遥感第三讲-遥感的物理基础

遥感课程遥感课程华东师范大学特色课程回顾 第二讲遥感技术系统 主要内容一、遥感平台 -地面、航空、航天；二、遥感传感器 -摄影、扫描、雷达；三、遥感信息传输处理 -直接回收、视频传输、辐射 纠正与几何纠正的预处理；四、遥感信息应用 -目视判读与室外验证；现代遥感技术系统是一个综合性很强的庞大系统。它是一个从地面到空中、从室内到室外的多层次、多角度的立体交叉作业系统。其中 前两部分 决定了对原始数据的获取数量和质量，后 两部分 决定了对原始数据的质量改善和应用效果的好坏。 当地时间 2014年 2月 27日，美国宇航局公布了 VIIRS设备拍摄亚洲上空的雾霾画面。此前，北京连续 7天重度雾霾天，京城各个 PM2.5监测站检测数值已连续一周重度污染，并且各个监测站已经数次爆表。据悉，此次重污染过程持续时间创自 2013年 1月 1日北京正式按照新标准开展监测以来的最长记录。美国发现号航天飞机安全着陆 结束 27年飞行生涯2011-03-10 09:45:53 来源 : 国际在线 (北京 ) 美国发现号航天飞机安全着陆 结束 27年飞行生涯2011-03-10 09:45:53 来源 : 国际在线 (北京 ) 美国 “ 发现 ” 号航天飞机 9日在佛罗里达州肯尼迪航天中心安全着陆，在完成最后一次国际空间站之行的同时，也结束了近27年的飞行生涯。其在太空累计停留时间长达 365天，时速高达 2.8万千米，总飞行里程近 2.3亿千米。 遥感知识遥感知识（ 25分钟）分钟）华东师范大学课程信息 遥感课程 课程教学内容第二部分第二部分 遥感基本原理遥感基本原理 遥感课程 课程教学内容第三讲 遥感的物理基础与理论依据 第三讲 遥感的物理基础与理论依据在第一讲中，已经知道遥感是根据地物的电磁波特性来探测和识别物体的性质的理论和方法。因此，现代遥感技术的主要内容和基本特点就是 探测、记录、分析研究以及应用 物体的电磁波特性及其变化规律。也就是说，要研究地物的电磁波是如何发射的，又是如何传输的，以及在传播过程中与物体作用的种种现象。因而可以说 电磁波理论是遥感的物理基础，遥感技术得以实现的基础就是依据不同地物所具有的不同电磁波辐射能力（大小）。由于遥感物理基础涉及的面很广，本讲只介绍遥感应用中主要的物理基础，如电磁波与电磁波谱、电磁辐射的特征以及太阳辐射与大气效应以及地物光谱特性等。学习的目的就是要：1、 理解地物反射对遥感数据产生的影响和用遥感数据反演地物特征的原理；2、 理解大气吸收、散射、透射特征，大气窗口形成原因及遥感数据校正的必要性 。一、遥感的物理基础1、电磁波的定义 由振源发出的电磁振荡在 空间的传播叫电磁波。它是能量的一种动态形式，只有当它与物质相互作用时才表现出来。这种电磁能量的传递过程称为电磁辐射，包括发射、反射、吸收和透射现象。2、电磁波的内容 自然界中，太阳光、各种自然光、灯光等可见光都是电磁波；那些看不见的但能感觉到的热辐射和只能用仪器测得的微波、无线电波也都是电磁波；还有紫外线、 X射线和 r射线等。 3、电磁波的特性 它是一种横波（质点的振动方向与传播方向相垂直），具有明显的波动性和粒子性（双重性）。一般波长较长，能量较弱的微波、红外线波动性明显；波长短，能量强的 x射线和 r射线粒子性明显；总之，电磁波是连续的波动性和不连续的粒子性相互对立而又统一的综合体。4、表示方式 波长（ ）、周期（ T）；频率（ f）、振幅（ A）；速度（ C） =光速 3 X 1010cm/s .5、记录方式 有乳胶记录和电带记录两种，光信号用胶片记录，光电转换用磁带记录，但记录的都是 二维平面 信息。6、电磁波谱的定义 按照电磁波的波长长短、频率大小、能量强弱依次顺序排列的图表称作为电磁波谱，如下示意图。7、电磁波谱的特点 （ 1） 各类电磁波由于波长和频率不同，其性质有很大的差别，在遥感测量中，量测与记录的仪器和方法也不同。（ 2） 虽然它包括了所有的电磁波，但并不是都能用于地球遥感。（ 3） 波长不同，单位也不同。无线电波用米或千米；微波用 cm或 mm；红外、可见光用微米；紫外用nm毫微米； x射线、 r射线用埃。（ 4） 所有电磁波都具有共同点：在真空中的传播速度相同，都等于光速；都遵守同一的反射、折射、透射、吸收和散射等规律。8、各光谱段的主要特性 （ 1） r射线和 x射线 ，也称宇宙射线。其波长都小于 0.01微米，都被大气所吸收，不能用于地球遥感。10分钟 -宇宙射线思考题1、在宇宙空间可以探测到哪些光谱信息？ 遥感课程 视频资料1、在宇宙空间可以探测到哪些光谱信息？可以探测 X射线、 r射线、紫外线、可见光、红外线、电波等光谱信息。8、各光谱段的主要特性 （ 2）紫外线 ， 0.010.40微米；其中小于0.30微米的波长都被大气层的 O3、 O2吸收，只有 0.300.40微米可以穿过大气层，称为紫外遥感工作波段。主要用于测定碳酸盐岩石的分布、水面的油膜污染、环境监测作用等，是以摄影为主。（ 3）可见光 ， 0.400.76微米；全部通过大气层，称为可见光遥感工作波段。是以摄影和扫描方式记录地物的 反射信息 。（ 4）红外线 ， 0.761000微米；其中又可分为：近红外 （ 0.763.0微米），记录光红外 反射信息 ，其中0.761.30微米 可用摄影方式，称摄影红外，主要用于植物的分类；中红外 （ 3.06.0微米），记录反射和发射的 混合信息 ，只能扫描，多用于岩性的识别。热红外 （ 6.015微米、 151000微米），遥感常用 814微米 的波长，通过扫描方式接收地面的 热辐射信息 ，白天黑夜都可以工作（全天时），主要用于监测热污染、城市热岛效应、火山喷发、火灾地热等信息。（ 5）微波 ， 1毫米 1米； 遥感常用 0.8厘米30厘米波长， 通过扫描方式主动接收地表发射或回波（后向散射）信息。它可以全天时和全天候的工作，可以穿透植被、冰雪、土壤、地下埋藏等物体，也可显示微地貌类型以及洋面的粗糙度等。（ 6）无线电波 ， 1米 3000米，它通不过大气层，只能用于远距离通讯或无线电广播。9、电磁辐射源 遥感的电磁辐射源主要有自然辐射源和人工辐射源。（ 1）自然辐射源 主要包括太阳辐射和地球的热辐射，前者是可见光、近红外遥感的辐射源；后者是热红外遥感的辐射源。A、太阳辐射 它是被动式遥感的主要辐射源，表面温度6000K左右。它涵盖了很宽的波长范围，但主要集中在 0.33.0微米，最大辐射度在 0.47微米左右，大部分集中在 0.400.76微米的可见光，所以又称短波辐射。太阳辐射能量图B、地球热辐射 地球表面平均温度 27度，绝对温度 300K，最大峰值在 9.66微米， 910微米为地球的热辐射。主要以火山喷发、温泉、大地热流等形式向宇宙空间辐射能量。（ 2）人工辐射源 是属于主动式遥感源，主要是雷达探测。 A.微波雷达 ：又叫侧视雷达，在技术上应用的是电学技术，而可见光、红外是光学技术。B.激光雷达 ：使用脉冲激光器，测定地形、记录海面波浪、监测污染、也可测定卫星位置、高度和速度等。10、大气结构 遥感所涉及到的空间包括地球的大气层和大气层外的宇宙空间（地球的大气层厚度为一千公里左右）。距地表 80公里之间的大气中，除水、臭氧为可变气体外，各种气体均匀混合，所占比例几乎不变，称此层为大气均匀层，在此层大气与太阳辐射相互作用，是使太阳辐射能量衰减的主要原因。大致可以分为 4层：（ 1）对流层（ 012km）， 是航空遥感的主要区域；（ 2）平流层（ 1255km），