遥感物理讲座 第十章 遥感辐射传输及模型发展
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冠层反射率模型—辐射传输模型1、在冠层反射率模型中,通常分为两类,即几何光学模型与辐射传输模型。
2、一种是几何特征明显(如树木、灌丛、成垄分布的农作物等),另一种则无明显几何特征(如大面积的草地、已封垄的农作物等)。
3、由于相互融合,两类模型现在已经区分不明显了,即以几何光学为基础的模型加入了对多次散射的考虑,而以辐射传输为基础的模型加入了对热点现象的考虑。
4、热点(hot spot)现象:即当传感器与太阳位于同一方向时,传感器所接收的地面辐射最强(地面反射率最大、地面光强最强、最热)。
几何光学模型可以较好地解释热点现象。
5、热点现象产生机制:1)阴影隐藏机制,几何光学模型解释2)后向散射的相干机制,两个光线以不同的方向经过同一路径时,在后向散射方向会发生波的相干加强。
6、“碗形”分布对于水平均匀分布的植被,如果叶面积足够大,其BRF具有“碗形”分布,即反射率在星下点最小,随着天顶角的增加而增加。
原因:1)路径中散射体增加2)植被累积面积增大7、“丘形”分布在背景土壤反射率较高(如红光波段)而且植被较为稀疏的情况下,反射率会出现“丘形”分布。
原因:1)星下点背景反射率影响较大8、叶面积指数单位面积内所有叶子单面面积之总和。
也可表示为叶面面积之总和与所占面积之比。
无单位量纲,是农学、植被生态学中最重要、最常用的参数。
9、植被辐射传输模型植被遥感接收的信息是植被上界的出射辐射(不考虑大气影响),它是辐射在植被—土壤耦合体系中多次散射和吸收的结果,而辐射传输理论可以比较系统、较完整地描述该过程。
通过辐射传输理论,我们可以准确地计算植被上界的出射辐射量,或根据这一信息反演植被的光学特性和结构特性,因而从理论的高度解决了植被遥感的定量化问题。
10、植被遥感传输理论的三个里程碑成果:(1)1950年,Chandrasekhar给出辐射传输方程的具体表达式,并在大气和核物理等研究领域迅速得到应用和发展。
(2)1953年,门司正三和佐伯敏郎(Monsi and Saeki)从实测测定和理论推导两方面建立了光强对叶面积的依赖关系。
遥感辐射传输模型*名:**学院:地球科学与环境工程学院专业:遥感科学与技术班级:遥感一班提交时间:2015年5月10日大气订正是遥感技术的重要组成部分,主要包括大气参数估计和地表反射率反演两个方面。
如果获得了大气特性参数,进行大气订正就变得相对容易,但是获得准确的大气特性参数通常比较困难。
通常有两类方法用辐射传输方程计算大气订正函数:一种是直接的方法,对于大气透过率函数和反射率函数,通过对模型的积分来得到;另一种是间接的方法,他不是直接计算所需要的大气订正函数,而是通过辐射传输模型输出的表观反射率,结合模型输入的参数来求解。
大气订正方法有很多,比如:基于图像特征的相对订正法、基于地面线形回归模型法、大气辐射传输模型法和复合模型法等。
它是利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立起来的模型对遥感图像进行大气订正的方法。
其中,大气辐射传输模型(Atmospheric Radiative Transfer Model)法是较常用的大气订正方法,它用于模拟大气与地表信息之间耦合作用的结果,其过程可以描述为地表光谱信息与大气耦合以后,在遥感器上所获得的信息,其中考虑了光子与大气相互作用机理,物理意义明确,具有很高的反演精度。
大气辐射传输原理电磁辐射在介质中传输时,通常因其与物质的相互作用而减弱。
辐射强度的减弱主要是由物质对辐射的吸收和物质散射所造成的,有时也会因相同波长上物质的发射以及多次散射而增强,多次散射使所有其它方向的一部分辐射进入所研究的辐射方向。
当电磁辐射为太阳辐射,而且忽略多次散射产生的漫射辐射时,光谱辐射强度的变化规律可以表述为[1](1)式中,IΛ是辐射强度, s是辐射通过物质的厚度,ρ是物质密度,KΛ表示对波长λ辐射的质量消光截面。
令在s=0 处的入射强度为Iλ(0),则在经过一定距离s1后,其出射强度可由式(1)积分得到(2)假定介质是均匀的,则kλ与距离s无关,因此定义路径长度(3)则式(2)可表示为(4)上式就是比尔定律,也称朗伯定律。
遥感导论—梅安新讲义目录第一章遥感—碧空慧眼 (4)§1 遥感绪论 (5)§2 遥感概念和遥感数据 (5)遥感(RemoteSensing)概念 (5)遥感数据(遥感数据获取示图) (6)§3 遥感的特性 (6)遥感的特点 (7)§4 遥感平台 (8)§5 遥感数据的类型 (9)§6 遥感数据的应用领域 (9)§7 遥感的发展简况 (10)第二章遥感原理 (11)§1 遥感的电磁波原理 (12)§2 太阳辐射 (12)§4 太阳辐射与地物的作用 (15)§5 地物的热辐射 (16)§6 微波与地物的作用 (16)§7 各典型地物的光谱曲线 (17)第三章遥感数据 (18)§1 传感器 (18)§2 遥感数据的分辨率 (22)§3 航空遥感数据 (22)§4 地球资源卫星数据(...). (27)第四章遥感数据的校正 (29)§1 辐射校正 (30)§2 几何校正 (33)§3 遥感数据的镶嵌处理 (36)第五章遥感图像的处理 (38)§2 遥感数据的计算机分类法 (44)§3 常用遥感图像处理软件 (45)§2 航空像片的信息提取 (48)§4 遥感影像地图 (55)§1 植被遥感 (57)§2 水体遥感 (57)§3 地质地貌遥感 (58)§4 土壤遥感 (59)§1 概述 (61)§2 地理信息系统的概念 (61)§3 GPS技术 (62)§4 遥感在GIS中的作用 (62)§5 3S技术的集成应用实例 (62)第一章遥感—碧空慧眼本章提要(…)本章主要介绍遥感概念、遥感的特点、遥感数据、遥感数据类型、遥感数据的应用以及遥感技术的发展。
《遥感导论》电子教案终稿新第一章:遥感基础1.1 遥感概述遥感的定义遥感的基本原理遥感的应用领域1.2 遥感技术系统遥感平台与传感器遥感数据类型与分辨率遥感数据获取与处理1.3 遥感数据产品与应用遥感数据的产品类型遥感数据的应用案例遥感数据的选择与评价第二章:遥感物理基础2.1 电磁波与光谱特性电磁波的基础知识光谱特性与波段选择光谱吸收与反射特性2.2 遥感传感器与光谱响应传感器的类型与工作原理光谱响应函数与数据模拟传感器参数与性能评价2.3 遥感图像的辐射校正与大气校正辐射校正的目的与方法大气校正的重要性与方法辐射校正与大气校正的实施步骤第三章:遥感图像处理与分析3.1 遥感图像预处理图像预处理的目的与方法图像配准与辐射校正图像增强与去噪声3.2 遥感图像分类与分割图像分类的原理与方法基于像素与基于对象的分类方法图像分割的目的与方法3.3 遥感图像的特征提取与信息提取特征提取的重要性与方法常用特征参数与指标信息提取的方法与技术第四章:遥感应用案例分析4.1 土地覆盖与植被监测土地覆盖分类与数据来源植被指数与监测方法土地覆盖变化分析与应用案例4.2 水资源监测与洪水预测水资源遥感监测方法洪水预测与监测技术水资源遥感应用案例分析4.3 城市规划与建设监测城市遥感监测技术城市规划与建设中的应用案例城市变化分析与评估第五章:遥感技术的发展趋势5.1 卫星遥感技术的发展新型遥感平台与传感器高分辨率遥感数据的应用卫星遥感数据的集成与共享5.2 激光雷达遥感技术激光雷达的原理与应用激光雷达遥感数据处理与分析激光雷达遥感技术的优势与挑战5.3 多源遥感数据融合与应用多源遥感数据的特点与融合方法多源遥感数据在地理信息系统中的应用多源遥感数据融合的未来发展趋势第六章:专题地图制图与遥感应用6.1 专题地图制图原理专题地图的概念与分类专题地图制图方法与流程遥感数据在专题地图制中的应用6.2 遥感影像地图编制遥感影像地图的类型与特点遥感影像地图编制方法与技术遥感影像地图的应用案例6.3 遥感技术与地理信息系统集成遥感与GIS集成的意义与优势遥感与GIS集成的方法与技术遥感与GIS集成应用案例分析第七章:环境监测与变化分析7.1 遥感在环境监测中的应用环境监测的基本概念与方法遥感技术在环境监测中的应用领域环境监测遥感数据的处理与分析7.2 土地利用变化分析土地利用变化的概念与监测方法遥感数据在土地利用变化分析中的应用土地利用变化趋势与驱动因素分析水资源遥感监测技术方法水资源变化分析与评估水资源遥感应用案例分析第八章:气候与气象遥感应用8.1 遥感在气候研究中的应用气候遥感监测的基本原理气候遥感数据类型与获取方法气候遥感数据的应用案例8.2 遥感气象观测与分析气象遥感监测的方法与技术气象遥感数据的处理与分析气象遥感应用案例分析8.3 气候模型与遥感数据集成气候模型的基本原理与类型遥感数据在气候模型中的应用气候模型与遥感数据集成的方法与技术第九章:生物地球化学与遥感应用9.1 生物地球化学与遥感关系生物地球化学的基本概念遥感技术在生物地球化学研究中的应用生物地球化学遥感应用案例分析植被遥感监测的基本原理与方法植被指数与植被参数遥感反演植被遥感应用案例分析9.3 土壤与水分遥感监测土壤遥感监测的基本原理与方法水分遥感监测技术与应用土壤与水分遥感应用案例分析第十章:遥感技术在科学研究中的应用10.1 遥感技术在地球科学中的应用遥感技术在地质调查与勘探中的应用遥感技术在地球物理场研究中的应用遥感技术在地球环境与气候变化研究中的应用10.2 遥感技术在生态学与应用遥感技术在生态系统监测与评估中的应用遥感技术在生物多样性保护中的应用遥感技术在生态灾害监测与预警中的应用10.3 遥感技术在农业领域的应用遥感技术在农业资源调查与监测中的应用遥感技术在农业灾害监测与预警中的应用遥感技术在农业产量估算与种植结构分析中的应用重点和难点解析重点环节:1. 遥感基本原理与技术系统2. 遥感数据产品与应用3. 电磁波与光谱特性4. 遥感图像的辐射校正与大气校正5. 遥感图像预处理6. 遥感图像分类与分割7. 遥感图像的特征提取与信息提取8. 土地覆盖与植被监测9. 水资源监测与洪水预测10. 城市规划与建设监测11. 遥感技术与地理信息系统集成12. 环境监测与变化分析13. 气候与气象遥感应用14. 生物地球化学与遥感应用15. 遥感技术在科学研究中的应用难点解析:1. 遥感基本原理与技术系统:理解遥感技术的工作原理以及不同传感器和平台的特点。
简论遥感实验中辐射传输模型的应用遥感是当代空间信息科学的核心技术之一,作为信息获取与信息更新重要的技术手段目前它已在国民经济和国防领域得到了廣泛使用,产生了巨大的经济和社会效益。
在我国高等教育中遥感类课程自20世纪80年代中期就已有少数高校开设,目前遥感课程已经成为地理学、测绘学等相关专业重要的一门课程。
1目前遥感教学存在的问题地物的电磁波谱特性及电磁波的辐射传输是遥感的物理基础,该部分内容与大气科学、大气辐射学等领域密切相关。
电磁波的辐射传输是极其复杂的一个过程,而正确的理解及描述大气对辐射传输的影响是定量遥感的基础。
目前的遥感教材及遥感教学中,大都是采用定性的描述大气对电磁辐射的吸收及散射等作用,内容繁杂且空乏,学生大都是死记硬背一些概念及其相关知识,理解不够深入。
目前广泛应用的辐射传输模型:6S、LOWTRAN、MODTRAN都是采用Fortran语言编写,模型参数的输入及计算结果的展示都是以读写文本文件方式进行,并且包括大气、气溶胶、云、风、水汽以及高程等影响电磁辐射传输因素众多,使得辐射传输模型操作比较繁琐,对于刚刚接触遥感知识的本科吐更是难以操作。
因此对辐射传输模型进行有效封装,使之便于学生操作与理解,不必深入学习复杂的辐射传输方程,不必了解模型内部机制,通过选择相关参数就可以模拟出大气层顶太阳辐射波谱曲线、地表太阳辐射波谱曲线、卫星传感器接收的辐射波谱曲线,加深学生对遥感物理基础的学习与理解。
2MODTRAN辐射传输模型MODTRAN辐射传输模型由美国空军地球物理实验室开发,是近30年发展起来的一种国际公认的大气辐射传输模式与算法,起源于LOWTRAN。
它不但把光谱分辨率从LOWTRAN的20cm-1提高到2cm-1,而且还包括了多次散射辐射传输精确算法一离散纵坐标法(DISORT),在处理散射辐射上相比LOWTRAN的二流近似算法有更高的精度和灵活性,该模式中还充分考虑了二氧化碳、水汽、臭氧等微量和痕量气体与气溶胶的吸收和散射,模式自身提供了多种模式大气、模式气溶胶痕量气体参数。
浅谈遥感与测绘领域的物理知识一、辐射传输遥感数据是通过传感器对地球表面及其周围环境所辐射的电磁波进行感知,在这个过程中,我们需要了解辐射传输的基本原理。
辐射传输是指电磁波在大气、地表和水体中传播的过程,它受到大气、云、地面和水体等媒质的影响。
在遥感中,了解辐射传输有助于我们理解数据的获取和处理过程,以及遥感图像中所包含的信息。
辐射传输的基本原理包括辐射的发射、传播和接收。
电磁波在空间中的传播是一个波动过程,其特性由波长、频率和传播速度等因素决定。
大气、云、地表和水体都会对电磁波进行吸收、散射和反射,从而影响辐射传输的过程。
通过对辐射传输的研究和模拟,可以更好地理解遥感数据的形成过程,从而提高数据的解译和应用能力。
二、光学成像原理光学成像是遥感技术中常用的一种数据获取手段,它利用光学器件捕捉地面反射或辐射的光信号,然后将其转化为数字图像。
了解光学成像原理对于理解遥感数据的获取和处理至关重要。
光学成像原理主要包括光的传播、入射角和反射、折射等基本光学规律,以及光学器件的原理和性能特点。
从物理角度来看,光学成像是利用光线在光学器件中的传播和反射、折射等规律进行成像的过程。
光学器件包括透镜、反射镜、光栅、滤光器等,它们有着不同的功能和作用,可以对进入的光线进行调制和处理,最终形成数字图像。
光学成像还受到大气、云、地面和水体等因素的影响,在实际应用中需要考虑这些影响因素对成像质量的影响。
三、雷达遥感原理雷达遥感是一种常用的主动遥感手段,它利用雷达系统向地面发射微波信号,并接收地面物体散射回来的信号,从而获取地面特征和地形信息。
了解雷达遥感原理对于理解雷达数据和图像的获取和处理具有重要意义。
从物理角度来看,雷达遥感包括雷达信号的发射、传播、回波接收和处理等多个环节。
雷达信号的发射是通过雷达天线发射微波信号,其传播过程受到大气和地面因素的影响,例如大气湍流、地面粗糙度等因素都会影响雷达信号的传播路径和散射特性。