（約0.58m

23、，渾濁) ； 水中物質(zhì)分子吸收光 - 再發(fā)射（浮游生物葉綠素光合作用所發(fā)出的熒光），峰值位于橙紅波段（約 0.68m ） ；水體光譜特征水體的光譜特征（即水色）主要表現(xiàn)為體散射，即不僅反映一定的表面特征，且包含了一定厚度水體的信息（與陸地特征不同），且這個厚度及反映的光譜特性是隨時空而變化的。水色主要決定于水體中浮游生物含量（葉綠素濃度）、懸浮泥沙含量（混濁度大?。?、營養(yǎng)鹽含量（黃色物質(zhì)、溶解有機物質(zhì)、鹽度指標）以及其它污染物、水底部形態(tài)（水下地形）、水深等因素。大量研究表明，葉綠素、懸浮泥沙等主要水色要素的垂直分布并非均勻。大量研究表明，葉綠素、懸浮泥沙等主要水色要素的垂直分布并非均勻。葉綠

24、素濃度大致在18米左右達到最大值，然后下降，在20米左右降到最低值并趨于恒值；對于溫度，水體表層最高，15米左右為最低值，然后趨于恒值；鹽度相反，是表層低，20米左右達到最高值，然后趨于恒值。5.試說明光譜特性的時間效應與空間效應的含義，及在遙感中的應用。時相變化面對象都有時相變化過程，即它的發(fā)生、發(fā)展和演化的自然發(fā)展過程。同時，有些地物或自然現(xiàn)象在它發(fā)展的時間序列中表現(xiàn)出某種周期性重復的規(guī)律。如，植物生長的“季相節(jié)律”。遙感研究中，必須考慮研究對象的時相變化特性（農(nóng)事歷、物候期、耕作制度等），抓住合適的遙感信息獲取時機，以達到專題應用目的。時間效應：遙感研究時相變化主要反映在地物目標光譜特性

25、的時間變化上。這種光譜特性隨時間的變化，稱為光譜特性的時間效應。它可通過遙感來動態(tài)監(jiān)測。充分認識地物的時間變化特性以及地物光譜的時間效應有利于選擇有效時段的遙感數(shù)據(jù)，提高目標識別能力和遙感應用效果?？臻g效應：同種地物在同一時刻、不同空間位置會具有不同的光譜響應，這種光譜特性隨地點的變化，稱為光譜特性的空間效應。它的空間尺度可以只有幾米（如作物行距或植物形態(tài)變化造成的變化），也可以幾公里、幾百公里較大地理范圍（體現(xiàn)為地物的區(qū)域性，要區(qū)別對待）。（在遙感中的應用自己總結）第三章 思考題1. 試說明攝影成像與掃描成像的基本原理、各自優(yōu)勢？（一）攝影系統(tǒng)攝影系統(tǒng)選用光學攝影波段（紫外近紅外 0.3-0

26、.9m）的電磁輻射能量，通過照相機直接成像。因為紫外(0.3-0.38m)多被大氣吸收與散射，目前較少被遙感利用。攝影系統(tǒng)是一種分幅成像系統(tǒng)。一幅像片為瞬間成像，多為中心投影。因地面常有起伏、多數(shù)物體具有高度、像片又有傾斜，所以會產(chǎn)生像點位移、圖像變形。變形規(guī)律： 以像主點（相片上框標連線的交點，或者相機主光軸對應相片上的點。 ）為中心呈輻射狀，越往邊緣變形越大，地形起伏越大變形越大。像點位移量(d)，可表示為： d = h r / Hh- 物體高度， r- 物體距像主點的距離， H-飛行高度。攝影系統(tǒng)的優(yōu)勢空間分辨率高； 視場大（可達 80°，甚至更大）； 立體像對，利于精確地測量

27、與分析； 高度的靈活性、實用性、成本低； 因此，盡管攝影系統(tǒng)與多波段掃描系統(tǒng)相比，膠片的光譜響應范圍要窄得多，但仍有很大的應用領域，被廣泛應用，并派生出一門技術成熟的 攝影測量學。光學機械掃描系統(tǒng)是利用平臺的行進和旋轉(zhuǎn)掃描鏡對與平臺行進的垂直方向的地面（物平面）進行掃描，獲得二維遙感數(shù)據(jù)，故又稱物面掃描系上圖5通道光機掃描儀的成像過程。入射光束通過一個二色鏡分離成可見光和紅外能量?？梢姽獠糠衷偻ㄟ^棱鏡進一步分離成三個子波段，同時紅外能量的分離成兩個子波段。分離后的這5個較窄波段的光分別感應相應的探測器產(chǎn)生不同的電信號并被放大和記錄在多波段磁帶記錄儀上。特點：行掃描、多中心投影，離投影中心越遠，

28、像點位移量越大。優(yōu)勢在課本p76五條2. 試比較彩紅外像片與標準假彩色合成影像的異同；結合地物光譜特性，理解植被、水體、裸地、土壤居民地等地物的顏色規(guī)律。假彩色合成：根據(jù)加色法彩色合成原理，選擇遙感影像的某三個波段，分別賦予紅、綠、藍三種顏色，就可以合成彩色影像。由于原色的選擇與原來遙感波段所代表的真實顏色不同，因此生成的合成色不是地物的真是顏色，因此這種合成叫做假彩色合成。彩色紅外像片又稱假彩色像片。指用彩色紅外攝影拍攝的像片。記錄景物反射的綠、紅、近紅外光，并在像片上呈現(xiàn)由藍、綠、紅3色組成的假彩色影像。本質(zhì)上也是一種多波段攝影像片。只是集三波段攝影、假彩色合成成像于同一感光膠片。彩紅外攝

29、影像片的色彩主要取決于地物對紅、綠、紅外光的反射特性。 綠色植物 葉子反射綠光( G )和近紅外光( NIR )。在彩紅外像片上，健康綠色植物呈紅色系列(如水稻-暗紅色、作物生長旺季呈鮮紅色針葉林呈紫紅色、闊葉林呈紅色、幼林呈粉紅色等) 。楓葉、紅果實等反射紅光（呈綠）、紅外光（呈紅），在正片上什么顏色？植物病蟲害時，其紅光反射增強（呈綠），綠光、紅外光反射大大減弱，在正片上什么顏？（課本p74）水體強烈吸收紅外光，并吸收紅光而反射蘭綠光，在正片上呈黑+藍的藍黑色、藍灰色。當水體含泥沙或被污染時，便較多地反射紅光、紅外光，則影像色彩從藍青黃色變化。因此，彩紅外像片對清水、濁水、污染水及土壤濕度

30、等易于判別。裸地或土壤 對紅外、紅、綠、藍光均有反射。隨著水分和有機質(zhì)含量的不同，顏色變化較大。若水分含量少，則呈淡黃、棕色；若濕度大些則呈不同的灰青色。鹽堿地、沙地為白色、黃白色。云和雪均呈亮白色。居民地（城區(qū)），因多為水泥材料，青灰屋頂反射蘭、綠光反射率較低，而呈灰藍色，若為紅瓦房反射較強的紅光、紅外光而呈淡黃色。3. 了解高光譜遙感的概念，掌握其主要特點（與寬波段遙感相比）。高光譜遙感概念高光譜遙感用很窄的（波段帶寬約510 nm）、大量的（可有幾十至上百個波段）、近連續(xù)的光譜波段，對地面物體進行遙感成像。地物波譜研究表明，地表物質(zhì)在 0.42.45m光譜區(qū)間內(nèi)均有可以作為識別標志的光譜

31、吸收帶，其帶寬約 2040 nm 。成像光譜的特點l波段多，光譜分辨率高，光譜分辨率為納米級。如AVIRIS在0.4-2.5um范圍有224個波段， Hyperion有242個波段，“圖譜合一”（和地物的實際光譜更為接近，有更多的“診斷”波段，可進行地物的精細分類，獲取更多的地物信息，提高分類精度）；l高光譜數(shù)據(jù)的空間分辨率也在不斷提高：MODIS的空間分辨率250m-1000m），Hyperion的空間分辨率30m；l波段間相關性強，數(shù)據(jù)“冗余”明顯（特征參數(shù)選擇問題更為重要）；l數(shù)據(jù)量大，計算量大、復雜（對算法、計算機軟硬件提出新的要求）第四章思考題1. 什么是比輻射率？地物比輻射率受哪些

32、主要因素影響？比輻射率真實物體并非黑體。它的輻射出射度小于同溫下黑體的輻射出射度。因而引出了“比輻射率”的概念，用e (T,l) 表示。比輻射率（又稱發(fā)射率）被定義為：物體在溫度T、波長處的輻射出射度 MS（T，）與同溫度、同波長下的黑體輻射出射度 MB（T，）的比值。即：比輻射率是一個無量綱的量， 的取值在0-1之間。它是波長的函數(shù)。由于是由材料性質(zhì)決定的，通常在較大的溫度變化范圍內(nèi)為常數(shù)，因而常不標注為溫度的函數(shù)。比輻射率的影響因素：物體比輻射率取決于： 表面組成成分 表面狀態(tài)（表面粗糙度 等） 表面其它物理參數(shù)（介電常數(shù)、含水量 等） 波長、觀測角度 等如： 組成成分變化：隨著各種巖漿巖

33、中氧化硅 sio2含量的降低，巖石發(fā)射光譜曲線的吸收峰值向長波方向移動； 比輻射率隨表面狀態(tài)不同而變化，常溫下白云石的磨光面的比輻射率為0.929、粗糙面為0.958（粗糙表面比輻射率高）；落葉樹的單葉為0.96，整個樹冠為0.98;土壤的比輻射率隨著土壤水分含量而變化，如20時沙地為0.90、干土為0.92、濕土為0.95- 0.98 （深色的、濕度大的比輻射率高，淺色的、濕度低的比輻射率低）；2. 為什么只在晚上用 3-4 m測量常溫地表？對于中紅外譜段（35m）白天地表反射太陽輻射能量與地物自身發(fā)射的中紅外波段熱輻射能量在數(shù)量級上相當，要從遙感器所接受的輻射能量中把這兩部區(qū)分出來是困難的

34、。因此，白天中紅外波段的應用比較復雜。（對么？）3. 熱紅外遙感中波段選擇的依據(jù)是什么？地表物體的溫度一般在+40-40之間，平均環(huán)境溫度為 27（相當于300K）。根據(jù)維恩位移定律，地面物體的輻射峰值波長在9.26-12.43m之間，正是在熱紅外譜段 814m的大氣窗口內(nèi)。地表高溫目標，如火燃等，其溫度達 600K以上，輻射峰值波長為4.8m，在紅外譜段 35m 的大氣窗口內(nèi)。需要說明的是： 地球環(huán)境地物的熱輻射譜段主要集中在熱紅外波段，微波輻射能量很弱（低于TIR許多數(shù)量級），但微波遙感器的測量敏感度高于熱紅外光譜儀，因而利用微波輻射計也可測量目標溫度，只是它們與地物相互作用機理不同。 大

35、量觀測表明被地球表層系統(tǒng)所吸收的短波輻射能量，與地球自身發(fā)射的長波輻射能量大致相當，這正是地球環(huán)境溫度相對穩(wěn)定的緣由。4.試說明分子動力學溫度、輻射溫度、亮度溫度的含義，及研究地表真實溫度的意義。1. 分子運動溫度 - Kinetic Temperature分子運動溫度-動力學溫度（Tkin），又稱為真實溫度。它是物質(zhì)內(nèi)部分子不規(guī)則運動的平均熱能，是組成物體的分子平均傳遞能量的“內(nèi)部”表現(xiàn)形式。一般通過儀器（如溫度計）直接放置在被測物體上或埋于被測物體中來獲得。但是，接觸測溫法，往往因測溫感應元件接觸物體表面而破壞了原表面的熱狀態(tài)。如溫度計的點測法，既有溫度計本身量測時遮擋太陽輻射的降溫作用，

36、又有溫度計自身散熱的增溫作用，還有溫度計感應部的薄層玻璃的吸熱作用。同時還應考慮微氣象、環(huán)境條件等的影響。2. 輻射溫度 - Radiant Temperature輻射溫度（Trad）又稱為表征溫度（Apparent），它是物體向外輻射能量狀態(tài)的一種“外部”表現(xiàn)形式，可用熱遙感器（如熱輻射計、熱掃描儀等）來探測。大多數(shù)熱紅外遙感系統(tǒng)記錄的是物體的輻射亮度（單位時間、單位立體角、單位法向面積上發(fā)射出的輻射能量），經(jīng)輻射定標，直接表征物體的輻射溫度。3. 亮度溫度- Brightness Temperature亮度溫度（Tb）是指當一個物體的輻射亮度與某一黑體的輻射亮度相等時，該黑體的物理溫度就被

37、稱之為該物體的“亮度溫度”，即 輻射出與觀測物體相等的輻射能量的黑體的溫度。 Tb是衡量物體溫度的一個指標，但不是物體的真實溫度； Tb總小于它的實際溫度（Tkin）； 亮度溫度等同于輻射溫度、表征溫度（Tb = Trad），但物理意義更加明確。許多熱紅外遙感應用中，人們的興趣在于物體的真實溫度。它是地表物質(zhì)的熱紅外輻射的綜合定量形式，是地表熱量平衡的結果。只有地表真實溫度能與水熱能量交換相聯(lián)系，作為一個重要的基本參數(shù)，直接參與相關模型（如全球環(huán)流模型、地表潛熱、顯熱通量方程、土壤熱流量方程等）的計算。4. 試說明地表溫度反演的主要方法與思路。 單通道法 多通道法分裂窗法 單通道多角度法 多通

38、道多角度法 （課件第四章p36）5 試分析目前陸面溫度遙感反演面臨的主要問題。由于陸地表面溫度（LST）變化大，難于滿足均勻、同溫的要求，溫度的反演相當復雜。其原因在于： 陸地表面比輻射率具不確定性。溫度與比輻射率的分離很復雜。大氣糾正中必須考慮大氣的吸收和熱發(fā)射等的影響。 建立非同溫混合像元輻射方向性模型與經(jīng)驗表達式等；陸地表面多為非同溫的混合像元，對于精確的地表溫度反演而言，像元尺度的平均溫度已意義不大，需要反演像元內(nèi)的組分溫度才更有實用價值。地表溫度是由物質(zhì)的熱特性及幾何結構共同決定的。第五章思考題1. 試分析雷達遙感與光學遙感相比的主要特點（或優(yōu)勢）。與傳統(tǒng)的光學遙感相比，微波遙感的獨

39、特優(yōu)勢： 全天時（不依賴日光）、全天候（受大氣影響?。?穿透性（可提供一定深度表面以下的地物信息）； 對地表粗糙度、地物幾何形狀、介電性質(zhì)（土壤水分等）敏感； 反映多波段、多極化的散射特征； 干涉信息的利用、大入射角立體像對等。2. 試分析雷達回波強度（后向散射系數(shù)）的主要影響因素。雷達回波（即雷達后向散射- Radar Backscatter ）的強度，可簡單地理解為雷達圖像的亮度值。它取決于以下兩方面因素： 雷達遙感系統(tǒng)參數(shù)：波長/頻率、入射角、極化方式/探測方向等； 地表特性：物理特性- 介電常數(shù)、表面粗糙度、散射特點（表面散射與體散射）； 幾何特性-即 雷達圖像獲得時的幾何關系，坡度

40、、形狀、局地入射角等（雷達波束與實際地面法線間的夾角）。其中任何一個參數(shù)的變化都可能影響到后向散射的強度，即造成圖象亮度的變化。3. 微波的穿透能力與什么因素有關？雷達信號的穿透深度與地物（介質(zhì)）的介電常數(shù)成反比，與雷達波長成正比。雷達信號的穿透能力與入射角有關，一般說來，入射角越小、穿透能力越大。因此，雷達圖像上，穿深能力近射程點最大，遠射程點最小。微波穿透植物層的深度，取決于植物的含水量、密度、微波波長和入射角。如果波長足夠長而入射角又接近天頂角，則微波可穿透植被區(qū)而到達地面。因此，若波長較短，只能獲得植被層頂部的信息，若波長較長，則可以獲得植被層底層甚至地表以下的信息。第六章思考題1.掌握地學相關分析的