遙感導(dǎo)論復(fù)習(xí)資料,考試重點(diǎn)

1、 遙感的涵義 : 在一定距離的空間, 不與目標(biāo)物接觸, 通過信息系統(tǒng)去獲取有關(guān)目標(biāo)物的信 息,經(jīng)過對信息的分析研究,確定目標(biāo)物的屬性及目標(biāo)物之間的相互關(guān)系。 簡言之,泛指一 切無接觸的遠(yuǎn)距離探測。廣義遙感是指以現(xiàn)代工具為技術(shù)手段,對目標(biāo)進(jìn)行遙遠(yuǎn)感知的整個過程。狹義遙感技術(shù)是指從遠(yuǎn)距離高空以至外層空間的平臺上,利用紫外線、可見光、 紅外、微 波等探測儀器,通過攝影或掃描方式,對目標(biāo)電磁波輻射能量的感應(yīng)、接收、傳輸、處理和 分析,從而識別目標(biāo)物性質(zhì)和運(yùn)動狀態(tài)的現(xiàn)代化技術(shù)系統(tǒng)。 傳感器或者遙感器 :接受、記錄目標(biāo)物電磁波特征的儀器。 遙感系統(tǒng) :被測目標(biāo)的信息特征、信息的獲取、信息的傳輸與記錄信息的

2、處理和信息的應(yīng) 用。 遙感的分類 1按遙感平臺分 航宇遙感 航天遙感 航空遙感 地面遙感2按傳感器的探測波段分 紫外遙感(0.05 0.38 m 可見光遙感(0.38 0.76 m 紅 外遙感 (0.76 1000m 微波遙感 (1mm 10m 多波段遙感 (探測波段在可見光和紅外 波 段范圍內(nèi),再分成若干個窄波段來探測目標(biāo) 。3按工作方式分 主動遙感和被動遙感 :前者是由探測器主動向目標(biāo)發(fā)射一定能量的電磁波, 并接收目標(biāo)的反射或散射信號。后者是被動接收目標(biāo)物的自身發(fā)射和自然輻射源的反射能 量。 成像遙感與非成像遙感 :前者傳感器接收的目標(biāo)電磁輻射信號可轉(zhuǎn)換成 (數(shù)字或模擬 圖 像;后者傳感器

3、接收的目標(biāo)電磁輻射信號不能形成圖像。遙感的特點(diǎn):大面積的同步觀測 -視域廣;時效性 -定時、定位觀測;數(shù)據(jù)的綜合性和可比 性 -信息豐富,綜合反映了地球上許多自然、人文信息。包括紫外線、可見光、紅外、微波、 多波段遙感,能提供超出人的視覺以外的地面信息;經(jīng)濟(jì)性 -效率高、速度快,精度高、成 本低;局限性 -波段有限,技術(shù)有限。電磁波及其特性 由振源發(fā)出的電磁振蕩在空間的傳播叫做電磁波。 電磁波譜 :按電磁波在真空中的傳播的波長或者頻率, 遞增或者遞減排列, 構(gòu)成了電磁波 譜。頻率高到低:Y 射線, X 射線,紫外線,可見光,紅外線,無線電波。 電磁輻射源 :凡是能夠產(chǎn)生電磁輻射的物體都是輻射源

4、。絕對黑體:在任何溫度下,對任何波長的入射輻射的吸收系數(shù)(率 (, T 恒等于 1,即 (, T =1的物體稱為絕對黑體(簡稱黑體 斯忒藩 -玻爾茲曼定律 :絕對黑體的總輻射出射度與黑體溫度的四次方成正比。 維恩位移定律 :黑體輻射光譜中最大輻射的峰值波長 max 與黑體絕對溫度 T 成反比。 基爾霍夫定律 :在研究電磁輻射傳輸過程中, 在給定的溫度下, 物體輻射出射度和吸收率 之比, 對任何材料都是一個常數(shù), 并等于該溫度下黑體的輻射出射度。 這就是基爾霍夫定律。 其表達(dá)式為:M / =M M 為真實(shí)物體的輻射出射度; 為吸收率。 實(shí)際物體的輻射 :表示實(shí)際物體輻射與黑體輻射之比 M= M0

5、 :比輻射率或發(fā)射率 太陽光譜:光球產(chǎn)生的光譜,光球發(fā)射的能量大部分集中于可見光波段。 0.1 6可見光 地球輻射 :地球輻射的能量主要來源于太陽的短波輻射和地球內(nèi)部的熱能。 地球輻射的波 譜可分為三個部分:3 6:為反射太陽光和地球自身輻射,屬混合輻射。 8 14:為 地球表面物體自身的熱輻射, 其峰值波段在 9 10處, 屬遠(yuǎn)紅外或稱熱紅外。 15 30:屬超遠(yuǎn)紅外。 散射 :輻射在傳播過程中遇到小微粒而使傳播方向改變,并向各個方向散開。瑞利散射是指比波長小得多的大氣分子引起的散射,其散射強(qiáng)度與波長的四次方成反比, 即波長越長,散射強(qiáng)度越弱,波長越短,散射強(qiáng)度越強(qiáng)。 米氏散射 :當(dāng)大氣中粒

6、子的直徑與輻射波長相當(dāng)時發(fā)生的散射。如煙、塵埃、小水滴、氣溶膠等引起的散射。 粒子直徑與波長相等時, 散射強(qiáng)度與波長的二次方成反比。 粒子直徑為 波長的 1.5倍時,散射強(qiáng)度與波長成反比。 無選擇性散射 :當(dāng)大氣中粒子的直徑比波長大得多時發(fā)生的散射。散射強(qiáng)度與波長無關(guān)。 粒子直徑為波長的 2倍或 2倍以上。 水汽的吸收 :水汽吸收的波長很廣 , 其中 2.5-3.0、 5-7、 0.94、 1.13、 1.38、 1.86、 3.24以及 24m 以上對微波的強(qiáng)吸收帶 ; 二氧化碳的吸收 :2.8 m 、 4.3 m 臭氧 (O 的吸收 :0.3 m以下的短波全部吸收, 0.6、 9.6 m

7、吸收也很強(qiáng)。氧(O 的吸收:主要吸收小于 0.2的 紫外線。 大氣窗口 :電磁波通過大氣層時較少被反射吸收或散射的,透過率較高的波段?？蓴z影窗口(0.3-1.3 近紅外窗口(1.5-2.5中紅外窗口 (4.0 4.5遠(yuǎn)(熱紅 外窗口(8-14微波窗口(8mm-1m 植被的反射波譜特征 不同植物的反射波譜曲線形態(tài)大體相同,但在反射峰的高度或吸收 谷的深度上有所差異。 它們的基本特征是:在 0.55附近有一個 10-20%的反射峰, 0.74- 1.3間有一個 50-60%的強(qiáng)反射峰;至 3.0以上部分呈衰減曲線。在 0.45u 、 0.67、 1.5、 1.9處有三個強(qiáng)烈的吸收谷。 水體的反射波

8、譜曲線特征 水體的反射率在各波段內(nèi)都較低 (鏡面反射除外 一般都在 30% 以下, 在近紅外更低。不同雜質(zhì)或成分的水, 其反射波譜有一定差異。 清水隨波長的增加反 射率逐漸降低, 至近紅外區(qū),接近全部吸收; 渾水和濁水的波譜形態(tài)相近, 但反射峰的高度 和吸收谷的深度與對應(yīng)的波長位置不同。 土壤的反射波譜特征 自然狀態(tài)下,土壤表面的反射率沒有明顯的峰值和谷值,一般來講 土質(zhì)越細(xì)反射率越高, 有機(jī)質(zhì)和含水量越高反射率越低。 另外土壤類型和土壤肥力也會對反 射率產(chǎn)生影響。在不同光譜段的遙感影象上,土壤的亮度區(qū)別不明顯。 巖石的反射波譜特征 礦物呈有規(guī)律變化的巖石(巖漿巖 ,其反射波譜也呈有規(guī)律變化,

9、 即反射率隨 sio 2含量的降低而降低。礦物成分復(fù)雜,無規(guī)律變化的巖石,如沉積巖和變質(zhì) 巖, 其反射波譜隨機(jī)性很大。 具有區(qū)分巖石意義的反射波譜, 往往出現(xiàn)在近紅外波段范圍內(nèi)。 影響巖石反射率變化的主要因素 除物質(zhì)成分外,還與巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造產(chǎn)出部位的自然環(huán)境、 風(fēng)化程度、含水狀況、顏色、表面光滑程度等因素有關(guān)。 地物的發(fā)射波譜特征 :物體的發(fā)射率或熱輻射強(qiáng)度與其表面的粗造度和顏色有關(guān)。 粗造 的表面有較強(qiáng)的發(fā)射率, 光滑表面發(fā)射率較低; 暗色物體發(fā)射率較大, 淺色物體發(fā)射率較低。 物體的發(fā)射率和它的溫度有密切關(guān)系。 一般溫度越高, 發(fā)射率越大, 溫度越低, 發(fā)射率越小。 只要溫度有較小的差別,

10、熱輻射強(qiáng)度就有較大的差異。 不同性質(zhì)的物體有不同的發(fā)射波譜 曲線形態(tài),所以可以根據(jù)其波譜形態(tài)特征來區(qū)分不同的地物。 遙感平臺是搭載遙感傳感器的工具 。包括航宇平臺、航天平臺、航空平臺和地面平臺。 圖像的空間分辨率 :指像素所代表的地面范圍的大小, 即掃描儀的瞬時視場, 或地面物體 能分辨的最小單元。 時間分辨率 :對同一地點(diǎn)進(jìn)行遙感采樣的時間間隔,即采樣的時間頻率,也稱重訪時間。 輻射分辨率 :傳感器接收波譜信號時,能分辨的最小輻射密度。 波譜分辨率 :傳感器能分辨的最小波長間隔。間隔越小,波譜分辨率越高。植被在彩紅外像片上表現(xiàn)為不同程度的品紅到紅由地物反射的光線進(jìn)入攝影機(jī)鏡頭, 使彩 色紅外

11、色。 因?yàn)榻t外段的光譜反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它在可感光底片產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng), 由該底片 印出的像片見光波段的光譜反射率,稱為彩紅外像片。 水在彩紅外像片上表現(xiàn)為藍(lán)到青 色 (清水呈藍(lán)色,濁水呈青色 。 城市呈現(xiàn)內(nèi)部有縱橫紋理的青色。感紅和感紅外層。因此 不受大氣散射藍(lán)光的影響,公園、綠化帶呈品紅到紅色。 像片清晰度很高, 適合城市航空攝 影。濕地呈青色。在彩紅外航片上干旱裸地和沙漠都呈黃色。雪和云都呈白色。 空間分辨率 (1影像分辨率:是指像片或底片能分辨出的線對(條數(shù)目 /mm。像片或 底片的分辨率越高, 影像的清晰度越好。 航空像片的分辨率一般在 25 100線對 /mm。 (2 地面分辨率 :是

12、指航空像片的影像能分辨出最小地物的大小。陸地衛(wèi)星的運(yùn)行特點(diǎn):(1近極地、近圓形的軌道; (2軌道高度為 700900 km; (3運(yùn)行周期為 99103 min/圈; (4軌道與太陽同步。 微波遙感的特點(diǎn) 1、 能全天候、 全天時工作 2、 對某些地物具有特殊的波譜特征 3、 對冰、 雪、森林、土壤等具有一定的穿透能力 4、對海洋遙感具有特殊意義 5、分辨率較低,但特 性明顯雷達(dá)圖像的 地面分辨率 主要取決于雷達(dá)遙感器本身的地面分辨率,側(cè)視雷達(dá)圖像的地面 分辨率有距離 分辨率和方位分辨率 。 (1距離分辨率 (Pr - Pg :是指垂直于航線方向的分辨率。 距離分辨率由雷達(dá)波束脈沖寬度(和雷達(dá)

13、波束俯角(決定:Pr=c/2sec(2方 位分辨率 (Pa 方位分辨率是指航線方向的分辨率。 側(cè)視雷達(dá)圖像的方位分辨率隨側(cè)視雷達(dá) 的種類而異。 雷達(dá)圖像的色調(diào)特征 :雷達(dá)圖像的色調(diào)深淺反映了地物后向散射回波的強(qiáng)弱?；夭ㄔ綇?qiáng), 色調(diào)就越淺;回波越弱,色調(diào)越深。地物散射回波的強(qiáng)弱與許多因素有關(guān)。 地物表面的粗造度粗造度是影響雷達(dá)圖像色調(diào)的重要因素 (1光滑表面:對微波產(chǎn)生鏡 面反射, 幾乎所有的能量背離天線方向反射而無回波信號回到天線, 故光滑表面在圖像上呈 黑色調(diào)(2粗造表面:對微波產(chǎn)生漫反射,有一大部分能量回到天線,構(gòu)成較強(qiáng)的回波信 號,故表面粗造的地物在圖像上呈淺色調(diào)(3中等粗造度表面:對微

14、波產(chǎn)生混合反射,也 有一部分能量返回天線,構(gòu)成中等強(qiáng)度的回波信號,故中等粗造表面的地物呈中等灰色調(diào)。 粗造度判別準(zhǔn)則:光滑表面:h /25sin; h 表面不平的高度或表面粗造度; 為雷 達(dá)波照射俯角;粗造表面:h /4.4 sin; 中等粗造表面:/25sin h /4.4 sin。 色覺 是指一定波長的電磁波在人眼中引起的視覺反映。 彩色三要素 (1色別 (色調(diào) :指顏色的類別,如:紅、綠、蘭等。它是區(qū)分地物的主 要標(biāo)志。物體的顏色取決于輻射源的光譜組成和地物表面反射各波長輻射量的比例(2飽 和度:指顏色的純潔程度,取決于物體反射光譜的選擇性(3明度 (強(qiáng)度 :是指顏色的 明暗程度。反映了

15、物體對某一波段反射率的大小。反射率高明度越大,否則則相反。 互補(bǔ)色 :若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或者灰色,這兩種顏色就稱為互補(bǔ)色。 三原色 :若三種顏色, 其中的任一種都不能由其余二種顏色混合相加產(chǎn)生, 這三種顏色按 一定比例混合,可以形成各種色調(diào)的顏色,則稱之為三原色。 數(shù)字圖像 :能夠被計(jì)算機(jī)儲存,處理和使用的圖像。 消色體 :指物體對太陽光無選擇性反射或吸收,而呈現(xiàn)出黑白系列的物體。 彩色體 :指物體對太陽光有選擇性反射或吸收,而呈現(xiàn)出有顏色的物體。 數(shù)字圖像增強(qiáng)處理方法 :反差增強(qiáng) 彩色增強(qiáng) 比值增強(qiáng) 差值增強(qiáng) 卷積增強(qiáng)目標(biāo)地物特征 ;1色:目標(biāo)地物在遙感影像上的顏色, 這里包括目標(biāo)地物的

16、色調(diào), 顏色和陰 影等 2形:目標(biāo)地物在遙感影像上的形狀,這里包括目標(biāo)地物的形狀,紋理,大小,圖形等 3位:目標(biāo)地物在遙感影像上的空間位置, 這里包括目標(biāo)地物分布的空間位置, 相關(guān)布局等。 目標(biāo)地物識別特 征 色調(diào) /色彩:判讀前通過反差調(diào)整和彩色增強(qiáng)后,成為目視判讀的重 要標(biāo)志。 形狀:是目視判讀最直觀的標(biāo)志。 大小:根據(jù)地物間的相對大小, 區(qū)分地物。 陰 影:可判讀地物的高度,但也遮擋部分地物信息。 組合圖案:當(dāng)?shù)匚镙^小時,在影像上表 現(xiàn)為紋理,即某種地物類型有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)。如農(nóng)田、森林。 影紋圖案 是地物的形狀、大小、色調(diào)或色彩、陰影、水系、地貌、植被、土壤、人類活動 遺跡等在圖像上的

17、綜合表現(xiàn)。 不同的地質(zhì)體一般具有不同的影紋圖案。 水系是非常重要的解譯標(biāo)志,對地形、地貌、巖性、構(gòu)造的解譯都非常有用。地貌形態(tài)標(biāo)志 地貌形態(tài)取決 于一定的巖性和構(gòu)造等地質(zhì)基礎(chǔ), 同時也決定于一定的氣候、 水文等自然地理?xiàng)l件。 植被 的分布與氣候的地帶性和地形引起的垂直分帶性及小氣候特點(diǎn)有關(guān)。人類活動遺跡 歷史 上人類活動遺留下來的與地質(zhì)體有關(guān)的痕跡, 直(間接判讀標(biāo)志 :能夠直(間接反映和表現(xiàn)目標(biāo)地物信息的遙感圖像的各種特征。 目視判讀的方法 直接判讀法:依據(jù)判讀標(biāo)志,直接識別地物屬性。 對比分析法:與該 地區(qū)已知的資料對比, 或與實(shí)地對比而識別地物屬性; 或通過對遙感圖像不同波段、 不同時

18、相的對比分析, 識別地物的性質(zhì)和發(fā)展變化規(guī)律。 邏輯推理法:根據(jù)地學(xué)規(guī)律,分析地物之 間的內(nèi)在必然如由植被類型可推斷出土壤的類型,根據(jù)建筑密度可判斷人口規(guī)模等。 非監(jiān)督分類是在沒有先驗(yàn)類別 (訓(xùn)練場地 作為樣本的條件下 , 即事先不知道類別特征, 主要根據(jù)像元間相似度的大小進(jìn)行歸類合并 (將相似度大的像元?dú)w為一類 的方法。主要的非 監(jiān)督分類算法有:回歸分析、趨勢分析、等混合距離法、集群分析、動態(tài)聚類、分層聚類等 等。 監(jiān)督分類 首先需要從研究區(qū)域選取有代表性的訓(xùn)練場地作 為樣本。 根據(jù)已知訓(xùn)練區(qū)提供 的樣本,通過選擇特征參數(shù) (如像元亮度均值、方差等 ,建立判別函數(shù),據(jù)此對樣本像元進(jìn) 行分類,

19、依據(jù)樣本類別的特征來識別非樣本像元的歸屬類別。 常規(guī)的監(jiān)督分類算法,包括 費(fèi)歇爾線性判別分析、最大似然法、最小距離法、特征分析法等。 沉積巖的色調(diào)特征 不同顏色、 不同成分和不同結(jié)構(gòu)構(gòu)造的沉積 巖, 它們的波譜特征具有 很大的差異,同一巖性在不同的物理、化學(xué)條件下,遭受風(fēng)化情況不同,它們的波譜特征也 有一定變化。 因此, 企圖根據(jù)沉積巖的波譜特征劃分巖類是較困難的。 巖石的礦物成分和巖 石風(fēng)化面的顏色是決定其波譜特征的關(guān)鍵因素。沉積巖的圖形特征 沉積巖的主要構(gòu)造特征是成層性 -層理。成 層的沉積巖以不同的產(chǎn) 狀,在不同的地區(qū)和構(gòu)造環(huán)境中具有以下特征:(1朵狀條紋條帶,反映區(qū)域構(gòu)造環(huán)境穩(wěn) 定。

20、(2弧形、環(huán)形、封閉型、折線型和迥曲線型條紋條帶;反映強(qiáng)烈強(qiáng)壓環(huán)境。 (3直 線型條紋條帶,反映單一構(gòu)造環(huán)境。 巖漿巖的色調(diào)特征 酸性、中性、基性、超基性巖漿巖的波譜特征有明顯的規(guī)律可循,一 般情況下:(1基性、超基性巖漿巖的反射率低,色調(diào)呈灰至黑色; (2中性巖漿巖反射率 中等, 色調(diào)呈灰色; (3 酸性巖漿巖反射率偏高, 呈淺灰至灰白色調(diào); (4 在同一類巖石中, 隨著化學(xué)成分、礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造的變化,其反射率也將有所不同,可引起色調(diào)的變化。 巖漿巖的圖形特征 不同性質(zhì)、 不同規(guī)模、 不同構(gòu)造環(huán)境下的侵 入巖, 具有復(fù)雜的產(chǎn)狀形 態(tài)。這些侵入巖體經(jīng)歷長期的地殼變遷, 有的已裸露地表,有的

21、已接近地表。它們在遙感圖 像上的圖形主要有:圓形、橢圓形、 環(huán)形、 透鏡狀、 串珠狀、 分枝狀、不規(guī)則塊狀、脈狀等。 變質(zhì)巖的色調(diào)特征 一般情況下,正變質(zhì)巖的波譜特征和色調(diào)特征與巖漿巖相近;副變質(zhì) 巖的波譜特征和色調(diào)特征與沉積巖和部分火山巖相近。但不同的原巖經(jīng)不同的變質(zhì)作用后, 生成的變質(zhì)礦物種類繁多, 巖石結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜, 它們直接影響了變質(zhì)巖的波譜特征和色調(diào)特 征。 (1由無色和淺色礦物 (石英、透閃石、透輝石等組成的石英巖、大理巖、鈣鎂硅 酸鹽巖石等,其風(fēng)化面顏色一般較淺,反射率偏高,色調(diào)較淺; (2由暗色礦物組成的巖 石,如片麻石、角閃片石、輝石巖等,其表面風(fēng)化顏色偏深,反射率一般低于

22、10%,呈深 灰色至黑色調(diào)。 變質(zhì)巖的圖形特征 正變質(zhì)巖:在 RS 圖像上具備巖漿巖和變質(zhì)作用產(chǎn)物的雙重影紋特征。 如, 侵入巖體的塊狀圖形背景上迭加許多細(xì)斷續(xù)線紋。 副變質(zhì)巖:具備沉積巖和變質(zhì)作用產(chǎn) 物的雙重影紋特征。 即在沉積巖的圖形類型上迭加細(xì)小的迥曲狀條紋條帶。 在變質(zhì)構(gòu)造片理 和片麻理與原巖層理一致時, 表現(xiàn)為成層巖層的圖形特征, 其中細(xì)線紋尤為發(fā)育。 當(dāng)變質(zhì)構(gòu) 造與層理一致時,往往細(xì)線紋與地層條帶呈斜交或直交的交叉線紋。此外,常見有似層狀,透鏡狀,腸狀或回曲狀圖形。 巖層產(chǎn)狀的解譯 1. 水平巖層 2. 直立巖層 3. 傾斜巖層 : 巖層三角面與地形的關(guān)系: (1巖層傾向與地形坡向

23、相同,但巖層傾角大于地形坡角時,山脊上巖層三角面尖端指上 游,溝谷中巖層三角面尖端指向下游; (2巖層傾向與地形坡向相同, 但巖層傾角小于地形 坡角時, 山脊上的三角面尖端指向下游, 溝谷中的三角面尖端指向上游, 巖層三角面形態(tài)尖 銳。 (3巖層傾向與地形坡向相反時,山脊上巖層三角面尖端指向 下游,溝谷中三角面尖 端指向上游,三角面形態(tài)比(2種情況更鈍些。 褶皺類型 1正常褶皺對稱褶皺 (背斜和向斜 :巖層厚度、 三角面形態(tài)。 斜歪褶皺 (背 斜和向斜 :巖層厚度、三角面形態(tài)。 2倒轉(zhuǎn)褶皺 皺構(gòu)造的解譯標(biāo)志 (1色調(diào)、圖形標(biāo)志:不同色帶的平行呈圓形、橢圓形、馬蹄形、弧 形、 三角形等, 并對稱出現(xiàn)。 (2 巖層三角面和單面山地形標(biāo)志。 (3 巖層對稱重復(fù) (4 轉(zhuǎn)折端。 (5特殊的水系標(biāo)志 斷裂構(gòu)造的解譯標(biāo)志 1色調(diào)標(biāo)志 (1色調(diào)異常線 在正常的背景色調(diào)上出現(xiàn)的線狀色調(diào) 異常, 它們有時是深色的,有時是淺色的,一般與背景色調(diào)都有明顯的差異。在比例尺較大 的航片上, 有的則是經(jīng)過后期巖脈或巖墻反映出來的。 (2 色調(diào)異常帶在正常的背景色調(diào)上 出現(xiàn)具有一定寬度的帶狀色調(diào)異常。 多反映為規(guī)模巨大的斷裂或斷