河南理工大学博士学考试《遥感原理》复习知识要点.doc

河南理工大学博士入学考试遥感原理复习知识要点考试内容和考试要求一、遥感技术系统考试内容遥感的基本概念；遥感的发展历程；遥感技术系统的基本组成；国内外遥感的发展现状；遥感技术的发展趋势。考试要求1理解遥感的广义和狭义概念. 答：广义：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。狭义：指应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析有，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。广义的含义：泛指各种非接触的、远距离的探测技术，根据物体对电磁波的反射和辐射特性，以获取物体信息的一种技术。狭义遥感：通过遥感器这类对电磁波敏感的仪器，在远离目标和非接触目标物体条件下探测目标地物，获取其反射、辐射或散射的电磁波信息，对其进行处理、分析与应用的一门科学和技术。2掌握遥感技术系统的基本组成答：遥感系统由平台、传感、接收、处理应用各子系统所组成。负责对探测对象电磁波辐射的收集、传输、校正、转换和处理的全部过程。也就是将物质与环境的电磁波特性转换成图像或数字形式。遥感技术系统的关键组成部分可以理解为：目标地物的电磁波，信息获取，信息接受，信息处理，信息应用搜索。3了解遥感技术的发展过程答：遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成：1、信息源 信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。2、信息获取 信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。3、信息处理 信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。4、信息应用 信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有: 军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。4. 掌握遥感技术的发展趋势.答：(1)传感器分辨率的大幅提高;(2)遥感平台有遥感卫星,宇宙飞船,航天飞机有一定时间间隔的短中期观测发展为以国际空间站为主的,多平台,多层面,长期的动态观测;(3)光谱探测能力急剧提高,成像谱段范围拉大,光谱分辨率提高;(4)遥感图像处理硬件系统从光学处理设备全面转向数字处理系统.处理软件不断翻新,向自动化,智能化,与GIS集成一体化和可视化方向发展。二、遥感物理基础考试内容电磁波及电磁波谱；电磁波的产生与传播；电磁波的度量；地物的反射、吸收特性；辐射三定律；太阳辐射；地球辐射；热辐射；比辐射率；大气及其对电磁波辐射的影响；大气传输方程；地物反射波谱特性测定。考试要求1 理解电磁波是遥感的物理基础. 答：振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。电磁波的波段按波长由短至长可依次分为:-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。太阳作为电磁辐射源，它所发出的光也是一种电磁波。太阳光从宇宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过大气层时，会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同，因此它们对入射光的反射率也不同。各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱，通过对反射光谱的测定可得知物体的某些特性。2 掌握电磁波的产生原理与传播规律.答：无线电通信，是将信息变为电信号，再调制到高频振荡上，由发射天线把已调的高频电流，以电磁波的形式发射出去。电磁波传播到接收地点时，由接收天线将它接收下来，再变成已调的高频电流，通过接收机放大、解调，取出信息，从而达到通信的目的。其工作过程如图1.1所示。3了解电磁波能量的度量答：光是电磁波只是麦克斯韦带那次理论的预言,后来被证实,但这只是经典理论.后来20世纪初建立的量子力学表明一切实物粒子具有波粒二象性,不能单纯理解为经典的波,也不能单纯理解为经典的粒子.再者,电磁波本身不是能量,而是交变的电磁场在空间传播形成的波动,它传播着能量,也就是它是能量的一种载体!“能量是什么?”这个问题太复杂,它是整个物理学的最基本的概念,不是一时能说清楚的.4.掌握地物的反射、吸收特性.答：城市道路、建筑物的反射波谱特性在城市遥感影像中,通常只能看到建筑物的顶部或部分建筑物的侧面,所以掌握建筑材料所构成的屋顶的波谱特性是我们研究的主要内容之一.从图2-16中可以看出,铁皮屋顶表面成灰色,反射率较低而且起伏小,所以曲线较平坦.石棉瓦反射率最高,沥青粘砂屋顶,由于其表面铺着反射率较高的砂石而决定了其反射率高于灰色的水泥平顶.绿色塑料棚顶的波谱曲线在绿波段处有一反射峰值,与植被相似,但它在近红外波段处没有反射峰值,有别于植被的反射波谱.军事遥感中常用近红外波段区分在绿色波段中不能区分的绿色植被和绿色的军事目标.城市中道路的主要铺面材料为水泥沙地和沥青两大类,少量部分有褐色地,它们的反射波谱特性曲线（图2-17）形状大体相似,水泥沙路在干爽状态下呈灰白色,反射率最高,沥青路反射率最低.图2-15同一作物( 春小麦 )在不同生长阶段的波谱特性曲线图2-16各种建筑物屋顶的波谱特性 图2-17各种道路的波谱特性1塑料顶棚；2铁皮屋顶；3水泥屋顶；4沥青砂石房顶；5石棉瓦顶 水体的反射波谱特性我们知道,水体的反射主要在蓝绿光波段,其他波段吸收率很强,特别在近红外、中红外波段有很强的吸收带,反射率几乎为零,因此在遥感中常用近红外波段确定水体的位置和轮廓,在此波段的黑白正片上,水体的色调很黑,与周围的植被和土壤有明显的反差,很容易识别和判读.但是当水中含有其他物质时,反射光谱曲线会发生变化.水含泥沙时,由于泥沙的散射作用,可见光波段发射率会增加,峰值出现在黄红区.水中含有叶绿素时,近红外波段明显抬升,这些都是影像分析的重要依据. 土壤的反射波谱特性自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值,一般来讲土壤的光谱特性曲线与以下一些因素有关,即：土壤类别、含水量、有机质含量、砂、土壤表面的粗糙度、粉砂相对百分含量等.此外肥力也对反射率有一定的影响.土壤反射波谱特性曲线较平滑,因此在不同光谱段的遥感影像上,土壤的亮度区别不明显. 植物的反射波谱特性由于植物均进行光合作用,所以各类绿色植物具有很相似的反射波谱特性,其特征是：在可见光波段0.55m（绿光）附近有反射率为10%20%的一个波峰,两侧0.45m（蓝）和0.67m（红）则有两个吸收带.这一特征是由于叶绿素的影响造成的,叶绿素对蓝光和红光吸收作用强,而对绿色反射作用强.在近红外波段0.8m1.0m间有一个反射的陡坡,至1.1m附近有一峰值,形成植被的独有特征.这是由于植被叶的细胞结构的影响,除了吸收和透射的部分,形成的高反射率.在中红外波段（1.2.5m）受到绿色植物含水量的影响,吸收率大增,反射率大大下降,特别是以1.45m、1.95m和2.7m为中心是水的吸收带,形成低谷.如图2-18.图2-18绿色植物反射波谱曲线植物波谱在上述基本特征下仍有细部差别,这种差别与植物种类、季节、病虫害影响、含水量多少有关系. 岩石的反射波谱特性岩石成分、矿物质含量、含水状况、风化程度、颗粒大小、色泽、表面光滑程度等都影响反射波谱特性曲线的形态.在遥感探测中可以根据所测岩石的具体情况选择不同的波段.如图2-19图2-19几种岩石的反射波谱曲线5.掌握黑体辐射的一般规律。答：(1)由普朗克定理知与黑体辐射曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W随温度T的增加而迅速增加。(2)绝对黑体表面上，单位面积发射的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。(3)黑体的绝对温度升高时，它的辐射峰值向短波方向移动。(4)好的辐射体一定是好的吸收体。(5)在微波段黑体的微波辐射亮度与温度的一次方成正比。6.掌握地物辐射规律。7.掌握大气对电磁波的作用答：由于大气对电磁波散射和吸收等因素的影响，使一部分波段的太阳辐射在大气中透过率很小或根本无法通过，电磁波辐射在大气传输中透过率较高的波段称为大气窗口。目前在遥感中使用的一些大气窗口为：10.31.15m：包括部分紫外光、全部可见光和部分近红外光。其中： 0.30.4m：透过率约为70% 0.40.7m：透过率大于95% 0.71.1m：透过率约为80%21.41.9m：近红外窗口，透过率在60%95%之间，其中1.551.75m通过率较高32.02.5m：近红外窗口，透过率为80%43.55.0m：中红外窗口，透过率为60%70%58.014.0m：热红外窗口，透过率为80%61.01.8 mm：微波窗口，透过率约为3540%左右72.0 5.0 mm：微波窗口，透过率在5070%之间88.01000 mm：微波窗口，透过率为100%8.理解大气传输方程。答：电磁波在大气层中传输时受到大气的吸收、散射等作用会发生衰减作用。大气消光系数是描述这种衰减作用的重要参数。 大气消光系数系指电磁波辐射在大气中传播单位距离时的相对衰减率。其定义式如图所示。其大气消光系数中，dI为电磁波辐射经ds后的强度变化值。 经积分运算可得电磁波辐射在大气中传输时的衰减方程，即大气辐射传输方程。它描述了辐射能在空间或媒质中传输过程、特性及其规律的数学方程。其中的指数项即为相应的透射率。大气辐射传输方程9.了解地物波谱特性测定的设备和方法答：地物的电磁波响应特性随电磁波长改变而变化的规律，称为地物波谱。3）研制精良的微波遥感器，实现高质量、高可靠、稳定、连续的数据获取。首先，进一步提高微波遥感器的工作能力。包括阔观测角度可变、波段可变、分辨率可变等，以便能同时获取众多的、详细的目标信息和满足各种需要，并为微波遥感器的研究和发展开辟更加广阔的前景。其次，进一步提高微波遥感器的信息量。具体途径有（1）提高地面几何分辨率，重点是发展合成孔径雷达技术和电扫相控阵天线技术；（2）提高地物波谱分辨率，主要措施是将波段尽量划分的更加精细，并开辟新的工作波段，如发展亚毫米波技术，争取将多光谱分析技术由光波波段扩展到微波波段，使微波全息雷达与可见光和红外照相系统 结合起来，这无疑会大大提高识别不同目标的能力。（3）进一步提高对地表透视能力，这对微波传感器特别是合成孔径雷达来说，潜力将是很大的。第三，进一步提高微波遥感器的信息储存和处理本领。目前，空间合成孔径雷达的数据率只有一百多兆比特，以后有可能增加的几千兆比特，再加上其它遥感器的数据率，信息量将是十分惊人的。因此，大力发展数据存储和压缩技术，提高遥感器信息实时处理能力就显得十分迫切。目前，有关国家都很重视研究星上信息预处理和实时处理技术。重点是采用声表面波器件、电荷耦合器件、磁泡存储器等作为星上实时处理中的频率分析器、滤波器、存储器和相关器等新技术，以及探索形成合成孔径的新方法，如“扫描合成孔径”等。这些都是很值得注意的新动向。此外，为了充分利用遥感数据，还必须相应改进和提高电子计算机的功能，缩短转入/输出时间，以及研究新的算法和发展为电子数字技术。三、传感器考试内容传感器的概念和组成；传感器的主要技术参数；传感器的分类；摄影型传感器；CCD传感器；光机扫描传感器；SAR传感器；成像光谱仪；新型数字航空摄影机。考试要求1理解传感器的概念、组成和主要技术参数. 2掌握各种传感器的组成、成像原理、成像的几何和物理特性3熟悉不同传感器的应用范围.四、遥感平台考试内容遥感平台的基本概念；平台分类；卫星轨道；国内外典型的对地观测系统。考试要求1理解遥感平台的概念和分类方法. 2理解卫星轨道的设计原理、轨道参数、轨道类型3了解目前国内外典型的和最新对地观测系统五、遥感图像及其基础处理考试内容遥感图像的概念；模拟图像的数字化；遥感图像的存贮；常用遥感图像处理软件；图像滤波和增强。考试要求1理解数字图像的基本概念. 2掌握模拟图像数字化的原理、过程和设备3掌握遥感图像的常用格式4. 掌握常用遥感图像处理软件.5. 掌握图像滤波和增强方法.p1116.掌握色彩的基本知识及彩色合成的原理和方法六、遥感图像校正考试内容物理校正；几何校正；图像融合。考试要求1掌握物理校正的常用方法，如像元法、实验线法、模型法、混合方法. 2掌握几何校正的常用方法，如精确校正方法、近似校正方法3掌握常用图像融合方法，如小波融合、HIS融合、PCA融合、光谱比融合七、遥感图像解译考试内容图像解译的概念；图像解译特征；图像解译方法和流程；立体观察原理、方法和设备.考试要求1理解图像解译的概念和作用. 2掌握各种解译特征的概念、影响因素、对解译的作用、适用范围和使用方法3掌握解译的基本过程4. 了解立体观察的原理、方法和设备.八、遥感信息提取考试内容变化检测；统计分类；模糊分类；神经网络分类；综合分类；InSAR。考试要求1掌握变化检测的原理和方法. 答：（周军其P255）2掌握线性分类器、非线性分类器、贝叶斯分类器、K均值、ISODATA等统计分类方法答：线性分类器非线性分类器贝叶斯分类器贝叶斯分类器的分类原理是通过某对象的先验概率，利用贝叶斯公式计算出其后验概率，即该对象属于某一类的概率，选择具有最大后验概率的类作为该对象所属的类。K均值ISODATA3. 掌握模糊分类原理与方法4理解神经网络的一般概念和BP分类器答：（彭望禄P269）神经网络将输入信息综合处理为一个整体输入函数，并将此函数映射定义为相关单元的映射函数，它通过神经网络与环境的交互