北京建筑大学 遥感基础 第一次课 遥感基础课件

1、遥感技术应用吕书强课程组织理论教学 20学时 第一篇 遥感基础篇 4学时 第二篇 图象处理篇 6学时 第三篇 遥感应用篇 8学时 机动 2学时实验教学 12学时课程组织实验教学 12学时 实验一：遥感图象数字处理实验 2学时 实验二：遥感图象几何处理实验 2学时 实验三：遥感图象辐射处理实验 2学时 实验四：遥感图像的目视判读实验 2学时 实验五：遥感图像的计算机分类实验 2学时 实验六：遥感技术应用实验 2学时课程组织成绩评定 期末考试（70%） 实验成绩（15%） 平时表现（15%）考核方式 集中考试, 开卷第一篇 遥感基础篇第一章 遥感基础知识第二章 遥感平台 第三章 遥感数据 第一章

2、遥感基础知识主要内容遥感的基本概念遥感的基本原理遥感信息的评价遥感基础知识第一节 遥感的基本概念 方式：远离目标，非直接接触工具：遥感器、飞行器理论依据：电磁波理论接收信息：反射或辐射的电磁波遥感基础知识第二节 遥感的基本原理2.1 遥感的基本特征基本特征：利用地物对电磁波的辐射和反射特性，通过接收电磁波的辐射或反射信息获取地物的特性。地物特性：分为几何特征和物理特征两种。几何特征：如土壤的粗糙度，房屋的轮廓、各种植被的形状和长势等；物理特征：如地物的介电常数、土壤湿度等，是物质本身的性质所决定的。遥感目的：就是通过接收到的电磁波信息反推出地物的几何特征和物理特征的反演过程。 遥感基础知识遥感

3、数据流程遥感基础知识2.2 电磁波的波段电磁波的波段从波长短的一侧开始，依次为线、x线、紫外线、可见光、红外线、无线电波。 遥感所使用波长是：紫外线的一部分(0.3-0.4m),可见光线(0.4-0.7m),红外线的一部分(0.7-14m),以及微波（约lmm-1m）。 遥感基础知识遥感基础知识2.3 根据波段划分遥感的种类 根据所利用的电磁波的光谱段，遥感可以分为可见光及反射红外遥感、热红外遥感和微波遥感 可见光及反射红外遥感：辐射源是太阳，观察的是地物对辐射源的反射率； 热红外遥感：辐射源是目标地物，观察的是地物本身的辐射能量（或辐射率）； 微波遥感：辐射源是雷达（主动）或地面目标物（被动

4、）遥感基础知识第三节 遥感信息的评价3.1 空间分辨率 一、定义与表示 ： 指在一个影象上能够详细区分的最小单元所对应的地面尺寸。 空间分辨率的三种表示形式： 1、象元：图象的最小单元。一个象元在地面上对应的范围可以用来表达空间分辨率。如MSS：5779m。它的空间分辨率为80m，TM：28.528.5m，它的空间分辨率约为30m。 遥感基础知识 2、象解率 ：胶片上1mm间隔内包含的线对数，用线对mm来表示，一条白线加一条黑线构成一个线对。它也可以转换为相应的象元大小： 同时，它又可以根据图像的比例尺转换成相应的地面分辨率。 3、视场角（IFOV）：传感器的瞬时视域，用毫弧度表示。视场角小，

5、得到的光通量小，空间分辨率低，反之，空间分辨率高。遥感基础知识 实际应用中，图像上地物的可分辨程度，不完全决定于空间分辨率，而是和它的形状、大小以及它与周围物体的背景值相关。如铁路线本身宽度仅15-20m，不到一个象元（30m），但在TM图象上却往往可以清晰地识别出来。这不仅它的形状、大小的特殊性有关，同时也与其背景值有关。当铁路通过森林时，基本看不见，而铁路通过沙漠、水域等背景值较高或单调的地区，则清晰可辨。 各国的导弹发射基地，由于具有独特的形态（中心一个发射井，周围有相应的放射状公路）和较单一的背景值也就不难在陆地卫星图象上识别出来。 由此可见，空间分辨率的数值只是一个粗略的等级概念。它

6、表明影像细节的可见程度，要想准确提取，必须考虑到周围的环境因子。 遥感基础知识清晰的铁路河流道路遥感基础知识这是什么？遥感基础知识二、空间分辨率与影象分辫率 ： 影像分辨率指整个遥感系统最终反映在影像上的实际分辫率，它实际为空间分辨率在不同比例尺的具体影像上的反映。式中，g为影像分辨率；为空间分辨率；1/m为遥感图象的比例尺；f为焦距；H为平台高度。遥感系统的空间分辨率确定遥感图象识别的最基本的信息单元象元。如TM的地面分辨率为30m，在1:100万的图象上，其影象分辨率为0.03mm，在1:10万的图象上，其影象分辨率则为0.3mm。 三、不同环境特征的空间分辨率要求。. 巨型环境特征地 壳

7、 10km成矿带 2km大陆架 2km洋 流 5km自然地带 2km生长季节 2km. 大型环境特征区域地理 400m矿产资源 100m海洋地质 100m石油普查 1km地热资源 1km环境质量评价 100m土壤识别 75m土壤水分 140m土壤保护 75m灌溉计划 100m森林清查 400m山区植被 200m山区土地类型 200m海岸带变化 100m渔业资源管理与保护 100m. 中型环境特征作物估产 50m作物长势 25m天气状况 20m水土保持 50m植物群落 50m土种识别 20m洪水灾害 50m径流模式 50m水库水面监测 50m城市、工业用水 20m地热开发 50m地球化学性质、过

8、程 50m森林火灾预报 50m森林病害探测 50m港湾悬浮物质运动 50m污染监测 50m城区地质研究 50m交通道路规划 50m. 小型环境特征污染源识别 10m海洋化学 10m水污染控制 10-20m港湾动态 10m水库建设 10-50m航行设计 5m港口工程 10m渔群分布与迁移 10m城市工业发展规划 10m城市居住密度分析 10m城市交通密度分析 5m遥感基础知识针对超大尺度人居环境研究的气象卫星-NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)影像针对超大尺度人居环境研究的气象卫星-中国风云一号(FY-1)A、B、C气象卫星

9、88、90、99分别升空太阳同步FY1-C可以获取3.1公里分辨率的全球图像和1.1公里分辨率的局部资料针对超大尺度人居环境研究的气象卫星-中国风云二号(FY-2)A、B卫星影像97、00分别升空地球同步FY2-A、B可以获取可见光(1.25km)、 水汽(5km)、红外 (5km)影像针对中、大尺度人居环境研究的陆地资源卫星-TM(Thematic Mapper)影像这张图象是2002年接收的法国SPOT全色与多光谱两套数据进行复合处理而得。保持了全色波段的10米分辨率。色彩显示规律基本上同一般常规假彩色合成：植被呈红色，水体呈浅蓝至深兰色，街道纵横、建筑物密集的中心区呈蓝灰色，机场跑道、公

10、路堤坝及部分钢筋水泥结构的建筑物呈灰白色。从图象上清楚看到澳门半岛，除新填海形成的陆地，都已建成繁华的市区，其中散布着多处绿化度很高的景点。针对中、大尺度人居环境研究的陆地资源卫星-SPOT(Satellite Pour I Observation de la Terre：对地观测实验卫星)影像遥感在灾情监测中的应用1998/05/27洞庭湖汛前SPOT4卫星影像1998/08/12洞庭湖汛期SPOT4卫星影像1999/10/14升空、太阳同步多波段图象20米黑白图象80米针对中、大尺度人居环境研究的陆地资源卫星 -中巴资源卫星(CBERS)针对中、小尺度人居环境研究的高分辨率卫星-IKONO

11、S(希腊词汇“图像”)影像针对小尺度人居环境研究的航空遥感图像-航片遥感基础知识3. 波谱分辨率 一、定义： 波谱分辨率指传感器所用的波段数目、波段波长以及波段宽度。也就是选择的通道数、每个通道的波长、带宽这三个因素决定波谱分辨率。二、波谱分辨率在遥感中的意义 ： 1、多波段光谱信息的利用大大开拓了遥感应用的领域 12345670.45-0.52 蓝色0.52-0.60 绿色0.63-0.69 红色0.76-0.90 近红外1.55-1.75 短波红外10.4-12.5 热红外2.08-2.35 短波红外30m30m30m30m30m120m30m水、冰植物岩石、土壤植物岩石、土壤热岩石遥感基

12、础知识 2、使专题研究中波谱段的选择针对性越来越强 以植物遥感波谱分辨率的选择为例，从0.4-2.5m划分了植物的7个有效（可选）波段。 0.45-0.50m，色素吸收波段。即在叶红素及叶绿素吸收区之内。其特性与红波段相似。 0.52-0.59m，绿色反射波段。对区分不同林型及树种可能提供较多信息。 0.63-0.69m，对区分有无植被、覆盖度及植物健康状况极为敏感。 0.70-0.74m，是个过渡波段。仅能增加噪声，不宜包括在其它波段中，TM、SPOT均避开了这段。但它也有其特殊功能，如受金属毒害的植物在此波段范围内其反射率表现最明显。 遥感基础知识 0.74-0.90m，是绿色植物（活的）

13、的各种变量与反射率关系最敏感的波段，为植物通用波段。其中0.74-0.80微米与背景土壤形成明显对比，对区分不同覆盖度作物长势最好。但作为植物通用波段取0.74-0.90m为宜。 1.1-1.3m，在高反射区与水吸收区之间，能区分植物类别，对岩石可能也有用。 1.55-1.75m，处于水的吸收带内，反映含水量敏感，用于植物含水量调查、水分状况研究，作物长势分析等。 2.1-2.3m，位于水吸收带之间的反射峰，对土壤及绿色植物有很强的对比。 遥感基础知识 3、多光谱信息的利用可以提高图象分析判读效果玉米和大豆叶子反射率结果 利用1.7m区间的光谱数据，可以把两者区分开来。分类时反射率大于0.38

14、的点当作大豆，小于0.34的作为玉米。根据这种原理进行识别分类通常称为“密度分割”。但在0.7m区间附近，两者光谱重叠最大，无法区分。 遥感基础知识玉米和大豆在两个光谱波段内的数据分布 两种作物在这个区间内重叠很大，若将这个数据以相应波段的影象显示出来，则必然十分相似难以区分。 如果利用两波段的信息来进行综合分析，尽管这两类作物在每个单波段内重叠都很厉害，仍可以有效地区分出来。 遥感基础知识两个光谱波段内数据的正交图 把这两种作物的数据各自绘制在多变量空间中，便能观察到两者的实际分布情况。 遥感基础知识玉米和大豆正交图的叠合 将这两组数据绘制在同一坐标系统中，经过多变量（两个波段即2个变量）方

15、法处理后，原有的微小差异得到部分增强，可以清楚看到只要用线性判别函数，就可以将这两类作物基本区分开。 遥感基础知识3.3 时间分辨率 一、定义： 时间分辨率指对同一地区遥感影象重复覆盖的频率。它的变化范围从静止气象卫星的半小时次，到陆地观测卫星几天或几周/次，到航空摄影或空间飞行人工摄影几个月，甚至几年次。二、时间分辫率的类型 ： 根据探测周期的长短可将时间分辨率划分为三种类型。 (1) 超短、短周期时间分辨率 指一天以内的变化，以小时为单位。目前主要指气象卫星所获得的信息，用来探测大气海洋物理现象、火山爆发、植物病虫害、森林火灾以及污染源监测等。 遥感基础知识 (2) 中周期时间分辨率 指一

16、年之内的变化，以“旬”或“日”为单位。目前主要指陆地卫星信息，用以探测植物的季相节律、再生资源调查（农作物、森林、水资源等）、旱涝分析等。 (3) 长周期时间分辨率 指以年为单位的变化。主要指较长时间间隔的各种类型的遥感资料。通过时间序列的对比来反映不同时间的轨迹。如湖泊消长、河道迁徙、海岸进退、城市扩展、灾情调查、资源变化等。当然，若研究几百年、几千年的自然历史变迁，则是研究遥感影象上留下的痕迹，寻找其与周围环境因子的差异，那就是另一回事了。它需要参照历史、考古以及其它信息方能完成。 遥感基础知识三、时间分辨率在遥感中的意义 ： (1) 进行动态监测与预报 如利用短周期遥感信息气象卫星云图进

17、行天气、海况（海洋表面物理状况、温度场、风场、波浪）、渔情监测与预报，我国约每半个月1次，而日本则每天2次，并能及时送到出海的船上显示出来，由于及时掌握情报，使日本的产渔量约是我国的10倍。 (2) 进行自然历史变迁分析，必须有时间分辨率作为保证 湖北江汉平原是我国水网密度最大的省份之一。曾经有2000多个湖泊。解放前夕的地图上还保留有609个湖。但现在通过卫星图象的核实仅留下300多个，并且湖廓界线也发生了变化。遥感基础知识 (3) 利用时间差提高遥感的成象率和解象率 由于不同时相的遥感图象土壤的光谱特征变化很大，所以在我们进行土壤资源调查中，必须选择差异特征明显的时期。对于华北地区应抓住两

18、个特征时期，一是冬春时节（一般在3月中上旬），气候干旱、地面返盐，且地面覆盖差、多呈裸露状，地表水盐动态变化特征和差异以及地貌等现象均反映明显，二是春末或秋末时节（一般5月上旬或9月上旬），即作物成熟期，水盐土条件的差异集中反映在作物的类别与长势上。利用这两个时间差进行对比，可以得到任何一个单时相所得不到的信息，有效地提高图象解译能力。 (4) 更新数据库以达到动态监测的目的 动态多时相的遥感数据，是数据库的重要信息源。由于它具有周期短的特点，尤其适于不断更新数据库。 遥感基础知识3.4 遥感信息的传递过程 要理解遥感信息的传递过程，必须首先理解如下二个问题： 地面目标是多维模型，遥感信息是二维的平面记录 如森林，有分布面积、高度、时间等。但是所有遥感手段得到的信息均简化为二维模型，无论摄影还是扫描都是个平面记录。最后又要让使用者恢复它成为多维模型。 地面目标是无限的，而遥感信息是有限的 地面目标包含的信息是无限的。一是空间上可以无穷地分割，二是时间上它的自然发展过程是连续的，它总不断地向自然界提供信息。而遥感获取信息，