热红外遥感

热红外遥感热红外遥感是利用热红外波段研究地球物质特性的技术手段，可以获取地球表面温度，在城市热岛效应、林火监测、旱灾监测等领域有很好的应用价值。

由于热红外遥感涉及知识多而且深，特别是地表温度反演，需要大气传输、几个定律等方面的知识，本文用通俗语言总结了热红外遥感基本原理和方法，能知道热红外遥感怎么回事及简单的应用。

本文主要包括：●基本定义和原理●常见名词●简单应用与温度反演●ENVI下地表温度反演1、基本定义和原理热红外遥感（infrared remote sensing ）是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。

这是一个狭义的定义，只是说明的数据的获取。

另外一个广义的定义是：利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。

热红外遥感的信息源来自物体本身，其基础是：只要其温度超过绝对零度，就会不断发射红外能量，即地表热红外辐射特性。

如下图为黑体的辐射光谱曲线（不同温度下物体辐射能量随波长变化的曲线），常温的地表物体（300K左右）发射的红外能量主要在大于3μm的中远红外区，即地表热辐射。

热辐射不仅与物质温度的表面状态有关，物质内部组成和温度对热辐射也有影响。

在大气传输过程中，地表热辐射能通过3-5μm和8-14μm两个窗口，这也是大多数传感器的设计波段范围。

热红外遥感在地表温度反演、城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热，岩溶区探水等领域都有很广的应用前景。

2、常见名词热红外遥感涉及的知识多而且深，下面来了解热红外遥感中几个基本的名词。

● 辐射出射度单位时间内，从单位面积上辐射出的辐射能量称为辐射出射度，单位是 2-⋅m W● 辐射亮度辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内的辐射通量，称为辐射亮度 (Radiance)，单位是瓦/平方米*微米*球面度(1-12μm --⋅⋅⋅Sr m W )。

很多地方会将辐射亮度和辐射强度区分，我这里理解的是一个概念。

热红外遥感的原理及应用1. 热红外遥感的原理热红外遥感是一种利用物体自身辐射的红外辐射进行探测和观测的技术。

其原理基于热物理学中的黑体辐射定律和斯特藩－玻尔兹曼定律，即物体的温度决定了其辐射的能量和频率分布。

根据这一原理，热红外遥感通过测量地面目标的红外辐射能量，可以获取目标的温度信息以及其他相关的热学参数。

2. 热红外遥感的应用热红外遥感技术在许多领域得到广泛应用，以下列举一些主要应用领域：2.1 军事和安全领域热红外遥感技术在军事和安全领域发挥着重要作用。

通过热红外遥感技术，可以对潜在目标进行侦查和监测，如军事目标、地下设施和边界监控等。

此外，热红外遥感还可用于火灾和爆炸等事故的监测和警报。

2.2 环境监测和资源调查热红外遥感技术在环境监测和资源调查方面具有广泛应用。

通过测量地表温度和地表辐射，可以监测土地利用、植被生长和生态系统变化等。

此外，热红外遥感还可以用于水资源调查、矿产资源勘探和气候变化观测等方面。

2.3 建筑和城市规划热红外遥感技术在建筑和城市规划方面也有广泛的应用。

通过测量建筑物和城市地区的热态，可以分析建筑物的热效应和能耗，进而优化建筑设计和能源利用。

此外，热红外遥感还可以用于城市热岛效应研究、城市规划和交通管理等方面。

3. 热红外遥感的优势和挑战虽然热红外遥感技术具有广泛的应用前景，但也面临一些挑战。

3.1 信号解析和处理热红外遥感技术所获取的数据量庞大，需要进行信号解析和处理才能得到有用的信息。

目前，研究人员正致力于开发高效的算法和技术，以提高数据处理的效率和准确性。

3.2 仪器和设备热红外遥感技术需要借助特殊的仪器和设备进行数据采集和测量。

这些仪器和设备的性能和精度对于数据的质量和可靠性至关重要。

因此，研究人员需要不断改进和优化热红外遥感设备，以满足不同应用领域的需求。

3.3 数据解释和分析热红外遥感技术所获得的数据需要经过解释和分析才能得出准确的结论。

这需要研究人员对数据进行深入的理解和分析，以及对所研究对象的特性有足够的了解。

热红外遥感技术在测绘中的应用与优势热红外遥感技术是一种基于物体自身热辐射的遥感手段，通过探测物体在热红外波段的辐射能量来获取目标物体的温度信息以及其他辐射特征。

在测绘领域中，热红外遥感技术具有广泛的应用与优势。

本文将就热红外遥感技术在测绘中的应用与优势展开论述。

首先，热红外遥感技术在地表温度测量方面具有独特的优势。

传统的地表温度测量手段主要依赖于接触式测温，不仅不方便，而且往往只能测量局部点的温度值。

而热红外遥感技术能够基于目标物体的热辐射能量，通过遥感平台对大面积的地表温度进行非接触式测量，实现对地表温度的全面观测。

这为土地资源的管理和城市热岛效应的研究提供了有力的支持。

其次，热红外遥感技术在环境监测中有着广泛的应用前景。

环境监测是保护生态环境的重要手段，传统的环境监测手段主要依赖于人工采样和实地监测，操作繁琐且费时费力。

而热红外遥感技术能够通过测量物体的热辐射来获取环境参数，如水体表面温度、植被覆盖度、土地利用状况等。

利用热红外遥感技术，可以实现对大范围区域的环境参数进行准确快速的监测，为环境保护决策提供科学依据。

此外，热红外遥感技术在农业生产中也发挥着重要作用。

农业是国民经济的重要组成部分，农作物的生长状态和病虫害的发生与否对粮食生产和农田管理至关重要。

传统的农业监测手段主要依赖于实地调查和人工抽样，不仅工作量大，而且容易出现误差。

而热红外遥感技术通过测量农田的热辐射能量，可以实时获取农田的生长状态和病虫害的分布情况。

这对农民合理调整农田管理措施，提高农作物产量具有重要意义。

此外，热红外遥感技术在城市规划与管理中也具有重要价值。

随着城市化进程的加速，城市规划和管理对于城市的可持续发展至关重要。

而热红外遥感技术可以通过测量城市区域的热辐射分布来获取城市的热环境状态，如热岛效应的强度、城市热通量的分布等。

这为城市规划和管理者提供了可靠的信息，可以为城市的建设和管理提供科学依据。

值得一提的是，热红外遥感技术在灾害监测与评估中也有着重要的应用。

遥感系列讲座之三南京路川信息系统工程有限公司遥感部图1. 黑体所辐射的能量随波长而变化状况，以及热红外波长区间的大气透射状况二、地表温度反演方法大气校正法：需要大气剖面数据来进行大气模拟，估计大气影响。

单窗算法：3个参数：大气平均作用温度、大气透过率和地表比辐射率率。

劈窗算法：2个参数：大气透过率和地表比辐射率。

多通道算法：白天与晚上两景同步反演，还有很多问题，如两景图间像元的几何定位问题。

三、旱情遥感监测1、作物供水指数法：CWSI＝NDVI/TS其中：CWSI是作物供水指数NDVI是归一化植被指数TS是作物叶面温度原理：相同植被密度情况下，叶面温度越高，作物表现出来的缺水情况越大，因此，通过植被绿度值与温度比值，可以大体上反映作物的缺水情度，即作物旱情。

旱情监测结果与当旬降雨量的比较历史降雨因素的考虑不仅考虑当旬，而且还考虑最近8旬（3个月）的降雨影响MSRI=A0*SRI0+A1*SRI1+ A2*SRI2+A3*SRI3+a4*SRI4+….+ a8*SRI8MSRI是考虑降雨因素的干旱指数，0-100SRI0和A0是当旬的降雨距平指数及其权重SRI1-SRI8和A1-A8是历史各旬降雨距平指数的权重当SRI0＝100时，取MSRI＝SRI0，当旬降雨相当多两指数耦合与旱情划分农业旱情指数：作物供水指数和降雨距平指数的耦合DI＝B1*SDI+B2*MSRI其中：DI是农业旱情指数，0－100表示非常干旱到非常湿润SDI是当旬多日合成的标准化作物供水指数，B1是其权重，取0.4MSRI是考虑多旬降雨因素的干旱指数，B2是其权重，取0.6监测结果比较2005年5月下旬降水量分布图遥感影像合成图（改进的方法）谢谢!。

第五章、热红外遥感基础热辐射热红外遥感就是利用星载或机载传感器收集、记录地物的这种热红外信息。

并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数，如温度、湿度和热惯量等td Q =φ是时间的函数与面积无关，任何面积都有辐射能通过！由此来引出另外两个概念：辐射出射度、辐射入射度st d d d M φ=sds t d d d E φ=sd (辐射照度，简称：辐照度)θ法线Ωφ)()(θφθCOS I Ω=LQ0Q RQAQT黑体、灰体、选择性吸收体C；光谱发射率是比值的概念是比值的概念；！是能量的累积！光谱发射度是能量的累积发射度==辐射出射度发射度前提条件：与物体的温度和电磁波的波长无关；黑体的吸收率最大，同时它的发射率也最大；它是理想的辐射体。

黑体概念是理解热红外遥感的基础在任何温度下，对各种波长的电磁辐射能的吸收系数恒等于1的物体称为黑体只是由于热辐射是随着构成物体的物质和条件的不同而变化，因而需要引入黑体这一概念作为热辐射定量研究的基准。

黑色无烟煤记住黑体不一定是黑色的物体，而要看它的发射率是否最大！金属水银灯氙灯()112,/52−•=T hc hc T M λκλλπλl λ——波长黑体辐射公式由此引出了另一个黑体辐射定律温度4)(T d M M σλλ==∫∞绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比！黑体的辐射能量是该黑体表面温度的函数。

——斯忒藩-波耳兹曼常数=5.6697×10-8(Wm -2K -4)T A m =λ在黑体辐射光谱中最强辐射的波长λm 与黑体绝对温度T 成反比。

地球辐射能主要集中在：中红外、远红外物体热辐射的强度和峰值波长都是随物体的温度而变化！但是对非黑体的真实物体，由于比辐射率的影响，要获得地表真实温度的难度便大得多。

石英250 K250 K 黑体黑体石英对应于每一波长的光谱辐射出射度！实际地物辐射出射度与同温下黑体的辐射出射度比值永远小于或接近于1，之间存在一个系数，即，比辐射率ε！TTM T E ,),(λλαλ⋅=它是衡量物体发射本领的参数，它也表明了物体的吸收本领的高低。

热红外地表温度遥感反演方法研究进展一、概述随着遥感技术的快速发展，热红外遥感已成为获取地表温度信息的重要手段。

地表温度，作为反映地球表面热状况的关键物理量，不仅影响着大气、海洋、陆地等环境物理过程，还是研究土壤含水量、作物干旱程度、地表蒸散等生态要素以及城市热环境等环境要素的关键参数。

热红外遥感地表温度反演方法的研究与应用，对于全球气候变化监测、城市规划、农业管理等多个领域具有重要意义。

热红外遥感地表温度反演方法主要包括利用红外辐射温度表探测地表温度的方法，星载传感器的红外通道反演地表温度的单窗、分裂窗等反演方法，组份温度的反演方法，以及在微波波段遥感反演地表温度的方法等。

这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场景。

对热红外遥感地表温度反演方法的研究进展进行综述，不仅有助于理解各种方法的原理和应用，还能为实际应用中选择合适的方法提供指导。

近年来，随着遥感技术的发展和数据处理技术的进步，热红外遥感地表温度反演方法的研究取得了显著成果。

一方面，传统的反演方法如辐射传输模型法、单窗算法等不断得到优化和完善，提高了反演的精度和稳定性另一方面，新的反演方法如基于机器学习的反演算法等也逐渐崭露头角，为地表温度反演提供了新的思路。

热红外遥感地表温度反演方法仍存在一些挑战和问题。

例如，大气条件对地表温度反演的影响仍是一个难点问题不同地表类型的发射率差异也会对反演结果产生影响遥感数据的获取和处理也是制约反演精度和效率的重要因素。

未来的研究需要在提高反演精度和稳定性的同时，更加注重解决这些挑战和问题。

本文将对热红外遥感地表温度反演方法的研究进展进行综述，重点介绍各种反演方法的原理、优缺点以及应用情况。

同时，还将对未来的研究方向进行展望，以期为热红外遥感地表温度反演方法的发展和应用提供参考和借鉴。

1. 介绍热红外地表温度遥感反演的重要性。

随着全球气候变化和环境问题的日益凸显，对地表温度的准确监测和评估变得至关重要。

热红外地表温度遥感反演技术作为一种非接触、大范围、快速的地表温度获取方法，其重要性日益凸显。

热红外遥感试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 热红外遥感技术主要用于测量物体的哪一项物理量？A. 温度B. 湿度C. 压力D. 质量答案：A2. 热红外遥感中，物体辐射的能量与其表面温度的关系遵循什么定律？A. 普朗克定律B. 斯特藩-玻尔兹曼定律C. 维恩位移定律D. 瑞利-金斯定律答案：B3. 在热红外遥感中，大气对辐射传输的影响主要表现为？A. 吸收B. 反射C. 散射D. 吸收和散射答案：D4. 热红外遥感技术在农业上的应用不包括以下哪一项？A. 作物生长监测B. 病虫害监测C. 土壤湿度测量D. 天气预报答案：D5. 以下哪个不是热红外遥感传感器的组成部分？A. 探测器B. 辐射计C. 光谱仪D. 滤光片答案：C6. 热红外遥感图像中，通常使用哪种颜色来表示高温区域？A. 红色B. 蓝色C. 绿色D. 黄色答案：A7. 热红外遥感技术可以用于哪些领域的研究？A. 地质勘探B. 城市规划C. 军事侦察D. 所有以上选项答案：D8. 热红外遥感数据通常需要进行哪种校正以提高其准确性？A. 大气校正B. 时间校正C. 空间校正D. 光谱校正答案：A9. 在热红外遥感中，物体的发射率对其辐射特性的影响是？A. 无影响B. 直接影响C. 间接影响D. 取决于物体的形状答案：B10. 以下哪个不是热红外遥感技术的优势？A. 昼夜均可工作B. 能穿透云层C. 高分辨率D. 能够测量物体的热特性答案：C二、填空题（每题2分，共20分）11. 热红外遥感技术可以测量物体的________，从而获取物体的热特性信息。

答案：温度12. 根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体的辐射功率与其表面温度的四次方成正比，比例系数称为________。

答案：斯特藩-玻尔兹曼常数13. 在热红外遥感中，大气中的水汽和________对辐射传输的吸收作用较强。

答案：二氧化碳14. 热红外遥感图像处理中，常用的增强技术包括空间滤波、________和伪彩色编码。

可见光与热红外遥感原理与应用第一章遥感基本原理1.1电磁波及电磁波谱电磁波根据麦克斯韦电磁场理论，变化的电场能够在它周围引起变化的磁场，这一变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场，并在更远的地方引起新的变化磁场。

这种变化的电场和磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间传播的过程称为电磁波。

电磁波的传播过程也就是能量的传递过程。

电磁波遥感：一切物体，由于种类、特征和环境条件不同，而具有完全不同的电磁波的反射或者发射特征。

遥感技术是建立在物体反射或发射电磁波的原理上。

电磁波的存在是获取遥感图像的物理前提。

电磁波在真空中传播的波长或者频率，按照递增或递减顺序排列成谱，就得到了电磁波谱。

电磁波谱的范围表示方法：波长/频率电磁波谱黑体辐射黑体（基尔霍夫1806年）是指在任何温度下，对所有波长的电磁辐射都能够完全吸收，同时能够在热力学定律所允许的范围内最大限度地把热能变成辐射能的理想辐射体。

它是作为研究物体发射的计量标准。

（黑色烟煤）电磁辐射的度量电磁辐射是具有能量的。

辐射能量（Q）的单位是焦耳（J）辐射通量：在单位时间内通过的辐射能量，单位是瓦特=焦耳/秒（W=J/S）辐射出射度（辐射通量密度）: 单位面积上的辐射通量,单位是瓦/米²（W/m²）物理定律电磁波发射遵循三个物理定律：普朗克定律、斯特潘-波尔曼定律、维恩位移定律。

普朗克辐射（plank）定律对于黑体辐射源，普朗克成功给出了辐射通量密度Wλ与温度T、波长λ的关系：式中：W λ为辐射出射度（辐射通量密度），λ是以m为单位的波长，Ｔ绝对温度(Ｋ)，h为普朗克常数，k为波尔兹曼常数，c是光速。

✓在给定温度下，黑体的光谱辐射能力随波长而变化。

✓温度愈高，Wλ愈大，即光谱辐射能力越强。

斯特潘-玻尔曼（Stefan-boltzmann）定律将普朗克公式从零到无穷大的波长范围内积分，得到从单位面积的黑体上辐射到半球空间里的总辐射出射度w。

浅谈热红外遥感及其运用一、概念：热红外遥感即通过热红外探测器收集、记录地物辐射出来的人眼看不到的热红外辐射信息，并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数（如温度、发射率、湿度、热惯量等）。

热红外遥感技术的发展是为了获取地物的热状况信息，从而推断地物的特征及其与环境相互作用的过程，并为科学和生产所应用。

简而言之，热红外遥感即确定地表温度和发射率及其应用!二、常用波段及特点：0.76 ~ 1000 μm ：红外辐射（红外谱段）；其中0.76 ~ 3.0 μm ：反射红外波段 3.0 ~ 14 μm ：发射红外波段3 to 5 μm 、8 to 14 μm8 to 14 μm ：波段范围较宽，因此对于许多特定的物质类型，它的发射率较稳定，但还是有细微差异（10.5~11.5μm、11.5~12.5μm ）。

用于调查地表一般的热辐射特性，探测常温下物体温度分布、目标的温度场从而进行热制图。

3 to 5 μm：对高温目标物的识别敏感，常用于获取高温目标的信息由于被遥感的物体在任何时间都在不断地向外辐射热红外线，热红外遥感可以在白天或黑夜无人造光源的条件下实施，它是一种全天时的遥感手段。

优点——夜间成像、浅层探测、地物热特性。

局限性——空间分辨率低、光谱分辨率低、易受环境影响、混合像元问题、温度与发射率分离问题。

三、三大定律：（一）黑体辐射定律1.普朗克公式（Plank）M——黑体辐射出射度T——温度h ——普朗克常数，6.626´10-34J·Sk——波耳滋曼常数，1.3806 ´10-23J·k-1C——光速，2.998´108m/sl——波长2.斯忒藩——波耳兹有曼定律（Stefen-Boltzmann）任何给定温度的黑体表面的总辐射度，可由其光谱辐射度曲线与波长轴围成的面积给出。

即，在所有波长范围内，如果一个传感器能测量黑体辐射度，记录的信号与在给定温度下黑体辐射度曲线下面积与波长轴围成的面积成正比，斯忒藩——波耳兹曼定律给出了该面积的数学表达式：s——斯忒藩-波耳兹曼常数=5.6697´10-8(Wm-2K-4)斯忒藩——波耳兹曼定律绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比！黑体的辐射能量是该黑体表面温度的函数。