遥感原理与应用课件

绪论1§1、遥感概述

一、遥感的概念遥感（RemoteSensing)：从远处探测、感知物体或事物的技术。即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息，经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。2二、遥感技术的特点宏观性、综合性

3

覆盖范围大、信息丰富。一景TM影像为185×185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。二、遥感技术的特点4多波段性

波段的延长使对地球的观测走向了全天候。©SpaceImaging©SpaceImagingGreenReflectanceNIRReflectance多波段图像Hereisanexampleofthreebands,green,redandnearinfra-reddisplayedseparatelyasgrayscalegreenredNear-infrared多波段图像二、遥感技术的特点7多时相性重复探测，有利于进行动态分析。LasVegas,1992LasVegas,1986LasVegas,1972二、遥感技术的特点8多时相性重复探测，有利于进行动态分析。198620021992三、遥感的分类按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感。按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感等。3、按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等4、按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式5、按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感9四、遥感技术系统遥感技术系统的组成遥感试验：对电磁波特性、信息获取、传输和处理技术的试验。遥感信息获取：中心工作。遥感平台和传感器。遥感信息处理：处理的原因遥感信息应用：10

遥感技术系统：是一个从地面到空中直至空间；从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术系统。四、遥感技术系统11卫星传感器信息接收、处理用户制图实况调查分析判断物体四、遥感技术系统12Theprocessofremotesensing1.EnergySourceorIllumination照度(A)-thefirstrequirementforremotesensingistohaveanenergysourcewhichilluminatesorprovideselectromagneticenergytothetargetofinterest.2.RadiationandtheAtmosphere(B)-astheenergytravelsfromitssourcetothetarget,itwillcomeincontactwithandinteractwiththeatmosphereitpassesthrough.Thisinteractionmaytakeplaceasecondtimeastheenergytravelsfromthetargettothesensor.13Theprocessofremotesensing3.InteractionwiththeTarget(C)-oncetheenergymakesitswaytothetargetthroughtheatmosphere,itinteractswiththetargetdependingonthepropertiesofboththetargetandtheradiation.(与目标地物的相互作用）

4.RecordingofEnergybytheSensor(D)-aftertheenergyhasbeenscatteredby,oremittedfromthetarget,werequireasensor(remote-notincontactwiththetarget)tocollectandrecordtheelectromagneticradiation.5.Transmission,Reception,andProcessing(E)-theenergyrecordedbythesensorhastobetransmitted,ofteninelectronicform,toareceivingandprocessingstationwherethedataareprocessedintoanimage(hardcopyand/ordigital).14Theprocessofremotesensing6.InterpretationandAnalysis(F)-theprocessedimageisinterpreted,visuallyand/ordigitallyorelectronically,toextractinformationaboutthetargetwhichwasilluminated.7.Application(G)-thefinalelementoftheremotesensingprocessisachievedwhenweapplytheinformationwehavebeenabletoextractfromtheimageryaboutthetargetinordertobetterunderstandit,revealsomenewinformation,orassistinsolvingaparticularproblem.Thesesevenelementscomprisetheremotesensingprocessfrombeginningtoend.Wewillbecoveringalloftheseinsequentialorder,buildingupontheinformationlearnedaswego.Enjoythejourney!15§2、遥感发展概况与展望RemoteSensing的提出：美国学者布鲁伊特于1960年提出，61年正式通过。遥感发展的三个阶段：萌芽阶段航空遥感阶段航天遥感阶段16一、遥感发展概况

萌芽阶段1839年，达格雷发表第一张空中相片；1858年，法国人用气球携带照相机拍摄了巴黎的空中照片。1882年，英国人用风筝拍摄地面照片；17HistoryofaerialphotographyandaerialplatformsJNNiepce(1826,France)Theworld’sfirstphotographicimage

UpperleftofthehousePeartree&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.

航空遥感阶段1903年，莱特兄弟发明飞机，创造了条件。1909年，意大利人首次利用飞机拍摄地面照片。一战中，航空照相技术用于获取军事情报。一战后，航空摄影用于地形测绘和森林调查与地质调查。1930年，美国开始全国航空摄影测量。1937年，出现了彩色航空像片。23

1903，WrightBrothers

发明了飞机，使航空摄影测量成为可能。Engine-poweredflightonDecember17,1903.Itlasted12secondsandcovered120ft.

AerialphotographyinWorldwarIFigureClose-up(特写镜头)viewofaworldwarIFigureVerticalphotographyofWorldWarItrenches(战壕)inEurope.AerialphotographyinWorldwarIIFigureVerticalaerialphotographofaV2rocketlaunchingfacilityaPeenemundeinWorldWarII.

航天遥感阶段1957年，苏联发射第一颗人造地球卫星；意义重大。70年代美国的陆地卫星法国的Spot卫星发展中国家的情况：中国，印度，巴西等。27二、我国遥感发展概况50年代航空摄影和应用工作。60年代，航空摄影工作初具规模，应用范围不断扩大。70年代，腾冲遥感实验获得巨大成功。70.4.24发射第一颗人造地球卫星。80年代是大发展阶段。目前，某些方面已经进入世界先进水平行列。28二、我国遥感发展概况

我国遥感发展的特点29国家的重视和支持，为遥感的快速发展奠定了基础。集中人力、物力重点公关，重点突破。全国性、大区域遥感工程的完成，充分显示了我国遥感的特色和水平。三、当前遥感发展主要特点与展望多国发射卫星的局面已经形成高分辨率小型商业卫星发展迅速雷达卫星遥感日益受到青睐星载主动式遥感的发展，使探测手段更趋多样化。高光谱分辨率传感器是未来空间遥感发展的核心内容。高光谱分辨率传感器是指既能对目标物成像又可以测量目标物波谱特性的光学传感器。遥感应用不断深化30三、当前遥感发展主要特点与展望地理信息系统的发展与支持是遥感发展的又一进展和动向。遥感手段获得的丰富信息GIS的科学管理遥感应用有赖于GIS提供多种信息源进行信息复合及其综合分析。因此，GIS是遥感的进一步发展和延伸，成为遥感发展的一个新动向。31§3、遥感在地理信息学中的作用一、遥感已成为地理信息学研究的重要信息源遥感信息的准确性、客观性遥感信息的实时性与及时性遥感信息的周期性：动态研究遥感信息的多样性：多波段信息；图像信息与数字化信息；二维平面信息与三维空间信息；从而使获得的信息形成多层次、多方式、多侧面全方位，拓宽了地理信息学研究的深度和广度。32§3、遥感在地理信息学中的作用二、遥感已成为地理信息研究的重要手段和方法遥感方法为地理信息分析提供了基础，也为地理信息分析从定性到定量，从静态到动态创造了条件。遥感与地理信息系统的结合，为地理信息研究提供了广阔的发展前景。33§4、遥感的应用

遥感应用从内容上可以概括为资源调查与应用、环境监测评价、区域分析规划及全球宏观研究四大领域。34一、遥感在资源调查方面的应用在农业、林业方面的应用：农、林土地资源调查、病虫害、土壤干旱、盐化沙化的调查及监测。土地利用类型调查精细农业作物估产“三北”防护林遥感综合调查35一、遥感在资源调查方面的应用遥感在地质矿产方面的应用客观真实地反映各种地质现象，形象地反映区域地质构造,地质找矿工程地质、地震地质、水文地质和灾害地质37一、遥感在资源调查方面的应用在水文、水资源方面的应用水资源调查、流域规划、水土流失调查、海洋调查等。青藏高原水资源调查夏威夷群岛淡水资源38二、遥感在环境监测评价等方面的应用在环境监测方面的应用污染物位置、性质、动态变化及对环境的影响；环境制图长江三峡库区环境本底调查、环境演变分析、动态监测等在对抗自然灾害中的应用灾害性天气的预报旱情、洪水、滑坡、泥石流和病虫害森林火灾39二、遥感在环境监测评价等方面的应用40三、在区域分析及建设规划方面的应用腾冲、长春、三北防护林等都是遥感区域分析的典范。城市化和城市遥感的兴起：城市土地利用、环境监测、道路交通分析、环境地质、城市规划等41四、遥感在全球性宏观研究中的应用全球性问题与全球性研究（GlobalStudy）人口问题、资源危机、环境恶化等利用GPS监测和研究板块的运移；深大断裂活动；全球性气候研究和灾情预报；世界冰川的进退。42PopulationChangeLasVegas,1964PopulationChangeLasVegas,1972PopulationChangeLasVegas,1986PopulationChangeLasVegas,1992五、遥感在其它方面的应用在测绘制图方面的应用卫星遥感可以覆盖全球的每一个角落，不再有资料的空白区重复探测，为动态制图和利用地图进行动态分析提供了信息保障可以缩短成图周期，降低制图成本数字卫星遥感信息可直接进入计算机进行处理，省去了图像扫描数字化的过程改变了传统的从大比例尺逐级缩编小比例尺地图的逻辑程序在历史遗迹、考古调查方面的应用在军事上的应用49思考题1、遥感的基本概念是什么？2、遥感探测系统包括哪几部分？3、作为对地观测系统，遥感与常规手段相比有什么特点？4、中国遥感事业的成就表现在哪些方面，有何特点？5051遥感的物理基础

本章主要内容电磁波与电磁波谱地物的光谱特性大气和环境对遥感的影响第一节电磁波与电磁波谱电磁波及其特性电磁波谱电磁辐射源52一、电磁波及其特性波的概念：波是振动在空间的传播。53机械波：声波、水波和地震波电磁波（ElectroMagneticSpectrum)

由振源发出的电磁振荡在空气中传播。电磁波是通过电场和磁场之间相互联系传播的：原理电磁辐射:电磁能量的传递过程（包括辐射、吸收、反射和透射）称为电磁辐射。54电磁波的特性电磁波是横波在真空中以光速传播电磁波具有波粒二象性：电磁波在传播过程中，主要表现为波动性；在与物质相互作用时，主要表现为粒子性，这就是电磁波的波粒二象性。波动性：电磁波是以波动的形式在空间传播的，因此具有波动性粒子性：它是由密集的光子微粒组成的，电磁辐射的实质是光子微粒的有规律的运动。电磁波的粒子性，使得电磁辐射的能量具有统计性55波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。56二、电磁波谱电磁波谱：将各种电磁波在真空中的波长按其长短，依次排列制成的图表。

在电磁波谱中，波长最长的是无线电波，其按波长可分为长波、中波、短波和微波。波长最短的是γ射线

电磁波的波长不同，是因为产生它的波源不同。2、遥感常用的电磁波波段的特性57TheElectromagneticSpectrumMorethanmeetstheeye!58WavelengthThedistancefromonewavecresttothenextRadiowaveshavelongestwavelengthandGammarayshaveshortest!59WavelengthUnitsMetersmicronMorecommonlyinnanometers(1nm=10-9

meters)60LanguageoftheEnergyCycle:

TheElectromagneticSpectrumSpeedoflight=wavelength(l)xfrequency

=3x108m/sinvacuumWavenumers=1/wavelength(cm-1)FrequencyinGHz(1Hz=sec–1)61EnergyWavelengthl62SolarSpectrum=Shortwavespectrum=visiblespectrum:

Sunat6000K;peakemissionat0.5mmTerrestrial(陆地)Spectrum=LongwaveSpectrum=InfraredSpectrum=Thermal(热)Spectrum:

SaharaDesertonNimbus(大型气象实验卫星)4Satellite63CO2H2OO3TheoreticalPlanck(普朗克)curves:Earth~300K,peakemission~15mmEarthSpectrum64IncomingfromSun:Highenergy,shortwavelengthOutgoingfromEarthLowenergyLongwavelength0.5mm10mm20mmElectromagneticSpectrum65HighenergyShortwavelength/highfrequencyEmittedathighTSunEarth662、遥感常用的电磁波波段的特性紫外线(UV)：0.01-0.38μm，碳酸盐岩分布、水面油污染。可见光：0.38-0.76μm，鉴别物质特征的主要波段；是遥感最常用的波段。红外线(IR)

：0.76-1000μm。近红外0.76-3.0μm，中红外3.0-6.0μm；远红外6.0-15.0μm；超远红外15-1000μm。（近红外又称光红外或反射红外；中红外和远红外又称热红外。微波：1mm-1m。全天候遥感；有主动与被动之分；具有穿透能力；发展潜力大。67三、电磁辐射源自然辐射源太阳辐射：是可见光和近红外的主要辐射源；常用5900K的黑体辐射来模拟；其辐射波长范围极大；辐射能量集中-短波辐射。大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射。地球的电磁辐射：小于3μm的波长主要是太阳辐射的能量；大于6μm的波长，主要是地物本身的热辐射；3-6μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑。68太阳辐射照度分布曲线6970太阳与地球辐射的电磁波谱人工辐射源：主动式遥感的辐射源。雷达探测。分为微波雷达和激光雷达。微波辐射源：0.8-30cm激光辐射源：激光雷达—测定卫星的位置、高度、速度、测量地形等。71第二节地物的光谱特性

任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的光谱特性。72地物的反射率、吸收率和透射率对于某波段反射率高的地物，其吸收率就低，即为弱辐射体；反之，吸收率高的地物，其反射率就低。73一、地物的反射光谱特性地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。影响地物反射率大小的因素：入射电磁波的波长入射角的大小地表颜色与粗糙度74地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线7576传感器探测波段的设计，是通过分析比较地物光谱数据而确定的。多光谱扫描仪（MSS）的波段设计：

MSS1(0.5-0.6μm)MSS2(0.6-0.7μm)MSS3(0.7-0.8μm)MSS4(0.8-1.1μm)77同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。不同植物；植物病虫害地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。时间特性空间特性7879不同植物光谱曲线比较80植被的病虫害81时间特征

地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。黑体：在任何温度下，对各种波长的电磁辐射的吸收系数等于1（100%）的物体。黑体辐射(BlackBodyRadiation)：黑体的热辐射称为黑体辐射。82二、地物的发射光谱特性1.

PowerSource:BlackbodyRadiation

83Planck’sLaw:TheamountandspectrumofradiationemittedbyablackbodyisuniquelydeterminedbyitstemperatureMaxPlanck(1858–1947)NobelPrize1918Emissionfromwarmbodiespeakatshortwavelengthswavelength620K380K3、黑体辐射定律(1)普朗克热辐射定律表示出了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按波长分布的规律。黑体辐射的三个特性辐射通量密度随波长连续变化，每条曲线只有一个最大值。温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不同。随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。85(2)玻耳兹曼定律

Stefan-Boltzmann'slaw

即黑体总辐射通量随温度的增加而迅速增加，它与温度的四次方成正比。因此，温度的微小变化，就会引起辐射通量密度很大的变化。是红外装置测定温度的理论基础。温度3005001000200030004000500060007000波长9。665。802。901。450。970。720。580。480。41(3)维恩位移定律：Wien'sdisplacementlaw

随着温度的升高，辐射最大值对应的峰值波长向短波方向移动。4、地物的发射率和基尔霍夫定律发射率(Emissivity)：地物的辐射出射度（单位面积上发出的辐射总通量）W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。它也是遥感探测的基础和出发点。影响地物发射率的因素：

地物的性质、表面状况、温度（比热、热惯量）：比热大、热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。按照发射率与波长的关系，把地物分为：黑体或绝对黑体：发射率为1，常数。灰体(greybody)：发射率小于1，常数选择性辐射体：发射率小于1，且随波长而变化。89基尔霍夫定律：在一定温度下，地物单位面积上的辐射通量W和吸收率之比，对于任何物体都是一个常数，并等于该温度下同面积黑体辐射通量W黑。在给定的温度下，物体的发射率=吸收率（同一波段）；吸收率越大，发射率也越大。地物的热辐射强度与温度的四次方成正比，所以，地物微小的温度差异就会引起红外辐射能量的明显变化。这种特征构成了红外遥感的理论基础。5、黑体的微波辐射

任何物体在一定的温度下，不仅向外发射红外辐射，也发射微波辐射。二者基本相似。但微波是地物低温状态下的重要辐射特性，温度越低，微波辐射越明显。微波辐射比红外辐射弱得多，但技术上可以经过处理来接收。916、地物的发射光谱发射光谱：地物的发射率随波长变化的规律。发射光谱曲线：按照发射率和波长之间的关系绘成的曲线。岩石的发射光谱分析（图2-9石英）92第三节大气和环境对遥感的影响大气的成分大气的结构大气对太阳辐射的影响大气窗口环境对地物光谱特性的影响93一、大气的成分大气的传输特性：大气对电磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分有关。大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因。94二、大气的结构大气的垂直分层：对流层、平流层、中间层、热层和大气外层。对流层：航空遥感活动区。遥感侧重研究电磁波在该层内的传输特性。平流层：较为微弱。中间层：温度随高度增加而递减。热层：增温层。电离层。卫星的运行空间。大气外层：1000公里以外的星际空间。95三、大气对太阳辐射的影响太阳辐射的衰减过程：___%被云层反射回；___%被大气吸收；___%被大气散射；___%到达地面。（下页图）大气的透射率公式：透射率与路程、大气的吸收、散射有关。969798（一）大气的吸收作用(P28)氧气：小于0.2

μm；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内。可以忽略不计。99AbsorptionIncontrasttoscatter,atmosphericabsorptionresultsintheeffectivelossofenergytoatmosphericconstituents.Thisnormallyinvolvesabsorptionofenergyatagivenwavelength.Themostefficientabsorbersofsolarradiationinthisregardare:WaterVapourCarbonDioxideOzone100AbsorptionofEMenergybytheatmosphere（二）大气的散射作用

散射作用：太阳辐射在传波过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散开。改变了电磁波的传播方向；干扰传感器的接收；降低了遥感数据的质量、影像模糊，影响判读。大气散射集中在太阳辐射能量最强的可见光区。因此，散射是太阳辐射衰减的主要原因。102ScatteringAtmosphericscatteringistheunpredictablediffusionofradiationbyparticlesintheatmosphere.Threetypesofscatteringcanbedistinguished,dependingontherelationshipbetweenthediameterofthescatteringparticle(a)andthewavelengthoftheradiation(

).ScatteringofEMenergybytheatmosphereRayleighScatter(瑞利散射)a<

Rayleighscatteriscommonwhenradiationinteractswithatmosphericmolecules(gasmolecules)andothertinyparticles(aerosols)thataremuchsmallerindiameterthatthewavelengthoftheinteractingradiation.TheeffectofRayleighscatterisinverselyproportionaltothefourthpowerofthewavelength.Asaresult,shortwavelengthsaremorelikelytobescatteredthanlongwavelengths.Rayleighscatterisoneoftheprincipalcausesofhazeinimagery.Visuallyhaze(霾)diminishesthecrispness(脆)orcontrastofanimage.105RelationshipbetweenpathlengthofEMradiationandthelevelofatmosphericscatterMie(米氏)Scattera=

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三种散射作用瑞利散射：当微粒的直径比辐射波长小得多时，此时的散射称为瑞利散射。散射率与波长的四次方成反比，因此，瑞利散射的强度随着波长变短而迅速增大。紫外线是红光散射的30倍，0.4微米的蓝光是4微米红外线散射的1万倍。瑞利散射对可见光的影响较大，对红外辐射的影响很小，对微波的影响可以不计。多波段中不使用蓝紫光的原因：112113颜色红橙黄黄绿青兰紫紫外线波长0.70.620.570.530.470.40.3散射率11.62.23.34.95.430.0无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？米氏散射：当微粒的直径与辐射波长差不多时的大气散射。云、雾的粒子大小与红外线的波长接近，所以云雾对对红外线的米氏散射不可忽视。无选择性散射：当微粒的直径比辐射波长大得多时所发生的散射。符合无选择性散射条件的波段中，任何波段的散射强度相同。水滴、雾、尘埃、烟等气溶胶常常产生非选择性散射。云雾为什么通常呈现白色？114结论

太阳辐射衰减的原因是什么？在可见光和近红外波段，大气最主要的散射作用是什么？无云的晴天，天空为什么呈现蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏橘红色？微波为什么具有极强的穿透云层的作用？为什么在选择遥感工作波段时，要考虑大气层的散射和吸收作用？115四、大气窗口1、大气窗口：通过大气而较少被反射、吸收或散射的投射率较高的电磁辐射波段。大气窗口是选择遥感工作波段的重要依据。常见的大气窗口：116AtmosphericWindowsSomesensors,especiallythoseonmeteorologicalsatellites,seektodirectlymeasureabsorptionphenomenasuchasthoseassociatedwithCO2andothergaseousmolecules.Notethattheatmosphereisnearlyopaque(不透明)toEM(Electromagnetic)radiationinthemidandfarIR.Inthemicrowaveregion,bycontrast,mostoftheEMradiationmovesthroughunimpeded(未受到阻碍)-sothatradaratcommonlyusedwavelengthswillnearlyallreachtheEarthsurfaceunimpeded-althoughspecificwavelengthsarescatteredbyraindrops.五、环境对地物光谱特性的影响地物的物理性状光源的辐射强度：纬度与海拔高度季节：太阳高度不同探测时间：时间不同，反射率不同。气象条件119120咸宁市卫星影像121荆州市(老江陵县和沙市市)卫星影像122鄂州市航片1231998年武汉及周边卫星影像124不同地物的遥感影像波谱曲线4、地物波谱特征的测量测量的目的

1、传感器波段选择、验证、评价的依据；

2、建立地面、航空和航天遥感数据的关系；

3、将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型；地物反射波谱测量理论1、双向反射比因子其定义是：在给定的立体角锥体所限制的方向内，在一定辐照度和观测条件下，目标的反射辐射通量与处于同一辐照度和观测条件下的标准参考面的反射辐射通量之比。式(2.12)126测量的方法

1、样品实验室测量；可采用分光光度计。

2、野外测量；可采用地物光谱辐射计。127野外测量方法(P42)1281、垂直测量方法野外测量方法(P42)2、非垂直测量129130测量步骤：1、先测K2和K1。地面上平放标准板，用光谱辐射计垂直测量:1)自然光照射时测量一次，相当于I值；2）用档板遮住太阳光使阴影盖过标准板，再测一次相当于Id,；3）求出两者比值K2＝Id/I;

4）再求出K1=1-K22、再测自然光下的反射比因子选择太阳方向和观测角，在同一地面位置分别迅速测量标准板反射和地物反射的辐射值，计算比值R。3、用黑挡板遮住太阳直射光，在只散射时分别迅速测量标准板和地物的辐射值，计算得到定向反射比因子4、由式(2.16)计算出双向反射比因子。测量时可以保持太阳方位角始终为0度。131作业：1、P44第1题2、P44第4题3、P44第5题4、P44第6题5、P44第7题实习一地物光谱反射率的测定一、实习目的1、学习地物光谱的测定方法2、认识地物光谱反射率规律二、实习仪器1、可见红外光谱辐射计，波长0.4~1.1um。2、标准参考板（白板或灰板）三、实习步骤1、测量目标和条件的选择133环境：无严重污染，光照稳定，无卷云，风力小于3级，避开阴影和强反射体影响（测量者不穿白衣）。时间：9:30-14:30取样：选择自然状态地表面作为观测面，取样面积大于地物自然表面起伏和不均匀的尺度，被测目标面要充满视场标准板：标准板表面与被测地物的表面相平行，与观测仪器等距，并充满仪器视场。2、记录测量目标基本信息：土壤、植被、水体、人工目标、岩矿等3、记录4、安装仪器并开始测量环境参数：如地点和天气状况（风力、云量）等134采用垂直测量，接近卫星传感器状况，步骤如下：1）对标准板，读取数据Vs。2）移开标准板对地物，读取数据Vg。3）重复步骤1）2），测量5－9次，记录数据并计算平均值。4）更换目标，做好信息记录，重复1~3步骤。5）整理数据，根据公式计算反射率。135仪器安装注意事项如下：1）测量高度：仪器保持水平，与被测表面不小于1m。2）几何关系：仪器轴线与天顶的倾斜角＜2度，标准面水平放置。5、分析实测结果要求如下：1）根据计算结果，准确绘出光谱反射率曲线图（每一目标一图）2）根据所绘曲线比较不同地物光谱特征3）分析实习过程中可能引起误差的因素。6、完成实习报告：内容同上。136遥感成像原理与遥感图像特征

本章主要内容遥感平台摄影成像扫描成像遥感图像特征137地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。它通过地物光谱仪或传感器来对地面进行近距离遥感，测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。三角架：0.75-2.0米；对测定各种地物的波谱特性和进行地面摄影。遥感塔：固定地面平台；用于测定固定目标和进行动态监测；高度在6米左右。遥感车、船：高度的变化；测定地物波谱特性、取得地面图像；遥感船除了从空中对水面进行遥感外，可以对海底进行遥感。138第一节遥感平台航空平台：包括飞机和气球。飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。低空平台：2000米以内，对流层下层中。中空平台：2000-6000米，对流层中层。高空平台：12000米左右的对流层以上。气球：低空气球：凡是发放到对流层中去的气球称为低空气球；高空气球：凡是发放到平流层中去的气球称为高空气球。可上升到12-40公里的高空。填补了高空飞机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。139140可应用的遥感平台141遥感平台高度目的与用途其他静止卫星36000km定点地球观测气象卫星圆轨道卫星500-1000km定期地球观测Landsat,SPOT,MOS小卫星400km左右各种调查航天飞机240-350km不定期地球观测天线探空仪0.1-100km各种调查(气象)高高度喷气式飞机10000-12000m侦察，大范围调查可应用的遥感平台遥感平台高度目的与用途其他中低高度飞机500-8000m各种调查，航空摄影测量飞艇500-3000m空中侦察，各种调查直升机100-2000m各种调查，摄影测量牵引飞机50-500m各种调查，摄影测量牵引滑翔机地面测量车0-30m地面实况调查车载升降台142一、气象卫星系列气象卫星概述美国的“泰诺斯”(TIROS)卫星系列：第一代实验气象卫星，从60年-65年共发射了10颗，极轨气象卫星。美国的雨云（Nimbus）卫星系列：64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道。美国的艾萨（ESSA）卫星系列：66-69年共发射了9颗。美国的NOAA卫星系列：70-94年共发射了16颗。太阳同步轨道。143144

1960年4月美国发射了第一颗气象卫星泰罗斯-1(Tiros-1)。随后，前苏联也相继发射了自己的气象卫星。目前，在轨道上运行的大多数气象卫星是由美国和俄罗斯发射的，其中很大一部分为极地轨道卫星，简称极轨卫星。

1966年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨(ESSA)是极轨卫星，主要提供可见光云图。1970年、1978年美国又相继发射诺阿(NOAA）和泰罗斯－N系列业务气象卫星。这些卫星都属于极轨气象卫星。极轨气象卫星的飞行高度一般在800－1500公里左右。由于卫星的飞行高度低，因此卫星照片分辨率高，图象清晰。

1974年，美国成功地研制了第一颗静止业务环境监测卫星(GOES)。静止业务环境监测卫星在赤道的某一经度、约36000公里高度上，它环绕地球一周约需24小时，几乎与地球自转同步。从地球上看好象卫星是相对静止的，故又称为地球静止卫星。目前，日本GMS系列静止气象卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟METEOSAT-3

卫星、印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星(GOES-E和GOES-W)共6颗卫星组成地球静止气象卫星监测网。这些卫星位于赤道上空约36000公里高，每半小时向地球发送一次图片。

中国也先后成功地发射了6颗气象卫星（3颗风云－1和3颗风云－2）。依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。风云－1是一种极地轨道气象卫星。风云－2是一种静止气象卫星。145气象卫星分布MODIS数据浏览进入网站：选择数据浏览菜单输入日期区间如2007年10月-2008年2月，即可以查到接收到的图像，点击订购，可以得到你所需要的数据。可以看到一景是一个条带。146147我国气象卫星情况

1、1988年9月7日FY-1A星发射试验星4、1999年5月10日FY-1C星发射业务星3、1997年6月10日FY-2A星发射2、1990年9月3日FY-1B星发射试验星5、2000年6月25日FY-2B星发射6、2002年5月25日FY-1D星发射业务星7、2004年10月19日FY-2C星发射业务星8、2007年计划FY-3A星发射试验星卫星轨道参数1、卫星速度：1482、卫星运行周期当H=915km，T=103.267minG常数，M地球质量，R地球半径，H卫星平均高度卫星轨道参数3、卫星高度：1494、同一天相邻轨道间在赤道的距离Ra地球长半轴，=6378km；L=2874km5、每天卫星绕地圈数T=24h,H=35860km卫星轨道参数6、重复周期150d为偏移系数，某天某一轨道相对于上一天同号轨道偏移的轨道数，向西偏为正，向东偏为负。nint=integer(n)当d=-1时，n=13.944,则nint=14；D=17.997=18天卫星轨道参数7、可重复轨道(极轨卫星)

假设陆地卫星运行周期为103.267min，卫星每绕地面一天西移一条轨道圈，地球赤道由西向东旋转了约2874km，去掉卫星进动修正，为2866km，也即第二条运行轨迹相对前一条运行轨迹在地面上西移2866km。一天24h绕地13.944圈，第14圈时已进入第二天，称为第二天第一条轨道，这一条轨道与前一天第一条轨道之间差0.056圈，在地面赤道处为159km。18天总共绕地251圈，第252圈即第19天第一圈与第一天第一圈重合。圈间的距离为159km，但图像的宽度为185km，在赤道处相邻轨道间的图像尚有26km的重叠。每天西移一条轨道。151一、气象卫星系列2、气象卫星的特点轨道：低轨和高轨。成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。利于动态监测。资料来源连续、实时性强、成本低。152气象卫星观测的优势和特点

空间覆盖优势极轨气象卫星在约900km的高空对地观测，一条轨道的扫描宽度可达2800km。每天都可以得到覆盖全球的资料地球静止卫星在3．6万公里的高空观测地球，一颗静止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为地球表面的1／3只有通过卫星的大范围观测，才使人类获得了几乎无常规观测的大范围海洋、两极和沙漠地区的资料。目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感兴趣区域的空间连续的高分辨率气象和环境资料,不受国界限制153气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样频次。特别是静止气象卫星可以获得每小时一次的大范围实时资料，必要时甚至可以获取半小时的资料。有利于对灾害性天气的动态监测。双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观测,且无法观测海洋和无人地区。154气象卫星观测的优势和特点时间取样优势与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性和良好的代表性。尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性。测站分布的不均匀等，也使资料的不确定性增加。气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域代表性。155气象卫星观测的优势和特点资料一致性优势与其它观测方法相比，气象卫星是从大气层

外这个新视角观测地球—大气系统的，所以有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的地气系统的射出长波辐射，只能通过气象卫星观测才能获得。目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地下垫面状态、植被状况等诸多重要气候和环境参数,这是任何其他观测手段所不能观测的。156气象卫星观测的优势和特点综合参数观测优势一、气象卫星系列3、气象卫星的应用领域天气分析与气象预报气候研究与气候变迁的研究资源环境领域：海洋研究、森林火灾、水污染157FY-1C\D通道编号、波长范围及其主要用途通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰区，利用二者的差值可以计算各种植被指数，植被指数能反映作物、森林、草场的生长情况，病虫害及作物缺水状况，并能进行作物估产，这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。FY-1C\D通道编号、波长范围及其主要用途通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。FY-1C、D通道编号、波长范围及其主要用途

通道4、5处于红外窗区，用以测量地面温度，这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气削弱进行订正，计算地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。LSTSSTFY-1C\D通道编号、波长范围及其主要用途通道6对雪的反射率较低，与其它通道结合有助于云、雪的判识，同时此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。通道7-9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量，他还可以反映海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮等情况。通道10是低层水汽通道，用于大气修正和大气透过率的计算。火情监测

在AVHRR图象中，由于高温目标在通道三的亮温大大高于背景象元的亮温，因而在通道三图象上，含火点象元与周围象元产生明显反差。 利用增强，多通道彩色合成、阈值判断等处理技术，可以从AVHRR资料中得到反映地面明火区、过火区、未燃区（森林、草原、农田）、烟雾范围和方向等各种反映林火和草原火的信息。并可探测到面积低于一个象元的亚象元火点。 极轨气象卫星（FY、NOAA）覆盖范围宽广，每天观测频次在中高纬度达8-10次，可以多频次的监测火情。163164

气象卫星作用

热带气旋沙尘暴监测气象卫星作用沙尘暴气象卫星作用卫星遥感产品热岛效应火山爆发海温分布二、陆地卫星系列---

Landsat170

171Characteristic

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:ThedatareceptionbyNASAwasfinishedtoJun30,2001.

*2:ThedatareceptionbyNASAwasfinishedtoNov30,2002.\Overview

LANDSAT-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.172173

WavelengthVisible:2bands

Near-infrared:2bandsSpatialResolution83mSwathWidth185km174

WavelengthVisible:3bands

Near-infraredandMiddle-infrared:3bands

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

Thermal-infrared:120mSwathWidthAbout180km175Overview

TheETM+isanimprovedversionoftheLandsat4/5ThematicMapper(TM)payloads,butstillprovidesdatacontinuitywithallpriorLandsatmissions.ImprovementsintheinstrumentincludeincreasedspatialresolutionofthethermalIRband(Band6),improvementoftheradiometriccalibration（校正)equipment,andtheadditionofapanchromatic(全色)band(Band8).BelowisasimplifieddiagramoftheETM+.

176Characteristic

BandwavelengthbandResolution10.45-0.52mm30m20.52-0.60mm30m30.63-0.69mm30m40.76-0.90mm30m51.55-1.75mm30m610.4-12.5mm60m72.08-2.35mm30m80.50-0.90mm15mOrbitsofEarthObservationSatellites

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

Sun-synchronoussub-recurrentorbitisacombinationofsun-synchronousorbitandsub-recurrentorbit.

177178Withsun-synchronousorbit

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

ofsunlighttothelandsurfaceisalwaysthesame,anditallowstoobserveradiationandreflectionfromthelandsurfaceaccurately.

Asub-recurrentorbit

Asub-recurrentorbitmeansthatafteracertainnumberofdays,thesatelliterepeatsitsoriginalorbit.Thisorbitenablesthesatellitetoobservethesameareaatregularintervals.179

Sun-synchronousorbit

Sub-recurrentorbit

SunSynchronousOrbitofLandsat7

SunElevationAngle

181Satellitesandorbits182二、陆地卫星系列---SPOT卫星18318486878889909192939495969798992000010203040506070809

SPOT5

SPOT4卫星运行服务中断发射日或重新开始服务日

SPOT1

SPOT2SPOT3

185Overview

TheFrenchearthobservationsatellitesSPOT-1,2,3and4werelaunchedintoasun-synchronoussub-recurrentorbitatanaltitudeofabout822