遙感應(yīng)用分析原理與方法習(xí)題和答案

1、緒論思考題1 .如何理解“遙感”是以電磁波與地球表面物質(zhì)相互作用為基礎(chǔ)來探測、研究地面目標(biāo)的科學(xué)。遙感一是一種遠(yuǎn)離目標(biāo)，通過非直接接觸而感知、測量、分析并判定目標(biāo)性質(zhì)，其空間展布、類型及其數(shù)量的探測技術(shù)。廣義上的遙感：泛指一切不接觸物體而進(jìn)行的遠(yuǎn)距離探測，包括對電磁場、力場、機(jī)械波（聲波、地震波）等的探測。狹義上的遙感：指不與探測目標(biāo)相接觸，利用傳感器（遙感器），把目標(biāo)的電磁波特性記錄下來，通過對數(shù)據(jù)的處理、綜合分析，揭示出物體的特點(diǎn)及其變化規(guī)律的綜合性探測技術(shù)。地物波譜特性然界任何物體都具有反射、吸收、發(fā)射電磁波的能力，這是由于組成物質(zhì)的最小微粒不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)造成的；不同的物質(zhì)由于物質(zhì)組成和內(nèi)

2、部結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)不同，具有相異的電磁波譜特性，這是遙感識別目標(biāo)的前提；地物波譜特征可通過各種光譜測量儀器測得。遙感的物理基礎(chǔ)任何物體都具有發(fā)射、反射和吸收電磁波的性質(zhì)，物體與電磁波的相互作用，形成了物體的電磁波特性，這是遙感探測物體的依據(jù)。2 .遙感的特點(diǎn)（優(yōu)勢）主要有哪些？遙感的特點(diǎn)（優(yōu)勢）：面狀信息獲取：時(shí)效性：快速準(zhǔn)確連續(xù)性：動(dòng)態(tài)觀測多維信息：平面、高程（立體）生動(dòng)、形象、直觀:經(jīng)濟(jì)：節(jié)約人力、物力、財(cái)力、時(shí)間，,3 .說明遙感應(yīng)用的基本步驟。遙感應(yīng)用的基本步驟：?根據(jù)研究的目標(biāo)選擇合適的遙感數(shù)據(jù)源考慮空間分辨率、時(shí)間分辨率、光譜波段等因素，目標(biāo)不同、尺度不同、時(shí)相要求不同、光譜特點(diǎn)不同

3、?進(jìn)行圖像的（預(yù)）處理多時(shí)相圖像配準(zhǔn)、幾何糾正、圖像鑲嵌、數(shù)據(jù)融合?特征參數(shù)選擇波段選擇bandselection、特征提取featureextraction（通過一定的數(shù)學(xué)方法對原始波段進(jìn)行處理，得到能反映目標(biāo)地物特性的新的參數(shù)，如植被指數(shù)、主成分等等）?建立分類系統(tǒng)各類及亞類分類指標(biāo)（定性、定量）?專題信息提?。ǚ诸悾┡c綜合分析分類，并對分類結(jié)果進(jìn)行分析（數(shù)量、質(zhì)量、分布、發(fā)展變化特點(diǎn)與趨勢、產(chǎn)生的原因）?結(jié)果檢驗(yàn)與成果輸出對結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證（直接驗(yàn)證、間接驗(yàn)證），滿足需要?jiǎng)t輸出結(jié)果，反之，返回第三步、第四步，進(jìn)行相關(guān)的修改、調(diào)整。4結(jié)合個(gè)人的專業(yè)背景，試舉例說明遙感的應(yīng)用及前景。5,試說明遙

4、感技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)和趨勢。遙感技術(shù)的發(fā)展趨勢:地面、航空、航天、宇宙從單一傳感器-多傳感器/近紅外、短波紅外、熱紅外、微波-動(dòng)態(tài)：短周期、多時(shí)相-定量：新的算法、半自動(dòng)化、自動(dòng)化、智能化遙感和非遙感資料結(jié)合遙感和GIS、GNSS(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，GlobalNavigationSatelliteSystem,GPS北斗、伽利略計(jì)劃等)結(jié)合遙感技術(shù)的新特點(diǎn)1三高(1)高空間分辨率(2)高光譜分辨率(3)高時(shí)間分辨率2兩全(1)全頻段(全天時(shí)、全天候、多角度)全方位(天、機(jī)、球)3一體化(1)遙感、導(dǎo)航定位、通訊、信息技術(shù)(2)空間、地面、應(yīng)用技術(shù)第一章思考題1.掌握輻射出射度M輻射照度E、輻射亮

5、度L的概念輻射通量(radiantflux),又稱輻射功率，指單位時(shí)間內(nèi)，通過某一表面的輻射能量。單位為瓦(忖，即焦耳/秒(Js-1),表達(dá)為：=dQ/dt輻射通量是波長的函數(shù)。下圖：光譜輻射通量：表示單位波長間隔內(nèi)的輻射通量表達(dá)為：(入)=dO/d入=dQ/dt.d入單位為瓦/微米(wm-1)。光譜搞射通光譜分布曲線光滑器射通量%訕波長光譜福射通信輻射出射度M(radiantexitance),指面輻射源在單位時(shí)間內(nèi)，從單位面積上發(fā)射出的輻射能量，即物體單位面積上發(fā)出的輻射通量，單位為瓦/米2(wm-2),表達(dá)為：Md/dA/dA輻射照度E(irradiance)，簡稱輻照度，指面輻射體在單

6、位時(shí)間內(nèi),單位面積上接收的輻射能量，即照射到物體單位面積上的輻射通量,單位為瓦/米2(wm-2),表達(dá)為：Ed/dA輻射亮度L:輻射亮度，簡稱輻亮度，指面輻射源在單位立體角、單位時(shí)間內(nèi)，在某一垂直于輻射方向單位面積(法向面積，Acos。)上發(fā)射出的輻射能量，即輻射源在單位投影面積上、單位立體角內(nèi)的輻射通量，如右圖所示，單位為瓦/米2球面度(wm-2sr-1),表達(dá)為：L=-dAcos0遙感觀測到的是輻射亮度值L。2 .試說明黑體的概念及黑體輻射的三大定律。黑體：是一個(gè)完全的吸收體和完全的發(fā)射體，即吸收率和發(fā)射率均為1的物體(無反射，也無透射)；它是一個(gè)自然界并不存在的假設(shè)的理想輻射體；但可由人

7、工方法制作，它的行為表現(xiàn)可被實(shí)驗(yàn)室設(shè)備所模擬。黑體輻射遵循普朗克輻射定律、斯特藩一玻耳茲曼輻射定律(StefanBoltzmann)和維恩位移定律三條基本的物理定律。3 .被動(dòng)遙感的主要能源是什么？試分析它們的特點(diǎn)。地表與大氣的最主要能源是太陽輻射以及相伴的地球輻射。30%被大氣里的云、其他大氣成分反射回太空17%被大氣吸收22%:被散射，以漫射的形式到達(dá)地表31%:直射到達(dá)地表地面接收的太陽輻射照度E與太陽天頂角0有關(guān)。地面接收的太陽輻照度還與大氣的吸收及散射有關(guān)。（感覺不太對）2、地球輻射,長波輻射（6w上）：指地表物體自身的熱輻射。此范圍短波輻射可忽略不計(jì)。短波輻射（0.32.5p項(xiàng)：指

8、地球表面對太陽的反射輻射。此范圍長波輻射可忽略不計(jì)。中紅外輻射（2.56pm）:太陽輻射和熱輻射的影響均有，均不能忽略。4.試分析遙感在研究地表輻射平衡中的作用和局限性。利用遙感研究地表凈輻射此二M）一凡個(gè)+旦）一/個(gè)二（1-a）RsJ+%b琛-Jb竺%為地表反照率（半球反射率）（可由VISNIR遙感反演獲得）；TS為地表溫度（可由TIR、MW遙感反演獲得）；Ta為大氣溫度，可用紅外測溫儀對天空測得；ea為大氣發(fā)射率，是大氣溫度Ta、大氣水汽壓ea、天空云量C的函數(shù)，無云天氣下公式：£=1.24（/T）1/7多云天氣下公式：£4c）（10.84c）q+0.84ces為地表發(fā)

9、射率，是波長的函數(shù)，約為0.9-0.98,可測量;。為斯特藩一玻耳茲曼常數(shù)為：p.67xlO.，*"JAr4第一項(xiàng)表示入射的短波輻射能量和反射的短波輻射能量差，即收入的短波輻射；第二項(xiàng)為大氣的熱輻射部分，第三項(xiàng)為地物向上的熱輻射部分，三項(xiàng)之和為地面的凈收入。（參看書p432）需要說明幾點(diǎn)：遙感所測得的數(shù)據(jù)：，R（反射太陽的短波車!射）和長波輻，R具有非連續(xù)（窄波段）、窄視場、特定方向的特點(diǎn)；而自然界地物的反射與發(fā)射具有全波段、半球視場、各向異性的特點(diǎn)；Ts精度的重要原因，是定量遙感迫切需解決的問題。目前的研究途徑：通過方向模型，把地表方向反射率p轉(zhuǎn)換為地表光譜反照率;通過野外（同步）

10、試驗(yàn)，用遙感、地面、大氣數(shù)據(jù)，建立寬波段輻射值（反射或發(fā)射），與窄波段遙感數(shù)據(jù)間的關(guān)系（多為統(tǒng)計(jì)模型）。3,散射的概念及大氣散射作用對遙感的影響。大氣散射（Atmosphericscattering）散射指電磁波在非均勻或各向異性介質(zhì)中傳播時(shí)，改變原來傳播方向的現(xiàn)象。大氣散射對遙感的影響大氣散射降低了太陽光直射的強(qiáng)度，改變了太陽輻射的方向；造成遙感圖像輻射畸變、圖像模糊大氣散射產(chǎn)生天空散射光，增強(qiáng)了地面的輻照和大氣層本身“亮度”；使人們有可能在陰影處得到物體的部分信息，使暗色物體表現(xiàn)得比它自身的要亮；降低了遙感影像的反差（對比度），降低了圖像的質(zhì)量（清晰度）及圖像上空間信息的表達(dá)能力（靈敏度）

11、。因此，遙感器常利用濾光片，阻止藍(lán)紫散射光透過。散射對低層大氣尤為重要（約低于3km,濕度大、氣溶膠集中。大氣散射集中在太陽輻射能量最強(qiáng)的可見光區(qū)。因此，散射是太陽輻射衰減的主要原因。6 .大氣糾正及其基本方法。大氣糾正：為了從遙感圖像數(shù)據(jù)中提取真實(shí)地表信息，必須對傳感器進(jìn)行大氣校正。這已成為定量遙感的必要條件之一。大氣糾正就是消除這些大氣效應(yīng)（吸收、散射等）的處理。大氣糾正模型1）基于圖像特征模型2）地面線性回歸經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?）基于大氣輻射傳輸理論模型（具體的查看書本p25）7 .試分析電磁波與地表相互作用的基本物理過程及影響因素。主要有三種基本的物理過程：反射（Reflection）吸收（Ab

12、sorption）透射（Transmission）其中，能量R、A、硒比例及每個(gè)過程的性質(zhì)，對不同的地表特征是變化的，它既依賴于地表特征的性質(zhì)與狀態(tài)（如物質(zhì)組成、幾何特征、光照角度等），又依賴于電磁波的波長。8,反射率的概念。反射特征用反射率(ReflectMty)p表示。它是波長的函數(shù)，又稱光譜反射率()，被定義為：反射能p(A)-E式入射能以百分?jǐn)?shù)表示，其值在01之間，為無量綱的量.9.朗伯體的概念。當(dāng)入射波長比地表高度小或比地表組成物質(zhì)粒度(直徑)小(粗糙表面)時(shí)，入射能量均勻地向各方向反射，則為漫反射(朗伯反-Lambert)，即L在2?？臻g上各向同性。一個(gè)完全的漫射體稱為朗伯體。嚴(yán)格

13、講自然界只存在近似意義下的朗伯體。只有黑體才是真正的朗伯體。對可見光而言，土石路面、均一的草地表面可屬漫射體即是朗伯體。第二章思考題1 .試說明遙感數(shù)據(jù)的空間、光譜、時(shí)間、輻射分辨率及其在遙感應(yīng)用上的意義?？臻g分辨率（地面分辨率）前者是針對遙感器或圖像而言的，指圖像上能夠詳細(xì)區(qū)分的最小單元的尺寸或大小；后者是針對地面而言，指可以識別的最小地面距離或最小目標(biāo)物的大小。在應(yīng)用上的意義：（1）空間分辨率高一一劃分地物越細(xì)，識別地物細(xì)節(jié)能力強(qiáng)。（2）不一定是空間分辨率越高越好，要根據(jù)應(yīng)用的特定目的選擇合適的空間分辨率。不同的研究目標(biāo)、尺度需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)（城市、地質(zhì)；區(qū)域、全球）。光譜分辨率（答案不一定

14、對）?遙感器所選用的波段數(shù)量的多少；?各波段的中心波長位置；?波長間隔的大小。意義：光譜信息豐富，可探測到地物光譜的細(xì)微變化、微小差異時(shí)間分辨率：指遙感器重復(fù)觀測的最小時(shí)間間隔。時(shí)間分辨率的意義：動(dòng)態(tài)監(jiān)測；時(shí)序分析時(shí)間分辨率的大小，除了主要決定于飛行器的回歸周期外，還與遙感探測器、遙感系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等因素直接相關(guān)（如：衛(wèi)星測擺等）。輻射分辨率指遙感器探測目標(biāo)光譜信號強(qiáng)弱的敏感程度、區(qū)分能力（能分辨的最小輻射度差），即探測器的靈敏度。輻射分辨率一般用灰度的分級數(shù)來體現(xiàn)（量化級數(shù)）。圖像的灰度級越多，視覺效果越好（分辨能力越強(qiáng)，但數(shù)據(jù)量越大）。2 .遙感所利用的電磁波譜范圍有哪些？它們各有哪些主要特性

15、？光學(xué)波段-反射波段（0.3-5林m、發(fā)射波段（3-15mn）反射波段：遙感器主要接收來自太陽輻射和地面物體的反射輻射的能量，包括UV（0.3-0.38wM）、VIS（0.38-0.76區(qū)nj）、NIR（0.761.3m、SWIR（1.3-3nni）、MIR（3-6nni）;其中的紫外一近紅外波段（0.3-0.9區(qū)M又稱攝影波段；發(fā)射波段：遙感器主要接收來自地面物體自身的發(fā)射輻射的能量，又稱熱紅外波段（TIR）;包括MIR（3-6n、FIR（6-15n）,其中6.0-8.0m因水汽強(qiáng)吸收地面遙感無法利用）。微波：（1mm-1m，遙感常用0.830cn波段Ka、K、Ku、X、C、S、L、P3 .

16、如何理解地物的波譜反射與輻射特征研究是遙感研究的基礎(chǔ)？自然界的任何物體自身都具有反射、吸收、發(fā)射電磁波的能力和特征。物質(zhì)的這種基本特征是由于組成物質(zhì)的最小微粒一一分子，原子、電子的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)所造成的。從高能向低能狀態(tài)的轉(zhuǎn)動(dòng)，將釋放（發(fā)射）能量；從低能向高能狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，將吸收外來能量。由于不同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)、原子組成、運(yùn)動(dòng)方式不同，發(fā)出的光的頻率也就不同，則具有不同的電磁波譜特性。地物的反射、吸收、發(fā)射電磁波的特征隨波長而變化。人們以波譜曲線的形式表示地物波譜特性，即地物波譜。物波譜可以通過各種光譜測量儀器測得。（不全好像也不對）地物波譜特性地物波譜特性受多種因素的控制和干擾，變化十分復(fù)雜；本

17、身也是因時(shí)因地在變化著，是一種綜合作用的結(jié)果。地物波譜特性的復(fù)雜性，決定了遙感影像解譯的不確定性，以及定量遙感的艱巨性。由于難以將這些干擾因素逐項(xiàng)加以定量消除，因而定量遙感研究中需要通過大量地面樣本分析，建立先驗(yàn)知識，確定遙感模型的約束條件，以便提高定量遙感的精度。地物波譜研究地物波譜是遙感識別目標(biāo)的前提，對它的研究與分析，是遙感重要的基礎(chǔ)性研究工作;地物波譜是遙感定量化的依據(jù)，是聯(lián)系遙感基礎(chǔ)研究與遙感應(yīng)用的橋梁；是選擇遙感儀器最佳探測波段，以及遙感圖像分析與處理中最佳波段選擇、專題信息提取等的重要依據(jù)；也是遙感應(yīng)用分析的基礎(chǔ)；4 .簡述植被、土壤、水體的反射波譜特征，并分析它們的影響因素。隨

18、著植物的生長、發(fā)育或水分虧缺等狀態(tài)不同，植物葉片的組分、結(jié)構(gòu)均會(huì)變化，使葉片光譜特性變化。（參看書§12.1p366）葉片光譜特性的變化在近紅外區(qū)最為明顯。這對于植物/非植物的區(qū)分、不同植被類型的識別、植物長勢監(jiān)測等是很有價(jià)值的。紅邊位移“紅邊”是指紅光區(qū)外葉綠素吸收減少部位到近紅外高反射肩之間，健康植物的光譜響應(yīng)陡然增加（具亮度增加約10倍）的這一窄條帶區(qū)（約0.68-0.78unj）。它是植物敏感的特征光譜段。它的移動(dòng)反映了葉綠素含量、物候期、健康狀況及類別等多種信息實(shí)驗(yàn)證明：作物從生長發(fā)育到成熟，會(huì)發(fā)生光譜紅邊紅移；而植物受地球化學(xué)元素異常的影響（誘發(fā)中毒性病變），則其光譜紅邊

19、藍(lán)移。紅移與藍(lán)移的幅度大致710nF在嚴(yán)重受壓抑情況下，藍(lán)移可達(dá)40nm（參看書p98）0a.6d.7a植物光譜的“紅邊”位移植物波譜特性的影響因素植物波譜特性受多種因素的控制和干擾，變化十分復(fù)雜；本身也是因時(shí)因地在變化著，是一種綜合作用的結(jié)果。影響因素： 植物冠層的組分、形狀結(jié)構(gòu)（與葉的類型、植物生長階段等有關(guān)）； 植物背景-主要指土壤（土壤濕度、土壤有機(jī)質(zhì)含量等）；應(yīng)該說，野外植物波譜并非植物的生理波譜而是植物的環(huán)境波譜； 輻照及觀測方向（包括地形起伏改變輻照方向）； 大氣狀況、氣候變化、大氣透過率等。因此，如果忽略了對其他環(huán)境因子的相關(guān)研究，植物波譜研究也就失去實(shí)用價(jià)值。土壤的光譜特性土

20、壤對所有入射能均吸收或反射，透射很少。土壤的反射率總體上是隨著波長的增加而增加，并且此趨勢在可見光和近紅外波段尤為明顯土壤波譜與土壤濕度的關(guān)系：土壤濕度增大則反射率下降。土壤光譜的水吸收帶：在0.45m附近有一弱吸收帶，在1.42、1.97、2.21m處有三個(gè)強(qiáng)吸收帶。這為遙感反演土壤水分含量奠定了理論基礎(chǔ)。不同類型干土反射率大部分粘土在1.42.2wm處有較強(qiáng)的吸收帶。這是區(qū)分土壤類型的依據(jù)之一。土壤是一種由物理和化學(xué)性質(zhì)各不相同的物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物，這些物質(zhì)均不同程度的影響著土壤的光譜特性。土壤反射率的影響因素：水分含量、有機(jī)質(zhì)含量、氧化鐵的存在、土壤顏色、結(jié)構(gòu)、表面粗糙度、植物殘?bào)w或生

21、長著的植被以及太陽一一目標(biāo)地物一一遙感器三者的幾何關(guān)系等。這些因素是復(fù)雜的、變化的和相關(guān)的。如何有效地識別土壤？譜特征、幾何形態(tài)特征、地理位置（地貌位置、坡度、坡向、海拔高度）、土壤母質(zhì)、地下水狀況（水深、水質(zhì)）,.水體光譜特征的光譜特征主要是由水本身的物質(zhì)組成決定，并受到各種水狀態(tài)的影響。水的反射率總體比較低，且隨著波長增大反射率降低。7VISC0.6林m,水的吸收少、反射較低、大量透射。清水在藍(lán)綠波段反射率4-5%,并隨著太陽高度角的變化呈310%不等的變化。?VIS>0.6m的紅光波段反射率降到23%。?NIR-MIR,水幾乎吸收全部的入射能量，反射很小。（參看書p414）這與植被

22、、土壤光譜形成十分明顯的差異。?水體的光學(xué)特征由可見光在水體中的輻射傳輸過程決定。?對清水而言，入水的透射光對水中微粒（水分子和溶解性物質(zhì)）產(chǎn)生瑞利散射，峰值位于藍(lán)波段（約0.48清水呈藍(lán)色）；?對較大懸浮物質(zhì)顆粒產(chǎn)生米氏散射，峰值位于黃橙波段（約0.58wm,渾濁）；?水中物質(zhì)分子吸收光-再發(fā)射（浮游生物葉綠素光合作用所發(fā)出的熒光），峰值位于橙紅波段（約0.68Wm）;水體光譜特征水體的光譜特征（即水色）主要表現(xiàn)為體散射，即不僅反映一定的表面特征，且包含了一定厚度水體的信息（與陸地特征不同），且這個(gè)厚度及反映的光譜特性是隨時(shí)空而變化的。水色主要決定于水體中浮游生物含量（葉綠素濃度）、懸浮泥沙

23、含量（混濁度大?。?、營養(yǎng)鹽含量（黃色物質(zhì)、溶解有機(jī)物質(zhì)、鹽度指標(biāo)）以及其它污染物、水底部形態(tài)（水下地形）、水深等因素。大量研究表明，葉綠素、懸浮泥沙等主要水色要素的垂直分布并非均勻。大量研究表明，葉綠素、懸浮泥沙等主要水色要素的垂直分布并非均勻。葉綠素濃度大致在18米左右達(dá)到最大值，然后下降，在20米左右降到最低值并趨于恒值；對于溫度，水體表層最高，15米左右為最低值，然后趨于恒值；鹽度相反，是表層低，20米左右達(dá)到最高值，然后趨于恒值。5.試說明光譜特性的時(shí)間效應(yīng)與空間效應(yīng)的含義，及在遙感中的應(yīng)用。時(shí)相變化面對象都有時(shí)相變化過程，即它的發(fā)生、發(fā)展和演化的自然發(fā)展過程。同時(shí)，有些地物或自然現(xiàn)象

24、在它發(fā)展的時(shí)間序列中表現(xiàn)出某種周期性重復(fù)的規(guī)律。如，植物生長的“季相節(jié)律”。遙感研究中，必須考慮研究對象的時(shí)相變化特性（農(nóng)事歷、物候期、耕作制度等），抓住合適的遙感信息獲取時(shí)機(jī)，以達(dá)到專題應(yīng)用目的。時(shí)間效應(yīng)：遙感研究時(shí)相變化主要反映在地物目標(biāo)光譜特性的時(shí)間變化上。這種光譜特性隨時(shí)間的變化，稱為光譜特性的時(shí)間效應(yīng)。它可通過遙感來動(dòng)態(tài)監(jiān)測。充分認(rèn)識地物的時(shí)間變化特性以及地物光譜的時(shí)間效應(yīng)有利于選擇有效時(shí)段的遙感數(shù)據(jù)，提高目標(biāo)識別能力和遙感應(yīng)用效果?？臻g效應(yīng)：同種地物在同一時(shí)刻、不同空間位置會(huì)具有不同的光譜響應(yīng)，這種光譜特性隨地點(diǎn)的變化，稱為光譜特性的空間效應(yīng)。它的空間尺度可以只有幾米（如作物行距或

25、植物形態(tài)變化造成的變化）也可以幾公里、幾百公里較大地理范圍（體現(xiàn)為地物的區(qū)域性，要區(qū)別對待）。（在遙感中的應(yīng)用自己總結(jié)）第三章思考題1 .試說明攝影成像與掃描成像的基本原理、各自優(yōu)勢？（一）攝影系統(tǒng)攝影系統(tǒng)選用光學(xué)攝影波段（紫外一近紅外0.3-0.9小項(xiàng)的電磁輻射能量，通過照相機(jī)直接成像。因?yàn)樽贤猓?.3-0.38Wm）多被大氣吸收與散射，目前較少被遙感利用。攝影系統(tǒng)是一種分幅成像系統(tǒng)。一幅像片為瞬間成像，多為中心投影。因地面常有起伏、多數(shù)物體具有高度、像片又有傾斜，所以會(huì)產(chǎn)生像點(diǎn)位移、圖像變形。變形規(guī)律：以像主點(diǎn)（相片上框標(biāo)連線的交點(diǎn)，或者相機(jī)主光軸對應(yīng)相片上的點(diǎn)。）為中心呈輻射狀，越往邊緣

26、變形越大，地形起伏越大變形越大。像點(diǎn)位移量（d）,可表示為：d=hr/Hh-物體高度，r-物體距像主點(diǎn)的距離，H-飛行高度。攝影系統(tǒng)的優(yōu)勢?空間分辨率高；?視場大（可達(dá)80°,甚至更大）；?立體像對，利于精確地測量與分析；?高度的靈活性、實(shí)用性、成本低；?,因此，盡管攝影系統(tǒng)與多波段掃描系統(tǒng)相比，膠片的光譜響應(yīng)范圍要窄得多，但仍有很大的應(yīng)用領(lǐng)域，被廣泛應(yīng)用，并派生出一門技術(shù)成熟的攝影測量學(xué)光學(xué)機(jī)械掃描系統(tǒng)是利用平臺的行進(jìn)和旋轉(zhuǎn)掃描鏡對與平臺行進(jìn)的垂直方向的地面（物平面）進(jìn)行掃描，獲得二維遙感數(shù)據(jù)，故又稱物面掃描系光一機(jī)掃描系統(tǒng)-一成像原理上圖5通道光機(jī)掃描儀的成像過程。入射光束通過一

27、個(gè)二色鏡分離成可見光和紅外能量?？梢姽獠糠衷偻ㄟ^棱鏡進(jìn)一步分離成三個(gè)子波段，同時(shí)紅外能量的分離成兩個(gè)子波段。分離后的這5個(gè)較窄波段的光分別感應(yīng)相應(yīng)的探測器產(chǎn)生不同的電信號并被放大和記錄在多波段磁帶記錄儀上。特點(diǎn)：行掃描、多中心投影，離投影中心越遠(yuǎn)，像點(diǎn)位移量越大。優(yōu)勢在課本p76五條2 .試比較彩紅外像片與標(biāo)準(zhǔn)假彩色合成影像的異同；結(jié)合地物光譜特性，理解植被、水體、裸地、土壤居民地等地物的顏色規(guī)律。假彩色合成：根據(jù)加色法彩色合成原理，選擇遙感影像的某三個(gè)波段，分別賦予紅、綠、藍(lán)三種顏色，就可以合成彩色影像。由于原色的選擇與原來遙感波段所代表的真實(shí)顏色不同，因此生成的合成色不是地物的真是顏色，因

28、此這種合成叫做假彩色合成。彩色紅外像片又稱假彩色像片。指用彩色紅外攝影拍攝的像片。記錄景物反射的綠、紅、近紅外光，并在像片上呈現(xiàn)由藍(lán)、綠、紅3色組成的假彩色影像。本質(zhì)上也是一種多波段攝影像片。只是集三波段攝影、假彩色合成成像于同一感光膠片。彩紅外攝影像片的色彩主要取決于地物對紅、綠、紅外光的反射特性。?綠色植物葉子反射綠光（G）和近紅外光（NIR）。在彩紅外像片上，健康綠色植物呈紅色系列（如水稻-暗紅色、作物生長旺季呈鮮紅色針葉林呈紫紅色、闊葉林呈紅色、幼林呈粉紅色等）。楓葉、紅果實(shí)等反射紅光（呈綠）、紅外光（呈紅），在正片上什么顏色？植物病蟲害時(shí)，其紅光反射增強(qiáng)（呈綠），綠光、紅外光反射大大

29、減弱，在正片上什么顏？（課本p74）水體強(qiáng)烈吸收紅外光，并吸收紅光而反射蘭綠光，在正片上呈黑+藍(lán)的藍(lán)黑色、藍(lán)灰色。當(dāng)水體含泥沙或被污染時(shí)，便較多地反射紅光、紅外光，則影像色彩從藍(lán)-青-黃色變化。因此，彩紅外像片對清水、濁水、污染水及土壤濕度等易于判別。裸地或土壤對紅外、紅、綠、藍(lán)光均有反射。隨著水分和有機(jī)質(zhì)含量的不同，顏色變化較大。若水分含量少，則呈淡黃、棕色；若濕度大些則呈不同的灰青色。鹽堿地、沙地為白色、黃白色。云和雪均呈亮白色。居民地（城區(qū)），因多為水泥材料，青灰屋頂反射蘭、綠光反射率較低，而呈灰藍(lán)色，若為紅瓦房反射較強(qiáng)的紅光、紅外光而呈淡黃色。3,了解高光譜遙感的概念，掌握其主要特點(diǎn)（

30、與寬波段遙感相比）。高光譜遙感概念高光譜遙感一用很窄的（波段帶寬約5-10nm）、大量的（可有幾十至上百個(gè)波段）、近連續(xù)的光譜波段，對地面物體進(jìn)行遙感成像。地物波譜研究表明，地表物質(zhì)在0.42.45區(qū)mt譜區(qū)間內(nèi)均有可以作為識別標(biāo)志的光譜吸收帶，具帶寬約2040nm。成像光譜的特點(diǎn)AVIRIS在0.4-2.5um范圍有224個(gè)波段，Hyperion有242個(gè)波段，“圖譜合一”（和地物的實(shí)際光譜更為接近，有更多的“診斷”波段，可進(jìn)行地物的精細(xì)分類，獲取更多的地物信息，提高分類精度）；MODIS勺空間分辨率250m-1000m,Hyperion的空間分辨率30m數(shù)據(jù)“冗余”明顯（特征參數(shù)選擇問題更

31、為重要）；計(jì)算量大、復(fù)雜（對算法、計(jì)算機(jī)軟硬件提出新的要求）第四章思考題1 .什么是比輻射率？地物比輻射率受哪些主要因素影響？比輻射率真實(shí)物體并非黑體。它的輻射出射度小于同溫下黑體的輻射（T,）表示。比輻射率（又稱發(fā)射率）被定義為：物體在溫度T、波長入處的輻射出射度M（T,入）與同溫度、同波長下的黑體輻射出射度M（T,入）的比值。即：皿）JO1比輻射率是一個(gè)無量綱的量，£的取值在0-1之間。它是波長入的函數(shù)。由于£是由材料性質(zhì)決定的，通常在較大的溫度變化范圍內(nèi)為常數(shù)，因而常不標(biāo)注為溫度的函數(shù)。比輻射率的影響因素：物體比輻射率取決于：?表面組成成分?表面狀態(tài)（表面粗糙度等）?

32、表面其它物理參數(shù)（介電常數(shù)、含水量等）?波長、觀測角度等如：?組成成分變化：隨著各種巖漿巖中氧化硅SiO2含量的降低，巖石發(fā)射光譜曲線的吸收峰值向長波方向移動(dòng)；?比輻射率隨表面狀態(tài)不同而變化，常溫下白云石的磨光面的比輻射率為0.929、粗糙面為0.958（粗糙表面比輻射率高）；落葉樹的單葉為0.96,整個(gè)樹冠為0.98;?土壤的比輻射率隨著土壤水分含量而變化，如20c時(shí)沙地為0.90、干土為0.92、濕土為0.95-0.98（深色的、濕度大的比輻射率高，淺色的、濕度低的比輻射率低）；2 .為什么只在晚上用3-4wNM量常溫地表？對于中紅外譜段（35區(qū)項(xiàng)白天地表反射太陽輻射能量與地物自身發(fā)射的中

33、紅外波段熱輻射能量在數(shù)量級上相當(dāng)，要從遙感器所接受的輻射能量中把這兩部區(qū)分出來是困難的。因此，白天中紅外波段的應(yīng)用比較復(fù)雜。（對么？）3 .熱紅外遙感中波段選擇的依據(jù)是什么？地表物體的溫度一般在+40C-40c之間，平均環(huán)境溫度為27C（相當(dāng)于300K）。根據(jù)維恩位移定律，地面物體的輻射峰值波長在9.26-12.43區(qū)論間，正是在熱紅外譜段814區(qū)的勺大氣窗口內(nèi)。地表高溫目標(biāo)，如火燃等，具溫度達(dá)600K以上，輻射峰值波長為4.8在紅外譜段35區(qū)m的大氣窗口內(nèi)。需要說明的是：?地球環(huán)境地物的熱輻射譜段主要集中在熱紅外波段，微波輻射能量很弱（低于TIR許多數(shù)量級），但微波遙感器的測量敏感度高于熱紅

34、外光譜儀，因而利用微波輻射計(jì)也可測量目標(biāo)溫度，只是它們與地物相互作用機(jī)理不同。?大量觀測表明被地球表層系統(tǒng)所吸收的短波輻射能量，與地球自身發(fā)射的長波輻射能量大致相當(dāng)，這正是地球環(huán)境溫度相對穩(wěn)定的緣由。4.試說明分子動(dòng)力學(xué)溫度、輻射溫度、亮度溫度的含義，及研究地表真實(shí)溫度的意義。1 .分子運(yùn)動(dòng)溫度-KineticTemperature分子運(yùn)動(dòng)溫度-動(dòng)力學(xué)溫度（Tkin）,又稱為真實(shí)溫度。它是物質(zhì)內(nèi)部分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的平均熱能，是組成物體的分子平均傳遞能量的“內(nèi)部”表現(xiàn)形式。一般通過儀器（如溫度計(jì)）直接放置在被測物體上或埋于被測物體中來獲得。但是，接觸測溫法，往往因測溫感應(yīng)元件接觸物體表面而破壞了原

35、表面的熱狀態(tài)。如溫度計(jì)的點(diǎn)測法，既有溫度計(jì)本身量測時(shí)遮擋太陽輻射的降溫作用，又有溫度計(jì)自身散熱的增溫作用，還有溫度計(jì)感應(yīng)部的薄層玻璃的吸熱作用。同時(shí)還應(yīng)考慮微氣象、環(huán)境條件等的影響。2 .輻射溫度-RadiantTemperature輻射溫度（Trad）又稱為表征溫度（Apparent）,它是物體向外輻射能量狀態(tài)的一種“外部”表現(xiàn)形式，可用熱遙感器（如熱輻射計(jì)、熱掃描儀等）來探測。大多數(shù)熱紅外遙感系統(tǒng)記錄的是物體的輻射亮度（單位時(shí)間、單位立體角、單位法向面積上發(fā)射出的輻射能量），經(jīng)輻射定標(biāo)，直接表征物體的輻射溫度。輻射溫度與真實(shí)溫度的關(guān)系:黑體：二產(chǎn)A.；真實(shí)物體：£匕加(0<

36、<1)可見，物質(zhì)的輻射溫度小于它的分子運(yùn)動(dòng)溫度;若物體的£未知，則無法估算物體的真實(shí)溫度O-3 .亮度溫度-BrightnessTemperature亮度溫度（兀）是指當(dāng)一個(gè)物體的輻射亮度與某一黑體的輻射亮度相等時(shí)，該黑體的物理溫度就被稱之為該物體的“亮度溫度”，即輻射出與觀測物體相等的輻射能量的黑體的溫度。?Tb是衡量物體溫度的一個(gè)指標(biāo)，但不是物體的真實(shí)溫度；?Tb總小于它的實(shí)際溫度（Tkin）;?亮度溫度等同于輻射溫度、表征溫度（Tb=Trad）,但物理意義更加明確。許多熱紅外遙感應(yīng)用中，人們的興趣在于物體的真實(shí)溫度。它是地表物質(zhì)的熱紅外輻射的綜合定量形式，是地表熱量平衡的

37、結(jié)果。只有地表真實(shí)溫度能與水熱能量交換相聯(lián)系，作為一個(gè)重要的基本參數(shù),直接參與相關(guān)模型（如全球環(huán)流模型、地表潛熱、顯熱通量方程、土壤熱流量方程等）的計(jì)算。4 .試說明地表溫度反演的主要方法與思路。?單通道法?多通道法一一分裂窗法?單通道多角度法?多通道多角度法（課件第四章P36）5試分析目前陸面溫度遙感反演面臨的主要問題。由于陸地表面溫度（LSD變化大，難于滿足均勻、同溫的要求，溫度的反演相當(dāng)復(fù)雜。其原因在于：陸地表面比輻射率具不確定性。溫度與比輻射率的分離很復(fù)雜。大氣糾正中必須考慮大氣的吸收和熱發(fā)射等的影響。建立非同溫混合像元輻射方向性模型與經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式等；陸地表面多為非同溫的混合像元，對于精

38、確的地表溫度反演而言，像元尺度的平均溫度已意義不大，需要反演像元內(nèi)的組分溫度才更有實(shí)用價(jià)值。地表溫度是由物質(zhì)的熱特性及幾何結(jié)構(gòu)共同決定的。第五章思考題1 .試分析雷達(dá)遙感與光學(xué)遙感相比的主要特點(diǎn)（或優(yōu)勢）。與傳統(tǒng)的光學(xué)遙感相比，微波遙感的獨(dú)特優(yōu)勢：?全天時(shí)（不依賴日光）、全天候（受大氣影響?。?；?穿透性（可提供一定深度表面以下的地物信息）；?對地表粗糙度、地物幾何形狀、介電性質(zhì)（土壤水分等）敏感；?反映多波段、多極化的散射特征；?干涉信息的利用、大入射角立體像對等。2 .試分析雷達(dá)回波強(qiáng)度（后向散射系數(shù)）的主要影響因素雷達(dá)回波（即雷達(dá)后向散射-RadarBackscatter）的強(qiáng)度，可簡單地

39、理解為雷達(dá)圖像的亮度值。它取決于以下兩方面因素：?雷達(dá)遙感系統(tǒng)參數(shù)：波長/頻率、入射角、極化方式/探測方向等；?地表特性：物理特性-介電常數(shù)、表面粗糙度、散射特點(diǎn)（表面散射與體散射）；幾何特性-即雷達(dá)圖像獲得時(shí)的幾何關(guān)系，坡度、形狀、局地入射角等（雷達(dá)波束與實(shí)際地面法線間的夾角）。其中任何一個(gè)參數(shù)的變化都可能影響到后向散射的強(qiáng)度，即造成圖象亮度的變化。3 .微波的穿透能力與什么因素有關(guān)？雷達(dá)信號的穿透深度與地物（介質(zhì)）的介電常數(shù)£成反比，與雷達(dá)波長入成正比。雷達(dá)信號的穿透能力與入射角有關(guān)，一般說來，入射角越小、穿透能力越大。因此，雷達(dá)圖像上，穿深能力近射程點(diǎn)最大，遠(yuǎn)射程點(diǎn)最小。微波穿透植物層的深度，取決于植物的含水量、密度、微波波長和入射角。如果波長足夠長而入射角又接近天頂角，則微波可穿透植被區(qū)而到達(dá)地面。因此，若波長較短，只能獲得植被層頂部的信息，若波長較長，則可以獲得植被層底層甚至地表以下的信息。第六章思考題1 .掌握地學(xué)相關(guān)分