遥感科学-思考题汇总-2015

“遥感科学”思考题

1.遥感技术的主要特点有哪些？

遥感的主要特点：（1）观测范围大、具有综合、宏观的特点（2）信息量大，具有手段多，技术先进的特点（3）获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点（4）数据的综合性和可比性：反映了地球上许多自然人文信息，红外遥感昼夜探测、微波遥感全球探测人们可以从中选择需要的信息（5）经济型：与传统方法相比大大节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益（6）局限性：遥感技术所利用的电磁波还是很有限，仅是其中的几个波段。

2.试说明遥感技术的发展趋势。

多层次：地面、航空、航天、宇宙

从单一传感器---多传感器

分辨率不断提高：空间、时间、辐射和光谱分辨率不断提高

全天候、全天时：可见光/红外、短波红外、热红外、微波

静态---动态：短周期、多时相

定性---定量：新的算法、半自动化、自动化、智能化

遥感和非遥感资料结合

遥感和GIS、GNNS（全球导航卫星系统，Global Navigation Satellite System，GPS、北斗、伽利略计划等）结合

3. 如何理解“遥感”是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础来探测、研究地面目标的科学？

遥感利用航天、航空（包括近地面）遥感平台上的遥感仪器，获取地球表层（包括陆圈、水圈。生物圈、大气圈）特征的反射或发射电辐射能的数据，通过数据处理和分析，定性、定量地研究地球表层的物理过程、化学过程、生物过程、地学过程，为资源调查、环境监测等服务。这里把地球作为遥感的研究对象。因此，遥感是以电磁波与地球表面物质相互作用为基础来探测、研究地面目标的科学。

4.掌握并理解遥感的基本过程（提示：辐射源——大气——地表——大气——传感器——应用等环节）。

（1）能源（辐射源）。所有的被动遥感所利用的能源均为太阳辐射能。

（2）在大气中传播。太阳辐射能通过大气层，部分被大气中的微粒散射和吸收，使能量衰减。

（3）到达地表的能量与地表物质相互作用。地表特征是十分复杂的。不同波长的能量到达地表后，被选择性反射、吸收、透射、折射等。

（4）再次的大气传播。地表反射或发射的能量，再次通过大气，再次能量衰减。此时的能量已不同于进入大气层时较为均一的能量，而是包含着不同地表特征波谱响应的能量。

（5）遥感系统指不同的遥感平台和遥感器的组合。遥感通过不同的遥感系统采集数据。

（6）图像数据产品。

（7）数据处理、分析和解译。

（8）信息产品。包括各种图形、图像、影像图、专题图、表格、各种地学参数、数据库文件等。

（9）多目标用户。如资源调查、环境监测、国土整治、区域规划、全球研究等。

5.试说明光谱特性的‘时间效应’与‘空间效应’的含义，及在遥感中的应用。时间效应：遥感研究时相变化主要反映在地物目标光谱特性的时间变化上。这种光谱特性随时间的变化，称为光谱特性的时间效应。它可以通过遥感来动态监测。充分认识地物的时间变化特性以及地物光谱的时间效应有利于选择有效时段的遥感数据，提高目标识别能力和遥感应用效果。

空间效应：同种地物在同一时刻、不同空间位置会具有不同的空间光谱响应，这种光谱特性随地点的变化，称为光谱特性的空间效应。它的空间尺度可以只有几米，也可以几公里、几百公里较大地理范围（体现为地物的区域性，要区别对待）。

6.掌握植被、土壤、水体的基本光谱特性及其影响因素。

（1）植被的基本光谱特性：随着植物的生长、发育和水分亏缺等状态不同，植物叶片的组分、结构均会变化，使叶片光谱特性变化。叶片光谱特性的变化在红外区域最为明显。这对于植物/非植物的区分、不同植被类型的识别、植物长势监测是很有价值的。”红边“是指红光区外叶绿素吸收减少部位到近红外高反射肩之间，健康植物的光谱响应陡然增加（其亮度增加约10倍）的这一窄条带区，它是植物敏感的特征光谱段，它的移动反映了叶绿素含量、物候期、健康状况及

类别多种信息。

影响因素：

植物冠层的组分、形状结构（与叶的类型、植物生长阶段等有关）；

植物背景---主要指土壤（土壤湿度、土壤有机质含量等）；

辐照及观测方向（包括地形起伏改变辐照方向）；

大气状况、气候变化、大气透过率等。

（2）土壤的基本光谱特性：土壤对所有入射能均吸收或发射，透射很少。土壤的反射率总体上是随着波长的增加而增加，并且此趋势在可见光和近红外波段尤为明显。土壤湿度增大则反射率下降。土壤光谱的水吸收带：在0.45μm有一弱吸收带，在1.42、1.97、2.21μm有3个强吸收带，这为遥感反演土壤水分含量奠定了基础。土壤是一种物理和化学性质各不相同的物质组成的复杂混合物，这些物质均不同程度地影响着土壤的光谱特性。

影响因素：

水分含量、有机质含量、氧化铁的存在、土壤颜色、结构、表面粗糙度、植物残体或生长着的植被以及太阳--目标地物--遥感区三者之间的几何关系等。（3）水的基本光谱特性：水的反射率总体比较低，且随着波长增大反射率降低。主要表现为体散性，即不仅仅反映一定的表面特征，且包含了一定厚度水体的信息（与陆地特征不同），且这个厚度及反映的光谱特性是随时空而变化的。

影响因素：水体中浮游生物含量（叶绿素浓度）、悬浮泥沙含量（浑浊度大小）、营养盐含量（黄色物质、溶解有机物质、盐度指标）以及其它污染物、水底部形态（水下地形）、水深等。

7.试说明遥感数据的空间、光谱、时间、辐射分辨率及其在遥感应用上的意义。（1）空间分辨率（地面分辨率）：前者是针对遥感器或图像而言的，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小；后者是针对地面而言，指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小。

意义：（1）空间分辨率高---划分地物越细，识别地物细节能力强

（2）不一定是空间分辨率越高越好，地物细节信息太多有的时候会影响主要信息的识别和提取，因此要根据应用的特定目的选择合适的空间分辨率。不同的研究目标、尺度需要相应的数据（城市、地质；区域、全球）。

（2）光谱分辨率：波长间隔的大小

遥感器波段数量的多少

各波段的中心波长位置

意义：光谱信息丰富，可探测到地物光谱的细微变化、微小差异

（3）时间分辨率：指遥感器重复观测的最小时间间隔。

意义：动态监测；时序分析

（4）辐射分辨率：指遥感器探测目标光谱信号强弱的敏感程度、区分能力（能分辨的最小辐射度差），即探测器的灵敏度。

意义：辐射分辨率可以用灰度的分级数来体现（量化级数）。图像的灰度级越多，视觉效果越好（分辨能力越强，但数据量越大）。

8.遥感真实性检验的概念和意义。

概念：真实性检验是用独立的方法来评价遥感数据产品、遥感反演的地表特征参数产品及遥感应用产品的真实性和准确性，以及满足传感器设计指标要求的程度。意义：

遥感真实性检验是评价遥感产品质量的重要途径，是从遥感数据到遥感信息转换的关键技术环节。（数据不等于信息）

真实性检验不仅可以为卫星有效载荷的前期原理性研究和设计提供支持，而且为遥感数据的质量评价、分析和控制提供依据。

真实性检验研究对于提高对地观测技术定量化水平具有重要的意义。

9.试比较彩红外像片与标准假彩色合成影像的异同，结合地物光谱特性，理解植被、水体、土壤、居民地等地物的颜色规律。

彩色合成：将在红、绿、蓝波段获取的单波段图像分别赋予红色、绿色和蓝色，并将3个图像叠加到一起，形成彩色图像。

非彩色合成:合成图像时，所用的波段的光谱段和赋予的相应通道不相一致，合成出来的图像的颜色和实际地物的颜色不相一致。

10 主动微波遥感的特点。

（1）主动微波遥感记录电磁波的后向散射强度（振幅）、极化、相位（是干涉测量的基础）三方面的信息。

（2）主动微波遥感可用于精确测距、定位；且不依赖于距离，可获得高空间分

辨率数据。

11．植被指数、叶面积指数的概念。

植被指数：可见光和近红外光谱对绿色植被的度量

叶面积指数：单位植被覆盖面积内，所有叶子面积的度量---一个几何参数12.掌握电磁波的波动性、量子特性。

电磁波的波动性:从电磁辐射的概念和方程，可说明电磁波的波动性，即电磁波以波动的形式在空间传播，用波长、频率、振幅等来描述。电磁波是一种伴随电场和磁场的横波。

电磁波的量子特性:电磁波的量子特性是指电磁辐射除了它的连续波动状态外还能以离散形式存在。其离散单元称为光子或量子。光子或量子是由原子和分子状态改变而释放出的一种稳定、不带电、具有动能的基本粒子。

13. 大气中影响遥感图像质量的主要成分包括哪些？

14.掌握电磁波与大气的相互作用过程。

电磁波与大气的相互作用主要有两种基本的物理过程--大气散射和大气吸收，其它作用如大气折射等，可忽略不计。

15. 如何计算大气吸收谱线中心波长？大气吸收谱线为什么有一定的展宽？如何描述大气吸收谱线的形状？影响大气吸收谱线的参量有哪些？

16. 典型大气组分的吸收谱线有什么特征？这些吸收谱线特征对遥感有什么作用和意义？

臭氧除了在紫外区段（0.22-0.32μm）有个很强的吸收带外，在0.6μm附近有一个弱吸收带，在远红外9.6μm附近也有个强吸收带。

二氧化碳在中--远红外区段（2.7μm、4.3μm、14.5μm附近）均有强吸收带。其中最强的吸收带出现在13.5--17.5μm的远红外带。

水汽最重要的吸收带在2.5--3.0μm,5.5--7.0μm和>27.0μm(在这些区段，水汽的吸收可超过80%),其中以6.3μm为中心的强吸收成为遥测大气水汽廓线的主要手段。在微波波段水汽在0.94㎜、1.63㎜及1.35㎝处有三个吸收峰。

意义：由于这些气体往往以特定的波长范围吸收电磁能量。因此，它们对任何给定的遥感系统影响很大，吸收的多少与波长有关。大气的选择性吸收，不仅使能量衰减、气温升高，而且使太阳发射的连续光谱中的某些波段不能传播到地球表

面。

17. 朗伯与非朗伯地表条件下，卫星遥感传感器接收到的辐射亮度如何计算？

18. 遥感图像大气效应纠正的方法有哪些？

（1）基于图像特征模型

（2）地面线性回归经验模型

（3）大气辐射传输理论模型

19. 掌握定标的概念、基本方法。

定标的概念：定标是指建立遥感器记录的数字信号与对应视场中的辐射能量之间数量关系，狭义的定标也称为绝对辐射定标。广义的定标还包括相对辐射定标和光谱定标。

基本方法：光谱遥感器定标方法

实验室定标方法

在轨星上定标方法

在轨替代定标方法

在轨交叉定标方法

注：牛铮老师出的作业也是思考题，在此不重复列出，复习时参考课件“第7章作业答案-牛铮”