地图学遥感精品课件

1、地图学遥感第1页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二20世纪60年代以来，苏美空间技术竟相发展，分别发射了一系列的空间计划卫星，促进了航天遥感技术的发展。20世纪70年代，空间技术转向为人类服务，地球资源技术卫星诞生。20世纪90年代，除美苏外，其他国家均发射了各种资源卫星。目前，高分辨率的商业卫星发展迅速。第2页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二一、什么是遥感？遥感( Remote Sensing )概念 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。 遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远

2、处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。第3页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二一、什么是遥感？遥感数据（遥感数据获取示图） 太阳辐射经过大气层到达地面，一部分与地面发生作用后反射，再次经过大气层，到达传感器。传感器将这部分能量记录下来，传回地面，即为遥感数据。第4页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 遥感数据的获取接收预处理用户应用处理分析结果、图表输出第5页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二二、遥感的成像原理？1、遥感的电磁波原理电磁波的特性 电磁波是横波，传播速度为3108 m/

3、s，不需要媒质也能传播，与物质发生作用时会有反射、吸收、透射、散射等，并遵循同一规律。第6页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二1、遥感的电磁波原理电磁波谱 按电磁波波长的长短，依次排列制成的图表叫电磁波谱。 依次为： 射线X射线紫外线可见光红外线微波无线电波。第7页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二电磁波谱示图第8页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二二、遥感的成像原理？2、太阳辐射太阳是遥感主要的辐射源。 经过大气层的太阳辐射有很大的衰减；各波段的衰减是不均衡的。太阳辐射的能量主要集中在可见光，其中0.38 0.76 m的可见光

4、能量占太阳辐射总能量的46%，最大辐射强度位于波长0.47 m左右；到达地面的太阳辐射主要集中在0.3 3.0 m波段，包括近紫外、可见光、近红外和中红外；第9页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二大气窗口概念：由于大气层的反射、散射和吸收作用，使得太阳辐射的各波段受到衰减的作用轻重不同，因而各波段的透射率也各不相同。我们就把受到大气衰减作用较轻、透射率较高的波段叫大气窗口。大气窗口波段透射率/%应用举例紫外可见光近红外0.31.3 m90TM1-4、SPOT的HRV近红外1.51.8 m80TM5近-中红外2.03.5 m80TM7中红外3.55.5 mNOAA的AVHR

5、R远红外814 m6070TM6微波0.82.5cm100Radarsat第10页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二遥感应用的电磁波波谱段紫外线：波长范围为0.010.38m，太阳光谱中，只有0.30.38m波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在2000 m以下。可见光：波长范围：0.380.76m，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。红外线：波长范围为0.761000m，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。微波：波长范围为1 mm1 m，穿透性好，不受云雾的影响。第11页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二太阳辐射与

6、地表的相互作用()地物的反射率()漫反射()镜面反射()太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即： 到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。一般而言，绝大多数物体对可见光都不具备透射能力，而有些物体如水，对一定波长的电磁波则透射能力较强，特别是0. 450. 56m的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达1020 m，清澈水体可达100 m的深度。地表吸收太阳辐射后具有约300 K的温度，从而形成自身的热辐射，其峰值波长为9.66 m，主要集中在长波，即6m以上的热红外区段。 反射率（）：地物的反射能量与入射总能量的比，即=(P

7、/ P 0)100%。地物在不同波段的反射率是不同的。反射率也与地物的表面颜色、粗糙度和湿度等有关。地物的反射光谱曲线：反射率随波长变化的曲线。反射率是可以测定的。 不论入射方向如何，其反射出来的能量在各个方向是一致的。一般地物的反射近似漫反射，但各个方向反射的能量大小不同。 物体的反射满足反射定律，入射角等于反射角。只有在反射波射出的方向才能探测到电磁波，水面是近似的镜面反射，在遥感图像上水面有时很亮，有时很暗，就是这个原因造成的。 二、遥感的成像原理？3、太阳辐射与地物的作用第12页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二二、遥感的成像原理？4、地物的热辐射温度一定时，物体

8、的热辐射遵循基尔霍夫定律。 地物的发射率随波长变化的曲线叫发射光谱曲线。 地物的发射率与地表的粗糙度、颜色和温度有关。 表面粗糙、颜色暗，发射率高，反之发射率低。 地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大，白天就小。 探测地物的热辐射特性的热红外遥感在夜间和白天进行的结果是不同的。 热红外遥感探测的地物热辐射量用亮度温度表示，它不同于地面温度，是接收的热辐射能量的转换值，图像上表示为亮度。第13页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二在电磁波谱中，波长在1mm1m范围的波称微波。微波遥感特性： 能全天候、全天时工作； 对某些地物具

9、有特殊的波谱特征； 对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力； 对海洋遥感具有特殊意义； 分辨率较低，但特征明显。 由于微波的波长较长，因而散射相对较小，在大气中衰减少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本不受烟、云、雨的限制。对于热带雨林地区更有意义。 微波传感器的波长分辨率比较低，是由于其波长较长，衍射现象显著的缘故。同时，观察精度和取样速度往往不能协调。 这一特性可以用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标以及埋藏在地下的工程、矿藏、地下水等。 电磁波通过介质时，部分被吸收，强度要衰减。故将电磁波振幅减少1/e倍（37%）的穿透深度定义为趋肤深度H: H=(5.310-31/2)/式中：为

10、地物的介电常数；为地物的导电率。 微波对于海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测。 二、遥感的成像原理？5、微波与地物的作用第14页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二二、遥感的成像原理？6、各典型地物的光谱曲线 植被光谱曲线 土壤光谱曲线 水体光谱曲线 岩石光谱曲线 常见地物比较光谱曲线第15页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二植物的光谱曲线第16页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二土壤的光谱曲线第17页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二水体的光谱曲线第18页，共54页，2022年

11、，5月20日，20点55分，星期二岩石的光谱曲线第19页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二常见地物的光谱曲线比较第20页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二常见地物的光谱曲线比较第21页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二三、遥感数据的特征？1、空间特性：视域范围大，具有宏观特性。简 介 由于探测距离（80km）远，传感器所获得的地面影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地卫星5号（Landsat 5 ）为例，它距离地表的高度是705.3 km，对地球表面的扫描宽度是185 km，一幅TM图像可以全部覆盖我国海南岛大小的面积。第22页，共

12、54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二2、光谱特性：探测的波段从可见光向两侧延伸,扩大了地物特性的研究范围。三、遥感数据的特征？ 目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、红外线和微波。第23页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二3、时相特性：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测。三、遥感数据的特征？简 介 航空与航天飞行器运行快、周期短，可获得多时相数据。例如Landsat 5每天环绕地球14.5圈，覆盖地球一遍所需时间仅16天，而气象卫星的周期更短（1天或半天）。第24页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二大面积的同步观测。时效性。数据

13、的综合性和可比性。经济性。局限性。 遥感探测可以在短时间内对同一地区进行重复探测，监测地球上许多事物的动态变化。一般地球资源卫星89天可重复一次，气象卫星每天两次，而传统的地面调查需要花费大量的人力和物力，且周期很长。因此，遥感方法具有很好的时效性。遥感在天气预报、火灾和水灾监测以及军事行动等领域的应用，反映了遥感方法的时效性优势。 如一幅Landsat图像，覆盖面积185 km185 km， 在56 min内可完成扫描，实现对地的大面积同步观测。所取得的数据可进行大面积资源和环境调查，并且不受地形阻隔等限制。 遥感获得的地物电磁波特性数据综合地反映了地球上许多自然、人文信息，客观地记录了地面

14、的实际状况，数据综合性很强。 同时，不同的卫星传感器获得的同一地区的数据以及同一传感器在不同时间获得的同一地区的数据，均具有可比性。 从投入的费用与所获取的效益看，遥感与传统的方法相比，可以大大地节省人力、物力、财力和时间，具有很高的经济效益和社会效益。如Landsat卫星的投入与效益比估计为1:80 。 信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。数据的挖掘技术不完善，使得大量的遥感数据无法有效利用。三、遥感数据的特征？第25页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。航空平台：80 km以下

15、的平台，包括飞机和气球。航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。 人造地球卫星的类型：低高度卫星：150350 km，用于军事。中高度卫星：3501800 km，地球资源。高高度卫星：约3600 km，通信和气象。四、遥感数据类型？第26页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二四、遥感数据类型？按遥感平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。按电磁波段分 可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥感数据等。第27页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二1、 传感器2、 遥感数据的分辨率3、 航空遥感数据4、 地球资源卫

16、星数据5、 海洋卫星数据6、 气象卫星数据 第28页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二1、传感器是收集、量测和记录来自地面目标地物的电磁波信息的仪器，是遥感技术的核心部分。根据传感器的工作方式分为：主动式和被动式两种。 主动式：人工辐射源向目标物发射辐射能量，然后接收目标物反射回来的能量，如雷达。 被动式：接收地物反射的太阳辐射或地物本身的热辐射能量，如摄影机、多光谱扫描仪（MSS、TM、ETM、HRV）。第29页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二2、分辨率图像的空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小，即扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元

17、。波谱分辨率：传感器能分辨的最小波长间隔。间隔越小，波谱分辨率越高。 遥感数据类型分辨率/m应用IKONOS1城市规划、土地管理SPOT-HRV1-320宏观规划、国土资源SPOT-HRV Pan10立体量测ETM1-5，730陆地资源调查第30页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二3、航空遥感数据例：彩色红外像片由地物反射的光线进入摄影机镜头，使彩色红外感光底片产生光化学反应，由该底片印出的像片称为彩红外像片。彩色红外感光片没有感蓝层和黄滤色层，有感绿、感红和感红外层。因此不受大气散射蓝光的影响，像片清晰度很高，适合城市航空摄影。在彩红外航片上()： 植被在彩红外像片上表

18、现为不同程度的品红到红色。因为近红外段的光谱反射率远远高于它在可见光波段的光谱反射率。水在彩红外像片上表现为蓝到青色(清水呈蓝色，浊水呈青色)。城市呈现内部有纵横纹理的青色。公园、绿化带呈品红到红色。湿地呈青色。干旱裸地和沙漠都呈黄色。雪和云都呈白色。第31页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二4、地球资源卫星数据 以探测陆地资源为目的的卫星叫陆地资源卫星。Landsat数据美国陆地卫星SPOT数据法国陆地观测卫星2.5mIKONOS数据美国1mQUICKBIRD数据美国的高分辨率商业卫星CBERS数据中-巴地球资源卫星JERS数据日本地球资源卫星IRS数据印度遥感卫星第3

19、2页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 SPOT卫星的运行第33页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二IKONOS卫星的外形第34页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 IKONOS卫星图像第35页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 IKONOS 图像地区：上海浦东分辨率： 1 m采集时间： 2000年 3月26日第36页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 QuickBird 影像图华盛顿纪念碑第37页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 CBERS卫星传感器CBERS

20、计划是中国和巴西为研制遥感卫星合作进行的一项计划。于1997年10月发射CBERS-l；1999年10月发射CBERS-2。以不同的地面分辨率覆盖观测区域：WFI的分辨率可达256m，IR-MSS可达78m和156m，CCD为19.5m。 第38页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界线、流向、流速，海浪的周期、速度、波高，水团的温度、盐度、颜色、叶绿素含量，海冰的类型、密集度、数量、范围以及水下信息、海洋环境、海洋净化等方面的动态监测。 5 、海洋卫星数据 SEASAT数据 MOS数据 ERS 数据 RADARSAT数据 第39页

21、，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 6 气象卫星数据() 气象卫星是广泛应用于国民经济领域和军事领域的一种卫星，是太空中的自动化高级气象站。它能连续、快速、大面积地探测全球大气变化情况。NOAA卫星系列（美国） GMS气象卫星系列（日本） FY气象卫星系列（中国） 第40页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 FY气象卫星数据来源：中国风云气象卫星。近极地太阳同步轨道。 卫星上主要的遥感器是两台甚高分辨率扫描辐射计(AVHRR) ,每台有5个通道，各通道的波长范围分别是： AVHRR1：0.580.68m，绿红 AVHRR2：0.725l. lm， 近

22、红外 AVHRR3：0.480.53m，蓝绿 AVHRR4：0.530.68m，绿红 AVHRR5：10.512.5m，热红外AVHRR1和2可获取白天云图及地表图像； AVHRR3和4可获取海洋水色和陆表图像； AVHRR5可获取昼夜云图、海温和地表温度 。第41页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 FY气象卫星的用途 （1）可连续对我国及周边地区的天气进行实时监测，较大地提高了对影响我国的各种尺度的天气系统的监测能力，所获云图资料可填补我国西部和西亚、印度洋上的大范围气象资料的空白。 （2）可连续监测天气变化。 （3）其视野更广，可覆盖以我国为中心的约1亿km2的地球

23、表面，即亚洲、大洋洲及非洲和欧洲的一部分。观测和提供这一区域内的云图、温度、水气、风场等气象动态，为进行中长期天气预报和灾害预报起重要作用。第42页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二五、遥感数据的应用？林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。农业：作物估产、作物长势及病虫害预报。水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究。环境监测：水污染、海洋油污染、大气污染、固体垃圾等及其预报。测绘：航空摄影测量测绘地形图、编制各种类型的专题地图和影像地图。城市：城市综合调查、规划及发

24、展。考古：遗址调查、预报。地理信息系统：基础数据、更新数据。第43页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二 1 、植被遥感2 、水体遥感3 、地质地貌遥感4 、土壤遥感第44页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二植被调查是遥感的重要应用领域。以确定植被的分布、类型、长势为主。植被判读的原理是植物的光谱特性。不同的植物由于结构和叶绿素含量不同，具有不同的光谱特征，特别是近红外波段有较大的差别。利用植物的物候差异也可区分植物类型，如冬季落叶树和常绿树很好区别。利用植物的生态条件区别植物类型。如地形上的阴坡和阳坡，不同高度的地形部位，都分布着不同的植物类型。1、

25、 植被遥感第45页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二受病虫害的植物，结构和叶绿素含量发生很大的变化，尤其是近红外波段与健康植物区别最为明显。作物的长势主要用植被指数来监测。植被指数可用来建立农作物的估产模型。 常用的植被指数有： 比值：RVI= 近红外/红 如TM4/TM2 归一化：RVI=（近红外-红）/（近红外+红） 差值：DVI= 近红外-红 正交植被指数（对NOAA数据和LANDSAT数据分别为）：NOAA数据：PVI=1.622 5（NIR）-2.297 8（R）+11.065 6LANDSAT数据： PVI=0.939（NIR）-0.344（R）+0.09 第46页，共54页，2022年，5月20日，20点55分，星期二水体是地表重要的覆盖类型，遥感可获得水体的分布、泥沙、有机质、水深、水温等。水体的反射率很低，特别是红外波段，色调为均匀的暗色，加之水体的特殊形状，在图像上很好识别。水体的水面性质、悬浮物的性质和含量、水深、水温能影响水体