遥感基础知识

遥感原理与应用（A）

第 1 章绪论

§1 遥感的基本概念

1.1 遥感的涵义

“遥感”一词最早源于美国，由Evelyn.L.pruitt（伊夫林.L.布鲁依特）于1960年提出。其英文原词是Remote sensing，即遥远感知的意思。

在一定距离的空间，不与目标物接触，通过信息系统去获取有关目标物的信息，经过对信息的分析研究，确定目标物的属性及目标物之间的相互关系。简言之，泛指一切无接触的远距离探测。

1.1.1 广义遥感

是指以现代工具为技术手段，对目标进行遥远感知的整个过程。从这一概念看，遥感技术的范围很广，因为没限定目标的空间范围。

1.1.2 狭义遥感技术

是指从远距离高空以至外层空间的平台上，利用紫外线、可见光、红外、微波等探测仪器，通过摄影或扫描方式，对目标电磁波辐射能量的感应、接收、传输、处理和分析，从而识别目标物性质和运动状态的现代化技术系统。

狭义遥感技术是20世纪60年代蓬勃发展起来的一门综合性探测技术，属高新技术领域范畴。

§2 遥感系统

根据遥感的定义，遥感系统包括：被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分

§3 遥感的分类和特点

3.1 遥感的分类

3.1.1 按遥感平台分

●航宇遥感：传感器设置于星际飞船上，指对地月系统外的目标的探测。

●航天遥感：传感器设置于环地球的航天器上，如人造地球卫星、航天飞机、空间站、火箭等；

●航空遥感：传感器设置于航空器上，主要是飞机、气球等；

●地面遥感：传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等。

3.1.2 按传感器的探测波段分

●紫外遥感（0.05—0.38μm）

●可见光遥感（0.38—0.76μm）

●红外遥感（0.76—1000μm）

●微波遥感（1mm—10m）

●多波段遥感——指探测波段在可见光和红外波段范围内，再分成若干个窄波段来探测目标。

3.1.3 按工作方式分

●主动遥感和被动遥感：前者是由探测器主动向目标发射一定能量的电磁波，并接收目标的反射或散射信号。后者是被动接收目标物的自身发射和自然辐射源的反射能量。

●成像遥感与非成像遥感：前者传感器接收的目标电磁辐射信号可转换成(数字或模拟)图像；后者传感器接收的目标电磁辐射信号不能形成图像。

3.1.4 按遥感的应用领域分

●从大的研究领域可以分为：外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感等。

●从具体应用领域可以分为：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。

3.2 遥感的特点

●视域广。居高俯视，如由卫星遥感获得的图像覆盖地面面积很大，达34385Km2,便于进行大区域宏观观察与对比分析。

●信息丰富。包括紫外线、可见光、红外、微波、多波段遥感，能提供超出人的视觉以外的地面信息。

●定时、定位观测。能够周期性地监测地面同一目标的动态变化。

●不受国界和地理条件的限制。可以遥感地球的任何角落。

●效率高、速度快，精度高、成本低。

➢宏观同步性

➢时效性

➢综合性

➢可比性

➢经济性

➢局限性

§4 遥感发展简史

4.1 无记录的地面遥感阶段（1608—1838年）

4.2 有记录的地面遥感阶段（1839—1857年）

4.3 空中摄影遥感阶段（1858—1956年）

4.4 航天遥感阶段（1957—）

4.5 遥感技术发展趋势

1）掌握发射技术和具备卫星发射能力的国家越来越多

2）高分辨率小型商业卫星成为重要的信息来源

3）雷达卫星成为重要的信息来源

4）高光谱分辨率遥感（成像光谱）

5）遥感、地理信息系统、全球定位系统的综合应用

§5 我国遥感技术的发展概况

5.1 起步阶段（20世纪50年代至80年代中期）

5.2 试验应用阶段（80年代后期至90年代前期）

5.3 实用化和产业化阶段（90年代后期以后）

第2章遥感技术的物理基础

§1 电磁波与电磁波谱

1.1 电磁波及其特性

由振源发出的电磁振荡在空间的传播叫做电磁波。在电磁波里，振荡的是空间电

场矢量E和磁场矢量M。电场矢量E和磁场矢量M互相垂直，并且都垂直于电磁波传播方向V。

电磁辐射的特性主要表现在以下两个方面：

1.1.1电磁辐射的波动性

电磁辐射的波动性主要表现为电磁波能产生干涉、衍射、偏振和散射（色散）现象。电磁辐射的这些波动特性在遥感技术中具有重要的实际意义。

1.1.2 电磁辐射的粒子性

电磁辐射的粒子性，是指电磁波是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射实质上是光子微粒流的有规律运动，波是光子微粒流的宏观统计平均，而粒子是波的微观量子化。当电磁辐射与物质相互作用时，主要表现为粒子性。

1.2 电磁波谱

不同辐射源产生的电磁波的波长各不相同，其变化也很大。人们把各种电磁波按波长或频率的大小，依次排列成图表，这个图表就叫做电磁波谱图。在整个电磁波谱中可划分出若干个波段。

（1）宇宙射线：能量大，穿透性强，人工无法产生。

（2）γ射线：能量高，穿透性较强，放射性之的矿物，辐射出γ射线。

（3）X射线：人工可以产生。从宇宙中来的X射线，被大气全部吸收。

（4）紫外线：0.01—0.38μ波长﹤0.28μ的紫外线，在通过大气层时，被臭氧层吸收。

0.28—0.38μ的紫外线，部分能穿过大气层，但散射严重，只有部分到达地面，可作为遥感的辐射源，称为摄影紫外。

（5）可见光：0.38—0.76μ，是人视觉能见到的电磁波，可以用棱镜分为红、橙、橙、黄、绿、青、蓝、紫7种色光。可用于摄影、扫描等各种方式成像，是遥感最常用的波段。（6）红外线：0.76—1000μ。其中可细分为：

●近红外0.76—3μ，是地球表层反射太阳的红外辐射，故称为反射红外。可用于摄影。

●中红外3—6μ是地球表层反射太阳的红外辐射和地球表层自身辐射的混合辐射红外，可用于摄影和扫描。

●热红外6—15μ是地球自身发射的红外线，故称为热红外。热红外只能用于扫描方式，经过光电信号的转换才能成像。

●远红外，15—1000μ，绝大部分要被大气层吸收，所以不作遥感辐射源。

（7）微波0.1—100cm，它实际上是无线电波的一部分。其中可分为毫米波、厘米波和分米波。微波能穿透大气层，可用于主动遥感和被动遥感。

（8）无线电波：这个波区不能用于遥感。因为它不能通过大气层。无线电波中的短波可被大气层中的电离层吸收严重。因此，无线电波只能用于远距离通讯或无线电广播。

综合上述各波谱段的基本特点可以看出，遥感技术应用的波谱段主要是从紫外—微波。

§2 电磁辐射

凡是能够产生电磁辐射的物体都是辐射源。不仅能够吸收其它物体对它的辐射，也能够向外辐射。因此，对辐射源的认识不仅限于太阳、炉子等发光发热的物体。能发出紫外线、X射线、红外线、微波辐射等的物体也是辐射源，只是辐射强度和波长不同而已。电磁波传递就是能量的传递。因此，遥感探测实际上就是辐射能量的测定。

2.1 辐射测量

●辐射能量（W）：电磁辐射的能量。单位：J

●辐射通量（φ）：单位时间内通过某一面积的辐射能量。单位：W

●辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射能量，φ=dW/dt。单位：W/m2，S