遥感原理课件

*第一章緒論

本章主要內容遙感的概念與技術系統遙感發展概況及其展望遙感在地理學中的作用遙感的應用*§1、遙感概述

一、遙感的概念

遙感（RemoteSensing)：從遠處探測、感知物體或事物的技術。即不直接接觸物體本身，從遠處通過各種感測器探測和接收來自目標物體的資訊，經過資訊的傳輸及其處理分析，來識別物體的屬性及其分佈等特徵的綜合技術。*DefinitionofRemoteSensingTheExpertssay"RemoteSensingis…" •

Groupoftechniquesforcollectingimageorotherformsofdataaboutanobjectfrommeasurementsmadeatadistancefromtheobject,andtheprocessingandanalysisofthedata.-RESORS,CCRS

•Remotesensingisthemeasurementandanalysisofelectromagneticradiationreflectedfrom,transmittedthrough,orabsorbedandscatteredbytheatmosphere,thehydrosphereandbymaterialatornearthelandsurface,forthepurposeofunderstandingandmanagingtheEarth'sresourcesandenvironment.-LarryMorley*DefinitionofRemoteSensingRemotesensingisthecollectionofnaturalresourcesandenvironmentalinformationusingimagesacquiredbysensorsonboardaircraftorspacecraft.-BobRyerson,CCRSRemotesensingisthescienceofacquiring,processing,andinterpretingimages,andrelateddata,acquiredfromspacecraftandsatellitesthatrecordtheinteractionbetweenmatterandelectromagneticenergy.

*二、遙感技術的特點宏觀性、綜合性

覆蓋範圍大、資訊豐富。一景TM影像為185×185平方公里；影像包含各種地表景觀資訊，有可見的，也有潛在的。*二、遙感技術的特點多波段性

波段的延長使對地球的觀測走向了全天候。©SpaceImaging©SpaceImagingGreenReflectanceNIRReflectance多波段圖像Hereisanexampleofthreebands,green,redandnearinfra-reddisplayedseparatelyasgrayscalegreenredNear-infrared多波段圖像*二、遙感技術的特點多時相性重複探測，有利於進行動態分析。LasVegas,1992LasVegas,1986LasVegas,1972*二、遙感技術的特點多時相性重複探測，有利於進行動態分析。198620021992*三、遙感的分類按照遙感的工作平臺分類：地面遙感、航空遙感、航太遙感。按照探測電磁波的工作波段分類：可見光遙感、紅外遙感、微波遙感等。3、按照遙感應用的目的分類：環境遙感、農業遙感、林業遙感、地質遙感等4、按照資料的記錄方式：成像方式、非成像方式5、按照感測器工作方式分類：主動遙感、被動遙感*四、遙感技術系統遙感技術系統的組成遙感試驗：對電磁波特性、資訊獲取、傳輸和處理技術的試驗。遙感資訊獲取：中心工作。遙感平臺和感測器。遙感資訊處理：處理的原因遙感資訊應用：

遙感技術系統：是一個從地面到空中直至空間；從資訊收集、存儲、傳輸處理到分析判讀、應用的完整技術系統。*四、遙感技術系統衛星感測器資訊接收、處理用戶製圖實況調查分析判斷物體*四、遙感技術系統*Theprocessofremotesensing1.EnergySourceorIllumination照度(A)-thefirstrequirementforremotesensingistohaveanenergysourcewhichilluminatesorprovideselectromagneticenergytothetargetofinterest.2.RadiationandtheAtmosphere(B)-astheenergytravelsfromitssourcetothetarget,itwillcomeincontactwithandinteractwiththeatmosphereitpassesthrough.Thisinteractionmaytakeplaceasecondtimeastheenergytravelsfromthetargettothesensor.*Theprocessofremotesensing3.InteractionwiththeTarget(C)-oncetheenergymakesitswaytothetargetthroughtheatmosphere,itinteractswiththetargetdependingonthepropertiesofboththetargetandtheradiation.(與目標地物的相互作用）

4.RecordingofEnergybytheSensor(D)-aftertheenergyhasbeenscatteredby,oremittedfromthetarget,werequireasensor(remote-notincontactwiththetarget)tocollectandrecordtheelectromagneticradiation.5.Transmission,Reception,andProcessing(E)-theenergyrecordedbythesensorhastobetransmitted,ofteninelectronicform,toareceivingandprocessingstationwherethedataareprocessedintoanimage(hardcopyand/ordigital).*Theprocessofremotesensing6.InterpretationandAnalysis(F)-theprocessedimageisinterpreted,visuallyand/ordigitallyorelectronically,toextractinformationaboutthetargetwhichwasilluminated.7.Application(G)-thefinalelementoftheremotesensingprocessisachievedwhenweapplytheinformationwehavebeenabletoextractfromtheimageryaboutthetargetinordertobetterunderstandit,revealsomenewinformation,orassistinsolvingaparticularproblem.Thesesevenelementscomprisetheremotesensingprocessfrombeginningtoend.Wewillbecoveringalloftheseinsequentialorderthroughoutthefivechaptersofthistutorial,buildingupontheinformationlearnedaswego.Enjoythejourney!*§2、遙感發展概況與展望一、遙感發展概況RemoteSensing的提出：美國學者布魯伊特於1960年提出，61年正式通過。遙感發展的三個階段：萌芽階段航空遙感階段航太遙感階段*

萌芽階段1839年，達格雷發表第一張空中相片；1858年，法國人用氣球攜帶照相機拍攝了巴黎的空中照片。1882年，英國人用風箏拍攝地面照片；HistoryofaerialphotographyandaerialplatformsJNNiepce(1826,France)Theworld’sfirstphotographicimage

UpperloftofthehousePeartree&apatchofskyshowingAnotherwingofthehouseTheslantingroofofthebarn

GFTournachon(1820-1910),hecallhimselfNadar.Thefirst-knownaerialphotographwasobtainedfromaballoonbyaParisianphotographerin1858nearParis,France.Intrepidballoon,1862TheballoonbeinginflatedbyusingportablehydrogengeneratingsystemduringtheCivilWar.

1906,Kitesfigure“SanFranciscoinruins”,GRLawrence,Aerialphotographof“SanFranciscoinruins”obtainedafterApril18,1906earthquakeusingacaptiveairshipconsistingof17kites.Thekitesachievedataltitudeof2000ftabovesealevel.Pigeons,1903.Asquadronofpigeonsequippedwithlightweight70-mmaerialcameras.Forobviousreasons,pigeonsarenotidealplatform.*

航空遙感階段1903年，萊特兄弟發明飛機，創造了條件。1909年，義大利人首次利用飛機拍攝地面照片。一戰中，航空照相技術用於獲取軍事情報。一戰後，航空攝影用於地形測繪和森林調查與地質調查。1930年，美國開始全國航空攝影測量。1937年，出現了彩色航空像片。

1903，WrightBrothers

發明了飛機，使航空攝影測量成為可能。Engine-poweredflightonDecember17,1903.Itlasted12secondsandcovered120ft.

AerialphotographyinWorldwarIFigureClose-upviewofaworldwarIFigureVerticalphotographyofWorldWarItrenchesinEurope.AerialphotographyinWorldwarIIFigureVerticalaerialphotographofaV2rocketlaunchingfacilityaPeenemundeinWorldWarII.

*

航太遙感階段1957年，蘇聯發射第一顆人造地球衛星；意義重大。70年代美國的陸地衛星法國的Spot衛星發展中國家的情況：中國，印度，巴西等。*二、我國遙感發展概況50年代航空攝影和應用工作。60年代，航空攝影工作初具規模，應用範圍不斷擴大。70年代，騰沖遙感實驗獲得巨大成功。70.4.24發射第一顆人造地球衛星。80年代是大發展階段。目前，某些方面已經進入世界先進水準行列。*二、我國遙感發展概況

我國遙感發展的特點國家的重視和支持，為遙感的快速發展奠定了基礎。集中人力、物力重點公關，重點突破。全國性、大區域遙感工程的完成，充分顯示了我國遙感的特色和水準。*三、當前遙感發展主要特點與展望多國發射衛星的局面已經形成高解析度小型商業衛星發展迅速雷達衛星遙感日益受到青睞星載主動式遙感的發展，是探測手段更趨多樣化。高光譜解析度感測器是未來空間遙感發展的核心內容。高光光譜解析度感測器是指既能對目標物成像有可以測量目標物波譜特性的光學感測器。遙感應用不斷深化*三、當前遙感發展主要特點與展望地理資訊系統的發展與支持是遙感發展的又一進展和動向。GIS的概念遙感手段獲得的豐富資訊GIS的科學管理遙感應用有賴於GIS提供多種資訊源進行資訊複合及其綜合分析。因此，GIS是遙感的進一步發展和延伸，成為遙感發展的一個新動向。*§3、遙感在地理學中的作用和意義一、遙感已成為地理研究的重要資訊源地理學研究的傳統方法：地圖及其特點遙感資訊的準確性、客觀性遙感資訊的即時性與及時性遙感資訊的週期性：動態研究遙感資訊的多樣性：多波段資訊；圖像資訊與數位化資訊；二維平面資訊與三維空間資訊；從而使獲得的資訊形成多層次、多方式、多側面全方位，拓寬了地理學研究的深度和廣度。*§3、遙感在地理學中的作用和意義二、遙感已成為地理研究的重要手段和方法遙感方法改變了地理研究的工作模式遙感方法為地理分析提供了基礎，也為地理分析從定性到定量，從靜態到動態創造了條件。遙感與地理資訊系統的結合，為地理研究提供了廣闊的發展前景。*§4、遙感的應用

遙感應用從內容上可以概括為資源調查與應用、環境監測評價、區域分析規劃及全球宏觀研究四大領域。*一、遙感在資源調查方面的應用在農業、林業方面的應用：農、林土地資源調查、病蟲害、土壤乾旱、鹽化沙化的調查及監測。土地利用類型調查精細農業作物估產“三北”防護林遙感綜合調查*一、遙感在資源調查方面的應用遙感在地質礦產方面的應用客觀真實地反映各種地質現象，形象地反映區域地質構造,地質找礦工程地質、地震地質、水文地質和災害地質*一、遙感在資源調查方面的應用在水文、水資源方面的應用水資源調查、流域規劃、水土流失調查、海洋調查等。青藏高原水資源調查夏威夷群島淡水資源*二、遙感在環境監測評價等方面的應用在環境監測方面的應用污染物位置、性質、動態變化及對環境的影響；環境製圖長江三峽庫區環境本底調查、環境演變分析、動態監測等在對抗自然災害中的應用災害性天氣的預報旱情、洪水、滑坡、泥石流和病蟲害森林火災*二、遙感在環境監測評價等方面的應用*三、在區域分析及建設規劃方面的應用區域性是地理學的重要特點騰沖、長春、三北防護林等都是遙感區域分析的典範。城市化和城市遙感的興起：城市土地利用、環境監測、道路交通分析、環境地質、城市規劃等*四、遙感在全球性宏觀研究中的應用全球性問題與全球性研究（GlobalStudy）人口問題、資源危機、環境惡化等利用GPS監測和研究板快的運移；深大斷裂活動；全球性氣候研究和災情預報；世界冰川的進退。PopulationChangeLasVegas,1964PopulationChangeLasVegas,1972PopulationChangeLasVegas,1986PopulationChangeLasVegas,1992*五、遙感在其他方面的應用在測繪製圖方面的應用衛星遙感可以覆蓋全球的每一個角落，不再有資料的空白區重複探測，為動態製圖和利用地圖進行動態分析提供了資訊保障可以縮短成圖週期，降低製圖成本數字衛星遙感資訊可直接進入電腦進行處理，省去了圖像掃描數位化的過程改變了傳統的從大比例尺逐級縮編小比例尺地圖的邏輯程式在歷史遺跡、考古調查方面的應用在軍事上的應用*第二章遙感的物理基礎

本章主要內容電磁波與電磁波譜地物的光譜特性大氣和環境對遙感的影響*第一節電磁波與電磁波譜電磁波及其特性電磁波譜電磁輻射源*一、電磁波及其特性波的概念：波是振動在空間的傳播。機械波：聲波、水波和地震波電磁波（ElectroMagneticSpectrum)

由振源發出的電磁振盪在空氣中傳播。演示*電磁波是通過電場和磁場之間相互聯繫傳播的：原理電磁輻射:這種電磁能量的傳遞過程（包括輻射、吸收、反射和透射）稱為電磁輻射。*電磁波的特性電磁波是橫波在真空中以光速傳播電磁波具有波粒二象性：電磁波在傳播過程中，主要表現為波動性；在與物質相互作用時，主要表現為粒子性，這就是電磁波的波粒二象性。波動性：電磁波是以波動的形式在空間傳播的，因此具有波動性粒子性：它是由密集的光子微粒組成的，電磁輻射的實質是光子微粒的有規律的運動。電磁波的粒子性，使得電磁輻射的能量具有統計性*波粒二象性的程度與電磁波的波長有關：波長愈短，輻射的粒子性愈明顯；波長愈長，輻射的波動特性愈明顯。*二、電磁波譜電磁波譜：將各種電磁波在真空中的波長按其長短，依次排列製成的圖表。

在電磁波譜中，波長最長的是無線電波，其按波長可分為長波、中波、短波和微波。波長最短的是γ射線

電磁波的波長不同，是因為產生它的波源不同。2、遙感常用的電磁波波段的特性*TheElectromagneticSpectrumMorethanmeetstheeye!*ExamplesfromSpace!*WavelengthThedistancefromonewavecresttothenextRadiowaveshavelongestwavelengthandGammarayshaveshortest!*WavelengthUnitsMeters(likeonlastslideandinbook,p.613)Morecommonlyinnanometers(1nm=10-9

meters)AngstromsstillusedNamedforSwedishAstronomerwhofirstnamedthesewavelengths1nanometer=10Ao*Speedoflight=wavelength(l)xfrequency

=3x108m/sinvacuumWavenumber=1/wavelength(cm-1)FrequencyinGHz(1Hz=sec–1)LanguageoftheEnergyCycle:

TheElectromagneticSpectrumEnergyWavelengthl*SolarSpectrum=Shortwavespectrum=visiblespectrum:

Sunat6000K;peakemissionat0.5mm*CO2H2OO3TerrestrialSpectrum=LongwaveSpectrum=InfraredSpectrum=ThermalSpectrum:

SaharaDesertonNimbus4SatelliteTheoreticalPlanckcurves:Earth~300K,peakemission~15mm*EarthSpectrumIncomingfromSun:Highenergy,shortwavelengthOutgoingfromEarthLowenergyLongwavelength0.5mm10mm20mm*ElectromagneticSpectrumHighenergyShortwavelength/highfrequencyEmittedathighTSunEarth**紫外線(UV)：0.01-0.4μm，碳酸鹽岩分佈、水面油污染。可見光：0.4-0.76μm，鑒別物質特徵的主要波段；是遙感最常用的波段。紅外線(IR)

：0.76-1000μm。近紅外0.76-3.0μm’中紅外3.0-6.0μm；遠紅外6.0-15.0μm；超遠紅外15-1000μm。（近紅外又稱光紅外或反射紅外；中紅外和遠紅外又稱熱紅外。微波：1mm-1m。全天候遙感；有主動與被動之分；具有穿透能力；發展潛力大。2、遙感常用的電磁波波段的特性*三、電磁輻射源自然輻射源太陽輻射：是可見光和近紅外的主要輻射源；常用5900的黑體輻射來模擬；其輻射波長範圍極大；輻射能量集中-短波輻射。大氣層對太陽輻射的吸收、反射和散射。地球的電磁輻射：小於3μm的波長主要是太陽輻射的能量；大於6μm的波長，主要是地物本身的熱輻射；3-6μm之間，太陽和地球的熱輻射都要考慮。*太陽輻射照度分佈曲線*太陽與地球輻射的電磁波譜*人工輻射源：主動式遙感的輻射源。雷達探測。分為微波雷達和鐳射雷達。微波輻射源：0.8-30cm鐳射輻射源：鐳射雷達—測定衛星的位置、高度、速度、測量地形等。*第二節地物的光譜特性

任何地物都有自身的電磁輻射規律，如反射、發射、吸收電磁波的特性。少數還有透射電磁波的特性。地物的這種特性稱為：地物的光譜特性。*地物的反射率、吸收率和透射率對於某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即為弱輻射體；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。一、地物的反射光譜特性*地物的反射率（反射係數或亮度係數）：地物對某一波段的反射能量與入射能量之比。反射率隨入射波長而變化。影響地物反射率大小的因素：入射電磁波的波長入射角的大小地表顏色與粗糙度*地物的反射光譜：地物的反射率隨入射波長變化的規律。地物反射光譜曲線：根據地物反射率與波長之間的關係而繪成的曲線。地物電磁波光譜特徵的差異是遙感識別地物性質的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差異：雪、沙漠、濕地、小麥的光譜曲線**感測器探測波段的設計，是通過分析比較地物光譜數據而確定的。多光譜掃描器（MSS）的波段設計：

MSS1(0.5-0.6μm)MSS2(0.6-0.7μm)MSS3(0.7-0.8μm)MSS4(0.8-1.1μm)*同類地物的反射光譜具有相似性，但也有差異性。不同植物；植物病蟲害地物的光譜特性具有時間特性和空間特性。時間特性空間特性*不同植物光譜曲線比較*植被的病蟲害*時間特徵*

地物發射電磁波的能力以發射率作為衡量標準；地物的發射率是以黑體輻射作為參照標準。黑體：在任何溫度下，對各種波長的電磁輻射的吸收係數等於1（100%）的物體。黑體輻射(BlackBodyRadiation)：黑體的熱輻射稱為黑體輻射。二、地物的發射光譜特性*1.

PowerSource:BlackbodyRadiation

Planck’sLaw:TheamountandspectrumofradiationemittedbyablackbodyisuniquelydeterminedbyitstemperatureMaxPlanck(1858–1947)NobelPrize1918Emissionfromwarmbodiespeakatshortwavelengthswavelength620K380K*3、黑體輻射定律(1)朗克熱輻射定律表示出了黑體輻射通量密度與溫度的關係以及按波長分佈的規律。*黑體輻射的三個特性(p20)

輻射通量密度隨波長連續變化，每條曲線只有一個最大值。溫度越高，輻射通量密度越大，不同溫度的曲線不同。隨著溫度的升高，輻射最大值所對應的波長向短波方向移動。*(2)玻耳茲曼定律

Stefan-Boltzmann'slaw

即黑體總輻射通量隨溫度的增加而迅速增加，它與溫度的四次方成正比。因此，溫度的微小變化，就會引起輻射通量密度很大的變化。是紅外裝置測定溫度的理論基礎。*溫度3005001000200030004000500060007000波長9。665。802。901。450。970。720。580。480。41(3)維恩位移定律：Wien'sdisplacementlaw

隨著溫度的升高，輻射最大值對應的峰值波長向短波方向移動。*4、地物的發射率和基爾霍夫定律發射率(Emissivity)：地物的輻射出射度（單位面積上發出的輻射總通量）W與同溫下的黑體輻射出射度W黑的比值。它也是遙感探測的基礎和出發點。影響地物發射率的因素：

地物的性質、表面狀況、溫度（比熱、熱慣量）：比熱大、熱慣量大，以及具有保溫作用的地物，一般發射率大，反之發射率就小。*按照發射率與波長的關係，把地物分為：黑體或絕對黑體：發射率為1，常數。灰體(greybody)：發射率小於1，常數選擇性輻射體：反射率小於1，且隨波長而變化。*基爾霍夫定律：在一定溫度下，地物單位面積上的輻射通量W和吸收率之比，對於任何物體都是一個常數，並等於該溫度下同面積黑體輻射通量W黑。在給定的溫度下，物體的發射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，發射率也越大。地物的熱輻射強度與溫度的四次方成正比，所以，地物微小的溫度差異就會引起紅外輻射能量的明顯變化。這種特徵構成了紅外遙感的理論基礎。*5、黑體的微波輻射

任何物體在一定的溫度下，不僅向外發射紅外輻射，也發射微波輻射。二者基本相似。但微波是地物低溫狀態下的重要輻射特性，溫度越低，微波輻射越明顯。微波輻射比紅外輻射弱得多，但技術上可以經過處理來接收。*瑞裏—金斯公式黑體輻射的微波功率與溫度成正比，與波長的平方成反比。

微波波段與紅外波段發射率的比較：不同地物之間微波發射率的差異比紅外發射率要明顯得多，因此，在可見光和紅外波段中不易識別的地物，在微波波段中則容易識別。（表2-6）**6、地物的發射光譜發射光譜：地物的發射率隨波長變化的規律。發射光譜曲線：按照發射率和波長之間的關係繪成的曲線。岩石的發射光譜分析（圖2-12）*

亮度溫度：衡量地物輻射特徵的重要指標。指等物體的輻射功率等於某一黑體的輻射功率時，該黑體的絕對溫度即為亮度溫度。

Thetemperatureoftheblackbodywhichradiatesthesameradiantenergyasanobservedobjectiscalledthebrightnesstemperatureoftheobject.

亮度溫度與實地溫度的關係：總小於實地溫度。*透射率：入射光透射過地物的能量與入射總能量的百分比。透射率隨著電磁波的波長和地物的性質而不同。可見光、紅外、微波的透射能力。三、地物的透射光譜特性*第三節大氣和環境對遙感的影響大氣的成分和結構大氣對太陽輻射的影響大氣窗口環境對地物光譜特性的影響*一、大氣的成分大氣的傳輸特性：大氣對電磁波的吸收、散射和透射的特性。這種特性與波長和大氣的成分有關。大氣的成分：多種氣體、固態和液態懸浮的微粒混合組成的。大氣物質與太陽輻射相互作用，是太陽輻射衰減的重要原因。*二、大氣的結構大氣的垂直分層：對流層、平流層、中氣層、熱層和大氣外層。對流層：航空遙感活動區。遙感側重研究電磁波在該層內的傳輸特性。平流層：較為微弱。中氣層：溫度隨高度增加而遞減。熱層：增溫層。電離層。衛星的運行空間。大氣外層：1000公里以外的星際空間。*三、大氣對太陽輻射的影響太陽輻射的衰減過程：30%被雲層反射回；17%被大氣吸收；22%被大氣散射；31%到達地面。（圖2-3）大氣的透射率公式：透射率與路程、大氣的吸收、散射有關。***（一）大氣的吸收作用氧氣：小於0.2

μm；0.155為峰值。高空遙感很少使用紫外波段的原因。臭氧：數量極少，但吸收很強。兩個吸收帶；對航空遙感影響不大。水：吸收太陽輻射能量最強的介質。到處都是吸收帶。主要的吸收帶處在紅外和可見光的紅光部分。因此，水對紅外遙感有極大的影響。二氧化碳：量少；吸收作用主要在紅外區內。可以忽略不計。*AbsorptionIncontrasttoscatter,atmosphericabsorptionresultsintheeffectivelossofenergytoatmosphericconstituents.Thisnormallyinvolvesabsorptionofenergyatagivenwavelength.Themostefficientabsorbersofsolarradiationinthisregardare:WaterVapourCarbonDioxideOzone*AbsorptionofEMenergybytheatmosphere*（二）大氣的散射作用

散射作用：太陽輻射在長波過程中遇到小微粒而使傳播方向改變，並向各個方向散開。改變了電磁波的傳播方向；干擾感測器的接收；降低了遙感數據的品質、影像模糊，影響判讀。大氣散射集中在太陽輻射能量最強的可見光區。因此，散射是太陽輻射衰減的主要原因。*ScatteringAtmosphericscatteringistheunpredictablediffusionofradiationbyparticlesintheatmosphere.Threetypesofscatteringcanbedistinguished,dependingontherelationshipbetweenthediameterofthescatteringparticle(a)andthewavelengthoftheradiation(

).*ScatteringofEMenergybytheatmosphere*RayleighScattera<

Rayleighscatteriscommonwhenradiationinteractswithatmosphericmolecules(gasmolecules)andothertinyparticles(aerosols)thataremuchsmallerindiameterthatthewavelengthoftheinteractingradiation.TheeffectofRayleighscatterisinverselyproportionaltothefourthpowerofthewavelength.Asaresult,shortwavelengthsaremorelikelytobescatteredthanlongwavelengths.Rayleighscatterisoneoftheprincipalcausesofhazeinimagery.Visuallyhazediminishesthecrispnessorcontrastofanimage.*RelationshipbetweenpathlengthofEMradiationandthelevelofatmosphericscatter***MieScattera<=>

Miescatterexistswhentheatmosphericparticlediameterisessentiallyequaltotheenergywavelengthsbeingsensed.WatervapouranddustparticlesaremajorcausesofMiescatter.ThistypeofscattertendstoinfluencelongerwavelengthsthanRayleighscatter.AlthoughRayleighscattertendstodominateundermostatmosphericconditions,Mie

scatterissignificantinslightlyovercastones.*Non-selectivescattera>

Non-selectivescatterismoreofaproblem,andoccurswhenthediameteroftheparticlescausingscatteraremuchlargerthanthewavelengthsbeingsensed.Waterdroplets,thatcommonlyhavediametersofbetween5and100mm,cancausesuchscatter,andcanaffectallvisibleandnear-to-mid-IRwavelengthsequally.Consequently,thisscatteringis“non-selective”withrespecttowavelength.Inthevisiblewavelengths,equalquantitiesofbluegreenandredlightarescattered.*Non-SelectivescatterofEMradiationbyacloud*三種散射作用瑞利散射：當微粒的直徑比輻射波長小得多時，此時的散射稱為瑞利散射。散射率與波長的四次方成反比，因此，瑞利散射的強度隨著波長變短而迅速增大。紫外線是紅光散射的30倍，0.4微米的藍光是4微米紅外線散射的1萬倍。瑞利散射對可見光的影響較大，對紅外輻射的影響很小，對微波的影響可以不計。多波段中不使用藍紫光的原因：*顏色紅橙黃黃綠青蘭紫紫外線波長0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0無雲的晴天，天空為什麼呈現藍色？朝霞和夕陽為什麼都偏橘紅色？*米氏散射：當微粒的直徑與輻射波長差不多時的大氣散射。雲、霧的粒子大小與紅外線的波長接近，所以雲霧對對紅外線的米氏散射不可忽視。無選擇性散射：當微粒的直徑比輻射波長大得多時所發生的散射。符合無選擇性散射條件的波段中，任何波段的散射強度相同。水滴、霧、塵埃、煙等氣溶膠常常產生非選擇性散射。雲霧為什麼通常呈現白色？*結論

太陽輻射衰減的原因是什麼？在可見光和近紅外波段，大氣最主要的散射作用是什麼？無雲的晴天，天空為什麼呈現藍色？朝霞和夕陽為什麼都偏橘紅色？微波為什麼具有極強的穿透雲層的作用？為什麼在選擇遙感工作波段時，要考慮大氣層的散射和吸收作用？*四、大氣窗口1、大氣窗口：通過大氣而較少被反射、吸收或散射的投射率較高的電磁輻射波段。大氣窗口是選擇遙感工作波段的重要依據。常見的大氣窗口：*AtmosphericWindowsSomesensors,especiallythoseonmeteorologicalsatellites,seektodirectlymeasureabsorptionphenomenasuchasthoseassociatedwithCO2andothergaseousmolecules.NotethattheatmosphereisnearlyopaquetoEMradiationinthemidandfarIRInthemicrowaveregion,bycontrast,mostoftheEMradiationmovesthroughunimpeded-sothatradaratcommonlyusedwavelengthswillnearlyallreachtheEarthsurfaceunimpeded-althoughspecificwavelengthsarescatteredbyraindrops.**五、環境對地物光譜特性的影響地物的物理性狀光源的輻射強度：緯度與海拔高度季節：太陽高度不同探測時間：時間不同，反射率不同。氣象條件*第三章遙感成像原理與遙感圖像特徵

本章主要內容遙感平臺攝影成像掃描成像遙感圖像特徵*地面平臺：三角架、遙感塔、遙感車和遙感船等與地面接觸的平臺稱為地面平臺或近地面平臺。它通過地物光譜儀或感測器來對地面進行近距離遙感，測定各種地物的波譜特性及影像的實驗研究。三角架：0.75-2.0米；對測定各種地物的波譜特性和進行地面攝影。遙感塔：固定地面平臺；用於測定固定目標和進行動態監測；高度在6米左右。遙感車、船：高度的變化；測定地物波譜特性、取得地面圖像；遙感船除了從空中對水面進行遙感外，可以對海底進行遙感。第一節遙感平臺*航空平臺：包括飛機和氣球。飛機按高度可以分為低空平臺、中空平臺和高空平臺。低空平臺：2000米以內，對流層下層中。中空平臺：2000-6000米，對流層中層。高空平臺：12000米左右的對流層以上。氣球：低空氣球：凡是發放到對流層中去的氣球稱為低空氣球；高空氣球：凡是發放到平流層中去的氣球稱為高空氣球。可上升到12-40公里的高空。填補了高空飛機升不到，低軌衛星降不到的空中平臺的空白。航太平臺：包括衛星、火箭、太空梭、太空船。**一、氣象衛星系列氣象衛星概述美國的“泰諾斯”(TIROS)衛星系列：第一代實驗氣象衛星，從60年-65年共發射了10顆，極軌氣象衛星。美國的雨雲（Nimbus）衛星系列：64-78年共發射了7顆，太陽同步軌道。美國的艾薩（ESSA）衛星系列：66-69年共發射了9顆。美國的NOOA衛星系列：70-94年共發射了16顆。太陽同步軌道。*

1960年4月美國發射了第一顆氣象衛星泰羅斯-1(Tiros-1)。隨後，前蘇聯也相繼發射了自己的氣象衛星。目前，在軌道上運行的大多數氣象衛星是由美國和俄羅斯發射的，其中很大一部分為極地軌道衛星，簡稱極軌衛星。

1966年美國發射第一顆業務氣象衛星艾薩(ESSA)是極軌衛星，主要提供可見光雲圖。1970年、1978年美國又相繼發射諾阿(NOAA）和泰羅斯－N系列業務氣象衛星。這些衛星都屬於極軌氣象衛星。極軌氣象衛星的飛行高度一般在800－1500公里左右。由於衛星的飛行高度低，因此衛星照片解析度高，圖象清晰。

1974年，美國成功地研製了第一顆靜止業務環境監測衛星(GOES)。靜止業務環境監測衛星在赤道的某一經度、約36000公里高度上，它環繞地球一周約需24小時，幾乎與地球自轉同步。從地球上看好象衛星是相對靜止的，故又稱為地球靜止衛星。目前，日本GMS系列靜止氣象衛星、俄羅斯的GOMES衛星、歐盟METEOSAT-3

衛星、印度的INSAT以及美國的兩顆靜止衛星(GOES-E和GOES-W)共6顆衛星組成地球靜止氣象衛星監測網。這些衛星位於赤道上空約36000公里高，每半小時向地球發送一次圖片。

中国也先后成功地发射了6顆氣象衛星（3顆風雲－1和3顆風雲－2）。依靠這些衛星，中國建立了自己的衛星天氣預報和監測系統。風雲－1是一種極地軌道氣象衛星。風雲－2是一種靜止氣象衛星。*氣象衛星分佈*我國氣象衛星情況

1、1988年9月7日FY-1A星發射試驗星4、1999年5月10日FY-1C星發射業務星3、1997年6月10日FY-2A星發射2、1990年9月3日FY-1B星發射試驗星5、2000年6月25日FY-2B星發射*一、氣象衛星系列2、氣象衛星的特點軌道：低軌和高軌。成像面積大，有利於獲得宏觀同步資訊，減少數據處理容量。短週期重複觀測：靜止氣象衛星30分鐘一次；極軌衛星半天一次。利於動態監測。資料來源連續、即時性強、成本低。*氣象衛星觀測的優勢和特點

空間覆蓋優勢極軌氣象衛星在約900km的高空對地觀測，一條軌道的掃描寬度可達2800km。每天都可以得到覆蓋全球的資料地球靜止衛星在3．6萬公里的高空觀測地球，一顆靜止衛星的觀測面積就可達1億7千萬平方公里，約為地球表面的1／3只有通過衛星的大範圍觀測，才使人類獲得了幾乎無常規觀測的大範圍海洋、兩極和沙漠地區的資料。目前已經可以通過衛星觀測系統，獲取全球或任何感興趣區域的空間連續的高解析度氣象和環境資料,不受國界限制*氣象衛星觀測可以大大地改善資料的時間取樣頻次。特別是靜止氣象衛星可以獲得每小時一次的大範圍即時資料，必要時甚至可以獲取半小時的資料。有利於對災害性天氣的動態監測。雙星組網的極軌氣象衛星也可以每天提供4次全球覆蓋的圖象資料和垂直探測資料。而常規高空站每天只在00時12時（世界時）進行兩次觀測,且無法觀測海洋和無人地區。氣象衛星觀測的優勢和特點時間取樣優勢*與地面和高空常規觀測相比，衛星資料具有內在的均一性和良好的代表性。儘管世界氣象組織（WMO）已經頒佈了一系列規範來統一常規觀測儀器的性能和觀測方法，但仍不能避免不同國家和地區、使用不同儀器和方法獲得的資料的不一致性。測站分佈的不均勻等，也使資料的不確定性增加。氣象衛星是在較長一段時期內使用同一儀器對全球進行觀測，資料的相對可比較性強、分佈均勻一致性好。衛星資料則是對一定視場面積內的取樣平均值，具有較好的區域代表性。氣象衛星觀測的優勢和特點資料一致性優勢*與其它觀測方法相比，氣象衛星是從大氣層

外這個新視角觀測地球—大氣系統的，所以有些重要的氣候變數，特別是通過整個垂直方向大氣層的積分參數，如地氣系統的反照率、大氣頂的地氣系統的射出長波輻射，只能通過氣象衛星觀測才能獲得。目前已成功地從氣象衛星觀測資料中導出了全球大氣溫度和濕度廓線、輻射平衡、海陸表面溫度及雲頂溫度、風場、雲參數、冰雪覆蓋、雲中液態水含量和降水量、臭氧總量和廓線、陸地下墊面狀態、植被狀況等諸多重要氣候和環境參數,這是任何其他觀測手段所不能觀測的。氣象衛星觀測的優勢和特點綜合參數觀測優勢*一、氣象衛星系列3、氣象衛星的應用領域天氣分析與氣象預報氣候研究與氣候變遷的研究資源環境領域：海洋研究、森林火災、水污染*FY-1C\D通道編號、波長範圍及其主要用途通道1、2的探測波段分別處於植被反射的低谷和高峰區，利用二者的差值可以計算各種植被指數，植被指數能反映作物、森林、草場的生長情況，病蟲害及作物缺水狀況，並能進行作物估產，這個通道還可以做判識水陸邊界，河口泥沙海冰等。*FY-1C\D通道編號、波長範圍及其主要用途通道3處在紅外短波窗區，它對檢測地面高溫熱源，比如，森林和草場的火災特別有效。*FY-1C、D通道編號、波長範圍及其主要用途

通道4、5處於紅外窗區，用以測量地面溫度，這兩個通道相結合的目的在於對海面溫度反演中對大氣削弱進行訂正，計算的地表和海表溫度在農業、漁業、洋流、城市熱島等方面有廣泛的應用。LSTSST*FY-1C\D通道編號、波長範圍及其主要用途通道6對雪的反射率較低，與其它通道結合有助於雲、雪的判識，同時此通道對土壤濕度比較敏感，有助於乾旱監測。通道7-9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中葉綠素的含量，他還可以反映海洋渾濁度和海洋污染以及赤潮等情況。通道10是低層水汽通道，用於大氣修正和大氣透過率的計算。*火情監測

在AVHRR圖象中，由於高溫目標在通道三的亮溫大大高於背景象元的亮溫，因而在通道三圖象上，含火點象元與周圍象元產生明顯反差。 利用增強，多通道彩色合成、閾值判斷等處理技術，可以從AVHRR資料中得到反映地面明火區、過火區、未燃區（森林、草原、農田）、煙霧範圍和方向等各種反映林火和草原火的資訊。並可探測到面積低於一個象元的亞象元火點。 極軌氣象衛星（FY、NOAA）覆蓋範圍寬廣，每天觀測頻次在中高緯度達8-10次，可以多頻次的監測火情。**氣象衛星作用

熱帶氣旋

*沙塵暴監測*氣象衛星作用沙塵暴*氣象衛星作用衛星遙感

產品熱島效應火山爆發海溫分佈*祝賀風雲一號D氣象衛星發射成功!2002.5.15**二、陸地衛星系列---

Landsat

*Characteristic

LaunchedbyDateoflaunchDateofterminationAltitudeSensorRecurrentperiodLANDSAT-1NASA1972.7.231978.1.6915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-2NASA1975.1.221982.2.25915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-3NASA1978.3.51983.3.31915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-4NASA1982.7.162001.6.15705kmMSS/TM16daysLANDSAT-5NASA1984.3.1Operating*1705kmMSS/TM16daysLANDSAT-6NASA1993.10.51993.10.5-ETM16daysLANDSAT-7NASA1999.4.15Operating*2705kmETM+16days*1:ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoJun30,2001.

*2:ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoNov30,2002.\*OverviewLANDSAT-1istheworldfirstearthobservationsatellitelaunchedbytheUnitedStatesin1972andamemorablesatellitewhichhasbeenrecognizedinavailabilitybeingcapableofobservingtheearthfarfromspace.Itsexcellentobservationabilitybroughtabouttheimportanceofstate-of-the-artremotesensing.FollowingLANDSAT-1,LANDSAT-2,3,4,5and7werelaunched,andcurrentlyLANDSAT-7isoperatedasamainsatellite.LANDSAT-5isequippedwithMultispectralScanner(MSS)andThematicMapper(TM).MSSisanopticalsensortoobservethereflectedsolarradiationfromtheearthsurfaceinfourdifferentspectralbandsbyacombinationoftheopticalsystemandthesensor.TMisamoreadvancedversionofobservationequipmentthanMSS,whichobservestheearth'ssurfacein7spectralbandsrangingfromvisibletothermalinfraredregions.LANDSAT-7isequippedwithEnhancedThematicMapperPlus(ETM+),thesuccessorofTM.TheobservationbandsarebasicallysamesevenbandsasTMandthenewlyaddedband8witha15mofhighresolution.*

WavelengthVisible:2bands

Near-infrared:2bandsSpatialResolution83mSwathWidth185km*

WavelengthVisible:3bands

Near-infraredandMiddle-infrared:3bands

Thermal-infrared:1bandSpatialResolutionVisible,Near-infraredandMiddle-infrared:30m

Thermal-infrared:120mSwathWidthAbout180km*Overview

TheETM+isanimprovedversionoftheLandsat4/5ThematicMapper(TM)payloads,butstillprovidesdatacontinuitywithallpriorLandsatmissions.ImprovementsintheinstrumentincludeincreasedspatialresolutionofthethermalIRband(Band6),improvementoftheradiometriccalibrationequipment,andtheadditionofapanchromaticband(Band8).BelowisasimplifieddiagramoftheETM+.

*Characteristic

BandwavelengthbandResolution10.45-0.52mm30m20.52-0.60mm30m30.63-0.69mm30m40.76-0.90mm30m51.55-1.75mm30m610.4-12.5mm60m72.08-2.35mm30m80.50-0.90mm15m*OrbitsofEarthObservationSatellites

Theorbitisthepathtakenbytheartificialsatellitesincludingearthobservationsatelliteswhentheyflyaroundtheearth.Thereareseveraltypesoforbits,andtheorbitisselecteddependingonpurposesofthesatellites.Earthobservationsatelliteshaveamajormissiontoobservetheentireearth,sotheycirclethemostsuitableSun-synchronoussub-recurrentorbit.Sun-synchronoussub-recurrentorbit

Sun-synchronoussub-recurrentorbitisacombinationofsun-synchronousorbitandsub-recurrentorbit.

*Withsun-synchronousorbit

Withsun-synchronousorbit,positioningbetweenthesatelliteandthesunisalwaysthesame,whichmeanstheareathesatellitefliesoveralwaysgetssamesunlightangle.Withthisorbit,theincidenceangle（入射角）

ofsunlighttothelandsurfaceisalwaysthesame,anditallowstoobserveradiationandreflectionfromthelandsurfaceaccurately.

Asub-recurrentorbit

Asub-recurrentorbitmeansthatafteracertainnumberofdays,thesatelliterepeatsitsoriginalorbit.Thisorbitenablesthesatellitetoobservethesameareaatregularintervals.*

Sun-synchronousorbit

Sub-recurrentorbit*

SunSynchronousOrbitofLandsat7

SunElevationAngle

*Satellitesandobits**二、陸地衛星系列---SPOT衛星86878889909192939495969798992000010203040506070809

SPOT5

SPOT4衛星運行服務中斷發射日或重新開始服務日

SPOT1

SPOT2SPOT3

*Overview

TheFrenchearthobservationsatellitesSPOT-1,2,3and4werelaunchedintoasun-synchronoussub-recurrentorbitatanaltitudeofabout822kmin1986,1990,1993and1998respectively.SPOTcanobservenotonlytheearth'ssurfacejustunderneaththesatellitebutalsoslantwisetothesatellite'spathbychangingthescandirectionofthesensors.Itcanshortenthetimeperiodforobservingaspecifiedarearepetitively.SPOT-1,-2and-3areequippedwithCCDsensorscalledHighResolutionVisibleImagingSystem(HRV).SPOT-4isequippedwithtwoCCDsensors,HRV'ssuccessor,HighResolutionVisibleandInfrared(HRVIR)andVegetation(VGT)*1.TheobservationbandsofHRVIRarebasicallysameasHRVandthenewlyaddedband4,shortwaveinfrared(SWIR:1.58to1.75mm).VGTobserveswideareawithaswathof2,250km.

*ObservationBandVisible:2bands

Near-infrared:1band

Panchromatic-Band:1bandSpatialResolutionMultispectoral-Band:20m

Panchromatic-Band:10mSwathWidthAbout60km*

HRVIRScanningImage

**

Spot立體像對

軌道旁向傾斜，像對最短時間差為0.5小時自動相關生成DEM，高程精度為7-11米(VirtuoZo)*

SPOT的傾斜觀測功