遥感原理与方法

遥感原理与应用

绪论

1.遥感的概念

遥感：即遥远感知,是在不直接接触的情况下,对目标或自然现象远距离探测和感知的一种技术.

广义遥感：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.

狭义遥感：电磁波遥感,即应用传感器,不与探测目标接触,从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过分析,揭示物体的特征性质及其变化的技术.

2.遥测与遥控

遥测：对被测物体某些运动参数和性质进行远距离测量的技术.

遥控：远距离控制目标物体运动状态和过程的技术.

3.遥感的分类

按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、宇航遥感.

按传感器的探测波段范围分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感.

按工作方式分：主动遥感、被动遥感 .

按记录信息的表现形式分：成像遥感、非成像遥感.

按遥感的应用领域分：外层空间遥感、大气层遥感、陆地遥感、海洋遥感、资源遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、城市遥感、军事遥感等等.

4.遥感三要素

目标物传感器测量方法

5.遥感的主要特点

1)获取信息真实、客观

2)获取信息的速度快,周期短

3)获取信息受条件限制少,范围大

4)获取信息的手段多,信息量大

6.遥感的过程

地物发射或反射电磁波传感器获取数据数据处理

信息提取应用

7.遥感的应用

①利用多时相影像发现土地利用变化、农业作物估产、林

业资源调查、自然灾害监测、全球和局部环境监测；

②利用高分辨率影像提取城市信息交通道路网络；

③军事应用越来越重要：重要目标定位与侦察、导航与武

器制导、打击效果评估、战场环境监测等；

④高光谱遥感在精准农业中的应用；

⑤在建设数字城市、数字省区和数字中国中的应用：DOM、

DEM和DLG.

第一章电磁波及遥感物理基础

1.电磁波

传播原理：交互变化的电磁场在空间的传播.

描述特性指标：波长、频率、振幅、相位等.

特性：波动性、粒子性、横波

2.干涉

基本原理：波的叠加原理

叠加条件：频率相同、震动方向相同、具有固定位相关系

3.衍射

概念：光通过有限大小的障碍物时偏离直线路径的现象.

爱里斑：衍射实验中观察屏上的中央亮斑,其角半径为衍射角.

瑞利判据：如果一个点光源的衍射图象的中央最亮处刚好与另一个点光源的衍射图象第一个最暗环相重合时,这两个点光源恰好能被这一光学仪器所分辨.

4.偏振

概念：如果光矢量E在一个固定水平面内只沿一个方向作振动,则这种光称为偏振光.

偏振态：光矢量在垂直于传播方向的平面内可能存在的不同振动状态

偏振面振动面：振动方向光矢量方向与光传播方向构成的平面

偏振态分类：完全偏振线偏振、圆偏振、椭圆偏振,非偏振,部分偏振

5.极化

概念：极化是指电磁波的电场振动方向的变化趋势.

水平极化H极化：卫星向地面发射信号时,电磁波的振动方向是水平方向.

垂直极化V极化：卫星向地面发射信号时,电磁波的振动方向是垂直方向.

6.电磁波波谱

紫外线：波长范围为～μm,太阳光谱中,只有～μm波长的光到达地面,对油污染敏感,但探测高度在2000 m以下.

可见光：波长范围：～μm,人眼对可见光有敏锐的感觉,是遥感技术应用中的重要波段.

红外线：波长范围为～1000μm,根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外.

微波：波长范围为1 mm～1 m,穿透性好,不受云雾的影响.

7.黑体

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1100%的物体.

黑体辐射：黑体的热辐射称为黑体辐射.

黑体辐射的三个特性：

温度越高,总的辐射通量密度越大,不同温度的曲线不同.

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.

辐射通量密度随波长连续变化,每条曲线只有一个最大值.

8.太阳辐射

概念：太阳是被动遥感主要的辐射源,又叫太阳光.

太阳常数：不受大气影响,在距太阳一个天文单位内,垂直于太阳辐射方向,单位面积单位时间黑体所接受的太阳辐

射能量.1353W/m2

特点：

①太阳光谱相当于5800 K的黑体辐射；

②太阳辐射的能量主要集中在可见光,其中～μm的可

见光能量占太阳辐射总能量的46%,最大辐射强度位于波长μm左右；

③到达地面的太阳辐射主要集中在～μm波段,包括近

紫外、可见光、近红外和中红外；

④经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；

⑤各波段的衰减是不均衡的；

9.大气

大气垂直分层：对流层、平流层、电离层和外大气层

大气对太阳辐射的作用：大气吸收主要原因、散射、反射引起吸收的主要成分：氧气、臭氧、二氧化碳、水蒸气散射的概念：电磁波与物质相互作用后电磁波偏离原来的传播方向的一种现象.主要发生在可见光波段

散射方式：米散射、均匀散射、瑞利散射

大气散射特点：

群体散射强度是个体散射强度的线性和.

大气散射系数与高度的关系

分子散射与气溶胶散射光强之比随角度和能见度的变化规律.

大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射,吸收和散射的,透射率较高的波段称为大气窗口.

遥感大气窗口：

10.地物发射辐射

发射率：地物的辐射出射度单位面积上发出的辐射总通量W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值.它也是遥感探测的基础和出发点.

影响因素：地物的性质、表面状况、温度

按照发射率与波长的关系,把地物分为：

黑体或绝对黑体：发射率为1,常数.

灰体：发射率小于1,常数

选择性辐射体：发射率小于1,且随波长而变化.

地物的发射光谱

发射光谱：地物的发射率随波长变化的规律.