下载文档原格式
遥感原理与方法讲义第1章绪论遥感技术是近年来蓬勃发展起来的一门综合性学科——空间信息科学。
它的功能和价值引起了许多学科和部门的重视，特别在资源勘测、环境管理、全球变化、动态监测等方面，显示了无与伦比的优越性，获得愈来愈广泛的应用，是地球科学和资源环境学科开展研究的基本方法，成为信息科学的主要组成部分和重要支撑技术体系。
§1.1 遥感的基本概念1.1.1 遥感概述1 遥感概念遥感的英文是“Remote Sensing”，意即“遥远的感知”，在日本叫“远隔探知”或“远隔探查”。
其科学含义一般理解为：在遥远的地方，感测目标物的“信息”，通过对信息的分析研究，确定目标物的属性及目标物之间的关系。
也就是说：不与目标物接触，凭借其发来的某些信息，识别目标。
所以有人将遥感技术作为一种侦察技术。
根据遥感的这一概念，人和动物都具有一定的遥感本领。
例如人的眼睛识别物体的过程就是一种遥感过程，它是靠物体的色调、亮度、以及物体的形状，大小等信息，来判定物体的属性。
蝙蝠能发射超声波，并用接收到的回波来判断障碍物的距离、方位和属性。
现代遥感技术就是模仿自然界中的遥感现象和过程而产生的。
目前，对遥感的较一致定义是：在远离被测物体或现象的位置上，使用一定的仪器设备，接收、记录物体或现象反射或发射的电磁波信息，经过对信息的传输、加工处理及分析与解译，对物体及现象的性质及其变化进行探测和识别的理论与技术。
2遥感基本过程现代遥感技术的基本过程是：在距目标物几米至几千公里的距离以外，以汽车、飞机和卫星等为观测平台，使用光学、电子学和电子光学等探测仪器，接收目标物反射、散射和发射来的电磁辐射能量，以图像胶片或数字磁带形式进行记录；然后把这些信息传送到地面接收站，接收站把这些遥感数据和胶片进一步加工成遥感资料产品；最后结合已知物体的波谱特征，从中提取有用信息，识别目标和确定目标物间的相互关系。
因此说遥感是一个接收、传送、处理和分析遥感信息，并最后识别目标的复杂技术过程。
遥感期末复习：1、什么是遥感：遥感即遥远的感知，是在不接触的情况下，对目标或者自然现象远距离探测和感知的一种技术2、电磁波是一种横波，具有波动性和粒子性，成为波动二象性。
波动性形成了光的干涉，衍射，偏振（在微波技术上称为：极化，遥感技术中的偏振摄影和雷达成像就利用了电磁波的偏振特性）3、电磁波谱：一般指收集，探测，记录地物的电磁波特征，即地物的发射，辐射或反射电磁波能量4、如果一个物体对于任何波长的电磁波辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体5、绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对温度的四次方成正比，称为斯忒藩-玻尔兹曼公式（传感器检测到它的辐射能后就可以利用这个公式概略推算出物体的总辐射能或绝对温度，热红外遥感就是利用这一原理探测和识别目标地物的）分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加想短波方向移动，称为维恩定律，它表明，黑体的绝对温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向位移，若知道了某物体的温度，就可以推算它的辐射峰值波长，在遥感技术上常用这种方法选择遥感器和确定目标物进行热红外遥感的最佳波段,峰值高，说明反射率高，可以根据这个特性分辨出相应的地物，在微波波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比6、太阳辐射光谱特征：太阳辐射的光谱是连续的，它的辐射特性与绝对黑体的辐射特性基本一致；就遥感而言，被动遥感主要利用可见光，红外等稳定辐射，因而太阳活动对遥感没有太大的影响；紫外到中红外波段区间的能量集中，稳定；第九页，太阳辐射照度分布曲线7、大气对辐射的影响：地球大气（对流层，平流层），大气对太阳辐射的吸收，散射以及反射作用，，大气窗口参考课本13页图1-10，辐射传输方程8、大气对太阳辐射的吸收，散射和反射作用在可见光波段，引起电磁波衰减的主要原因是分子散射，在紫外，红外与微波区，引起电磁波衰减的主要原因是大气吸收，引起大气吸收的主要成分是：氧气，臭氧，水和二氧化碳等，它们吸收电磁辐射的主要波段参照12页图1-99、大气对太阳辐射的吸收特点：大气分子吸收的影响主要是造成遥感影响暗淡；由于大气对紫外线有很强的吸收作用，现阶段的遥感中很少用到紫外线波段；太阳辐射到地面又反射到传感器的过程中，二次通过大气，传感器所接收的能量吃了反射光，还增加了散射光，这二次影响增加了信号中的噪音部分，造成遥感影像质量下降；散射的方式随电磁波波长与大气分子直径，气溶胶微粒大小之间的相对关系而变，主要有米氏散射，均匀散射，瑞利散射等；10、辐射传输方程：从遥感器探测方向的地物目标反射出来的辐射能量，经大气散射和吸收后，进入遥感器视场后含有目标信息，其中一部分未到达地面之前就被大气散射和吸收，其中一部分散射能量也能进入遥感器视场，但是这一部分能量不含有目标信息；还有一部分又被大气反射到目标表面，再次被目标表面反射，透过大气进入遥感器视场11、一般物体的发射辐射与绝对黑体和绝对白体相比较列于下面：绝度黑体，灰体，选择性辐射体，理想反射体（绝对白体）12、物体对电磁波的反射有三种形式：镜面反射，漫反射，方向反射13、光谱反射率：反射率是物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比，这个反射率是在理想的漫反射体的情况下，整个电磁波长的反射率，实际上由于物体固有的物理特性，对于不同波长的电磁波有选择性的反射14、地物的反射辐射，课本18页开始，牢记在这个小节中各种地物的的反射波谱特征特征曲线15、影响地物光谱反射率变化的因素是：太阳位置，传感器位置，地理位置，地形，季节，气候变化，地面湿度变化，地物本身的差异，大气状况等16、测量地物的反射波谱曲线主要有以下三个作用：第一、它是选择遥感波谱段，设计遥感仪器的依据；第二、在外业测量中，它是选择合适的飞行时间的基础资料；第三、是用户判读，识别，分析遥感影像的基础17、什么是遥感平台：遥感中搭载传感器的工具统称为遥感平台，按平台距离地面的高度大体分为三类：地面平台——指用于安置遥感器的三脚架，遥感塔，遥感车等，高度在一百米以下在地面上放置地物波谱仪，辐射计，分光光度计等。
遥感原理知识点梳理第一章绪论1.遥感于1960年由美国地理学家pruitt普鲁伊特提出2.广义遥感（梅安新教授提出）：一切无接触远距离探测（实际工作中，只有电磁波探测属于遥感范畴）（电磁波是遥感技术的基础）3.狭义遥感（电磁波遥感）：从不同高度平台，使用各种传感器接收来自地球表层的电磁波信息（数据采集）并进行加工处理（数据处理分析），从而对不同地物进行远距离探测与识别（处理结果应用）的技术。
4.遥感平台：地面，航空，航天5.传感器：接收、记录物体反射或发射的电磁波特征的仪器。
6.遥感技术系统：从地面到空中乃至空间，从信息采集、存储、处理到判读分析与运用的完整技术体系。
可以分为：（1）空间信息采集系统-采集遥感信息（2）地面接收与预处理系统-接收、处理（必要的辐射与几何校正）与分发遥感数据（针对星载传感器建立地面接收系统）（3）地面实况调查系统（遥感技术系统的基础）：获取遥感信息之前：通过测定地物反射光谱确定所需传感器类型与波段获取遥感信息的同时：采集地表，大气等有关参数（遥感信息处理运用的辅助）遥感数据处理结果的检验（4）信息分析与运用系统，主要包括：遥感信息的选择技术、遥感信息的处理技术、专题信息提取技术、参数量算与反演技术、制图技术7.遥感分类：按工作平台：地面，航空，航天、（航宇）按探测电磁波工作波段：紫外，可见光，近红外，热红外，微波，多波段等按应用目的（探测目标）：大气，极地，海洋，陆地，外层空间等按资料的记录方式：成像，非成像按传感器工作方式：主动（主动发射与接收电磁波），被动（被动接收电磁波（可见光，近红外，热红外））8.遥感的特点：（1）宏观性与同步性（2）时效性与动态性（3）多波段性（4）综合性与可比性（5）经济性（6）局限性（误差，用途等）9.传感器：扫描仪，摄影机，摄像仪，雷达，高度计，微波辐射计，扫描仪等10.1957年苏联成功发射第一颗人造卫星（斯普特尼克一号）1970年我国发射东方红一号第二章电磁辐射与地物波谱特征2.1电磁波与电磁波谱1.电磁波（横波）：由变化的电场和变化的磁场交替产生，以有限的速度由近及远在空间中传播。
第一章 遥感物理基础√1 遥感定义：在不接触的情况下对目标或自然现象远距离感知的一门探测技术；狭义指对地观测，从不同高度工作平台上通过传感器，对地面目标的电磁波反射或辐射进行探测，经信息记录传输处理和解译分析，对地球资源与环境进行探测和监测的综合性技术。
√原理：一切物体，由于其种类、特征和环境不同，而具有完全不同的电磁波的反射或发射辐射特征，遥感根据电磁波来判断地物目标和自然现象。
√分类：按遥感平台分为地面、航空、航天遥感；按工作方式分为主动式、被动式遥感；按工作波段分为紫外、可见光、红外、微波、多光谱和高光谱遥感。
√作用：广泛应用于城市规划、农作物估产、资源调查、地质勘探、环境保护等诸多领域。
√优点：大面积同步观测，时效性、数据客观性、综合性、可比性、经济性。
√2电磁波谱： 把各种电磁波按照波长或频率的大小依次排列，就形成了电磁波谱。
√3绝对黑体：能够完全吸收任何波长电磁辐射的物体4灰体：在各种波长处的发射率相等的物体。
6大气窗口：电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的波段。
7发射率：实际物体与同温度的黑体在相同条件下的辐射功率之比。
8光谱反射率：物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。
9波粒二象性：电磁波具有波动性和粒子性。
√10光谱反射特性曲线：反射波谱曲线是物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横轴，反射率为纵轴的曲线。
11绝对温度：以-273.16摄氏度为绝对零度表示的温度。
√地球辐射：地球上的能源来自太阳的直射能量（太阳直射光）与天空慢入射的的能量（天空光或天空慢射光），一般白天收入大于支出，地面温度不断升高；被地表吸收的太阳辐射能，又重新被地表辐射，分短波、长波辐射，短波辐射以地球表面对太阳的反射为主，地球自身的热辐射可忽略不计；长波辐射只考虑地标物体自身的热辐射，该区域内太阳辐照影响极小，介于两者之间的中红外波段太阳辐射和热辐射影响均有，不能忽略。
√物体的反射辐射：当电磁波辐射到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质的现象为反射，反射能量占入射能量的比例为反射率，反射分镜面反射、漫反射、方向反射。
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。
第一章电磁波及遥感物理基础主要介绍：1 电磁波和电磁波谱2 物体的发射辐射（电磁波辐射源——黑体、太阳、一般物体）3 物体的反射辐射4 大气对辐射的作用（辐射传输方程）5 地物波谱特征及测定一切物体因其种类、特征和环境条件的不同，而具有完全不同的电磁波反射与发射辐射特性，遥感即建立在物体反射与发射电磁波的原理之上1.1 电磁波和电磁波谱1.1.1 电磁波波：是振动在空间的传播。
如声波、水波、地震波等。
机械波：振动的是弹性媒质中质点的位移矢量。
电磁波：电场矢量和磁场矢量在空间的传播。
])sin[(ϕ+−ω=ψkx t A 波函数由振幅和位相组成，一般遥感器仅仅记录电磁波的振幅信息，丢失位相信息。
全息摄影中，同时记录了振幅信息和相位信息。
雷达遥感也要记录相位信息波函数：λ/hc hv E ==λ/h P =动量：P 能量：Eh : 普朗克常数，6.6260755×10－34J sc : 光速；v : 频率能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动属性。
可见光，红外线；微波和无线电波；紫外线和X射线Y射线。
电磁波的粒子性电磁波的叠加原理当两列波在同一空间传播时，空间上各点的振动为各列波单独振动的合成。
任何复杂的电磁波都可以分解成许多比较简单的电磁波；比较简单的电磁波也可以合成为复杂的电磁波。
（白光的色散和合成，计算机显示器的工作原理，混合像元的分解）d物镜的有效孔径也是进行一些遥感图像处理（如图像平滑等）的依据•电磁波遇到“狭缝”的障碍物时，能够通过狭缝地振动分量，称为电磁破的偏振。
偏振光，非偏振光，部分偏振电磁波的多普勒效应电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质的运动，而使观察者接受到的频率发生变化，这种现象称为多普勒效应。
类似声波的多普勒效应。
（合成孔径雷达的工作原理）1.1.2电磁波谱按照电磁波的波长（频率的大小）长短，依次排列支撑的图表，成为电磁波谱。
（图1-3）1.1.2电磁波谱（续）传播的方向性、穿透性、可见性、颜色不同。
第一章；1.遥感的基本概念是什么？应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出遥感的基本概念是什么物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
2.遥感探测系统包括哪几个部分？被侧目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用. 遥感探测系统包括哪几个部分3.作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？①大面积同步观测：传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受作为对地观测系统地面阻隔等限制。
②时效性：可以短时间内对同一地区进行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。
因此，遥感大大提高了观测的时效性。
这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。
（比较多，大家理解性的删除自己不需要的）③数据的综合性和可比性遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。
由于遥感的探测波段、成像方式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。
同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。
与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。
④经济性遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。
⑤局限性遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。
第二章：1.大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云浮透而雾能力而可见光不能。
①瑞利散射（大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射）.②米氏散射（当大气中粒子的直径与辐射的波长相当时发生的散射）③无选择性散射（当大气中粒子的直径比波长大的多时发生的散射）.大气散射类型是根据大气中分子或其他微粒的直径小于或相当于辐射波长时才发生。
