遥感原理与应用培训

第一章电磁波及遥感物理基础名词解释：1、电磁波（变化的电场能够在其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，并在更远的区域内引起新的变化磁场。

）变化电场和磁场的交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。

2、电磁波谱电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。

3、绝对黑体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收的物体称为绝对黑体。

4、辐射温度如果实际物体的总辐射出射度（包括全部波长）与某一温度绝对黑体的总辐射出射度相等，则黑体的温度称为该物体的辐射温度。

5、大气窗口电磁波通过大气层时较少被反射、吸收和散射的，透过率较高的电磁辐射波段。

6、发射率实际物体与同温下的在相同条件下的辐射能量之比。

7、热惯量由于系统本身有一定的热容量，系统传热介质具有一定的导热能力，所以当系统被加热或冷却时，系统温度上升或下降往往需要经过一定的时间，这种性质称为系统的热惯量。

（地表温度振幅与热惯量P成反比，P越大的物体，其温度振幅越小；反之，其温度振幅越大。

）8、光谱反射率ρλ=Eρλ/ Eλ(物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。

)9、光谱反射特性曲线按照某物体的反射率随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线。

填空题：1、电磁波谱按频率由高到低排列主要由、、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等组成。

2、绝对黑体辐射通量密度是温度Ｔ和波长λ的函数。

3、一般物体的总辐射通量密度与绝对温度和发射率成正比关系。

4、维恩位移定律表明绝对黑体的最强辐射波长λ乘绝对温度T 是常数2897.8。

当绝对黑体的温度增高时，它的辐射峰值波长向短波方向移动。

5、大气层顶上太阳的辐射峰值波长为 0.47 μm选择题：(单项或多项选择)1、绝对黑体的（②③）①反射率等于1 ②反射率等于0 ③发射率等于1 ④发射率等于0。

2、物体的总辐射功率与以下那几项成正比关系（②⑥）①反射率②发射率③物体温度一次方④物体温度二次方⑤物体温度三次方⑥物体温度四次方。

一．绪论1.遥感的定义：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。

2.遥感的过程:地物发射或反射电磁波通过介质（大气）被传感器接受，通过传感器获取数据，再经计算机对数据处理后，我们提取有用的信息，最后应用于实践。

（地物发射或反射电磁波→介质（大气）→传感器数据获取→计算机数据处理→信息提取→应用）二．电磁波及物理遥感基础1.电磁波的定义：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内传播的过程称为电磁波。

2.电磁波的特性：波动性（干涉、衍射、偏振）粒子性（光电转换）3.电磁波谱的定义:按电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减顺序排列，就能得到电磁波谱。

4.（1）地物发射电磁波:①绝对黑体的定义：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收，则这个物体是绝对黑体。

黑体辐射1.绝对黑体：吸收率α(λ,T)≡1 反射率ρ（λ,T）≡02.绝对白体：吸收率α(λ,T)≡0 反射率ρ（λ,T）≡1 绝对黑体与绝对白体与温度和波长无关。

②遥感的两种形式：被动遥感，主动遥感。

其中太阳是被动遥感最主要的辐射源。

⒈太阳辐射的特点：与黑体特性一致；能量集中在可见光和红外波段。

⒉一般物体的发射辐射：自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下绝对黑体的低。

发射率ε：实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比。

ε= W′/ W（ε是一个介于0和1的数）►绝对黑体ελ＝ε＝1►灰体ελ＝ε但0＜ε＜1►选择性辐射体ε＝ｆ(λ)►理想反射体（绝对白体）ελ＝ε＝0大多数物体可以视为灰体：W'=εW=εσT4（2）地物反射电磁波：①光谱反射率:物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。

②反射波谱特征曲线：反射波谱是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标，反射率为纵坐标所得的曲线即为该物体的反射波谱特性曲线。

同一地物时间效应：地物的光谱特性一般随时间季节变化。

遥感的原理与应用教学一、遥感的概述•什么是遥感？•遥感的历史发展•遥感的分类二、遥感的原理1.主动遥感和被动遥感2.遥感的基本原理–辐射传输理论–电磁谱和能谱特征–感知和信号处理三、遥感的应用领域•农业•林业•水资源•城市规划•环境监测•灾害管理四、遥感的教学方法与资源1.教学方法–理论讲解–案例分析–实地实习2.教学资源–数据下载–软件工具五、遥感教学的挑战与发展•技术更新迭代快•增加实际案例分析•合理利用互联网资源六、结语•教学总结•遥感的未来发展趋势以上是对《遥感的原理与应用教学》的简要概述，下面将分别对每个部分进行详细说明。

一、遥感的概述遥感是通过感知传感器获取地球表面信息的科学技术。

它可以获取地表、大气和海洋的光谱、空间和时域信息，为人们研究地球系统、资源环境和自然灾害提供了有效手段。

遥感的发展可以追溯到十九世纪末，经历了从航空摄影到卫星遥感再到无人机遥感的演变。

根据获取数据的方式，遥感可以分为主动遥感和被动遥感两种方式。

二、遥感的原理遥感的基本原理是通过感知器感知地球表面发射、反射或散射的电磁信号，并将其转化为可以解读的图像或数据。

遥感的主要原理包括辐射传输理论、电磁谱和能谱特征以及感知和信号处理等方面。

辐射传输理论主要研究电磁辐射在大气、地表和地物之间的传播和相互作用；电磁谱和能谱特征研究地物及其背景在不同波段下的光谱特征；感知和信号处理则是将获取的遥感数据进行处理和分析。

三、遥感的应用领域遥感技术广泛应用于农业、林业、水资源、城市规划、环境监测和灾害管理等领域。

在农业中，可以利用遥感监测作物的生长状况、灾害风险等，提供农田管理和粮食安全的决策支持。

在林业领域，遥感可以用于森林资源调查、林火监测等。

在水资源管理中，可以利用遥感技术监测水质、水量和水土流失等情况。

在城市规划中，可以利用遥感技术进行城市更新和土地利用分析。

在环境监测中，遥感可以提供空气质量、土壤污染等方面的监测数据。

在灾害管理中，可以利用遥感监测自然灾害的发生与扩散，及时采取相应的防控措施。

1.遥感的分类：按遥感平台分类：地面遥感·航空遥感·航天遥感·航宇遥感按传感器的探测波段分类：紫外遥感·可见光遥感·红外遥感·微波遥感按传感器工作方式分类：主动遥感·被动遥感按遥感资料的记录方式分类：成像遥感·非成像遥感2.遥感的特点（1）感测范围大，具有综合、宏观的特点；（2）信息量大，具有手段多、技术先进的特点（3）获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点；（4）具有获取信息受条件限制少的特点。

3.遥感技术系统包括：被测目标信息特征、信息的获取、信息的传输和记录、信息的处理、信息的应用。

4.遥感传感器也叫遥感器，是获取遥感数据的关键设备。

组成：收集器、探测器、处理器和输出器。

5.电磁波在真空中传播时，按波长递增或频率递减的顺序可划分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、微波和无线电波，称之为电磁波谱6.红外线中近红外和短波红外主要源于太阳辐射，中红外主要源于太阳辐射及地物热辐射，而远红外主要源于地物热辐射。

7.电磁辐射的度量（1）辐射能量Q（单位：J）电磁辐射的能量。

（2）辐射通量（单位：W）单位时间内通过某一面积的辐射能量（3）辐射通量密度（单位：W /m2）单位时间内通过单位面积的辐射通量（4）辐照度I(单位：W /m2)：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量。

（5）辐射出射度M(单位：W /m2)辐射源的物体表面单位面积上的辐射通量（6）辐射亮度L（W/Sr/m2）辐射源在某一方向的单位投影表面、单位立体角内的辐射通量8.斯蒂芬－波耳兹曼定律绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。

M=σ·T49.维恩位移定律黑体辐射光谱中最强辐射的波长与黑体绝对温度成反比λmax·T=b黑体温度越高，其辐射曲线的峰值就越向左移，即往波长短的方向移动。

10.实际物体的比辐射率（发射率）：物体的辐射出射度与相同温度相同波长下绝对黑体的辐射出射度的比值ε11.由图可以看出： 1、太阳辐射相当于6000K的黑体辐射; 2、太阳辐射的能量主要集中在可见光,其中0.38～0.76μm的可见光能量占太阳辐射总能量的43.5%。

遥感原理与应用知识点遥感原理是指通过对地球表面进行远距离观测和测量，利用电磁波与物体相互作用的规律，获取地球表面信息的一种技术。

遥感应用是指利用遥感原理获取的地球表面信息，应用于农业、林业、地质勘探、环境监测等领域的一种应用方式。

下面将详细介绍遥感原理与应用的相关知识点。

1. 遥感原理1.1 电磁波与物体相互作用电磁波在与物体相互作用时，会发生反射、折射、散射和吸收等现象。

不同物体对不同波段的电磁波有不同的相互作用规律，这是遥感原理的基础。

1.2 传感器与探测器传感器是用于接收地球表面反射、散射和辐射的电磁波的设备，探测器是传感器中的核心部件，负责将电磁波转化为电信号。

传感器和探测器的选择与应用场景和需求密切相关。

1.3 遥感图像获取与处理遥感图像获取是指通过传感器获取的地球表面的电磁波数据，遥感图像处理是指对获取的遥感图像进行预处理、增强、分类等操作，以获取有用的地表信息。

2. 遥感应用2.1 农业应用遥感技术可以用于农作物生长监测、土壤湿度检测、病虫害预警等方面。

通过获取农田的遥感图像，可以及时监测农作物的生长情况，提供农业生产的决策支持。

2.2 林业应用遥感技术可以用于森林资源调查、森林火灾监测、森林植被类型分类等方面。

通过获取森林地区的遥感图像，可以对森林资源进行调查和监测，提供森林资源管理的依据。

2.3 地质勘探应用遥感技术可以用于矿产资源勘探、地质灾害监测、地质构造解译等方面。

通过获取地质区域的遥感图像，可以探测地下矿产资源的分布情况，提供地质勘探的依据。

2.4 环境监测应用遥感技术可以用于水质监测、大气污染监测、土地利用变化监测等方面。

通过获取水域、大气和土地地区的遥感图像，可以监测环境的变化和污染情况，提供环境保护的参考。

3. 遥感数据分析与应用3.1 遥感数据分类与解译遥感数据分类是指将遥感图像中的地物进行分类，以获取地表覆盖类型信息。

遥感数据解译是指对遥感图像进行解读，提取出具体地物的信息。

遥感原理与应用（1）电磁波：电磁振动在空间的传播。

（2）电磁波谱：将电磁波按照波长或频率递增或递减顺序排列，称为电磁波谱。

（3）太阳常数：在距离地球一个天文单位内，太阳辐射在大气上界处的垂直入射的辐射通量密度称为太阳常数。

（4）比辐射率：指单位面积上地物发射的某一波长的辐射通量密度与同温度下黑体在同一波长上的辐射通量密度之比，又称发射率。

（5）瑞利散射：引起散射的大气粒子直径远小于入射电磁波波长，称为瑞利散射，也称为分子散射。

（6）米氏散射：引起散射的大气粒子的直径约等于入射波长，称为米氏散射，也称为大颗粒散射。

（7）绝对黑体：如果一个物体对于任何波长的电磁辐射都全部吸收而毫无反射和透射，则称其为绝对黑体。

简称黑体。

（8）大气效应：当太阳辐射经过大气层时与大气层中的离子、分子、颗粒、水汽等发生吸收、散射、反射和透射等物理过程，这个过程称为大气效应。

（9）光谱反射率：地物在某波段的反射通量与该波段的入射通量之比。

（10）光谱反射曲线：将地物的反射波谱特性与波长的关系在直角坐标系中描绘出的曲线。

（11）地物光谱特性：不同地物的表面性质和内部结构不同，对入射的电磁辐射能有不同程度的反射、吸收和透射，不同的地物也发射不同波长的电磁波，这就是地物的波谱特性。

（12）大气窗口：电磁波辐射在大气传输中透过率较高（≥60%）的波段称为大气窗口。

（1）构像方程：是指地物点在图像上的图像坐标（x，y）和其在地面对应点的大地坐标（X，Y，Z）之间的数学关系。

（2）几何变形：由于受到传感器成像特性、遥感平台姿态变化、大气折射、地球曲率、地形起伏、地球自转等因素的影响，导致原始遥感图像存在几何变形。

（3）几何校正：由于受到传感器成像特性、遥感平台姿态变化、大气折射、地球曲率、地形起伏、地球自转等因素的影响，导致原始遥感图像存在几何变形，消除这些几何变形的过程称为遥感图像的几何校正。

（4）多项式纠正：回避成像的空间几何过程，直接对图像变形的本身进行数学模拟，用一个适当的多项式来描述纠正前后图像相应点之间的坐标关系。

遥感原理与应用实验教案一、创新教学目标（一）知识与技能目标1. 学生能够准确阐述遥感的基本原理，包括遥感平台、传感器、遥感数据获取的流程等内容。

例如，学生要清楚不同遥感平台（如卫星、飞机等）的特点及其对遥感数据的影响，像卫星遥感能够大面积覆盖地球表面，但分辨率可能相对飞机遥感低一些。

通过实际操作遥感设备或者软件模拟，能够独立获取、处理和分析遥感影像数据，识别出影像中的地物类型，并且计算出地物的面积、形状等基本参数，准确率要达到80%以上。

2. 理解并掌握遥感影像的分类方法，如监督分类和非监督分类。

学生能够比较这两种分类方法的优缺点，并且根据实际需求选择合适的分类方法对特定区域的遥感影像进行分类处理，分类精度误差要控制在10%以内。

（二）过程与方法目标1. 通过实例教学法，学生能够分析现实生活中的遥感应用案例，如在农业中的作物估产、灾害监测（像森林火灾、洪水等）、城市规划等方面。

以农业中的作物估产为例，学生要能详细说明如何利用遥感影像的光谱特征来判断作物的生长状况、产量预估的原理以及可能存在的误差来源。

在分析这些案例的过程中，培养学生的观察能力、逻辑思维能力以及解决实际问题的能力。

2. 采用对比教学法，让学生对比不同传感器获取的遥感影像的差异，如光学传感器和雷达传感器。

学生能够从影像的分辨率、波段范围、对不同地物的反映等方面进行对比分析，从而深入理解不同传感器的工作原理和适用范围。

在这个过程中，学生学会如何收集数据、整理数据并且进行有效的对比，提高他们的数据处理和分析能力。

（三）情感态度与价值观目标1. 激发学生对遥感学科的兴趣，使学生认识到遥感技术在现代社会中的重要性和广泛应用。

例如，通过展示遥感技术在全球气候变化研究中的关键作用，让学生感受到自己所学知识能够为解决全球性问题做出贡献，从而增强他们的学科自豪感和学习动力。

2. 培养学生的创新意识和科学探索精神。

在实验教学过程中，鼓励学生尝试新的遥感数据处理方法或者提出新的遥感应用思路。

遥感原理与应⽤复习资料1、给出遥感的概念，归纳遥感的特点。

1、遥感：是指应⽤探测仪器，不与探测⽬标相接触，从远处把⽬标的电磁特性记录下来，通过分析处理，揭⽰出⽬标物的特征及其变化的的综合性探测技术。

特点：1、范围⼴ 2、时效性 3、周期性 4、综合性 5、约束少 6、⼿段多、信息量⼤7、经济型。

2、叙述电磁波遥感过程。

2、电磁波遥感的过程：1、物体辐射电磁波能量（发射辐射，反射辐射）2、信息获取（获取内容图像数据实况数据姿态数据）3、信息记录与传输（机载星载实时传输⾮实时传输）4、数据处理（预处理增强变换识别分类）5、判读和应⽤（判读分析制图评价应⽤）3、叙述遥感技术发展的趋势。

遥感平台：航空-航天-多层⾯遥感传感器空间分辨率：单⼀（低）分辨率-多（⾼）分辨率-影像⾦字塔光谱分辨率：多光谱-⾼光谱（成像光谱仪）时相：单时相-多时相-任意时相（⼩卫星群）⽴体：邻轨⽴体-同轨⽴体-INSAR影像处理：光学处理-数字处理（数据压缩、影相融合）信息提取：⽬视判读-⾃动分类-专家系统影像分析：定性-定量软件：⼈机对话-视窗式-智能化、构件式、集成化总结：遥感的发展趋势是从⼀源到多源，从宏观到微观，从静态到动态，从定性到定量，从⽬视到⾃动，从单⼀到集成，从地球到星球。

4、测定地物波谱特性曲线的意义。

简述地物波谱特性测定的原理。

（提醒地物波谱包括发射波谱和反射波谱）意义：（1）根据⿊体辐射波谱曲线第⼀特性，传感器可以检测到地物的辐射能后，可概略算出物体的总辐射能量或绝对温度，这就是热红外遥感探测和识别⽬标物的机理。

（2）根据⿊体辐射波谱曲线第⼆特性，可以推算出地物所辐射的波段，根据此原理选择遥感器和确定对⽬标物进⾏热红外遥感的最佳波段。

（3）根据⿊体辐射波谱曲线第三特性，可以计算微波辐射亮度。

（4）正因为不同地物在不同波段有不同的反射率这⼀特性，物体的反射波谱特性曲线才作为判读和分类的物理基础，⼴泛地应⽤于遥感影像的分析和评价中。