遥感导论逻辑框图

1遥感第一章绪论1.遥感的概念(RemoteSensing)60年代、美国、技术词汇广义：泛指各种非接触的、远距离的探测技术。（《遥感大词典》）狭义：是一门新兴的科学技术，主要指从远距离、高空以至外层空间的平台上，利用可见光、红外、微波等探测器，通过摄影或扫描、信息感应、传输和处理，从而识别地面物质的性质和运动状态的现代化技术系统。（《遥感大词典》）-对象：地面-目的：地面物质的性质和运动状态（周期性、重复性）-载体：电磁波（主要）-过程：成像、传输、处理、应用2.遥感在地球系统科学中的地位二十世纪初，“大地理科学”——地理科学，地质科学，大气科学，海洋学，环境科学。美国坚持不利用遥感手段的地理系走向消亡。-提供全球覆盖的、不同分辨率的，多时相的地表信息导致地学的研究范围、内容和方法的重要变化。遥感本身是全球信息获取和分析处理方法的一场革命。-全球或大区的精确定位的宏观影像，揭示了岩石圈、水圈、气圈和生物圈的相互作用关系。-扩大了人的视野，从可见光发展到红外、微波等波段范围，加深了人类对地球的理解。-实现了空间和时间的转移-遥感的介入推动了地球系统科学的发展，推动全球变化研究，提高了气候预测的精度。3.遥感在国民经济、社会发展中的作用-为国民经济持续稳定发展提供动态基础数据（如城乡规划）和科学决策依据-为国家重大自然灾害提供及时准确的监测评估数据及图件-持续不断地开展再生资源的监测、预测和评估-地质矿产资源调查与大型工程评价-天气预报和气候预测-海洋监测和海洋开发-西部大开发的土地适用性评价、生态评价和工程评价应用遥感手段是必要的•短、中、长期的天气预报准确性气团的运动常常会突然偏离模型预计的运动方向和速度。1999年，气象部门向中央预报夏季洪水将在华北，但是，夏季洪水再一次发生在长江流域。2000年美国预报台风路径出错损失几十亿。所以NASA21世纪的规划中，经济效益的很大一块就是气象预报精度提高。大气下垫面的反照率影响地面和大气温度4.遥感历史及发展趋势遥感历史：-1839年，Daguerre与Niepce首次摄影，此后巴黎观测站主任Arago专心于地貌摄影-1849年，法国一位军官Laussadet用摄影绘制地形图电磁波遥感：光、热、无线电力场遥感：重力、磁力声波遥感地震波遥感用传播信息载体或媒介来定义空对地地对空空对空用目标与观测者的相对位置关系来定义2-1858年，气球大面积摄影-19世纪80年代，风筝-19世纪90年代早期，鸽子-1909年，意大利Wright驾驶的飞机首次航空摄影，在一二次世界大战中作为侦察手段。-20世纪30年代中期，彩色摄影-1956年，Colwell,特殊目的的航摄试验，分类并识别植被类型，探测病虫害及受灾植被-20世纪60年代中期，NASA资助，大量红外及多光谱彩色摄影-1968年圣诞期间，Apollo8经过月球表面拍摄到了地球照片-1972年，第一颗地球观测卫星Landsat发射成功。（原名地球资源技术卫星ERTS-1后命名为陆地卫星，遥感一词迅速普及，卫星已超过3000颗（军用60%）遥感发展趋势：•分辩率越来越高（空间、光谱）•波段范围扩展(从可见光、近红外、发展到中远红外、微波)•观测方式从以前的垂直向下到多角度遥感•单一极化到多极化•3S一体化•遥感从定性摄影到定量分析，成为一门科学。我国遥感事业的发展•50年代组建专业飞行队伍，开展航摄和应用•70年4月24日，第一颗人造地球卫星•70年代，腾冲遥感实验获得巨大成功•75年11月26日，返回式卫星，得到卫星像片•80年代空前活跃，“六五”计划遥感列入国家重点科技攻关项目•西部大开发中的生态和环境问题•目前，某些方面已经进入世界先进行列我国遥感发展的特点•国家的重视和支持，为遥感的快速发展奠定了坚实的基础(前科技部部长--徐冠华院士)•集中人力、物力和财力重点攻关，重点突破•全国性、大区域遥感工程的完成，充分显示了我国遥感的特色和水平5.遥感的过程及分类5.1遥感的过程FF’H地面解码辐射纠正几何纠正大气订正遥感模型反演定量遥感所提取的参数数学、物理学、光学、通信、计算机、空间科学、环境、生态、大气、海洋、地貌、地质、人文交叉学科ff1HFf2地面反射或辐射大气传输光电转换光学摄影A/D转换信息编码数字传输卫星返回f2H35.2遥感分类(1)按平台高度分类(2)按传感器分类(3)按传感器探测波段范围分类(4)按遥感应用的领域分类地球资源遥感、环境遥感、气象遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、灾害遥感、海洋遥感……6.国内外主要遥感学术机构-中国国家遥感中心：下属国家科委，到89年有8个部--中科院遥感所、北大遥感所、国家测绘局测绘科学研究所、科学院遥感卫星地面站、航空遥感一部（科学院航空遥感中心）、航空遥感二部、国土资源遥感中心（地质矿产部）、长沙遥感部（湖南省遥感中心）-中科院系统（遥感所、地理所、遥感卫星地面站、上海技术物理所、长春光学精密机械研究所、长春净月潭遥感实验场、电子所）-高校-美国：NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)、GoddardSpaceFlightCenter、EOSAT(EarthObservationSatelliteCo.)-前苏联：国家空间委员会、资源与环境空间系统-法：CNES(CentreNationald’EtudesSpatiales)高塔（300m)、车船（30m)、观测架（几米）地面遥感紫外(0.05-0.38mm)可见光(0.38-0.76mm)红外(0.76mm-1mm)微波(0.1-100cm)反射红外(0.7-3mm)：近红外(0.7-1.3mm)、短波红外(1.3-3mm)中红外(3-6mm)远红外(6-15mm)热红外(8-14mm)航空遥感气球：飘浮气球（50km）、系留气球（5km）飞机：高空飞机（15km）、中空飞机（9-15km）、低空飞机（9km）航宇遥感轨道卫星：地球同步卫星（36000km）太阳同步卫星（长寿命(500-1000km)、短寿命(150-500km)）载人飞船（500km)航天飞机（300km)探空火箭（100-650km)航天遥感被动方式非图像方式（微波辐射计、地磁测量仪、重力测量仪、傅立叶光谱仪、其他）图像方式/照相机（黑白、天然彩色、红外、彩色红外、其他）非扫描扫描（图像方式）像面扫描（电视摄像机、固体扫描仪CCD）物面扫描（光机扫描仪、固体扫描仪）主动方式非扫描/非图像方式（微波散射计、微波高度计、激光光谱仪、激光高度计、激光水深计、激光测距仪）扫描（图像方式）像面扫描（被动型相控阵雷达）物面扫描（微波辐射计、真实孔径雷达、合成孔径雷达）4-日本：NASADA(NationalSpaceDevelopmentAgencyofJapan)-其他：印度、加拿大、泰国、欧空局（EuropeanSpaceAgency）第二章遥感物理基础1.电磁波与电磁波谱1.1电磁波波——振动在空间的传播。电磁波：电磁振荡在空间的传播。1889年由赫兹试验证实。千米(km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(μm)、纳米(nm)等换算关系:1km=1000m=103m1dm=0.1m=10-1m1cm=0.01m=10-2m1mm=0.001m=10-3m1μm=0.000001m=10-6m1nm=0.000000001m=10-9m波长范围产生机理特点用途γ射线小于10－6μm原子核受激后产生非常强的穿透力，很难观察到波动性医学X射线10－6μm~10－3μm原子中内层电子受激后产生较强的穿透力，粒子性突出医学紫外线10－3~0.38μm可见光0.38~0.76μm原子、分子中外层电子受激发后跃迁到低能态可见光遥感红外线0.76μm~1mm分子振动或转动的能级跃迁明显的波粒二象性红外遥感微波1mm~1m电磁电感组成的振荡回路波动性明显微波遥感不同点：传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同共同点：都是横波，遵循横波的一切特性；传播速度相同，在真空中以光速传播；具有波粒二象性，遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律。1.2电磁波谱按照电磁波在真空中传播的波长/频率，递增或递减依次排列而成的图表，称为电磁波谱。2.电磁波辐射源2.1黑体：对任何波长的电磁辐射都全部吸收，其反射率和透射率都等于0。黑体是一种理想的吸收体，自然界没有真正的黑体。2.2黑体辐射定律(1)普朗克公式：描述黑体辐射通量密度与温度、波长分布的关系。)1(2),(5kThc2bechTM或15112TCeCW其中，M或W-光谱辐射通量密度，λ-波长，T-黑体绝对温度，C1-第一辐射常量，C2-第二5辐射常量，h-普朗克常数，k-玻尔兹曼常数，c-光速。图示普朗克公式不同温度的黑体辐射变化特点：(1)辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；(2)温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；(3)随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。(2)斯蒂芬－玻尔兹曼定律:对普朗克定律在全波段内积分，该定律阐明了黑体红外辐射能量和温度的关系。辐射通量密度随温度增加而迅速增加，与温度的4次方成正比。σ：斯蒂芬－玻尔兹曼常数，（5.6697±0.00297）×10－12Wcm-2K-4应用：该定律是红外装置测试温度的理论根据。(3)维恩位移定律B：常数，2897.8＋－0.4μm·K高温物体发射较短的电磁波，低温物体发射较长的电磁波。黑体辐射光谱中最强辐射的波长与黑体绝对温度成反比。应用：针对要探测的目标，选择最佳的遥感波段和传感器。2.3一般辐射体和发射率对于一般物体而言，需要引入比辐射率Emissivity（热辐射率、发射率），表明物体的发射本领。非黑体的辐射通量密度与同一温度下黑体辐射通量密度的比值。发射率与物质种类、表面状态、温度等有关，还与波长有关。按照发射率与波长的关系，辐射源可以分为：1.黑体2.灰体3.选择性辐射体(如线谱，带谱)2.4基尔霍夫定律给定温度下，任何地物的辐射通量密度W与吸收率α之比是常数，即等于同温度下黑体的辐射通量密度。),(),(),(TMTMTb发射率等于吸收率。好的吸收体也是好的发射体，如果不吸收某些波长的电磁波，也不发射该波长的电磁波。3.大气对太阳辐射的衰减3.1太阳辐射源太阳辐射及其能量分布：1）5900K的黑体辐射。2）短波辐射（太阳辐射总能量的40％集中于0.4-0.76um的可见光范围内，51％在红外部分）太阳常数：当太阳至地球的距离处于日地平均距离时(约1.5亿千米)，太阳辐射到达地球大气层上界的辐射通量密度(1.95W/cm2·min)。TbW4bTmax),(),(),(TMTMTb63.2大气成分组成3.3大气分层结构3.4大气对太阳辐射的衰减太阳辐射衰减的原因：1.散射2.吸收3.反射太阳辐射通过大气的路程：太阳高度角(1)散射作用太阳辐射通过大气层时，受到大气中气体分子的散射和大气中固体、微粒、液体的散射。A瑞利(Rayleigh)散射质点的直径dλ(电磁波波长)时，一般认为（dλ/10）大气中的气体分子；晴朗的天空为蓝色；出现蓝色蒙雾，紫外区不适于进行遥感。B米氏散射：质点直径和电磁波波长差不多时（d≈λ）主要是大其中的气溶胶引起的散射。云、雾等的悬浮粒子的直径和0.76－15um之间的红外线波长差不多，需要注意。C非选择性散射：当质点直径大于电磁波波长时（dλ）散射率与波长没有关系。人看到的云和雾是白色的，就是非选择性散射的结果。(2)吸收作用大气吸收电磁辐射的主要物质是：水、二氧化碳和臭氧。1）水：分为气态水和液态水。水汽吸收电磁辐射的波段范围较宽，从可见光、红外直至微波，都有水汽的吸收带。液态水的吸收更强，主要在长波方向。2）CO2：红外区。1.35-2.85um之间有3个弱吸收带，2.7，4.3，14.5um为强吸收带。3）臭氧：紫外线4）