北京建筑大學(xué) 遙感基礎(chǔ) PPT第一次課 遙感基礎(chǔ).ppt

1、遙感技術(shù)應(yīng)用,呂書強(qiáng),課程組織,理論教學(xué) 20學(xué)時(shí) 第一篇 遙感基礎(chǔ)篇 4學(xué)時(shí) 第二篇 圖象處理篇 6學(xué)時(shí) 第三篇 遙感應(yīng)用篇 8學(xué)時(shí) 機(jī)動(dòng) 2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 12學(xué)時(shí),課程組織,實(shí)驗(yàn)教學(xué) 12學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)一：遙感圖象數(shù)字處理實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)二：遙感圖象幾何處理實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)三：遙感圖象輻射處理實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)四：遙感圖像的目視判讀實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)五：遙感圖像的計(jì)算機(jī)分類實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí) 實(shí)驗(yàn)六：遙感技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 2學(xué)時(shí),課程組織,成績(jī)?cè)u(píng)定 期末考試（70%） 實(shí)驗(yàn)成績(jī)（15%） 平時(shí)表現(xiàn)（15%） 考核方式 集中考試, 開卷,第一篇 遙感基礎(chǔ)篇,第一章 遙感基礎(chǔ)知識(shí) 第二章 遙感平臺(tái) 第

2、三章 遙感數(shù)據(jù),第一章 遙感基礎(chǔ)知識(shí),主要內(nèi)容,遙感的基本概念 遙感的基本原理 遙感信息的評(píng)價(jià),遙感基礎(chǔ)知識(shí),第一節(jié) 遙感的基本概念,方式：遠(yuǎn)離目標(biāo)，非直接接觸 工具：遙感器、飛行器 理論依據(jù)：電磁波理論 接收信息：反射或輻射的電磁波,遙感基礎(chǔ)知識(shí),第二節(jié) 遙感的基本原理,2.1 遙感的基本特征 基本特征：利用地物對(duì)電磁波的輻射和反射特性，通過接收電磁波的輻射或反射信息獲取地物的特性。 地物特性：分為幾何特征和物理特征兩種。 幾何特征：如土壤的粗糙度，房屋的輪廓、各種植被的形狀和長(zhǎng)勢(shì)等； 物理特征：如地物的介電常數(shù)、土壤濕度等，是物質(zhì)本身的性質(zhì)所決定的。 遙感目的：就是通過接收到的電磁波信息反

3、推出地物的幾何特征和物理特征的反演過程。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),遙感數(shù)據(jù)流程,遙感基礎(chǔ)知識(shí),2.2 電磁波的波段 電磁波的波段從波長(zhǎng)短的一側(cè)開始，依次為線、x線、紫外線、可見光、紅外線、無線電波。,遙感所使用波長(zhǎng)是：紫外線的一部分(0.3-0.4m),可見光線(0.4-0.7m),紅外線的一部分(0.7-14m),以及微波（約lmm-1m）。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),遙感基礎(chǔ)知識(shí),2.3 根據(jù)波段劃分遙感的種類 根據(jù)所利用的電磁波的光譜段，遙感可以分為可見光及反射紅外遙感、熱紅外遙感和微波遙感 可見光及反射紅外遙感：輻射源是太陽，觀察的是地物對(duì)輻射源的反射率； 熱紅外遙感：輻射源是目標(biāo)地物，觀察的是地物本身的輻

4、射能量（或輻射率）； 微波遙感：輻射源是雷達(dá)（主動(dòng)）或地面目標(biāo)物（被動(dòng)）,遙感基礎(chǔ)知識(shí),第三節(jié) 遙感信息的評(píng)價(jià),3.1 空間分辨率 一、定義與表示 ： 指在一個(gè)影象上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元所對(duì)應(yīng)的地面尺寸。 空間分辨率的三種表示形式： 1、象元：圖象的最小單元。一個(gè)象元在地面上對(duì)應(yīng)的范圍可以用來表達(dá)空間分辨率。如MSS：5779m。它的空間分辨率為80m，TM：28.528.5m，它的空間分辨率約為30m。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),2、象解率 ：膠片上1mm間隔內(nèi)包含的線對(duì)數(shù)，用線對(duì)mm來表示，一條白線加一條黑線構(gòu)成一個(gè)線對(duì)。它也可以轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的象元大?。?同時(shí)，它又可以根據(jù)圖像的比例尺轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的地面

5、分辨率。,3、視場(chǎng)角（IFOV）：傳感器的瞬時(shí)視域，用毫弧度表示。視場(chǎng)角小，得到的光通量小，空間分辨率低，反之，空間分辨率高。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),實(shí)際應(yīng)用中，圖像上地物的可分辨程度，不完全決定于空間分辨率，而是和它的形狀、大小以及它與周圍物體的背景值相關(guān)。如鐵路線本身寬度僅15-20m，不到一個(gè)象元（30m），但在TM圖象上卻往往可以清晰地識(shí)別出來。這不僅它的形狀、大小的特殊性有關(guān)，同時(shí)也與其背景值有關(guān)。當(dāng)鐵路通過森林時(shí)，基本看不見，而鐵路通過沙漠、水域等背景值較高或單調(diào)的地區(qū)，則清晰可辨。 各國(guó)的導(dǎo)彈發(fā)射基地，由于具有獨(dú)特的形態(tài)（中心一個(gè)發(fā)射井，周圍有相應(yīng)的放射狀公路）和較單一的背景值也就不難在

6、陸地衛(wèi)星圖象上識(shí)別出來。 由此可見，空間分辨率的數(shù)值只是一個(gè)粗略的等級(jí)概念。它表明影像細(xì)節(jié)的可見程度，要想準(zhǔn)確提取，必須考慮到周圍的環(huán)境因子。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),遙感基礎(chǔ)知識(shí),遙感基礎(chǔ)知識(shí),二、空間分辨率與影象分辮率 ： 影像分辨率指整個(gè)遙感系統(tǒng)最終反映在影像上的實(shí)際分辮率，它實(shí)際為空間分辨率在不同比例尺的具體影像上的反映。,式中，g為影像分辨率；為空間分辨率；1/m為遙感圖象的比例尺；f為焦距；H為平臺(tái)高度。 遙感系統(tǒng)的空間分辨率確定遙感圖象識(shí)別的最基本的信息單元象元。如TM的地面分辨率為30m，在1:100萬的圖象上，其影象分辨率為0.03mm，在1:10萬的圖象上，其影象分辨率則為0.3mm

7、。,三、不同環(huán)境特征的空間分辨率要求。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),針對(duì)超大尺度人居環(huán)境研究的氣象衛(wèi)星 -NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)影像,針對(duì)超大尺度人居環(huán)境研究的氣象衛(wèi)星 -中國(guó)風(fēng)云一號(hào)(FY-1)A、B、C氣象衛(wèi)星,88、90、99分別升空 太陽同步 FY1-C可以獲取3.1公里分辨率的全球圖像和1.1公里分辨率的局部資料,針對(duì)超大尺度人居環(huán)境研究的氣象衛(wèi)星 -中國(guó)風(fēng)云二號(hào)(FY-2)A、B衛(wèi)星影像,97、00分別升空 地球同步 FY2-A、B可以獲取可見光(1.25km)、 水汽(5km)、紅外 (5km)影像,針對(duì)中、大

8、尺度人居環(huán)境研究的陸地資源衛(wèi)星-TM(Thematic Mapper)影像,這張圖象是2002年接收的法國(guó)SPOT全色與多光譜兩套數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合處理而得。保持了全色波段的10米分辨率。色彩顯示規(guī)律基本上同一般常規(guī)假彩色合成：植被呈紅色，水體呈淺藍(lán)至深蘭色，街道縱橫、建筑物密集的中心區(qū)呈藍(lán)灰色，機(jī)場(chǎng)跑道、公路堤壩及部分鋼筋水泥結(jié)構(gòu)的建筑物呈灰白色。從圖象上清楚看到澳門半島，除新填海形成的陸地，都已建成繁華的市區(qū)，其中散布著多處綠化度很高的景點(diǎn)。,針對(duì)中、大尺度人居環(huán)境研究的陸地資源衛(wèi)星-SPOT(Satellite Pour I Observation de la Terre：對(duì)地觀測(cè)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星)影

9、像,遙感在災(zāi)情監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用,1998/05/27洞庭湖汛前SPOT4衛(wèi)星影像,1998/08/12洞庭湖汛期SPOT4衛(wèi)星影像,1999/10/14升空、太陽同步,多 波 段 圖 象 20 米,黑 白 圖 象 80 米,針對(duì)中、大尺度人居環(huán)境研究的陸地資源衛(wèi)星 -中巴資源衛(wèi)星(CBERS),針對(duì)中、小尺度人居環(huán)境研究的高分辨率衛(wèi)星-IKONOS(希臘詞匯“圖像”)影像,針對(duì)小尺度人居環(huán)境研究的航空遙感圖像-航片,遙感基礎(chǔ)知識(shí),3. 波譜分辨率 一、定義： 波譜分辨率指?jìng)鞲衅魉玫牟ǘ螖?shù)目、波段波長(zhǎng)以及波段寬度。也就是選擇的通道數(shù)、每個(gè)通道的波長(zhǎng)、帶寬這三個(gè)因素決定波譜分辨率。 二、波譜分辨率在

10、遙感中的意義 ： 1、多波段光譜信息的利用大大開拓了遙感應(yīng)用的領(lǐng)域,遙感基礎(chǔ)知識(shí),2、使專題研究中波譜段的選擇針對(duì)性越來越強(qiáng) 以植物遙感波譜分辨率的選擇為例，從0.4-2.5m劃分了植物的7個(gè)有效（可選）波段。 0.45-0.50m，色素吸收波段。即在葉紅素及葉綠素吸收區(qū)之內(nèi)。其特性與紅波段相似。 0.52-0.59m，綠色反射波段。對(duì)區(qū)分不同林型及樹種可能提供較多信息。 0.63-0.69m，對(duì)區(qū)分有無植被、覆蓋度及植物健康狀況極為敏感。 0.70-0.74m，是個(gè)過渡波段。僅能增加噪聲，不宜包括在其它波段中，TM、SPOT均避開了這段。但它也有其特殊功能，如受金屬毒害的植物在此波段范圍內(nèi)其

11、反射率表現(xiàn)最明顯。,遙感基礎(chǔ)知識(shí), 0.74-0.90m，是綠色植物（活的）的各種變量與反射率關(guān)系最敏感的波段，為植物通用波段。其中0.74-0.80微米與背景土壤形成明顯對(duì)比，對(duì)區(qū)分不同覆蓋度作物長(zhǎng)勢(shì)最好。但作為植物通用波段取0.74-0.90m為宜。 1.1-1.3m，在高反射區(qū)與水吸收區(qū)之間，能區(qū)分植物類別，對(duì)巖石可能也有用。 1.55-1.75m，處于水的吸收帶內(nèi)，反映含水量敏感，用于植物含水量調(diào)查、水分狀況研究，作物長(zhǎng)勢(shì)分析等。 2.1-2.3m，位于水吸收帶之間的反射峰，對(duì)土壤及綠色植物有很強(qiáng)的對(duì)比。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),3、多光譜信息的利用可以提高圖象分析判讀效果,玉米和大豆葉子反射率

12、結(jié)果,利用1.7m區(qū)間的光譜數(shù)據(jù)，可以把兩者區(qū)分開來。分類時(shí)反射率大于0.38的點(diǎn)當(dāng)作大豆，小于0.34的作為玉米。根據(jù)這種原理進(jìn)行識(shí)別分類通常稱為“密度分割”。但在0.7m區(qū)間附近，兩者光譜重疊最大，無法區(qū)分。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),玉米和大豆在兩個(gè)光譜波段內(nèi)的數(shù)據(jù)分布,兩種作物在這個(gè)區(qū)間內(nèi)重疊很大，若將這個(gè)數(shù)據(jù)以相應(yīng)波段的影象顯示出來，則必然十分相似難以區(qū)分。,如果利用兩波段的信息來進(jìn)行綜合分析，盡管這兩類作物在每個(gè)單波段內(nèi)重疊都很厲害，仍可以有效地區(qū)分出來。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),兩個(gè)光譜波段內(nèi)數(shù)據(jù)的正交圖,把這兩種作物的數(shù)據(jù)各自繪制在多變量空間中，便能觀察到兩者的實(shí)際分布情況。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),玉米和大

13、豆正交圖的疊合,將這兩組數(shù)據(jù)繪制在同一坐標(biāo)系統(tǒng)中，經(jīng)過多變量（兩個(gè)波段即2個(gè)變量）方法處理后，原有的微小差異得到部分增強(qiáng)，可以清楚看到只要用線性判別函數(shù)，就可以將這兩類作物基本區(qū)分開。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),3.3 時(shí)間分辨率 一、定義： 時(shí)間分辨率指對(duì)同一地區(qū)遙感影象重復(fù)覆蓋的頻率。它的變化范圍從靜止氣象衛(wèi)星的半小時(shí)次，到陸地觀測(cè)衛(wèi)星幾天或幾周/次，到航空攝影或空間飛行人工攝影幾個(gè)月，甚至幾年次。 二、時(shí)間分辮率的類型 ： 根據(jù)探測(cè)周期的長(zhǎng)短可將時(shí)間分辨率劃分為三種類型。 (1) 超短、短周期時(shí)間分辨率 指一天以內(nèi)的變化，以小時(shí)為單位。目前主要指氣象衛(wèi)星所獲得的信息，用來探測(cè)大氣海洋物理現(xiàn)象、火山爆

14、發(fā)、植物病蟲害、森林火災(zāi)以及污染源監(jiān)測(cè)等。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),(2) 中周期時(shí)間分辨率 指一年之內(nèi)的變化，以“旬”或“日”為單位。目前主要指陸地衛(wèi)星信息，用以探測(cè)植物的季相節(jié)律、再生資源調(diào)查（農(nóng)作物、森林、水資源等）、旱澇分析等。 (3) 長(zhǎng)周期時(shí)間分辨率 指以年為單位的變化。主要指較長(zhǎng)時(shí)間間隔的各種類型的遙感資料。通過時(shí)間序列的對(duì)比來反映不同時(shí)間的軌跡。如湖泊消長(zhǎng)、河道遷徙、海岸進(jìn)退、城市擴(kuò)展、災(zāi)情調(diào)查、資源變化等。當(dāng)然，若研究幾百年、幾千年的自然歷史變遷，則是研究遙感影象上留下的痕跡，尋找其與周圍環(huán)境因子的差異，那就是另一回事了。它需要參照歷史、考古以及其它信息方能完成。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),三、時(shí)

15、間分辨率在遙感中的意義 ： (1) 進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào) 如利用短周期遙感信息氣象衛(wèi)星云圖進(jìn)行天氣、海況（海洋表面物理狀況、溫度場(chǎng)、風(fēng)場(chǎng)、波浪）、漁情監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)，我國(guó)約每半個(gè)月1次，而日本則每天2次，并能及時(shí)送到出海的船上顯示出來，由于及時(shí)掌握情報(bào)，使日本的產(chǎn)漁量約是我國(guó)的10倍。 (2) 進(jìn)行自然歷史變遷分析，必須有時(shí)間分辨率作為保證 湖北江漢平原是我國(guó)水網(wǎng)密度最大的省份之一。曾經(jīng)有2000多個(gè)湖泊。解放前夕的地圖上還保留有609個(gè)湖。但現(xiàn)在通過衛(wèi)星圖象的核實(shí)僅留下300多個(gè)，并且湖廓界線也發(fā)生了變化。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),(3) 利用時(shí)間差提高遙感的成象率和解象率 由于不同時(shí)相的遙感圖象土壤的光譜

16、特征變化很大，所以在我們進(jìn)行土壤資源調(diào)查中，必須選擇差異特征明顯的時(shí)期。對(duì)于華北地區(qū)應(yīng)抓住兩個(gè)特征時(shí)期，一是冬春時(shí)節(jié)（一般在3月中上旬），氣候干旱、地面返鹽，且地面覆蓋差、多呈裸露狀，地表水鹽動(dòng)態(tài)變化特征和差異以及地貌等現(xiàn)象均反映明顯，二是春末或秋末時(shí)節(jié)（一般5月上旬或9月上旬），即作物成熟期，水鹽土條件的差異集中反映在作物的類別與長(zhǎng)勢(shì)上。利用這兩個(gè)時(shí)間差進(jìn)行對(duì)比，可以得到任何一個(gè)單時(shí)相所得不到的信息，有效地提高圖象解譯能力。 (4) 更新數(shù)據(jù)庫(kù)以達(dá)到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的目的 動(dòng)態(tài)多時(shí)相的遙感數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)庫(kù)的重要信息源。由于它具有周期短的特點(diǎn)，尤其適于不斷更新數(shù)據(jù)庫(kù)。,遙感基礎(chǔ)知識(shí),3.4 遙感信息的傳遞過程 要理解遙感信息的傳遞過程，必須首先理解如下二個(gè)問題： 地面目標(biāo)是多維模型，遙感信息是二維的平面記錄 如森林，有分布面積、高度、時(shí)間等。但是所有遙感手段得到的信息均簡(jiǎn)化為二維模型，無論攝影還是掃描都是個(gè)平面記錄。最后又要讓使用者恢復(fù)它成為多維模型