《遥感导论》课程教学大纲

《遥感导论》课程教学大纲

课程编号: 507610

课程名称：遥感导论

英文名称：Introduction to Remote Sensing

课程类型: 专业核心课

总 学 时：64 讲课学时： 60 实验学时：4

学 分：4

适用对象: 资源环境与城乡规划、地理信息系统、地理科学

先修课程：相关基础课程

执 笔 人：汤庆新 审定人：张保华

一、课程性质、目的和任务

《遥感导论》是资源环境、地理信息系统及地理科学专业的一门专业基础课。课程注重反映现代遥感技术的最新成果与应用内容，并结合经济建设实际，详细介绍了遥感的基本概念、电磁辐射与地物波谱、遥感成像原理、遥感图像特征、遥感图像分析的原理与方法、图像信息的提取与分类处理、遥感的应用及实例，3S集成，以及新型遥感平台与传感器等。

该课程的目的和任务：通过本课程学习，要求学生牢固掌握遥感技术的基本概念和基本原理；掌握运用遥感技术原理、方法解释和解决实际问题的能力；了解遥感技术的前沿动态和发展趋势。尤其注重培养学生的实际动手和应用能力，为学习专业课程、从事专业技术工作和进行科学研究打下基础。

二、课程教学和教改基本要求

1.本课程主讲授遥感基本理论。内容比较枯燥，所以在教学中应尽量采用通俗易懂和形象化语言表述，着重讲清地物电磁波谱的基本遥感理论问题。

2.对于有关物理学公式，不须推导过程，重点理解其基本原理。

3.根据课程进程的需要，适当的布置课外阅读文献报告和体会，以加深对所学理论知识的理解和了解本学科的研究动态。

三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容

第一章 绪论

一、教学重点：

遥感的定义（广义与狭义）、遥感系统组成、遥感的类型与特点。

二、难点: 遥感系统组成

三、教学要求：

(一) 从广义与狭义两方面掌握遥感的定义，了解遥感系统的组成；

(二) 掌握遥感的分类；

(三) 与常规方法相比，掌握遥感的主要特点； (四)了解遥感发展简史及我国遥感事业的成就。

四、教学内容：

第一节 遥感概述

1 遥感技术是20世纪60年代发展起来的一门综合性探测技术。

2 遥感技术与现代物理学、空间技术、计算机技术、数学和地理学密切相关。

3 遥感技术已广泛应用于各种领域，成为地球环境资源的调查和规划不可缺少的有效手段。

第二节 遥感概念和遥感数据

1 遥感( Remote Sensing )概念

广义：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。

遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性

2 遥感数据

太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据。

第三节 遥感的特性

1 大面积的同步观测。

2 时效性。

3 数据的综合性和可比性。

4 经济性。

5 局限性。

第四节 遥感平台

1 遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：

地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。

航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。

航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。

2 人造地球卫星的类型：

低高度、短寿命卫星：150～350 km，用于军事。

中高度、长寿命卫星：350～1800 km，地球资源。

高高度、长寿命卫星：约3600 km，通信和气象。

第五节 遥感数据的类型

1 按平台高度分类

航空遥感、航天遥感、地面遥感

2 按传感器的工作方式分

主动式遥感、被动式遥感

3 按电磁波段分

紫外(0.3-0.4mm)、可见光(0.4-0.7mm)、红外(0.7-14mm)、微波(0.1-100cm)

第六节 遥感数据的应用领域 1 林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。

2 农业：作物估产、作物长势及病虫害预报。

3 水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。

4 国土资源：国土资源调查、规划和政府决策,土地利用变化。

5 气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究。

6 环境监测：水污染、海洋油污染、大气污染、固体垃圾等及其预报。

7 测绘：航空摄影测量测绘地形图、编制各种类型的专题地图和影像地图。

8 城市：城市综合调查、规划及发展。

9 考古：遗址调查、预报。

10 地理信息系统：基础数据、更新数据

第七节 遥感的发展简况

1 国外概况

2 国内概况

第二章 电磁辐射与地物光谱特征

一、教学重点:

电磁波谱、电磁辐射、黑体辐射及黑体辐射规律、实际物体辐射规律、太阳光谱、大气吸收、大气散射（瑞利散射、米氏散射、无选择性散射）、大气窗口及投射分析、地表自身的热辐射、反射率、反射的类型及地物反射波谱特征、地物波谱特性的测量。

二、难点: 黑体辐射及黑体辐射规律、大气散射（瑞利散射、米氏散射、无选择性散射）、大气窗口及投射分析、地物波谱特性的测量

三、教学要求

（一）掌握什么是电磁波谱、电磁辐射，电磁辐射的度量；

（二）掌握什么是黑体辐射、黑体辐射与实际物体辐射的规律；

（三）了解太阳光谱的特点；

（四）理解太阳辐射传播到地表面又返回到传感器的过程中所发生的物理现象；

（五）掌握大气散射的类型与其特点；

（六）掌握大气窗口的概念及大气窗口的主要光谱段；

（七）掌握反射率及其类型；

（八）理解太阳辐射与地表之间的相互作用；

（九）掌握植被、土壤、水体及岩石的光谱特征；

（十）地物波谱特性的测量。

四 教学内容

第一节 遥感的电磁波原理

1 电磁波

交互变化的电磁场在空间的传播。

2 描述电磁波特性的指标 波长、频率、振幅、位相等。

3 电磁波的特性

3.1 电磁波是横波

3.2 在真空中以光速传播

3.3 电磁波具有波粒二象性

4 电磁波谱

5 遥感应用的电磁波波谱段

第二节 电磁辐射的度量

1 辐射源

2 辐射测量

辐射能量（W）

辐射通量（Φ=dW/dt）

辐射通量密度（E=dΦ/ds）

辐照度（I=dΦ/ds）

辐射出射度（M=dΦ/ds）

3 黑体辐射

第三节 太阳辐射与大气的作用

1 大气结构与成分

2 大气吸收作用

大气吸收：太阳辐射通过大气层时，大气层中某些成分对太阳辐射产生选择性的吸收，即把部分太阳辐射能转换为本身内能，使温度升高。

3 大气反射作用

大气对太阳辐射的反射作用主要是水蒸气造成的。影响最大的就是——云。其影响程度与云量和云的厚度有关。

4 大气散射

5 大气窗口

第四节 太阳辐射与地物的作用

1 太阳辐射与地表的相互作用(…)

2 地物的反射率(…)

3 漫反射(…)

4 镜面反射(…)

第五节 地物的热辐射

第六节 微波与地物的作用

1 在电磁波谱中，波长在1mm～1m范围的波称微波。（微波波段划分）

2 微波遥感特性：

第七节 各典型地物的光谱曲线 1 植被光谱曲线

2 土壤光谱曲线

3 水体光谱曲线

4 岩石光谱曲线

5 常见地物比较光谱曲线

第三章 遥感成像原理与遥感图像特征

一、教学重点

主要的遥感平台及各自的特点、摄影像片的几何特征、微波、微波遥感及微波遥感的特点与方式、遥感图像的空间、时间、光谱、辐射分辨率。

二、难点: 摄影像片的几何特征、微波、微波遥感及微波遥感的特点与方式

三、教学要求

（一） 掌握三大遥感平台：气象卫星系列、陆地卫星系列及海洋卫星系列的特点；

（二）了解摄影与扫描成像的基本原理，两者所形成的图像有什么区别？

（三）了解摄影像片的几何特征。掌握像片比例尺的计算方法；

（四）掌握什么是微波、微波遥感，微波遥感的特点；

（五） 掌握微波遥感的方式（主动与被动）及其传感器，什么是距离分辨力和方位分辨力；

（六）掌握图像的空间分辨率、波谱分辨率、辐射分辨率与时间分辨率。

四、教学内容：

第一节 气象卫星系列

1 气象卫星特点

轨道、短周期重复观测、成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量 、资料来源连续、实时性强、成本低

2 我国情况

FY-1A（1988年9月7日，太阳同步轨道）：我国第一颗环境遥感卫星，主要任务是获取全球的昼夜云图资料及进行空间海洋水色遥感试验。

FY-1B（1990年9月3日）：用于天气预报、提供植被指数、区分云雪、进行海洋水色观测。

FY-1C（1999年5月,太阳同步轨道）：获取全球的昼夜云图资料。

FY-1D（2002年5月

3 气象卫星资料的应用领域

天气分析和气象预报

气候研究

资源与环境

第二节 陆地卫星系列

1 Landsat：轨道及图像特征

2 SPOT：轨道及图像特征

3 CBERS：轨道及图像特征 4 EOS Modis：轨道及图像特征

5 其它陆地卫星：轨道及图像特征

第三节 海洋卫星系列

1 日本海洋观测卫星（MOS1）

2 ERS（欧空局）

3 加拿大雷达卫星（RADARSAT）

4 海洋遥感的特点

第二节 摄影成像

1．摄影机：

分幅式摄影机

全景摄影机(扫描摄影机)：

缝隙式摄影机(航带摄影机)

镜头转动式摄影机

多光谱摄影机：

多相机组合型

多镜头组合型

光束分离型

数码摄影机

2． 摄影像片的几何特性

垂直摄影：摄影机主光轴垂直于地面或偏离垂线在3°以内。

倾斜摄影：摄影机主光轴偏离垂线大于3°。

垂直像片的几何特征

像片的投影

中心投影与垂直投影的区别

中心投影的透视规律

中心投影与垂直投影的区别

投影距离的影响

投影面倾斜的影响

地形起伏的影响

3． 像片的比例尺

像片比例尺即像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。

平均比例尺：以各点的平均高程为起始面，并根据这个起始面计算出来的比例尺。

主比例尺：由像主点航高计算出来的比例尺，它可以概略地代表该张航片的比例尺。

感光特征曲线：横坐标为曝光量的对数值，纵坐标为胶片的光学密度。

感光度：指胶片的感光速度。遥感需用感光度高的胶片。

光学密度：指胶片竟感光显影后，影像表现出的深浅程度。