68第八章-遥感应用5

遥感技术导论主讲教师：井长青授课层次：大学本科Tel:18599199809Email:[e-mail]第八章遥感应用§1植被遥感§2水体遥感§3地质地貌遥感§4土壤遥感一、遥感技术在地学方面的应用地学是以我们所生活的地球为研究对象的学科的统称通常有地质学、地理学、海洋学、大气物理、古生物学等学科。主要是指地质学和地理学。电磁波谱LandsatTM•TM信息的空间分辨率在可见光、近红外、中红外波段为30米，在热红外波段为120米。•一景覆盖地面范围185km*185km。•ETM+增加了pan波段，空间分辨率15米，热红外波段为60米。TM10.45~0.52μm蓝绿波段TM20.52~0.60μm绿红波段TM30.63~0.69μm红波段TM40.76~0.90μm近红外波段TM51.55~1.75μm中红外波段TM610.4~12.5μm热红外波段TM72.08~2.35μm中红外波段•TM（ThematicMapper）即专题制图仪，是一种改进型的多光谱扫描仪,有7个较窄的光谱段:–TM1：0.45-0.52微米，蓝波段。判别水深、水中叶绿素分布、沿岸水和进行近海水域制图等。LandsatTM–TM2：0.52-0.60微米，绿波段。对健康茂盛植物绿反射敏感。用于探测健康植物绿色反射率，按“绿峰”反射评价植物生活力，区分林型、树种等。–TM3：0.63-0.69微米，红波段，为叶绿素的主要吸收波段。反映不同植物的叶绿素吸收、植物健康状况，用于区分植物种类与植物覆盖度。其信息量大，为可见光最佳波段。广泛应用于地貌、岩性、土壤、植被、水中泥沙流等方面的观测。LandsatTM–TM4：0.76-0.90微米，近红外波段。对绿色植物类别差异最敏感（受植物细胞结构控制），植物通用波段。用于生物量调查、作物长势测定、水域判别等。–TM5：1.55-1.75微米，中红外波段。处于水的吸收带（1.4-1.9微米）内，反映含水量敏感，用于土壤湿度、植物含水量调查、水分状况的研究，作物长势分析等。区分云与雪。LandsatTM–TM6：10.4-12.5微米，热红外波段。辨别地面湿度、水体、岩石，监测与人类活动有关的热特征，进行热制图。–TM7：2.08-2.35微米，中红外波段。为地质学家增加的波段。处于水的强吸收带，水体呈黑色。可用于区分主要岩石类型、岩石的水热蚀变，探测与岩石有关的粘土矿物等。LandsatTMLandsatTM植被调查是遥感的重要应用领域。植被是环境的重要组成因子，也是反映区域生态环境的最好标志之一，同时也是土壤、水文等要素的解译标志。植被解译的目的：确定植被的分布、类型、长势等信息，植被生物量估算，可为环境监测、生物多样性保护、农业、林业等有关部门提供信息服务。§1植被遥感判读原理：不同的植物由于结构和叶绿素含量不同，具有不同的光谱特征，特别是近红外波段有较大的差别。利用植物的物候、生态条件差异可区分植物类型，如冬季落叶树和常绿树很好区别；阴坡和阳坡，不同高度的地形部位，可区分不同植物类型。0.450.651.451.952.6-2.7有四个反射峰、五个吸收谷植被的光谱特征影响植物反射光谱的因素1）叶子颜色：叶青素、叶红素、叶黄素、叶绿素；•在可见光范围内，其反射峰值落在相应的波长范围内。叶绿素：0.33～0.45μm（蓝）及0.65μm（红）附近有两个吸收谷。0.55μm（绿）附近的一个小反射峰值。不同生长状态叶子的反射特性影响植物反射光谱的因素2）叶子组织构造：叶子的多孔薄壁细胞组织（海绵组织）：对0.8～1.3μm的近红外光强烈地反射，形成光谱曲线上的最高峰区。影响植物反射光谱的因素3）叶子含水量•1.45μm，1.95μm和2.6～2.7μm处各有一个吸收谷（由叶子的细胞液、细胞膜及吸收水分所形成）•含水量的增加，使整个光谱反射率降低，反射光谱曲线的波状形态变得更为明显，特别是在近红外波段，几个谷更为突出。不同植物类型的区分1.利用光谱特征的差异区分：不同植物色素、组织、含水量、冠层结构可能不同，季相不同，生态条件不同，因此光谱特征不同。2.在0.8～1.1微米的近红外光影像上，可以有效地区分出针叶树、阔叶树和草本植物。2.利用时相特征的差异区分：植物的物候期差异反映为影像的时相差异①冬季多数植物凋零——常绿植被；②同种植被在不同季节的波谱特征差异；③不同植物生长期的不同，光谱特征也有差异；3.利用生态条件的差异区分：温度、水分、土壤、地貌山地阴坡——易生长适应温度变化不大、湿度较大的环境的植物；山地阳坡——易生长适应温度变化大、湿度要求不高环境的植物；例如：华北山地阴坡——多为乔木阳坡——灌木山脊较缓的地带——草本植物4.在高分辨率的遥感影像上，根据植被顶部及部分侧面形状、阴影、群落结构等区分植被类型草本植物：大片均匀的色调，无阴影。灌木：不均匀的细颗粒结构，阴影不明显。乔木：有明显的阴影，根据其落影可看到其侧面的轮廓。从乔木的树冠也可明显地识别出其阳面和阴面（本影）以及根据树冠的形状，并结合其纹理结构的粗细，明确区分出针叶树和阔叶树，甚至具体的树种。22植物生长状况的解译植物因受到病虫害，农作物因缺乏营养和水分而生长不良时，海绵组织受到破坏，叶子的色素比例也发生变化，使得可见光区的两个吸收谷不明显，0.55微米处的反射峰按植物叶子被损伤的程度而变低、变平。近红外光区的变化更为明显，峰值被削低，甚至消失，整个反射光谱曲线的波状特征被拉平。健康植物轻微受损严重受损23遥感植被解译有极为广泛的用途，资源卫星都把植被的探测作为重要的目标，无论是传感器波段的选择或是重复周期（时相分辨率）的选择都充分考虑植被的生长规律。植被制图城市绿化调查与生态环境评价草场资源调查遥感植被解译的应用水体是地表重要的覆盖类型，遥感可获得水体的分布、泥沙、有机质、水深、水温等。水体的反射率很低，特别是红外波段，色调为均匀的暗色，加之水体的特殊形状，在图像上很好识别。水体悬浮物的性质和含量、水深、水温能影响水体的反射光谱特性，所形成的光谱差异，成为遥感探测水体性状的基础。随着悬浮泥沙浓度的加大，水体的反射能力加强，而透射能力减弱，遥感图像上的色调就浅。§2水体遥感水体的热容量大，在热红外波段的昼夜图像上有明显的色调差异。根据该波段传感器的温度标定，可推算出水温。遥感探测水体的污染很有效，污染物改变了水体的性质，图像上的光谱特性会有很大的差异，而易于区别。§2水体遥感26水体遥感的主要任务水体遥感监测的主要任务是通过对遥感影像的分析,获得水体的分布、泥沙、有机质等状况和水深、水温等要素的信息，从而对一个地区的水资源和水环境等作出评价，为水利、交通、航运及资源环境等部门提供决策服务。27水体的光谱特征•太阳光照射到水面，少部分被水面反射回空中，大部分入射到水体。•入射到水体的光，又大部分被水体吸收，部分被水中悬浮物（泥沙、有机质等）反射•少部分透射到水底，被水底吸收和反射。被悬浮物反射和被水底反射的辐射，部分返回水面，折回到空中。•因此遥感器所接收到的辐射就包括水面反射光、悬浮物反射光、水底反射光和天空散射光。水体反射波谱曲线水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收都很强，特别到了近红外波段，吸收就更强，所以水体在遥感影像上常呈黑色。但当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化。水中含泥沙时，由于泥沙散射，可见光波段反射率会增加，峰值出现在黄红区。水中含叶绿素时，近红外波段明显抬升，这些都成为影像分析的重要依据。不同叶绿素浓度的海水反射光谱曲线29水体的光谱特征•在可见光范围内，水体的反射率总体上比较低（一般为4%～5%），并随着波长的增大逐渐降低，到0.6微米处约2%～3%，过了0.75微米，水体几乎成为全吸收体。•因此，在近红外的遥感影像上，清澈的水体呈黑色。•为区分水陆界线，确定地面上有无水体覆盖，应选择近红外波段的影像。30水体的光谱特征含有泥沙的浑浊水体与清水比较，光谱反射特征差异：–浑浊水体的反射波谱曲线整体高于清水，随着悬浮泥沙浓度的增加，差别加大；–波谱反射峰值向长波方向移动（“红移”）。清水在0.75微米处反射率接近于零，而含有泥沙的浑浊水至0.93微米处反射率才接近于零遥感图像上可判读出地貌类型、大型的地质构造、岩石性质。TM5，TM7为区分岩石性质最好波段，各种岩石的光谱差异最明显。地貌类型的外形差异在影像上很好区别，如流水地貌的冲积平原、风沙地貌的沙丘、火山地貌的火山锥、冰川地貌的冰川和角峰等。遥感图像上可识别构造的类型和岩层倾向，分析构造的运动。§3地质地貌遥感不同土壤类型之间的光谱差异不明显，而且土壤的性状主要表现在剖面，而光谱反映的是表面，因此直接判读困难。一般用间接判读法，根据其上生长的植被类型、地区的气候条件等分析，推断出土壤的类型。§4土壤遥感33土壤遥感及应用土壤遥感的任务是通过遥感影像的解译：•识别和划分出土壤类型；•制作土壤图；•分析土壤的分布规律，为改良土壤、合理利用土壤服务。34•在地面植被稀少时，土壤的反射曲线与其机械组成和颜色密切相关。颜色浅的土壤具有较高的反射率，颜色较深的土壤反射率较低。黑土反射率远低于浅色的黄壤。土壤的光谱特征35•在干燥条件下同样物质组成的细颗粒的土壤，表面比较平滑，具有较高的反射率，而较粗的颗粒具有相对较低的反射率。有机质含量高，也使反射率降低。2020/3/1836•土壤水的含量增加，使反射率曲线平移下降，并有两个明显的水分吸收谷，而当土壤水处于饱和状态或过饱和状态，使土壤表面形成一层薄薄的水膜，在地表平坦时，接近于镜面反射，其反射率反而增高。含水量0-4%含水量5-12%含水量22-32%37•当土壤表面有植被覆盖时，如覆盖度小于15%，其光谱反射特征仍与裸土相近。植被覆盖度在15%～70%时，表现为土壤和植被的混合光谱，光谱反射值是两者的加权平均。植被覆盖度大于70%时，基本上表现为植被的光谱特征。此外，土壤的光谱特征还受到地貌、耕作特点等影响。应用举例－利用SPOT立体像对获取地形信息，生成等高线。－利用SPOT影像获取地貌信息利用SPOT卫星影像生成地图反映三峡坝区地质构造的SPOT卫星影像图基于SPOT卫星影像解译的地质专图实时监测灾后评估了解灾害现象灾害事态进展预测与GIS相结合利用辅助信息深入挖掘图像所包含的丰富信息各种灾害:监测与评估2020/3/18432020/3/18442020/3/18452020/3/18462020/3/18471998年5月1998年8月1998年洞庭湖地区洪水前后对比1986年:毁林21,000公顷1989年:毁林41,000公顷86年至89年:共毁林20.000公顷©CNES1989.22July1989©CNES1986.15July1986©CNES1989.处理后的变化信息图巴西林地监测乱砍滥伐的动态监测举例:河道在一年中的变化19931994洪水控制规划动态-SPOT动态SPOT绘制受灾地区地图尼加拉瓜北部泥石流1998/10/30:•火山口中积水，引起泥石流•2000人死亡•1500公顷农田被毁地质灾害监测BandaAceh(印尼班达海)fromQuickBird6/24/04东南亚海啸地震前BandaAcehfromQuickBird12/28/04东南亚海啸地震后Meluaboh–May18,2004QuickBird东南亚海啸地震前Meluaboh–Jan8,2005QuickBird东南亚海啸地震后Meluaboh–May18,2004QuickBird东南亚海啸地震前Meluaboh–Jan8,2005QuickBird东南亚海啸地震后土地利用/覆盖变化监测Landuse/coverchangeLU/LC遥感应用实例：土地利用/土地覆盖•土地覆盖：指地球表层的覆盖物，是客观实体。包括自然覆盖物与人工建筑物。•土地利用：指人类利用土地的方式、模式，与人类社会经济活动关系密切。土地覆盖变化监测土地覆盖的变化通过比