遥感地学分析

1、第二章：地物光谱特征与遥感数字图像信息提取1. 地物的光谱特性：自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射、吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性;它们又都具有发射某些红外线、微波的特性;少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性被称为地物的光谱特性。2. 电磁辐射能量入射到地物表面上的三个过程：当电磁辐射能量入射到地物表面上，将会出现三种过程：一部分入射能量被地物反射;一部分入射能量 地物吸收，成为地物本身内能或部分再发射出来，一部分人射能量被 物透射。3. 物体对电磁波的反射形式1. 镜面反射:当入射能量全部或几乎全部按相反方向反射，且反射角等于入射角，称为镜面反

2、射。若表面相对于入射波长是光滑的，则出现镜面反射。对可见光而言，在镜面、光滑金属表面、平静水体表面均可发生镜面反射;而对微波而言，由于波长较长，故马路面也符合镜面反射规律。2.漫反射:当人射能量在所有方向均匀反射，即人射能量以人射点为中心， 在整个半球空间内向四周各向同性的反射能量的现象，称为漫反射。若表面相对于入射波长是粗糙的，即当入射波长比地表高度小或比地表组成物质粒度小时，则表面发生漫反射。如对可见光而言，土石路面、均一的草地表面均属漫射体。 漫射体保留了反射表面的光谱信息(颜色或亮度)，因而在遥感领域被广泛应用。3. 方向反射:朗伯体表面实际上是一个理想化的表面，它被假定为介质是均匀的

3、、各向同性的，并在遥感中多用以作为近似的自然表面。4.地物发射电磁辐射能力以发射率为基准，地物发射率以发射光谱为基准5.根据发射率与波长的关系，将地物分为三种类型1. 黑体：发射率1，即黑体发射率对所有波长都是一个常熟2. 灰体：其发射率等于常数1，即灰体的发射率始终小于1，发射率不随波长变化3. 选择性辐射体，其发射率小于1，发射率随波长变化。6.岩石的反射光谱特性。岩石反射波谱曲线不同于植被那样具有明显的相似特征，其曲线形态与矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、表面光滑程度、色泽等都有关系。岩石的反射光谱特征与岩石本身的矿物成分和颜色密切相关。石英等浅色矿物为主组成的岩石具有

4、较高的光谱反射率，在可见光遥感影像上表现为浅色调。铁镁质等深色矿物组成的岩石，总体反射率较低，在影像上表 为深色调。总之，岩浆岩中，随着二氧化硅的含量的减少和暗色矿物含量的增高，岩石的颜色由浅变深，光谱反射率也随之降低。其次，岩石光谱反射率受组成岩石的矿物颗粒大小和表面糙度的影响。矿物颗粒较细，表面比较平滑的岩石，具有较高的反射率。反之，光谱反射率较低。岩石表面湿度对反射率也有影响。一般来说，岩石表面较湿时，颜色变深，反射率降低。岩石表面风化程度的影响，主要决定于风化物的成分、颗粒大小等因素。 风化物颗粒细时，使覆盖的岩石表面较平滑，若风化物颜色较浅，则反射率较高。如果风化物颗粒粗，使表面粗糙

5、，则会降低反射率。比如红砂岩，干燥情况下反射率总体高于潮湿时。由于风化物为三氧化镁钙，干燥时色调比较浅， 反射率高于岩石的新鲜面。在通常情况下，完整的岩石表面比破碎的岩石表 面反射率要高些。在野外，岩石的自然露头往往有土壤和植被覆盖，这些覆盖 物对光谱的影响取决于覆盖程度和特点。如果岩石上全部被植物覆盖，遥感 影像上显示的均为植被的信息；如果部分覆盖，则遥感影像上显示出综合光谱特征。7.土壤的光谱特性土壤的反射光谱特征主要受到土壤中的原生矿物和次生矿物、土壤水分含量、土壤有机质、铁含量、 土壤质地等因素的影响。土壤水分是土壤的重要组成部分，当土壤的含水量增加时，土壤的反射率就会下降，反射率的下

6、降尤为明显（1.4/1.9/2.7um吸收带）对于植物和土壤，造成这种现象显然是同一原因，即入射辐射在水的特定吸收带处被水强烈吸收所致。土壤有机质是指土壤中那些生物来源（主要是植物和微生物）的物质. 其中腐殖质是土壤有机质的主体。一般来说，随土壤有机质的增加，土壤的光谱反射率减小（影响最大是在0.6-0.8吸收带）铁在土壤中的存在形式主要是氧化铁，氧化铁是影响土壤光谱反射特性的重要成分，其含量的增加会使反射率减小。土壤质地是指土壤中各种粒径的颗粒所占的相对比例。它对土壤光谱反射特性的影响，主要表现在两个方面：1.一是影响土壤持水能力，进而影响土壤光谱反射率2.二是土壤颗粒大小本身也对土壤的反射

7、率有很大影响。随土壤颗粒变小，颗粒间的空隙减少，表面积增大，表面更趋于平滑，是土壤中粉沙粒的反射率比砂粒高。此外，土壤质地影响反射特性的因素不仅是粒径组合及其表面状况,还与不同粒径组合物质的化学组成密切有关。当土壤表面有楦被覆盖时，如覆盖度小于15%，其光谱反射特征仍与裸土 相近。植被覆盖度在15%70%时，表现为土壤和植被的混合光谱，光谱反射 值是两者的加权平均。植被覆盖度大于70%时，基本上表现为植被的光谱特征。 8.水体的反射光谱特性水体的光谱特征主要是由水本身的物质组成决定，同时又受到各种水体状态的影响。水体的反射光谱特性概括起来有以下特点：(1)水体的反射光谱的贡献主要由水的表面反射

8、、水体底部物质的反射和水中悬浮物质决定的。(2)水体的吸收和透射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还明显地受到水中各种类型和大小的物质有机物和无机物的影响。(3)水体在近红外和中红外波段几乎吸收了其全部的能量，即纯净的自然水体在近红外波段更近似于一个“黑体”。因此，在1. 12. 5um 波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零。 9.植被的反射光谱特征 1.健康植物的波谱曲线有明显的特点在可见光的0.55 um附近有 一个反射率为10%20%的小反射峰。在0.45 um和0.65 um附近有两个明 显的吸收谷。在0.70.8um是一个陡坡，反射率急剧增高。在近红外波段0.81.3um

9、之间形成一个高的，反射率可达40%或更大的反射峰。在1.45 um、1. 95 um和2_ 62. 7 um处有三个吸收谷。2. 光子与叶片的相互作用1. 叶片光谱反射；2. 叶片的漫反射3. 光合作用的光能吸收4. 来自叶片背面的透射光5. 叶片背面的反射和散射光，它增加了叶片的透光率3.影响植被光谱特征的主要因素（）1.有限的一些光谱敏感成分(植物上皮组织、栅栏叶肉细胞、海绵状叶肉细胞、有叶孔的下皮组织）；2.这些植被组成部分的相对含量(包括水分），是植被自身生长及其环境变化的指示性标准；3.植被的外形结构对其反射光谱特征有强烈的影响；4.植被的光谱特征与光谱测量的空间尺度有很大的关系。4

10、.不同波段植被的光谱影响主导因素1植被可见光和近红外(350800 nm)反射光谱特性差异主要来源于植物体内叶绿素和其他色素成分；2.植被近红外(8001 300 nm)反射光谱特性差异主要来源于植物细胞组织散射；3植被短波红外(1 3002 500 nm)光谱特性主要由植物细胞组织内的液态水吸收决定；4.植被红外(8002 500 nm)光谱的其他影响因子还包括与淀粉、蛋白质、 油质、糖、本质素和纤维素等6. 遥感图像解译方法1. 直接解译标志1.色调色调是地物电磁辐射能量在影像上的模拟记录，在黑白影像上表现为灰度， 在彩色影像上表现为颜色，它是一切解译标志的基础。2形状形状是地物外貌轮廓在

11、影像上的相似记录，任何物体都具有一定的外貌轮廓，在遥感影像上表现出不同的形状3大小大小是地物的长度、面积、体积等在影像上按比例缩小的相似记录,它是识别地物的重要标志之一。4.阴影阴影是指地物电磁辐射能量较低部分在影像上形成暗区，可以把它看成是一种深色到黑色的特殊色调5纹理纹理又称质地，是由于像片比例尺的限制，物体的形状不能以个体的形式明显地在影像上表现出来，而是以群体的色调、形状重复所构成的6.图型图型又称结构，是个体可辨认的许多细小地物重复出现所组成的影像特征2. 遥感图像的目视解译。(1)直判法。直判法是指通过遥感影像的解译标志能够直接判定某一地物或现象的存在和属性的一种直观解译方法。一般

12、具有明显形态、色调特征的地物和现象，多运用这种方法进行解译。(2)邻比法。在同一张遥感影像或相邻较近的遥感影像上，进行邻近比较， 进而区分出两种不同目标的方法。这种方法通常只能将不同类型地物的界线区分出来，但不一定能鉴别出来地物的属性。如同一农业区种有两种农作物，此法可把这两种作物的界线判出，但不一定能判定是何种作物。用邻比法时，要求遥感影像的色调保持正常，邻比法最好是在同一张影像上进行。(3)对比法。对比法是指将解译地区遥感影像上所反映的某些地物和自然现象与另一已知的遥感影像样片相比较，进而判定某些地物和自然现象的属性。 对比必须在各种条件相同下进行，如地区自然景观、气候条件、地质构造等应基

13、本相同，对比的影像应是相同的类型、波段，遥感的成像条件(时间、季节、光照、 天气、比例尺和洗印等)也应相同或相近。(4)逻辑推理法。借助各种地物或自然现象之间的内在联系所表现的现象，间接判断某一地物或自然现象的存在和属性。当利用众多的表面现象来判断某一未知对象时，要特别注意这些现象中哪些是可靠的间接解译标志，哪些是不可靠的，从而确定未知对象的存在和属性。如当在影像上发现河流两侧均有小路通至岸边，由此就可联想到该处是渡口处或是涉水处。如进一步解译时，当发现河流两岸登陆处连线与河床近似直交时，则可说明河流速较小;如与河床斜交，则表明流速较大，斜交角度愈小，流速愈大。(5)历史对比法。利用不同时间重

14、复成像的遥感影像加以对比分析，从而了解地物与自然现象的变化情况，称为历史对比法。这种方法对自然资源和环境动态的认识尤为重要，如土壤侵蚀、农田面积减少、沙漠化移动速度、冰川进退、洪水泛滥等。7.遥感数字图像处理（p49）8.遥感图像信息定量反演方法（了解）1.辐射传输模型（RT模型）2.几何光学模型（GO模型）3.几何光学-辐射传输混合模型（GORT模型）4.计算机模拟模型。第三章：土壤遥感1. 土壤遥感能对某些土壤性状、水分含量、养分供应状况,以及对土壤盐溃化、沼泽化、风沙化、水土流失、土壤污染等变化进行动态监测，为合理开发、利用与管理土壤资源及时提供科学数据。2.土壤反射光谱影响因素3. 关

15、于土壤的微波辐射特性，不论何种土壤类型，在 105C烘干状态下，其介电常数均在5左右，加水之后，介电常数近线性上升，不同类型的土壤，上升幅度稍有差异，表明土壤的介电常数主要由土壤含水量决定，与土壤成分和性质有一定关系但不是很大。4. 影响土壤微波后向散射系数的另两个重要因素是表层土粒粗细与土壤结构状况。土粒粗细的机械组成即质地表征，这个因素比较稳定。土壤结构状况在农区将随耕作管理等措施而变化，不过对于使用波长较长的雷达遥感而言，结构 变化幅度一般不超过表面粗糙度判据范围，这时可忽略不计。5.土壤遥感的应用（p101）第四章：水环境遥感1.水体的光谱特征所以，遥感器接收到的光包括水面反射光和水中

16、光（当然还有天空散射光）（参见图4. 1)。一般清水的反射 率在可见光区都很低（仅蓝光波段稍高），以后随波长的增加而进一步降低， 至0. 75 pm以后的红外波段，水几乎成了全吸收体。泥沙含量很高的混浊水，在可见光的反射率明显提高了，提高的幅度随悬浮泥沙的浓度与粒径的增加而增加。展示了不同泥沙含量水样的光谱反射曲线。从图中可以看。随着泥沙含量的增高，水体反射率急剧增，其最高反射率则由黄绿光区向红 光和近红外区移动的趋势。因此，0. 6 0. 7左右是定量分析悬浮泥沙的最佳波段之一。在清澈的水体中，水底的反射光和水中的散射光强度与水的深度呈良好的 负相关。据测定，清洁水对0. 470.55um左

17、右的光谱散射作用最弱，消散系数最小，即穿透能力最强，故可以认为0. 47 um0 55 um是遥感探测清洁水深的最佳波段。3. 水文要素遥感研究1. 水位-面积和流域界定测量水面面积，利用遥感影像比如Landsat TM、SPOT、气象卫星等遥感影像标定水边线。收集历年来丰水年、平水年、枯水年以及相应时期的水量，分析历史水位与面积的关系，作出水位-面积关系曲线。流域形状可以利用TM5波段描出河系网络，由TM3波段勾绘流域分水界得到。利用遥感图像研究流域形状分类，对分析径流形成及正确了解洪水情况来说，是有用且有效的。2. 水深探测3. 水温探测4. 径流估算4.水域变化检测 1.河流、河床变化

18、2.湖泊演变 3.河口三角洲演变 4.海岸带演变5.水体富营养化监测当大量的营养盐进入水体后，在一定条件下引起藻类的大量繁殖，而后在藻类死亡分解过程中消耗大量溶解氧，从而导致鱼类和贝类的死亡，这一过程称为水体的富营养化。1.水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系水中叶绿素浓度是浮游生物分布的指标，是衡量水体初级生产力(水生植物 的生物量)和富营养化作用的最基本的指标。它与水体光谱响应间关系的研究 是十分重要的。当然，这种指示作用的有效性还与浮游植物光合作用的环境因 素(如营养盐、温度、透明度等)以及叶绿素含量变化的制约条件有关。叶绿素含量水面光谱曲线。从图中可见，在波长0.44 um处有个吸收峰；

19、：0. 40. 48 um(蓝光)反射辐射随叶绿素浓度加大而降低;在波长0.52处出现“节点”，即该处的辐射值不随叶绿素含量而变化;在波长0.55 pm处出现反射辐射峰，并随着叶绿素含量增加，反射辐射上升；在波长0.685 um附近有明显的荧光峰。2.悬浮固体遥感监测3.石油污染遥感监测4.海洋水色要素应用研究污染物质与黄色物质监测应用 海面污染物质和黄色物质是水色遥感的主要目标之一。水色遥感资料在海 洋环境污染监测中得以广泛应用。主要内容包括：水色遥感资料海面污染信息提取方法研究；污染物质时空分布与漂移研究；重点海区污染物质遥感监测与环境评价研究；多种遥感资料分析应用与常规监测结合研究；从水

20、色遥感资料提取污染信息及其在环境保护、海水养殖业和海洋渔业 中应用研究。2动力环境要素反演应用应用海洋水色卫星数据监测沿岸海区动力现象及探讨在近岸工程中的应用 潜力，为海岸工程提供有参考和应用价值的动力环境参数。主要研究内容包括:研究和探讨水色卫星遥感资料中生物学信息与动力环境参数的关系；沿岸海区动力现象，如上升流、沿岸流及涡旋等动力参数信息提取方法 及在近岸油气勘探与开发和其他沿岸工程中应用研究；研究海流的动力特征，寻求海流与悬浮固体与输运关系等研究。3在海岸带和陆地上的应用利用海洋水色卫星遥感资料对海岸地区和陆地上的资源和植被进行调查、 监视和管理等服务，并为相应的地理信息系统提供有效和可

21、靠的数据源。主要 研究内容为：利用海洋水色卫星遥感资料提取海岸带地区资源等信息方法研究；利用海洋水色卫星遥感资料提取陆地上植被等信息方法研究；开展对海岸带地区调查、管理和开发等应用研究；为海岸带地区、陆地上提供有实际应用价值的专题图和为相应的地理信 息系统提供数据源等应用研究；土地覆盖与生物量变化监测研究；农作物类型的区分和产量的估算研究；旱涝灾害及地表水域变化监测研究；地质找油、找矿的研究。4.在全球尺度环境变化过程中的应用由于海洋在稳定全球大气化学成分方面起着重要作用，所以对全球海洋生物量的监测和研究是必要的。同时，与有关全球环境研究计划相结合，探讨海洋水色遥感数据在全球性环境监测中应用。

22、主要研究内容：应用水色遥感资料探讨海洋在全球C02循环中所起作用研究；建立海洋水色卫星遥感资料数据库，用于研究全球环境长期变化等。另外，海洋水色卫星遥感资料还可为军方提供海上活动所需的海洋光学、海洋水色、海洋动力要素等信息。主要研究内容为：探讨海洋水色卫星遥感数据在海军海上航行中应用可能性及潜力的研究;探索海水光学特性，海上能见度及水团、锋面、涡旋等海洋动力现象在海军海上活动中的应用研究。5.海洋环境监测1.海冰监测2.赤潮监测3.鱼海况第五章：植被遥感1.植被遥感研究的主要内容1)利用遥感影像从土壤背景中区分出植被覆盖区域，并对植被类型进行划分，区分是森林还是草场或者农田，进而可以识别森林类

23、型、草场类型、农作物 种类等。(2)从遥感数据中反演植被的各种重要参数，如叶面积指数(LAI)、叶子宽度、平均叶倾角、植被层平均高度、树冠形状等遥感数据定量分析方法与反演 技术。(3)准确估算出与植被光合作用有关的若干物理量，如植被表面水分蒸腾量、光合作用强度(干物资生产率)、叶表面温度等。2.健康植物的反射光谱特征健康植物的波谱曲线有明显的特点（图5. 1),在可见光波段的0 55um附近有一个反射率为10%20%的小反射峰。在0 45 um和0 65 um附近有两个明显的吸收谷。在0.70.8 pm是一个陡坡，反射率急剧增高。在近红外波 段0.81.3um之间形成一个高的，反射率可达40%

24、或更大的反射峰。在1.45 um、1. 95 um和2. 62. 7 um处有三个吸收谷。3.影响植物光谱的因素影响植物光谱的因素除了植物本身的结构特征，同时也受到外界的影响。 外界影响主要包括季节的变化、植被的健康状况、植物含水量的变化、植株营养 物质的缺乏与否等。从植物的典型波谱曲线来看，控制植物反射率的主要因素有植物叶子的颜色、叶子的细胞构造和植物的水分含量等。植物的生长发育、植物的不向种类、 灌溉、施肥、气候、土壤、地形等因素都对有机物的光谱特征发生影响，使其光谱曲线的形态发生变化。植物叶子含有多种色素，如叶青素、叶红素、叶黄素、叶绿素，在可见光范围内，其反射峰值落在相应的的波长范围内

25、。叶子在1. 45 um1. 95 和2. 62. 7 um处各有一个吸收谷，这主要由叶子的细胞液、细胞膜及吸收水分所形成。叶子含水量增加，使得整个反射率降低。4.植被遥感判读 不同植物由于叶子的组织结构和所含色素不同，具有不同的光谱特征。 利用植物的物侯期差异来区分植物是植被遥感的重要方法之一。落叶树的种子已经凋谢，叶子的色素组织都已经发生变化，总体的反射率下降，而常绿的树木依然保持者植物反射光谱曲线特征，同一植物在不同季节的光谱特征也是不一样的。 根据植物生长条件区别植物类型。不同种类的植物，有不同的适宜生态条件，如温度条件、水分条件、土壤条件、地貌条件等。这些条件在一个地区综合 地影响着

26、植被的分布，其中的主导因素起着重要的作用。如在我国北方，那些要求温度变幅较小、湿度较大的林木多生长在山地的阴坡，而对温度和湿度要求较 低的草地多分布在山地的阳坡。5.植被指数 植被指数是遥感领域中用来表征地表植被覆盖、生长状况的一个简单、有效的度量参数。植被指数的概念（P204） 归一化植被指数NDVI6.植被指数与叶面积指数的关系（P212） 叶面积指数LAI是指每单位地表投影面积的叶面面积比例7. 植被覆盖度（P215）8. 植被遥感应用（P220）1. 大面积农作物的遥感估产2. 植被动态变化制图3. 城市绿化调查与生态环境评价4. 草场资源调查5. 林业资源调查第六章：大气遥感干洁大气

27、通常把除水汽以外的纯净大气称为干洁大气，简称干空气.1.大气分层(P233)2.被动式大气遥感的辐射源3.大气窗口大气窗口是指大气对电磁辐射的吸收和散射都很小，而透射率很高的波段， 换句话说，就是电磁辐射在大气中传输损耗很小，能透过大气的电磁波段4.大气环境遥感监测（对象+目标物）5.主动式微博遥感与被动式微波遥感的区别及各自特点。（p247）大气遥感可分为被动式大气遥感和主动式大气遥感。被动式大气遥感:它是利用大气本身发射的辐射或其他自然辑射源发射的 辐射同大气相互作用的物理效应，进行大气探测的方法和技术。这些辐射源是： 星光以及太阳的紫外、可见光和红外辐射信号。锋面、台风、冰雹云、龙卷风等天气系统中大气运动和雷电等所激发的重 力波、次声波和声波辐射信号，其频率范围为10的负4次方至10de4次方赫。 大气本身发射的热辐射信号，主要是大气中二氧化碳在4. 3微米和1. 5 微米吸收带的红外福射;水汽在6. 3微米和大于18微米吸收带的红外辐射，以 及在0. 164厘米和1. 35厘米吸收带的微波辐射;臭氧在9. 6微米吸收带的红外 辐射和氧在0. 5厘米吸收带的微波辐射等。大气中闪电过程以及云中带电水滴运动、碰并、破碎和冰晶化过程所激 发的无线电波信