环境资源遥感与环境信息学整理.docx

1、环境资源遥感与环境信息学整理环境资源遥感与环境信息学整理 遥感概述1、遥感：从不同高度平台上，使用各种传感器，接收来自地球表层各类地物各种电磁信息，并对这些信息进行加工处理，从而不同的地物及其特性进行远距离的探测和识别的综合技术。遥测：对被测物体某些运动参数和性质进行远距离测量的技术，分接触测量和非接触测量。遥控：远距离控制目标物运动状态和过程的技术。2、遥感系统：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。组成：1）目标物的电磁波特性：目标物与电磁波相互作用构成目标物的电磁波特性，以此设计传感器。2）遥感信息获取：中心工作。遥感平台和传感器。3）遥感信

2、息处理：地面站用户。4）遥感信息应用：按不同的应用目的进行。3、遥感器的工作方式：1）被动遥感(无源遥感)：指传感器直接探测和接收来自地物辐射的地磁波。2）主动遥感(有源遥感)：指传感器带有能发射讯号（电磁波）的辐射源，工作时向目标物发射信号，接收目标物发射这种辐射波的强度。4、遥感的特性：宏观、综合、动态、快速。（1）空间特性：遥感的感测距离远，范围大，而且某些波段的遥感对冰雪、云雾、水体和陆地等有一定的穿透能力，因而遥感具有宏观性和直观性。（2）时间特性：常用的航空平台和航天平台运行快，周期短，又能获得多时相、准同步的影像和数字资料以便作出综合动态分析，获取资料的速度快，周期短，而且能反映

3、动态变化。（3）波谱特性：现在，已用于遥感的电磁波段有Y射线、x射线、紫外线、可见光、红外线、微波以及波长更长的无线电波等。各波段之间，性质差异很大，用途也很不相同。就连在同一大波段中的几个小波段之间也有不少差别，应用范围和优缺点也各不相同。（4）宏观性：覆盖范围大、信息丰富，一景TM影像为185185平方公里（56min)；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的；一桢同步气象卫片覆盖地表1/3。（5）综合性：反映自然、人文信息。如Landsat反映地质、地貌、土壤、植被、水文等。（6）可比性：同时，不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感器在不同时间获得的同一地区的数据，均具

4、有可比性。（7）经济性：从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。（8）局限性：信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。数据的挖掘技术不完善，使得大量的遥感数据无法有效利用。5、遥感的优势：1）信息量巨大：遥感获得的信息量巨大。2）受地面条件限制少：可用于自然条件恶劣、地面工作困难的地区，或因国界限制而不易到达的地区。3）经济效益好：成本低，收益高。4）用途广：遥感技术已广泛应用于农、林、牧、渔、水文、地质、地理、气象、测绘、环保、考古、城规、土地管理和军事侦察等多个领域。5）发展迅速：遥感是在航空摄影的基础上发展

5、起来的。最近40年来，随着空间科学技术、电子技术、电子计算机技术及其它新技术的发展，遥感技术及其应用发展迅速，日新月异。6、遥感技术的特点：宏观性和综合性强；综合效益高；信息量大、技术先进、准确性高；获取信息快，更新周期短，动态信息丰富；应用领域广泛。7、遥感技术的发展：萌芽（气球、鸽子）航空阶段（飞机）航天阶段（卫星）遥感技术的四个发展阶段：瞬时（实时）信息的定性分析、空间信息的定位分析、时间信息的趋势分析、环境信息的综合分析（多种来源信息的复合分析）。遥感的发展趋势：从单一遥感资料的分析，向多时相、多数据源的信息复合与综合分析；从资源环境静态分布研究，向动态过程监测；从动态监测向预测、预报

6、过渡；从定性调查、系列制图，向计算机辅助的数字处理、定量自动制图过渡；从对各种事物的表面现象的描述，向内在规律分析、计量探求过渡；遥感技术与地理信息系统、全球定位系统、数字摄影测量技术和专家系统的紧密结合。8、遥感的应用：（一）资料调查：1）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。2）遥感在地质矿产方面的应用：客观真实地反映各种地质现象，形象地反映区域地质构造,地质找矿工程地质、地震地质、水文地质和灾害地质。3）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。（二）环境监测评价：1）污染物位置、性质、动态变化及对环境的影响；

7、环境制图。2）在对抗自然灾害中的应用:灾害性天气的预报，如旱情、洪水、滑坡、泥石流和病虫害。（三）区域分析及建设规划：区域性是地理学的重要特点。腾冲、长春、三北防护林等都是遥感区域分析的典范。城市化和城市遥感的兴起：城市土地利用、环境监测、道路交通分析、环境地质、城市规划等。（四）全球性宏观研究：1）全球性问题与全球性研究。2）人口问题、资源危机、环境恶化等。3）利用GPS监测和研究板快的运移；深大断裂活动；全球性气候研究和灾情预报；（五）其他方面：测绘制图、历史遗迹考察、军事应用。9、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）按照遥感媒介分类：电磁波、声波、力

8、场、地震波等。3）按照遥感应用的目的分类：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。6）按遥感对象分类：宇宙遥感、地球遥感。第二章遥感的物理基础1、电磁波：由振源发出的电磁振荡在空气中传播能量的波。电磁辐射：这种电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。2、电磁波特性：电磁波是横波、在真空中以光速传播、电磁波具有波粒二象性。3、电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。依次为：射线-X射线-紫外线-可见光-红外线-无线电波4、高光谱RS技术：有许多波段，时间

9、分辨率高，目前机载，但空间分辨率低。5、常见电磁波段的特性：1）紫外线(UV)：0.01-0.4m，碳酸盐岩分布、水面油污染。2）可见光：0.38-0.76 m，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。3）红外线(IR) ：0.76-1000m。近红外0.76-3.0m;中红外3.0-6.0m；远红外6.0-15m；超远红外15-1000 m。（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。）4）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。6、电磁辐射源：1）自然辐射：太阳辐射（主要为可见光和近红外0.3-2.5m）；地球的电磁辐射（主要集中在波长较

10、长的部分，即6m以上的热红外区段。）3-6 m之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。2）人工辐射源：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-测定卫星位置、高度、速度、测量地形等。7、微波RS的特性：1）全天候、全天时工作（波长长、散射小、大气衰减小、穿透力小）。2）对某些地物有特殊波谱特征。3）对冰、雪、森林、土壤有一定穿透力。4）对海洋特别敏感，其波长适于测海面动态（海面风浪）。5）分辨率较低，但特征明显（衍射现象显著）8、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

11、物的这种特性称为地物的光谱特性。9、地物的反射率（反射系数/亮度系数）：地物对某一波段反射的辐射能量P占总入射能量P0的百分比。影响因素：入射电磁波的波长、入射角的大小、地表颜色与粗糙度。根据物体表面的粗糙程度，反射分为：1）镜面反射：满足反射定律。如平静的水面，平行入射时，只在反射方向上才能探测到电磁波。2）漫反射（朗伯反射）：不随入射方向变化的反射，且在任何角度探测的反射亮度是一常数。3）方向反射：介于两者之间。10、地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。地物反射光谱曲线：根据两者关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。11、地物发射电磁波的能力

12、以发射率作为衡量标准，地物发射率以黑体辐射为参照。12、黑体：对任何波长的电磁波全部吸收。在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体，反射系数恒等于0。黑体辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射。13、黑体辐射定律（普朗克热辐射定律）：表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。三个特性：A .辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。B .温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。C .随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。14、发射率：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥

13、感探测的基础和出发点。影响地物发射率的因素：地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。按照发射率与波长的关系，把地物分为：A .黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。B .灰体：发射率小于1，常数C .选择性辐射体：反射率小于1，且随波长而变化。15、基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W黑。W/=W黑= W/W黑=有：在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。亮度温度：衡量地物辐射特征的重要指标。由于

14、自然地物不是黑体，习惯上用亮度温度TB来衡量地物的辐射特征。当物体的辐射功率等于某一黑体的辐射功率时，该黑体的绝对温度即为亮度温度。亮度温度与实地温度的关系：总小于实地温度。16、黑体的微波辐射：任何物体在一定的温度下，不仅向外发射红外辐射，也发射微波辐射。二者基本相似。但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，温度越低，微波辐射越明显。微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上可以经过处理来接收。17、透射率：入射光透射过地物的能量与入射总能量的百分比，用表示。透射率随着电磁波的波长和地物的性质而不同。一般情况下，绝大多数地物对可见光都没有透射能力。18、到达地面的太阳辐射能量=反射能量+吸收能量+投射

15、能量19、大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。与波长和大气的成分有关。大气的成分：分子（N2，O2.）和其他微粒（烟、尘埃、雾霾、小水滴、气溶胶）20、大气的结构：从地面到大气上界，大气的结构分层为：1）对流层：高度在712 km,温度随高度而降低，天气变化频繁，航空遥感活动区。遥感侧重研究电磁波在该层内的传输特性。2）平流层：高度在1250 km，底部为同温层（航空遥感活动层），同温层以上，温度由于臭氧层对紫外线的强吸收而逐渐升高。3）电离层：高度在501,000 km，大气中的O2、N2受紫外线照射而电离，对遥感波段是透明的，是陆地卫星活动空间。4）大气外层： 80035

16、,000 km ,空气极稀薄，对卫星基本上没有影响。21、太阳辐射的衰减过程： 4%被地表反射，20%被云层反射回；19%被大气吸收；6%被大气散射；51%到达地面。辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能量。辐射密度：.单位面积的辐射能量。辐照度：被辐射物体表面单位面积上的辐射能量。辐射出射度：辐射源单位面积的辐射能量。22、太阳辐射通过大气的透射率（）：=e(-（+）X) X-路程长度（通过大气的厚度）-大气中气体分子对太阳辐射的吸收系数；-大气中气体,液滴,固体对太阳辐射的散射系数；（+）-衰减系数，波长升高，其值降低。23、大气的吸收作用：大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成大

17、气吸收带。1350-1450m无效。O2吸收带：0.2m 0.155m最强O3吸收带：0.2-0.36m 0.6m数量极少，但吸收强，对航空遥感影响不大。H2O吸收带：0.50.9 m , 0.952.85 m，6.25 m吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。CO2吸收带：1.352.85m, 2.7/ 4.3/14.5m量少；吸收作用主要在红外区内。可忽略不计。尘埃：吸收量很小。24、大气的散射作用：太阳辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。改变了电磁波的传播方向；干扰传感器的接收；降低了

18、遥感数据的质量、影像模糊，影响判读。大气发生的散射主要有三种：1）瑞利散射：d =0为常数水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。Eg:云雾为什么通常呈现白色？粒径辐射波长,发生无选择性散射，任何波段散射强度相同。25、大气窗口：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段称作大气窗口。26、环境对地物光谱特性的影响：1）地物的物理性状：表面颜色、粗糙度、风化状况及含水情况。2）光源的辐射强度：同一地物位于不同纬度和不同海拔高度反射光谱强度有差异。3）季节：季节不同，太阳高度角

19、不同，同一地物同一地点，反射光谱曲线形态相似但反射率值不同。4）探测时间：一般中午反射率较高。5）气象条件：一般晴天反射率阴天。第三章遥感数据1、传感器：收集、探测、记录地物电磁波辐射信息的工具，是用以获取目标电磁辐射信息的探测仪器，是遥感工作系统的主要部分。它的性能决定遥感能力，即传感器对电磁波段响应能力、传感器的空间分辨率及图像的几何特征、传感器获取地物信息量的大小和可靠程度。传感器的分类：（一）按工作方式分为：1）主动方式传感器：侧视雷达、激光雷达、微波辐射计。 2）被动方式传感器：航空摄影机、多光谱扫描仪（MSS）、专题制图仪（TM）、改进型专题制图仪(ETM1,2)、红外扫描仪等。（

20、二）按成像方式分：摄影类型、扫描成像型、雷达成像型、非图像类型。传感器的组成：1）收集器：收集来自地物目标镜、天线。2）探测器：将收集的辐射能转变成化学能或电能。3）处理器：将探测后的化学能或电能等信号进行处理。4）输出。工作方式：1）主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。2）被动式：接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、ETM、HRV）。2、航空摄影机：是空中对地面拍摄像片的仪器，它通过光学系统采用胶片或磁带记录地物的反射光谱能量。记录的波长范围（0.29-1.10m的近紫外、可见光和近红外外光谱段，仅白天

21、成像）以可见光近红外为主。3、扫描成像类传感器：依靠探测单元和扫描镜对目标地物以瞬时视场为单位进行的逐点、逐行取样，以得到目标地物电磁辐射特性信息，形成一定谱段的图像。4、光机扫描仪：用光学系统接收来自目标地物的辐射，并分成几个不同的光谱段，使用探测仪器把光信号转变为电信号，同时发射信号回地面，如MSS、TM等。红外扫描仪：接受地物的红外辐射能量，并把它传给探测元件。多光谱扫描仪(MSS):与红外相似，外加一个分光系统，把电磁波信号分成4个不同的波段。专制制图仪(TM)：原理与MSS一致，分辨率从80m提升至30m，波段3个升至7个。5、雷达的复介常数，反射作用投射作用可看含水量较短波段（2-

22、6cm）适宜农作物树叶冠层，较长波段（10-30cm）适宜树干为什么要研究雷达？雷达利用微波，可穿透云雾全天时全天候。相干雷达（INSAR）:通过两幅天线同时观测或两次平行观测，获得同一地区的重复观测数据。6、图像的空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小，或地面物体能分辨的最小单元。波谱分辨率：传感器在接受目标辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔。辐射分辨率：指传感器探测元件在接收波谱辐射信号时，能分辨的最小辐射差。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，也称重防周期。为什么要多种元素融合？答：各有优缺点，时间分辨率.，利用优势。7、航空遥感：以飞机、气球等飞行于大气

23、层中的飞行器作为遥感平台的遥感。摄像/扫描航空像片：目前航空遥感是以摄影方式为主，其所获取地面的影像称为。8、航空摄影的5大优点：可以居高临下地观察，获得大面积俯视图，其效率比地面观测高得多；记录动态现像，如洪水、林火、溢油、火山爆发和运动物体等；是永久的记录；扩大了观测的光谱区，将观测的光谱区由可见光(O.46m-0.76m)扩大到近紫外和短波近红外，其全部工作波长范围达到0.29m-1.40m；提高了空间分辨率和几何保真度，在航空像片上可以记录到更多的空间细节。利用航空像片，可取得精确的位置、距离、高度、体积和坡度等数据。目前绝大部分地形图和平面图都是利用航空像片与摄影测量技术获得的。9、

24、航空摄影的分类：1）按摄影机主光轴与铅垂线的关系分：竖直航空摄影、倾斜航空摄影2）按摄影实施方式分类：单片摄影、单航线摄影、多航线摄影(面积摄影)3）按感光片和所用波段分类：普通黑白摄影、黑白红外摄影、天然彩色摄影、彩色红外摄影、多波段摄影(多光谱摄影)。 4）按比例尺分类10、垂直摄影：航摄仪主光轴保持铅垂方向。倾斜摄影：航摄仪主轴与铅垂线交角大于3%。11、单片摄影：为特定目标或小块地区进行摄影，一般一张或一对或数张不连续的。单航线摄影：沿一条航线摄狭长、带状（如公路），须航向垂直，重叠度约60%。多航线摄影：航向重叠60%，旁向重叠15%-30%12、感光材料：胶片(.)和印像纸的通称。

25、由感光乳剂层和片基组成。黑白片有单层感光乳剂，彩色片有三层感光乳剂。感光材料的性能指标：（1）感光度：感光的快慢程度。（2）反差(.)：最大光学密度与最小光学密度之差。（3）分辨率：对景物细微部分的表现能力，用线对数(mm)表示。航摄选用感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。感光片所用波段：黑白.、全色片、天然色片、彩色红外片。航空像片属于中心投影。13、中心光线：航空摄影时，地面上每一物点所反射的光线，通过镜头中心后，都会聚在焦平面上，同时，每一物点所反射的许多光线中，有一条通过镜头中心而不改变方向的线。每一物点在像面上的像，可以视为中心光线与底片的交点，这样在底片上就构成负像，经过接

26、触晒印所获得的航空像片称为正像。14、中心投影成像特征：在中心投影中，点的像还是点。直线的像一般仍是直线，但如果直线的延长线通过投影中心时，则该直线的像就是一个点。空间曲线的像一般仍为曲线。但若空间曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心时，它的像则成为直线。15、中心投影和垂直投影的区别：航空像片是中心投影，地形图是垂直投影。两类投影的区别主要表现在三个方面：（1）投影距离的影响。对于垂直投影，构像比例尺和投影距离无关。中心投影的比例尺取决于航高（物距）和焦距（像距）。（2）投影面倾斜的影响。对于垂直投影，投影面总是水平的，对于中心投影，若投影面倾斜，则像片各部分的比例尺就不一样。（3）地形

27、起伏的影响。地形起伏对垂直投影没有影响，而对于中心投影则有影响。地形起伏愈大，投影差就愈大。16、像点位移：地形起伏和投影面倾斜导致的像点位置改变。_h=h/H h-像距像主点的距离；H-该点对应起始面的高度；-为正，影像外移。17、航空像片的分辨率：是衡量胶片分辨地物细部能力的一种指标。用单位距离内能分辨的线宽与间隔相等的平行细线的数目来表示。主要取决于航摄相机的镜头分辨率和感光乳剂的分辨率。但景物的反差、大气的光学条件、飞机的震动也影响航片的分辨率。18、彩色红外像片：由地物反射的光线进入摄影机镜头，使彩色红外感光底片产生光化学反应，由该底片印出的像片称为彩红外像片。彩色红外感光片没有感蓝

28、层和黄滤色层，有感绿、感红和感红外层。因此不受大气散射蓝光的影响，像片清晰度很高，适合城市航空摄影。Eg:植被在彩红外像片上表现为不同程度的品红到红色。因为近红外段的光谱反射率远远高于它在可见光波段的光谱反射率。水在彩红外像片上表现为蓝到青色。19、黑白像片的色调：黑白像片上某一部分的黑白深浅的程度称为色调，它能反映物体反射率的大小。影像因素：地物表面亮度、感光材料、摄影技术。20、航空像片的比例尺：航摄相机的焦距f与航高H的比。航片的比例尺：1/M=f/H比例尺随着图像处理而变化。地形起伏也会影响比例尺。大比例尺：1:50001:10000。中比例尺：1:100001:30000。小比例尺：

29、1:300001:100000。21、亮度系数（P）：在相同照度条件下，某物体的亮度与绝对白体理想表面的亮度之比。亮度系数的特点：（1）亮度系数的范围0P 1；（2）相同地物，由于干湿程度不同，亮度系数也不同；（3）亮度系数与物体表面的颜色有关；（4）表面光滑的物体比粗糙的物体亮度系数大；（5）许多性质完全不同的物体具有相同的亮度系数。22、雷达：意为无线电测距和定位。其工作波段都在微波范围，少数也利用其他波段。雷达是由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。按照工作方式可分为：成像雷达和非成像雷达

30、。成像雷达中又可分为真实孔径侧视雷达和合成孔径侧视雷达。23、陆地资源卫星Landsat：以探测陆地资源为目的的卫星。产品主要有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。发射7颗，JERS/CBERS还在用。陆地卫星的运行特点：（1）近极地、近圆形的轨道；（2）轨道高度为700900 km；（3）运行周期为99103 min/圈；（4）轨道与太阳同步。啊啊啊啊啊啊啊啊啊啊第四章遥感数据的校正1、发光体：发出的光一般都含有多种光谱成分，光谱成分的组合形成一定的色光，这就是发光体的颜色。非发光体：光线投射到非发光体上，将会分解成透射、吸收和反射光线。选择性吸收：对可见光谱成分具有不等的吸收能力，具有对光谱的选择吸收性和反射的不定性，从而能显示物体的颜色。非选择性吸收：对白色光可见光谱成分具有同样吸收能力者，呈灰、黑、白。2、基色：在三种基色光中的任何一种色光（颜色）都不能由这三种基色中的另外两种色光（颜色）混合而成。基本的3种色光：蓝光、绿光、红光。补色：指黄、品红、青三色而言，它们都是由白光减去某一原色而来的，反过来说，它们中的某一色，与三原色中的某一色相加（即两种色光混合）能得白