地圖學(xué)遙感精品課件

1、地圖學(xué)遙感第1頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二20世紀(jì)60年代以來，蘇美空間技術(shù)竟相發(fā)展，分別發(fā)射了一系列的空間計劃衛(wèi)星，促進了航天遙感技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代，空間技術(shù)轉(zhuǎn)向為人類服務(wù)，地球資源技術(shù)衛(wèi)星誕生。20世紀(jì)90年代，除美蘇外，其他國家均發(fā)射了各種資源衛(wèi)星。目前，高分辨率的商業(yè)衛(wèi)星發(fā)展迅速。第2頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二一、什么是遙感？遙感( Remote Sensing )概念 廣義：泛指一切無接觸的遠(yuǎn)距離探測，包括對電磁場、力場、機械波（聲波、地震波）等的探測。 遙感定義：是從遠(yuǎn)處探測感知物體，也就是不直接接觸物體，從遠(yuǎn)

2、處通過探測儀器接收來自目標(biāo)地物的電磁波信息，經(jīng)過對信息的處理，判別出目標(biāo)地物的屬性。第3頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二一、什么是遙感？遙感數(shù)據(jù)（遙感數(shù)據(jù)獲取示圖） 太陽輻射經(jīng)過大氣層到達地面，一部分與地面發(fā)生作用后反射，再次經(jīng)過大氣層，到達傳感器。傳感器將這部分能量記錄下來，傳回地面，即為遙感數(shù)據(jù)。第4頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 遙感數(shù)據(jù)的獲取接收預(yù)處理用戶應(yīng)用處理分析結(jié)果、圖表輸出第5頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二二、遙感的成像原理？1、遙感的電磁波原理電磁波的特性 電磁波是橫波，傳播速度為3108 m/

3、s，不需要媒質(zhì)也能傳播，與物質(zhì)發(fā)生作用時會有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一規(guī)律。第6頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二1、遙感的電磁波原理電磁波譜 按電磁波波長的長短，依次排列制成的圖表叫電磁波譜。 依次為： 射線X射線紫外線可見光紅外線微波無線電波。第7頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二電磁波譜示圖第8頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二二、遙感的成像原理？2、太陽輻射太陽是遙感主要的輻射源。 經(jīng)過大氣層的太陽輻射有很大的衰減；各波段的衰減是不均衡的。太陽輻射的能量主要集中在可見光，其中0.38 0.76 m的可見光

4、能量占太陽輻射總能量的46%，最大輻射強度位于波長0.47 m左右；到達地面的太陽輻射主要集中在0.3 3.0 m波段，包括近紫外、可見光、近紅外和中紅外；第9頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二大氣窗口概念：由于大氣層的反射、散射和吸收作用，使得太陽輻射的各波段受到衰減的作用輕重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我們就把受到大氣衰減作用較輕、透射率較高的波段叫大氣窗口。大氣窗口波段透射率/%應(yīng)用舉例紫外可見光近紅外0.31.3 m90TM1-4、SPOT的HRV近紅外1.51.8 m80TM5近-中紅外2.03.5 m80TM7中紅外3.55.5 mNOAA的AVHR

5、R遠(yuǎn)紅外814 m6070TM6微波0.82.5cm100Radarsat第10頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二遙感應(yīng)用的電磁波波譜段紫外線：波長范圍為0.010.38m，太陽光譜中，只有0.30.38m波長的光到達地面，對油污染敏感，但探測高度在2000 m以下?？梢姽猓翰ㄩL范圍：0.380.76m，人眼對可見光有敏銳的感覺，是遙感技術(shù)應(yīng)用中的重要波段。紅外線：波長范圍為0.761000m，根據(jù)性質(zhì)分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和超遠(yuǎn)紅外。微波：波長范圍為1 mm1 m，穿透性好，不受云霧的影響。第11頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二太陽輻射與

6、地表的相互作用()地物的反射率()漫反射()鏡面反射()太陽輻射到達地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即： 到達地面的太陽輻射能量反射能量吸收能量透射能量地表反射的太陽輻射成為遙感記錄的主要輻射能量。一般而言，絕大多數(shù)物體對可見光都不具備透射能力，而有些物體如水，對一定波長的電磁波則透射能力較強，特別是0. 450. 56m的藍(lán)綠光波段。一般水體的透射深度可達1020 m，清澈水體可達100 m的深度。地表吸收太陽輻射后具有約300 K的溫度，從而形成自身的熱輻射，其峰值波長為9.66 m，主要集中在長波，即6m以上的熱紅外區(qū)段。 反射率（）：地物的反射能量與入射總能量的比，即=(P

7、/ P 0)100%。地物在不同波段的反射率是不同的。反射率也與地物的表面顏色、粗糙度和濕度等有關(guān)。地物的反射光譜曲線：反射率隨波長變化的曲線。反射率是可以測定的。 不論入射方向如何，其反射出來的能量在各個方向是一致的。一般地物的反射近似漫反射，但各個方向反射的能量大小不同。 物體的反射滿足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探測到電磁波，水面是近似的鏡面反射，在遙感圖像上水面有時很亮，有時很暗，就是這個原因造成的。 二、遙感的成像原理？3、太陽輻射與地物的作用第12頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二二、遙感的成像原理？4、地物的熱輻射溫度一定時，物體

8、的熱輻射遵循基爾霍夫定律。 地物的發(fā)射率隨波長變化的曲線叫發(fā)射光譜曲線。 地物的發(fā)射率與地表的粗糙度、顏色和溫度有關(guān)。 表面粗糙、顏色暗，發(fā)射率高，反之發(fā)射率低。 地物的輻射能量與溫度的四次方成正比，比熱、熱慣性大的地物，發(fā)射率大。如水體夜晚發(fā)射率大，白天就小。 探測地物的熱輻射特性的熱紅外遙感在夜間和白天進行的結(jié)果是不同的。 熱紅外遙感探測的地物熱輻射量用亮度溫度表示，它不同于地面溫度，是接收的熱輻射能量的轉(zhuǎn)換值，圖像上表示為亮度。第13頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二在電磁波譜中，波長在1mm1m范圍的波稱微波。微波遙感特性： 能全天候、全天時工作； 對某些地物具

9、有特殊的波譜特征； 對冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力； 對海洋遙感具有特殊意義； 分辨率較低，但特征明顯。 由于微波的波長較長，因而散射相對較小，在大氣中衰減少，對云層、雨區(qū)的穿透能力較強，基本不受煙、云、雨的限制。對于熱帶雨林地區(qū)更有意義。 微波傳感器的波長分辨率比較低，是由于其波長較長，衍射現(xiàn)象顯著的緣故。同時，觀察精度和取樣速度往往不能協(xié)調(diào)。 這一特性可以用來探測隱藏在林下的地形、地質(zhì)構(gòu)造、軍事目標(biāo)以及埋藏在地下的工程、礦藏、地下水等。 電磁波通過介質(zhì)時，部分被吸收，強度要衰減。故將電磁波振幅減少1/e倍（37%）的穿透深度定義為趨膚深度H: H=(5.310-31/2)/式中：為

10、地物的介電常數(shù)；為地物的導(dǎo)電率。 微波對于海水特別敏感，其波長很適合于海面動態(tài)情況（海面風(fēng)、海浪等）的觀測。 二、遙感的成像原理？5、微波與地物的作用第14頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二二、遙感的成像原理？6、各典型地物的光譜曲線 植被光譜曲線 土壤光譜曲線 水體光譜曲線 巖石光譜曲線 常見地物比較光譜曲線第15頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二植物的光譜曲線第16頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二土壤的光譜曲線第17頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二水體的光譜曲線第18頁，共54頁，2022年

11、，5月20日，20點55分，星期二巖石的光譜曲線第19頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二常見地物的光譜曲線比較第20頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二常見地物的光譜曲線比較第21頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二三、遙感數(shù)據(jù)的特征？1、空間特性：視域范圍大，具有宏觀特性。簡 介 由于探測距離（80km）遠(yuǎn)，傳感器所獲得的地面影像覆蓋的空間范圍較大。以美國陸地衛(wèi)星5號（Landsat 5 ）為例，它距離地表的高度是705.3 km，對地球表面的掃描寬度是185 km，一幅TM圖像可以全部覆蓋我國海南島大小的面積。第22頁，共

12、54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二2、光譜特性：探測的波段從可見光向兩側(cè)延伸,擴大了地物特性的研究范圍。三、遙感數(shù)據(jù)的特征？ 目前用于遙感的電磁波段有紫外線、可見光、紅外線和微波。第23頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二3、時相特性：周期成像，有利于進行動態(tài)研究和環(huán)境監(jiān)測。三、遙感數(shù)據(jù)的特征？簡 介 航空與航天飛行器運行快、周期短，可獲得多時相數(shù)據(jù)。例如Landsat 5每天環(huán)繞地球14.5圈，覆蓋地球一遍所需時間僅16天，而氣象衛(wèi)星的周期更短（1天或半天）。第24頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二大面積的同步觀測。時效性。數(shù)據(jù)

13、的綜合性和可比性。經(jīng)濟性。局限性。 遙感探測可以在短時間內(nèi)對同一地區(qū)進行重復(fù)探測，監(jiān)測地球上許多事物的動態(tài)變化。一般地球資源衛(wèi)星89天可重復(fù)一次，氣象衛(wèi)星每天兩次，而傳統(tǒng)的地面調(diào)查需要花費大量的人力和物力，且周期很長。因此，遙感方法具有很好的時效性。遙感在天氣預(yù)報、火災(zāi)和水災(zāi)監(jiān)測以及軍事行動等領(lǐng)域的應(yīng)用，反映了遙感方法的時效性優(yōu)勢。 如一幅Landsat圖像，覆蓋面積185 km185 km， 在56 min內(nèi)可完成掃描，實現(xiàn)對地的大面積同步觀測。所取得的數(shù)據(jù)可進行大面積資源和環(huán)境調(diào)查，并且不受地形阻隔等限制。 遙感獲得的地物電磁波特性數(shù)據(jù)綜合地反映了地球上許多自然、人文信息，客觀地記錄了地面

14、的實際狀況，數(shù)據(jù)綜合性很強。 同時，不同的衛(wèi)星傳感器獲得的同一地區(qū)的數(shù)據(jù)以及同一傳感器在不同時間獲得的同一地區(qū)的數(shù)據(jù)，均具有可比性。 從投入的費用與所獲取的效益看，遙感與傳統(tǒng)的方法相比，可以大大地節(jié)省人力、物力、財力和時間，具有很高的經(jīng)濟效益和社會效益。如Landsat衛(wèi)星的投入與效益比估計為1:80 。 信息的提取方法不能滿足遙感快速發(fā)展的要求。數(shù)據(jù)的挖掘技術(shù)不完善，使得大量的遙感數(shù)據(jù)無法有效利用。三、遙感數(shù)據(jù)的特征？第25頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二遙感平臺是裝載傳感器的運載工具,按高度分為：地面平臺：為航空和航天遙感作校準(zhǔn)和輔助工作。航空平臺：80 km以下

15、的平臺，包括飛機和氣球。航天平臺：80 km以上的平臺，包括高空探測火箭、人造地球衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機。 人造地球衛(wèi)星的類型：低高度衛(wèi)星：150350 km，用于軍事。中高度衛(wèi)星：3501800 km，地球資源。高高度衛(wèi)星：約3600 km，通信和氣象。四、遙感數(shù)據(jù)類型？第26頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二四、遙感數(shù)據(jù)類型？按遙感平臺分 地面遙感、航空遙感、航天遙感數(shù)據(jù)。按電磁波段分 可見光遙感、紅外遙感、微波遙感、紫外遙感數(shù)據(jù)等。第27頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二1、 傳感器2、 遙感數(shù)據(jù)的分辨率3、 航空遙感數(shù)據(jù)4、 地球資源衛(wèi)

16、星數(shù)據(jù)5、 海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)6、 氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù) 第28頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二1、傳感器是收集、量測和記錄來自地面目標(biāo)地物的電磁波信息的儀器，是遙感技術(shù)的核心部分。根據(jù)傳感器的工作方式分為：主動式和被動式兩種。 主動式：人工輻射源向目標(biāo)物發(fā)射輻射能量，然后接收目標(biāo)物反射回來的能量，如雷達。 被動式：接收地物反射的太陽輻射或地物本身的熱輻射能量，如攝影機、多光譜掃描儀（MSS、TM、ETM、HRV）。第29頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二2、分辨率圖像的空間分辨率：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

17、。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。 遙感數(shù)據(jù)類型分辨率/m應(yīng)用IKONOS1城市規(guī)劃、土地管理SPOT-HRV1-320宏觀規(guī)劃、國土資源SPOT-HRV Pan10立體量測ETM1-5，730陸地資源調(diào)查第30頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二3、航空遙感數(shù)據(jù)例：彩色紅外像片由地物反射的光線進入攝影機鏡頭，使彩色紅外感光底片產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，由該底片印出的像片稱為彩紅外像片。彩色紅外感光片沒有感藍(lán)層和黃濾色層，有感綠、感紅和感紅外層。因此不受大氣散射藍(lán)光的影響，像片清晰度很高，適合城市航空攝影。在彩紅外航片上()： 植被在彩紅外像片上表

18、現(xiàn)為不同程度的品紅到紅色。因為近紅外段的光譜反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它在可見光波段的光譜反射率。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。公園、綠化帶呈品紅到紅色。濕地呈青色。干旱裸地和沙漠都呈黃色。雪和云都呈白色。第31頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二4、地球資源衛(wèi)星數(shù)據(jù) 以探測陸地資源為目的的衛(wèi)星叫陸地資源衛(wèi)星。Landsat數(shù)據(jù)美國陸地衛(wèi)星SPOT數(shù)據(jù)法國陸地觀測衛(wèi)星2.5mIKONOS數(shù)據(jù)美國1mQUICKBIRD數(shù)據(jù)美國的高分辨率商業(yè)衛(wèi)星CBERS數(shù)據(jù)中-巴地球資源衛(wèi)星JERS數(shù)據(jù)日本地球資源衛(wèi)星IRS數(shù)據(jù)印度遙感衛(wèi)星第3

19、2頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 SPOT衛(wèi)星的運行第33頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二IKONOS衛(wèi)星的外形第34頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 IKONOS衛(wèi)星圖像第35頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 IKONOS 圖像地區(qū)：上海浦東分辨率： 1 m采集時間： 2000年 3月26日第36頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 QuickBird 影像圖華盛頓紀(jì)念碑第37頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 CBERS衛(wèi)星傳感器CBERS

20、計劃是中國和巴西為研制遙感衛(wèi)星合作進行的一項計劃。于1997年10月發(fā)射CBERS-l；1999年10月發(fā)射CBERS-2。以不同的地面分辨率覆蓋觀測區(qū)域：WFI的分辨率可達256m，IR-MSS可達78m和156m，CCD為19.5m。 第38頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 海洋衛(wèi)星主要用于海洋溫度場，海流的位置、界線、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水團的溫度、鹽度、顏色、葉綠素含量，海冰的類型、密集度、數(shù)量、范圍以及水下信息、海洋環(huán)境、海洋凈化等方面的動態(tài)監(jiān)測。 5 、海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù) SEASAT數(shù)據(jù) MOS數(shù)據(jù) ERS 數(shù)據(jù) RADARSAT數(shù)據(jù) 第39頁

21、，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 6 氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)() 氣象衛(wèi)星是廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟領(lǐng)域和軍事領(lǐng)域的一種衛(wèi)星，是太空中的自動化高級氣象站。它能連續(xù)、快速、大面積地探測全球大氣變化情況。NOAA衛(wèi)星系列（美國） GMS氣象衛(wèi)星系列（日本） FY氣象衛(wèi)星系列（中國） 第40頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 FY氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)來源：中國風(fēng)云氣象衛(wèi)星。近極地太陽同步軌道。 衛(wèi)星上主要的遙感器是兩臺甚高分辨率掃描輻射計(AVHRR) ,每臺有5個通道，各通道的波長范圍分別是： AVHRR1：0.580.68m，綠紅 AVHRR2：0.725l. lm， 近

22、紅外 AVHRR3：0.480.53m，藍(lán)綠 AVHRR4：0.530.68m，綠紅 AVHRR5：10.512.5m，熱紅外AVHRR1和2可獲取白天云圖及地表圖像； AVHRR3和4可獲取海洋水色和陸表圖像； AVHRR5可獲取晝夜云圖、海溫和地表溫度 。第41頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 FY氣象衛(wèi)星的用途 （1）可連續(xù)對我國及周邊地區(qū)的天氣進行實時監(jiān)測，較大地提高了對影響我國的各種尺度的天氣系統(tǒng)的監(jiān)測能力，所獲云圖資料可填補我國西部和西亞、印度洋上的大范圍氣象資料的空白。 （2）可連續(xù)監(jiān)測天氣變化。 （3）其視野更廣，可覆蓋以我國為中心的約1億km2的地球

23、表面，即亞洲、大洋洲及非洲和歐洲的一部分。觀測和提供這一區(qū)域內(nèi)的云圖、溫度、水氣、風(fēng)場等氣象動態(tài)，為進行中長期天氣預(yù)報和災(zāi)害預(yù)報起重要作用。第42頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二五、遙感數(shù)據(jù)的應(yīng)用？林業(yè)：清查森林資源、監(jiān)測森林火災(zāi)和病蟲害。農(nóng)業(yè)：作物估產(chǎn)、作物長勢及病蟲害預(yù)報。水文與海洋：水資源調(diào)查、水資源動態(tài)研究、冰雪監(jiān)控、海洋漁業(yè)。國土資源：國土資源調(diào)查、規(guī)劃和政府決策。氣象：天氣預(yù)報、氣候預(yù)報、全球氣候演變研究。環(huán)境監(jiān)測：水污染、海洋油污染、大氣污染、固體垃圾等及其預(yù)報。測繪：航空攝影測量測繪地形圖、編制各種類型的專題地圖和影像地圖。城市：城市綜合調(diào)查、規(guī)劃及發(fā)

24、展。考古：遺址調(diào)查、預(yù)報。地理信息系統(tǒng)：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、更新數(shù)據(jù)。第43頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二 1 、植被遙感2 、水體遙感3 、地質(zhì)地貌遙感4 、土壤遙感第44頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二植被調(diào)查是遙感的重要應(yīng)用領(lǐng)域。以確定植被的分布、類型、長勢為主。植被判讀的原理是植物的光譜特性。不同的植物由于結(jié)構(gòu)和葉綠素含量不同，具有不同的光譜特征，特別是近紅外波段有較大的差別。利用植物的物候差異也可區(qū)分植物類型，如冬季落葉樹和常綠樹很好區(qū)別。利用植物的生態(tài)條件區(qū)別植物類型。如地形上的陰坡和陽坡，不同高度的地形部位，都分布著不同的植物類型。1、

25、 植被遙感第45頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二受病蟲害的植物，結(jié)構(gòu)和葉綠素含量發(fā)生很大的變化，尤其是近紅外波段與健康植物區(qū)別最為明顯。作物的長勢主要用植被指數(shù)來監(jiān)測。植被指數(shù)可用來建立農(nóng)作物的估產(chǎn)模型。 常用的植被指數(shù)有： 比值：RVI= 近紅外/紅 如TM4/TM2 歸一化：RVI=（近紅外-紅）/（近紅外+紅） 差值：DVI= 近紅外-紅 正交植被指數(shù)（對NOAA數(shù)據(jù)和LANDSAT數(shù)據(jù)分別為）：NOAA數(shù)據(jù)：PVI=1.622 5（NIR）-2.297 8（R）+11.065 6LANDSAT數(shù)據(jù)： PVI=0.939（NIR）-0.344（R）+0.09 第46頁，共54頁，2022年，5月20日，20點55分，星期二水體是地表重要的覆蓋類型，遙感可獲得水體的分布、泥沙、有機質(zhì)、水深、水溫等。水體的反射率很低，特別是紅外波段，色調(diào)為均勻的暗色，加之水體的特殊形狀，在圖像上很好識別。水體的水面性質(zhì)、懸浮物的性質(zhì)和含量、水深、水溫能影響水體