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遥感导论第一章绪论一.遥感：从运出探测感知物体或事务的技术，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，通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。广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。狭义：应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。泛指一切无接触的远距离探测。（P1）二、遥感的类型(P4)：1、按遥感平台分（传感器设置的位置）：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感。2、按传感器的探测波段分（探测波段的范围）：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感。※多波段遥感：指探测波段在可见光波段与红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。3、按工作方式分：主动遥感和被动遥感，成像遥感和非成像遥感。4、按遥感的应用领域分：从大的研究领域可分为外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等；从具体应用领域可分为资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、气象遥感、水文遥感、城市遥感、工程遥感、灾害遥感、军事遥感等。三、遥感的特点(P5)：1、大面积的同步探测：遥感平台越高，视角越宽广，可以同步探测到的地面范围就越大；2、时效性：在短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化（天气预报、水灾、火灾、军事行动等）；3、数据的综合性和可比性：遥感获得的地物电磁波特性数据综合地反映了地球上许多自然、人文信息；成像方式、时间，数据记录等都均可按要求设计，因此数据具有可比性，较大程度地排除人为干扰。4、经济性：与传统的方法相比具有很高的经济效益和社会效益；5、局限性：遥感技术所利用的电磁波还很有限，仅是其中几个波段范围。四、1999年10月14日中国—巴西地球资源遥感卫星CBERS-1成功发射。第二章电磁辐射与地物光谱特征一、电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，构成电磁波谱。该波谱以频率从高到低排列，可以分为r射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。(P15)二、遥感常用的电磁波波段的特性：(P15)1.紫外线（UV）：0.01－0.4um，碳酸盐岩分布、水面油污染等2.可见光：0.4－0.76um，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）：0.76－1000um。近红外：0.76－3.0um；中红外：3.0－6.0um；远红外：6.0－15.0um；超远红外：15－1000um；（近红外又称红外或反射红外，中红外和远红外又称热红外），植被感应等4.微波：1mm-1m，全天候遥感，有主动遥感和被动遥感之分，具有穿透能力，发展潜力大。三、电磁波的特性：1.电磁波是横波2.在真空下以光速传播3.满足一下公式：f*λ＝cE=h*f4.电磁波具有波粒二象性：在传播过程中主要表现为波动性；在与物质相互作用时主要表现为粒子性。四、（绝对）黑体：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。(P19)五、黑体遵循的辐射定律：(P19)1、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。黑体辐射的三个特性：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。2、玻耳兹曼定律：黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。这是红外装置测定温度的理论基础。3、维恩位移定律：随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。4、基尔霍夫定律：A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。B在给定的温度下，物体的发射率=吸收率；吸收率越大，发射率也越大。C地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这种特征构成了红外遥感的理论基础。六、太阳常数：是指不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积时间黑体所接收的太阳辐射能量：I＝1360W/m2.(P24)七、大气的散射：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。散射是太阳辐射衰减的主要原因，其实质是电磁波在传输中遇到大气微粒而产生的的一种衍射现象。(P29)大气散射的影响：1、改变了电磁波的传播方向，干扰传感器的接收；2、降低了遥感数据的质量、影像模糊，影响判读；3、大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光区，因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。八、大气散射的三种情况：(P29)1.瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时发生的散射。散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。2.米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时发生的散射，主要由大气中的微粒（尘埃、小水滴等）引起。云雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对红外线的散射主要为米氏散射。3.无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时发生的散射，其强度与波长无关，即在符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。九、几种天气现象得原因：(P29)1、无云的天空呈现蓝色：因为蓝光波长短，散射强度较大，因此蓝光向四面八方散射，使整个天空蔚蓝，使太阳辐射传播方向的蓝光被大大削弱。（瑞利散射）2、日出日落时天空呈橘红色：因为这时太阳高度角小，阳光斜射向地面，通过的大气层比阳光直射时要厚得多。在过长的传播中，蓝光几乎被散射殆尽，波长次短的绿光散射强度也居其次，大部分被散射掉了。只剩下波长最长的红光，散射最弱，因此透过大气最多。加上剩余的极少量绿光，最后合成呈现橘红色。所以朝霞合夕阳都偏橘红色。（瑞利散射）3、云雾呈白色的原因：云雾粒子直径虽然与红外线波长接近，但相比可见光波段，云雾中水滴的粒子直径就比波长大得多，因此对可见光中各个波长的光散射强度相同，所以人们看到云雾呈现白色，并且无论从云下还是乘飞机从云层上面看，都是白色的。（无选择性散射）十、大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。(P31)十一、反射的几种情况：(P37)物体的反射状况分三种：镜面反射、漫反射、实际物体反射。1、镜面反射：指物体的反射满足反射定律。入射角等于反射角，只有在反射波射出的方向上才能探测到电磁波。（如非常平静的水面。）2、漫反射（朗伯面）：不论入射方向如何，反射出来的能量分散到各个方向。3、实际物体反射：介于镜面与郎伯面（漫反射面）之间。第三章遥感成像原理与遥感图像特征一、遥感平台：搭载传感器的工具，根据运载工具的类型，可分为地面遥感（与地面接触的平台）、航空遥感、航天遥感、航宇遥感。(P46)1.航天平台的高度在150km以上，其中最高的是静止卫星，位于赤道上空36000km的高度上。其次是高700－900km左右的landsat、SPOT等地球观测卫星。航天飞机的高度在300km左右。2.航空平台包括低、中、高空飞机，以及飞艇、气球等，高度在百米至十余千米不等。3.地面平台包括车、船、塔等，高度均在0－50m的范围内。二、气象卫星的特点：(P48)1.轨道：低轨：近极地太阳同步轨道，800－1600km，与太阳同步，使卫星每天在固定的时间（地方时）经过每个地点的上空，使资料获得时候具有相同的照明条件。高轨：地球同步轨道，36000km左右，相对于地球静止，所以可作为通讯中继站，用于传送各种天气资料，如天气图，预报图等。2.短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次，极轨卫星半天一次，利于对地面快速变化的动态监测。3.成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。4.资料来源连续，实时性强，成本低。三、气象卫星资料的应用领域：(P49)1.天气分析和气象预报；2.气候研究和气候变迁的研究；3.资源环境其他领域。四、主要陆地卫星系列：(P50)1.陆地卫星（landsat）：美国，1972年发射第一颗，共发射了7颗，产品主要有：MSS,TM,ETM,属于中高度长寿命卫星。运作特点：近极地，近圆形轨道；轨道高度为700－900km；运行周期为99－103min/圈。2.SPOT卫星（地球观测卫星系统）：1978年，法国为主，联合比利时，瑞典等国家设计。标准轨道高度832km，成像HRV波谱段3.中国资源一号卫星――中巴地球资源卫星（CBERS）：1999年10月14日，太阳同步近极地轨道，轨道高度778km。4.其他陆地卫星。五、海洋卫星系列特点：由于海洋具有其特殊性，如面积大，反射较强，海水具有透明性的差异以及海面特殊状况等，海洋遥感具有以下特点：(P52)1.需要高空和空间的遥感平台，以进行大面积同步覆盖的观测：因海洋具有范围广、幅度大、变化快的特点。2.以微波为主：微波穿透能力较好，并且可以较好的获得海水温度、盐度和海面粗糙度等信息。3.电磁波于激光、声波的结合使扩大海洋遥感探测手段的一条新路：利用声波等技术可突破深度上的局限性，将遥感技术的应用范围延伸到深海甚至海底。4.海面实测资料的校正。六、中心投影于垂直（正射）投影的区别：(P58)航片是中心投影，即摄影光线交于一点；地图是正射投影，即摄影光线平行且垂直投影面。1、正射投影图像的缩小和放大与投影距离无关，并有统一的比例尺；中心投影则焦距固定，航高（距离）改变其比例尺也随之改变。2、正射投影总是水平的，不存在倾斜问题，只关系到比例尺稍微的改变；中心投影若投影面倾斜了，航片各部分的比例尺将显著变化，各点的相对位置和形状不再保持原状。3、地形起伏对正射投影几乎五影响，只是比例的变化，相对位置不变；当对中心投影产生投影差，地面起伏越大，像上投影点水平位置的位移量就越大。七、微波遥感的特点：(P72)1、能全天候、全天时工作：微波的散射作用较弱，在大气中衰减较少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本不受烟云雨雾的限制。2、对某些地物具有特殊的波谱特征：许多地物间微波辐射能力差别较大，容易分辨出可见光与红外遥感所不能区别的某些目标物的特性。3、对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透力。4、对海洋遥感具有特殊意义：微波对海水特别敏感。5、分辨率较低，但特性明显。八、微波遥感方式和传感器：微波遥感分为有源（主动）和无源（被动）两大类。(P74)1、主动微波遥感：是指通过向目标地物发射微波并接收其后向散射信号来实现对地观测遥感方式。主要传感器是雷达。此外还有微波高度计和微波散射计。2、被动微波传感：通过传感器，接收来自目标地物发射的微波，而达到探测目的的遥感方式。被动接收目标地物微波辐射的传感器为微波辐射计，被动探测目标地物微波散射特性的传感器是微波散射计。九、遥感图像特征：遥感图像是各种传感器所获信息的产物，是遥感探测目标的信息载体。遥感解译人员需要通过遥感图像获取三方面的信息：目标地物的大小、形状及空间分布特点；目标地物的属性特点；目标地物的变化动态特点。因此相应的将遥感图像归纳为三方面特征：几何特征、物理特征和时间特征。这三方面特征的表现参数即为空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和时间分辨率。(P80)1、遥感图像的空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。2、遥感图象的波谱分辨率：指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小，分辨率愈高。3、遥感图象的辐射分辨率：指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一像元的辐射量化级。4、遥感图象的时间分辨率：指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。第四章遥感图像处理一、颜色的性质：所有颜色都是对某段波长有选择的反射而对其他波长吸收的结