北京建筑大學 遙感基礎 第一次課 遙感基礎課件

1、遙感技術應用呂書強課程組織理論教學 20學時 第一篇 遙感基礎篇 4學時 第二篇 圖象處理篇 6學時 第三篇 遙感應用篇 8學時 機動 2學時實驗教學 12學時課程組織實驗教學 12學時 實驗一：遙感圖象數(shù)字處理實驗 2學時 實驗二：遙感圖象幾何處理實驗 2學時 實驗三：遙感圖象輻射處理實驗 2學時 實驗四：遙感圖像的目視判讀實驗 2學時 實驗五：遙感圖像的計算機分類實驗 2學時 實驗六：遙感技術應用實驗 2學時課程組織成績評定 期末考試（70%） 實驗成績（15%） 平時表現(xiàn)（15%）考核方式 集中考試, 開卷第一篇 遙感基礎篇第一章 遙感基礎知識第二章 遙感平臺 第三章 遙感數(shù)據(jù) 第一章

2、遙感基礎知識主要內(nèi)容遙感的基本概念遙感的基本原理遙感信息的評價遙感基礎知識第一節(jié) 遙感的基本概念 方式：遠離目標，非直接接觸工具：遙感器、飛行器理論依據(jù)：電磁波理論接收信息：反射或輻射的電磁波遙感基礎知識第二節(jié) 遙感的基本原理2.1 遙感的基本特征基本特征：利用地物對電磁波的輻射和反射特性，通過接收電磁波的輻射或反射信息獲取地物的特性。地物特性：分為幾何特征和物理特征兩種。幾何特征：如土壤的粗糙度，房屋的輪廓、各種植被的形狀和長勢等；物理特征：如地物的介電常數(shù)、土壤濕度等，是物質(zhì)本身的性質(zhì)所決定的。遙感目的：就是通過接收到的電磁波信息反推出地物的幾何特征和物理特征的反演過程。 遙感基礎知識遙感

3、數(shù)據(jù)流程遙感基礎知識2.2 電磁波的波段電磁波的波段從波長短的一側開始，依次為線、x線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波。 遙感所使用波長是：紫外線的一部分(0.3-0.4m),可見光線(0.4-0.7m),紅外線的一部分(0.7-14m),以及微波（約lmm-1m）。 遙感基礎知識遙感基礎知識2.3 根據(jù)波段劃分遙感的種類 根據(jù)所利用的電磁波的光譜段，遙感可以分為可見光及反射紅外遙感、熱紅外遙感和微波遙感 可見光及反射紅外遙感：輻射源是太陽，觀察的是地物對輻射源的反射率； 熱紅外遙感：輻射源是目標地物，觀察的是地物本身的輻射能量（或輻射率）； 微波遙感：輻射源是雷達（主動）或地面目標物（被動

4、）遙感基礎知識第三節(jié) 遙感信息的評價3.1 空間分辨率 一、定義與表示 ： 指在一個影象上能夠詳細區(qū)分的最小單元所對應的地面尺寸。 空間分辨率的三種表示形式： 1、象元：圖象的最小單元。一個象元在地面上對應的范圍可以用來表達空間分辨率。如MSS：5779m。它的空間分辨率為80m，TM：28.528.5m，它的空間分辨率約為30m。 遙感基礎知識 2、象解率 ：膠片上1mm間隔內(nèi)包含的線對數(shù)，用線對mm來表示，一條白線加一條黑線構成一個線對。它也可以轉換為相應的象元大?。?同時，它又可以根據(jù)圖像的比例尺轉換成相應的地面分辨率。 3、視場角（IFOV）：傳感器的瞬時視域，用毫弧度表示。視場角小，

5、得到的光通量小，空間分辨率低，反之，空間分辨率高。遙感基礎知識 實際應用中，圖像上地物的可分辨程度，不完全決定于空間分辨率，而是和它的形狀、大小以及它與周圍物體的背景值相關。如鐵路線本身寬度僅15-20m，不到一個象元（30m），但在TM圖象上卻往往可以清晰地識別出來。這不僅它的形狀、大小的特殊性有關，同時也與其背景值有關。當鐵路通過森林時，基本看不見，而鐵路通過沙漠、水域等背景值較高或單調(diào)的地區(qū)，則清晰可辨。 各國的導彈發(fā)射基地，由于具有獨特的形態(tài)（中心一個發(fā)射井，周圍有相應的放射狀公路）和較單一的背景值也就不難在陸地衛(wèi)星圖象上識別出來。 由此可見，空間分辨率的數(shù)值只是一個粗略的等級概念。它

6、表明影像細節(jié)的可見程度，要想準確提取，必須考慮到周圍的環(huán)境因子。 遙感基礎知識清晰的鐵路河流道路遙感基礎知識這是什么？遙感基礎知識二、空間分辨率與影象分辮率 ： 影像分辨率指整個遙感系統(tǒng)最終反映在影像上的實際分辮率，它實際為空間分辨率在不同比例尺的具體影像上的反映。式中，g為影像分辨率；為空間分辨率；1/m為遙感圖象的比例尺；f為焦距；H為平臺高度。遙感系統(tǒng)的空間分辨率確定遙感圖象識別的最基本的信息單元象元。如TM的地面分辨率為30m，在1:100萬的圖象上，其影象分辨率為0.03mm，在1:10萬的圖象上，其影象分辨率則為0.3mm。 三、不同環(huán)境特征的空間分辨率要求。. 巨型環(huán)境特征地 殼

7、 10km成礦帶 2km大陸架 2km洋 流 5km自然地帶 2km生長季節(jié) 2km. 大型環(huán)境特征區(qū)域地理 400m礦產(chǎn)資源 100m海洋地質(zhì) 100m石油普查 1km地熱資源 1km環(huán)境質(zhì)量評價 100m土壤識別 75m土壤水分 140m土壤保護 75m灌溉計劃 100m森林清查 400m山區(qū)植被 200m山區(qū)土地類型 200m海岸帶變化 100m漁業(yè)資源管理與保護 100m. 中型環(huán)境特征作物估產(chǎn) 50m作物長勢 25m天氣狀況 20m水土保持 50m植物群落 50m土種識別 20m洪水災害 50m徑流模式 50m水庫水面監(jiān)測 50m城市、工業(yè)用水 20m地熱開發(fā) 50m地球化學性質(zhì)、過

8、程 50m森林火災預報 50m森林病害探測 50m港灣懸浮物質(zhì)運動 50m污染監(jiān)測 50m城區(qū)地質(zhì)研究 50m交通道路規(guī)劃 50m. 小型環(huán)境特征污染源識別 10m海洋化學 10m水污染控制 10-20m港灣動態(tài) 10m水庫建設 10-50m航行設計 5m港口工程 10m漁群分布與遷移 10m城市工業(yè)發(fā)展規(guī)劃 10m城市居住密度分析 10m城市交通密度分析 5m遙感基礎知識針對超大尺度人居環(huán)境研究的氣象衛(wèi)星-NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)影像針對超大尺度人居環(huán)境研究的氣象衛(wèi)星-中國風云一號(FY-1)A、B、C氣象衛(wèi)星

9、88、90、99分別升空太陽同步FY1-C可以獲取3.1公里分辨率的全球圖像和1.1公里分辨率的局部資料針對超大尺度人居環(huán)境研究的氣象衛(wèi)星-中國風云二號(FY-2)A、B衛(wèi)星影像97、00分別升空地球同步FY2-A、B可以獲取可見光(1.25km)、 水汽(5km)、紅外 (5km)影像針對中、大尺度人居環(huán)境研究的陸地資源衛(wèi)星-TM(Thematic Mapper)影像這張圖象是2002年接收的法國SPOT全色與多光譜兩套數(shù)據(jù)進行復合處理而得。保持了全色波段的10米分辨率。色彩顯示規(guī)律基本上同一般常規(guī)假彩色合成：植被呈紅色，水體呈淺藍至深蘭色，街道縱橫、建筑物密集的中心區(qū)呈藍灰色，機場跑道、公

10、路堤壩及部分鋼筋水泥結構的建筑物呈灰白色。從圖象上清楚看到澳門半島，除新填海形成的陸地，都已建成繁華的市區(qū)，其中散布著多處綠化度很高的景點。針對中、大尺度人居環(huán)境研究的陸地資源衛(wèi)星-SPOT(Satellite Pour I Observation de la Terre：對地觀測實驗衛(wèi)星)影像遙感在災情監(jiān)測中的應用1998/05/27洞庭湖汛前SPOT4衛(wèi)星影像1998/08/12洞庭湖汛期SPOT4衛(wèi)星影像1999/10/14升空、太陽同步多波段圖象20米黑白圖象80米針對中、大尺度人居環(huán)境研究的陸地資源衛(wèi)星 -中巴資源衛(wèi)星(CBERS)針對中、小尺度人居環(huán)境研究的高分辨率衛(wèi)星-IKONO

11、S(希臘詞匯“圖像”)影像針對小尺度人居環(huán)境研究的航空遙感圖像-航片遙感基礎知識3. 波譜分辨率 一、定義： 波譜分辨率指傳感器所用的波段數(shù)目、波段波長以及波段寬度。也就是選擇的通道數(shù)、每個通道的波長、帶寬這三個因素決定波譜分辨率。二、波譜分辨率在遙感中的意義 ： 1、多波段光譜信息的利用大大開拓了遙感應用的領域 12345670.45-0.52 藍色0.52-0.60 綠色0.63-0.69 紅色0.76-0.90 近紅外1.55-1.75 短波紅外10.4-12.5 熱紅外2.08-2.35 短波紅外30m30m30m30m30m120m30m水、冰植物巖石、土壤植物巖石、土壤熱巖石遙感基

12、礎知識 2、使專題研究中波譜段的選擇針對性越來越強 以植物遙感波譜分辨率的選擇為例，從0.4-2.5m劃分了植物的7個有效（可選）波段。 0.45-0.50m，色素吸收波段。即在葉紅素及葉綠素吸收區(qū)之內(nèi)。其特性與紅波段相似。 0.52-0.59m，綠色反射波段。對區(qū)分不同林型及樹種可能提供較多信息。 0.63-0.69m，對區(qū)分有無植被、覆蓋度及植物健康狀況極為敏感。 0.70-0.74m，是個過渡波段。僅能增加噪聲，不宜包括在其它波段中，TM、SPOT均避開了這段。但它也有其特殊功能，如受金屬毒害的植物在此波段范圍內(nèi)其反射率表現(xiàn)最明顯。 遙感基礎知識 0.74-0.90m，是綠色植物（活的）

13、的各種變量與反射率關系最敏感的波段，為植物通用波段。其中0.74-0.80微米與背景土壤形成明顯對比，對區(qū)分不同覆蓋度作物長勢最好。但作為植物通用波段取0.74-0.90m為宜。 1.1-1.3m，在高反射區(qū)與水吸收區(qū)之間，能區(qū)分植物類別，對巖石可能也有用。 1.55-1.75m，處于水的吸收帶內(nèi)，反映含水量敏感，用于植物含水量調(diào)查、水分狀況研究，作物長勢分析等。 2.1-2.3m，位于水吸收帶之間的反射峰，對土壤及綠色植物有很強的對比。 遙感基礎知識 3、多光譜信息的利用可以提高圖象分析判讀效果玉米和大豆葉子反射率結果 利用1.7m區(qū)間的光譜數(shù)據(jù)，可以把兩者區(qū)分開來。分類時反射率大于0.38

14、的點當作大豆，小于0.34的作為玉米。根據(jù)這種原理進行識別分類通常稱為“密度分割”。但在0.7m區(qū)間附近，兩者光譜重疊最大，無法區(qū)分。 遙感基礎知識玉米和大豆在兩個光譜波段內(nèi)的數(shù)據(jù)分布 兩種作物在這個區(qū)間內(nèi)重疊很大，若將這個數(shù)據(jù)以相應波段的影象顯示出來，則必然十分相似難以區(qū)分。 如果利用兩波段的信息來進行綜合分析，盡管這兩類作物在每個單波段內(nèi)重疊都很厲害，仍可以有效地區(qū)分出來。 遙感基礎知識兩個光譜波段內(nèi)數(shù)據(jù)的正交圖 把這兩種作物的數(shù)據(jù)各自繪制在多變量空間中，便能觀察到兩者的實際分布情況。 遙感基礎知識玉米和大豆正交圖的疊合 將這兩組數(shù)據(jù)繪制在同一坐標系統(tǒng)中，經(jīng)過多變量（兩個波段即2個變量）方

15、法處理后，原有的微小差異得到部分增強，可以清楚看到只要用線性判別函數(shù)，就可以將這兩類作物基本區(qū)分開。 遙感基礎知識3.3 時間分辨率 一、定義： 時間分辨率指對同一地區(qū)遙感影象重復覆蓋的頻率。它的變化范圍從靜止氣象衛(wèi)星的半小時次，到陸地觀測衛(wèi)星幾天或幾周/次，到航空攝影或空間飛行人工攝影幾個月，甚至幾年次。二、時間分辮率的類型 ： 根據(jù)探測周期的長短可將時間分辨率劃分為三種類型。 (1) 超短、短周期時間分辨率 指一天以內(nèi)的變化，以小時為單位。目前主要指氣象衛(wèi)星所獲得的信息，用來探測大氣海洋物理現(xiàn)象、火山爆發(fā)、植物病蟲害、森林火災以及污染源監(jiān)測等。 遙感基礎知識 (2) 中周期時間分辨率 指一

16、年之內(nèi)的變化，以“旬”或“日”為單位。目前主要指陸地衛(wèi)星信息，用以探測植物的季相節(jié)律、再生資源調(diào)查（農(nóng)作物、森林、水資源等）、旱澇分析等。 (3) 長周期時間分辨率 指以年為單位的變化。主要指較長時間間隔的各種類型的遙感資料。通過時間序列的對比來反映不同時間的軌跡。如湖泊消長、河道遷徙、海岸進退、城市擴展、災情調(diào)查、資源變化等。當然，若研究幾百年、幾千年的自然歷史變遷，則是研究遙感影象上留下的痕跡，尋找其與周圍環(huán)境因子的差異，那就是另一回事了。它需要參照歷史、考古以及其它信息方能完成。 遙感基礎知識三、時間分辨率在遙感中的意義 ： (1) 進行動態(tài)監(jiān)測與預報 如利用短周期遙感信息氣象衛(wèi)星云圖進

17、行天氣、海況（海洋表面物理狀況、溫度場、風場、波浪）、漁情監(jiān)測與預報，我國約每半個月1次，而日本則每天2次，并能及時送到出海的船上顯示出來，由于及時掌握情報，使日本的產(chǎn)漁量約是我國的10倍。 (2) 進行自然歷史變遷分析，必須有時間分辨率作為保證 湖北江漢平原是我國水網(wǎng)密度最大的省份之一。曾經(jīng)有2000多個湖泊。解放前夕的地圖上還保留有609個湖。但現(xiàn)在通過衛(wèi)星圖象的核實僅留下300多個，并且湖廓界線也發(fā)生了變化。遙感基礎知識 (3) 利用時間差提高遙感的成象率和解象率 由于不同時相的遙感圖象土壤的光譜特征變化很大，所以在我們進行土壤資源調(diào)查中，必須選擇差異特征明顯的時期。對于華北地區(qū)應抓住兩

18、個特征時期，一是冬春時節(jié)（一般在3月中上旬），氣候干旱、地面返鹽，且地面覆蓋差、多呈裸露狀，地表水鹽動態(tài)變化特征和差異以及地貌等現(xiàn)象均反映明顯，二是春末或秋末時節(jié)（一般5月上旬或9月上旬），即作物成熟期，水鹽土條件的差異集中反映在作物的類別與長勢上。利用這兩個時間差進行對比，可以得到任何一個單時相所得不到的信息，有效地提高圖象解譯能力。 (4) 更新數(shù)據(jù)庫以達到動態(tài)監(jiān)測的目的 動態(tài)多時相的遙感數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)庫的重要信息源。由于它具有周期短的特點，尤其適于不斷更新數(shù)據(jù)庫。 遙感基礎知識3.4 遙感信息的傳遞過程 要理解遙感信息的傳遞過程，必須首先理解如下二個問題： 地面目標是多維模型，遙感信息是二維的平面記錄 如森林，有分布面積、高度、時間等。但是所有遙感手段得到的信息均簡化為二維模型，無論攝影還是掃描都是個平面記錄。最后又要讓使用者恢復它成為多維模型。 地面目標是無限的，而遙感信息是有限的 地面目標包含的信息是無限的。一是空間上可以無窮地分割，二是時間上它的自然發(fā)展過程是連續(xù)的，它總不斷地向自然界提供信息。而遙感獲取信息，