遥感基础知识试题及答案

遥感基础知识试题及答案一、名词解释（每题4分，共60分）1.遥感答案：遥感是指非接触的、远距离的探测技术，具体指通过搭载在航空、航天、地面平台上的各类传感器，在不直接接触目标地物的前提下，接收并记录目标地物反射、散射或自身发射的电磁波信息，经过传输、处理、分析和解译，最终提取出目标地物的位置、属性、动态变化等特征信息的综合性探测技术。广义的遥感涵盖对所有电磁波段的探测，狭义遥感通常指利用从紫外到微波波段的遥感技术，目前行业内应用的遥感技术以可见光-近红外、热红外、微波遥感为核心主体，具备探测范围大、数据时效性强、可实现动态连续观测、不受地面地形阻隔限制等显著优势。2.电磁波谱答案：电磁波按波长或频率的大小依次排列形成的序列称为电磁波谱，根据波长范围从短到长可划分为γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线、无线电波六大区段，不同区段的电磁波物理性质存在明显差异，对应不同的遥感探测应用场景。其中遥感常用波段的精确划分阈值为：γ射线波长小于10^-6μm，X射线波长范围10^-6~10^-3μm，紫外线波长范围0.01~0.38μm，可见光波长范围0.38~0.76μm，近红外波长范围0.76~3μm，中红外波长范围3~6μm，热红外（也称远红外）波长范围6~15μm，微波波长范围1mm~1m。3.大气窗口答案：大气窗口是指电磁波在穿越地球大气层的过程中，未被大气中的气体分子、气溶胶、水汽等成分大量吸收或散射，透过率较高（通常大于70%）、能够顺利到达地面或低空遥感平台的特定电磁波段，是遥感探测波段选择的核心依据。目前行业内广泛应用的大气窗口包括五类：第一类是0.3~1.3μm的紫外-可见光-近红外窗口，是目前遥感应用最广泛的窗口之一，可采用摄影成像、多光谱扫描等传感器获取数据；第二类是1.5~1.8μm和2.0~2.5μm的近红外窗口，主要用于探测地物的矿物、土壤含水量特征；第三类是3.5~5.5μm的中红外窗口，可同时接收地物反射的太阳辐射和地物自身发射的热辐射，适用于高温目标探测；第四类是8~14μm的热红外窗口，几乎不受太阳反射光影响，主要用于探测地物自身的热辐射特征，实现温度反演；第五类是1mm~1m的微波窗口，该波段受大气干扰极小，具备全天候、全天时探测能力，部分波段还可穿透浅层地表、植被冠层，获取地下结构信息。4.空间分辨率答案：空间分辨率也被称为几何分辨率，是遥感传感器核心性能指标之一，指遥感图像上单个像元所对应的地面覆盖区域的实际物理尺寸，表征遥感系统能够区分的最小目标地物的空间尺度。比如Landsat-8卫星陆地成像仪OLI的多光谱波段空间分辨率为30m，代表单个像元对应地面30m×30m的正方形区域，当地物尺寸小于30m时无法在该影像上被单独识别。遥感图像的空间分辨率与数据覆盖范围、重访周期通常存在权衡关系：空间分辨率越高，单景影像覆盖范围越小，卫星的重访观测周期越长，比如亚米级高分辨率卫星单景覆盖范围通常仅为十几公里到几十公里，而公里级空间分辨率的气象卫星单景可覆盖数千公里的区域。5.辐射分辨率答案：辐射分辨率是指遥感传感器能够区分的目标地物辐射亮度差异的最小量级，表征传感器对电磁波辐射强度的敏感程度和分辨能力，通常用传感器输出的量化级数来直观体现。目前常用的遥感传感器多采用8位、12位、16位量化：8位量化对应2^8=256个辐射等级，12位量化对应4096个辐射等级，16位量化对应65536个辐射等级。在相同的输入辐射亮度区间内，量化级数越高，传感器能够捕捉的辐射亮度细微差异越多，辐射分辨率越高，越有利于识别辐射特征差异较小的不同地物。6.光谱分辨率答案：光谱分辨率是遥感传感器的另一核心性能指标，指传感器在探测目标地物的电磁波光谱特征时，能够区分的最小波长间隔，同时也包含传感器所选择的特定波段总数。按照光谱分辨率的量级可将遥感分为三类：多光谱遥感的光谱分辨率通常为100nm左右，波段数量一般为几个到几十个；高光谱遥感的光谱分辨率通常为10nm以内，部分高性能传感器可达1~5nm，波段数量为几十到数百个，可形成连续的光谱曲线；超光谱遥感的光谱分辨率可达1nm以下，波段数量超过上千个。光谱分辨率越高，越能够捕捉地物光谱特征中精细的吸收峰、反射峰细节，识别不同地物的能力越强。7.时间分辨率答案：时间分辨率也被称为重访周期，指同一遥感平台搭载的同一传感器对同一目标区域进行重复观测的最小时间间隔，表征遥感探测的时间采样能力。不同类型遥感卫星的时间分辨率差异极大：地球同步轨道气象卫星的时间分辨率可达半小时以内，可实现对同一区域的高频连续观测；Landsat系列陆地卫星的时间分辨率为16天；Sentinel-2双星组合的重访周期可达5天；亚米级高分辨率商业卫星的时间分辨率通常为几天到十几天不等。在针对洪涝灾害监测、农作物长势动态监测、森林火灾追踪等需要高频观测的场景中，时间分辨率是选择遥感数据的核心指标。8.归一化植被指数（NDVI）答案：归一化植被指数是目前应用最广泛的植被遥感指数，其计算公式为NDVI=(ρ_NIR-ρ_R)/(ρ_NIR+ρ_R)，其中ρ_NIR为近红外波段的地表反射率，ρ_R为红光波段的地表反射率，NDVI的理论取值范围为[-1,1]。由于健康植被的叶绿素会强烈吸收红光波段的电磁波，而植被叶肉细胞结构会强烈反射近红外波段的电磁波，因此高密度植被覆盖区域的NDVI值通常较高，一般在0.6~0.9区间；清澈水体的近红外反射率极低，NDVI值通常小于0；裸露土壤、硬化地表的红光和近红外反射率差异较小，NDVI值通常在0附近浮动。NDVI能够有效消除大部分太阳高度角、大气衰减的干扰，是植被覆盖度估算、植被长势监测、土地覆盖分类的核心参数。9.合成孔径雷达（SAR）答案：合成孔径雷达是典型的主动式微波遥感系统，传感器自身向观测目标发射特定波段的微波脉冲信号，随后接收记录目标地物后向散射返回的雷达信号，通过合成孔径的信号处理技术，在不增大传感器物理天线尺寸的前提下，获得米级甚至亚米级的高空间分辨率，该分辨率不随雷达平台到目标的距离增加而下降。SAR具备全天候、全天时的探测能力，不受阴雨、云雾等天气条件的干扰，部分长波段的SAR信号还可穿透浅层植被冠层、干燥的沙层，获取地下一定深度的目标信息，在地质灾害监测、海洋观测、测绘等领域有不可替代的应用价值。10.辐射定标答案：辐射定标是指建立遥感传感器输出的数字量化值（DN值）与传感器入口处对应的实际辐射亮度值之间定量关系的处理过程，通过辐射定标可以将遥感影像上每个像元的无物理意义的DN值转换为具备实际物理意义的辐射亮度、地表反射率、地表亮温等参数，是所有定量化遥感应用的基础前提。辐射定标根据开展的阶段不同可分为三类：实验室定标、星上定标、场地定标，三类定标相互配合，能够有效校正传感器自身性能衰减带来的辐射精度下降问题。11.大气校正答案：大气校正指的是消除地球大气层对电磁波传输过程造成的干扰影响的处理技术，具体需要校正的干扰包括大气中气体分子的吸收作用、气溶胶的散射作用、大气路径辐射的叠加影响，最终将传感器获取的大气顶层的反射率，转换为目标地物的真实地表反射率。大气校正的方法主要分为两类：一类是基于辐射传输模型的定量校正方法，比如6S模型、MODTRAN模型等，通过输入大气参数模拟大气干扰量实现校正；另一类是基于影像本身的经验统计校正方法，比如暗像元法、经验线性法等，不需要额外的大气观测数据，操作简便。大气校正完成后才能获得地物真实的光谱特征，保障不同时相、不同传感器遥感数据的辐射一致性。12.遥感图像几何校正答案：遥感图像几何校正是指消除遥感影像中存在的系统性、非系统性几何畸变的处理过程，最终将影像的像元坐标转换到指定的地理坐标系下，使得影像的空间位置精度符合应用需求。遥感影像的几何畸变来源很多，包括传感器自身的成像姿态畸变、遥感平台的飞行姿态抖动、地球自转、地球曲率、地形起伏带来的投影差等。几何校正的核心流程分为三步：第一步是选取足够数量的、坐标精度可靠的地面控制点（GCP），要求控制点均匀分布在整景影像范围内；第二步是通过多项式变换、共线方程变换等坐标变换模型，建立影像原始像元坐标和地理坐标之间的映射关系；第三步是采用重采样方法计算校正后影像每个位置的像元值，常用的重采样方法包括最近邻法、双线性内插法、三次卷积法三类。13.监督分类答案：监督分类是遥感图像信息提取中最常用的分类方法之一，也被称为训练区分类法，其核心逻辑是通过提前选取已知地物类型的训练样本，让分类器学习不同地物类型对应的光谱特征、纹理特征等统计规律，再基于这些已学习的判别规则，对整景影像的所有像元进行类别划分。监督分类的典型算法包括最大似然法、最小距离法、支持向量机、随机森林等，该分类方法的分类精度高度依赖训练样本的标注质量，样本的代表性和分布合理性直接决定最终分类结果的可靠性，适合地物类型先验知识充足的区域开展信息提取工作。14.热红外遥感答案：热红外遥感是指利用波长范围在6~15μm的热红外波段开展的遥感探测技术，该波段对应的电磁波能量主要来自于地物自身向外发射的热辐射，其辐射强度与地物的表面温度、地物的热红外发射率直接相关。热红外遥感不需要依赖太阳辐射，昼夜都可开展观测，通过定量反演可以获取地表温度参数，广泛应用于城市热岛效应监测、森林火情预警、地热资源探测、农作物旱情监测等场景。需要注意的是，热红外遥感获取的信息是地物表层的温度特征，无法穿透不透明的地表目标。15.面向对象遥感影像分类答案：面向对象遥感影像分类是针对高空间分辨率遥感影像研发的新一代分类技术，和传统基于单个像元的分类方法不同，该方法首先通过影像多尺度分割技术，将光谱特征、空间纹理特征、邻接特征相似的相邻像元合并为一个个具备实际地理意义的影像对象，后续的分类过程不再以单个像元为基本单元，而是以分割得到的影像对象为基本单元，综合利用对象的光谱、形状、纹理、拓扑关系等多维度特征完成地物类型划分。该方法能够有效解决高分辨率影像中常见的“椒盐噪声”问题，大幅提升地物分类的精度，尤其适合建筑物、道路等人工地物的精细化提取场景。二、单项选择题（每题2分，共40分）1.遥感常用的可见光波段的标准波长范围是（）A.0.3~0.7μmB.0.38~0.76μmC.0.4~0.7μmD.0.3~1.3μm答案：B2.大气中瑞利散射的强度与电磁波波长的关系是（）A.与波长的一次方成反比B.与波长的二次方成反比C.与波长的三次方成反比D.与波长的四次方成反比答案：D3.下列关于云雾呈现白色的光学原因描述准确的是（）A.云雾粒子发生瑞利散射，对蓝光散射最强B.云雾粒子直径远大于可见光波长，发生无选择性散射，所有波长的可见光都被均匀散射C.云雾粒子发生米氏散射，对长波散射更强D.云雾粒子强烈吸收所有可见光波段的能量答案：B4.Landsat-8卫星搭载的OLI传感器的多光谱波段空间分辨率为（）A.10mB.15mC.30mD.100m答案：C5.下列遥感传感器中，属于主动式遥感传感器的是（）A.多光谱扫描仪B.合成孔径雷达C.热红外辐射计D.光学摄影相机答案：B6.归一化植被指数NDVI的计算公式中，用到的两个核心波段是（）A.蓝光波段和绿光波段B.红光波段和近红外波段C.红光波段和热红外波段D.近红外波段和短波红外波段答案：B7.适合于提取地表水体信息的归一化水体指数（NDWI）主要用到的两个波段是（）A.绿光波段和近红外波段B.红光波段和中红外波段C.蓝光波段和红光波段D.近红外波段和热红外波段答案：A8.遥感图像几何校正的重采样方法中，计算速度最快、运算结果没有灰度值插值误差的是（）A.双线性内插法B.三次卷积法C.最近邻法D.线性回归法答案：C9.下列遥感平台中，不属于航天遥感平台的是（）A.资源三号卫星B.无人机航拍平台C.Sentinel-2卫星D.高分七号卫星答案：B10.8位量化的遥感传感器，能够输出的辐射亮度等级总数量为（）A.64B.128C.256D.1024答案：C11.典型的热红外遥感观测波段对应的波长范围是（）A.0.38~0.76μmB.0.76~3μmC.3~6μmD.8~14μm答案：D12.下列地物类型中，NDVI值通常最低的是（）A.高密度水稻田B.茂密的常绿阔叶林C.清澈的深水水体D.干旱区裸土答案：C13.大气中对热红外波段电磁波吸收作用最显著的成分是（）A.氮气B.臭氧C.水汽和二氧化碳D.气溶胶答案：C14.Sentinel-2卫星双星组网后，对同一区域的重访观测周期可达到（）A.1天B.5天C.16天D.30天答案：B15.遥感辐射定标的核心作用是将传感器输出的DN值转换为具备物理意义的（）A.地表辐射亮度/地表反射率B.地物类别C.高程信息D.纹理特征答案：A16.下列遥感分类算法中，不属于监督分类的是（）A.最大似然法B.K-均值法C.支持向量机法D.随机森林法答案：B17.能够实现全天时、全天候探测，不受云雨天气干扰的典型遥感波段是（）A.可见光B.近红外C.热红外D.微波答案：D18.高光谱遥感的光谱分辨率通常优于（）A.100nmB.50nmC.10nmD.1000nm答案：C19.下列关于大气窗口的描述准确的是（）A.所有波长的电磁波都能无衰减穿过大气层到达地面B.8~14μm热红外窗口的透过率较高，是热红外遥感的核心观测窗口C.微波波段全部被大气吸收，无法开展遥感探测D.紫外线波段全部能无衰减到达地面，是紫外线遥感的核心窗口答案：B20.引起遥感影像几何畸变的下列因素中，不属于系统性畸变的是（）A.传感器成像系统的光学畸变B.遥感平台随机的姿态抖动偏移C.地球自转带来的成像畸变D.传感器扫描采样的时间延迟畸变答案：B三、多项选择题（每题3分，共45分）1.遥感系统的核心组成部分包括以下哪些（）A.遥感平台B.传感器系统C.数据传输与接收系统D.数据处理与分析系统E.信息解译与应用系统答案：ABCDE2.大气对电磁波传输过程的主要干扰作用包括（）A.吸收作用B.散射作用C.折射作用D.反射作用E.放大作用答案：ABCD3.遥感中常见的散射类型包括（）A.瑞利散射B.米氏散射C.无选择性散射D.丁达尔散射E.拉曼散射答案：ABC4.以下属于主动式遥感传感器的有（）A.合成孔径雷达B.激光雷达LiDARC.微波辐射计D.干涉雷达E.光学航摄相机答案：ABD5.遥感影像的四大核心分辨率指标包括（）A.空间分辨率B.辐射分辨率C.光谱分辨率D.时间分辨率E.尺度分辨率答案：ABCD6.遥感图像几何校正的常用重采样方法包括（）A.最近邻法B.双线性内插法C.三次卷积法D.傅里叶变换法E.主成分分析法答案：ABC7.以下属于常用植被指数的有（）A.NDVI归一化植被指数B.EVI增强型植被指数C.NDWI归一化水体指数D.MSAVI修正型土壤调节植被指数E.NDBI归一化建筑指数答案：ABD8.典型的监督分类算法包括（）A.最大似然法B.最小距离法C.支持向量机法D.随机森林法E.ISODATA法答案：ABCD9.以下属于常用辐射定标类型的是（）A.实验室定标B.星上定标C.场地定标D.几何定标E.辐射亮度定标答案：ABC10.按照遥感平台的高度不同，可将遥感分为哪几类（）A.地面遥感B.航空遥感C.航天遥感D.超声遥感E.地下遥感答案：ABC11.以下属于高光谱遥感技术典型应用场景的是（）A.精细地质矿物填图B.农作物叶片叶绿素含量反演C.水体中不同污染物的精细化识别D.城市建筑区的轮廓提取E.土壤重金属含量探测答案：ABCE12.热红外遥感技术可实现的典型应用包括（）A.地表温度反演B.森林火情监测C.城市热岛效应分析D.浅层地下水位探测E.农作物干旱胁迫监测答案：ABCE13.合成孔径雷达SAR的技术优势包括（）A.全天候全天时观测B.不受云雨天气干扰C.可获取地物后向散射特征D.部分长波波段可穿透浅层地表E.可直接获取地物真实光谱反射率答案：ABCD14.面向对象遥感影像分类过程中可以利用的影像对象特征包括（）A.对象平均光谱特征B.对象纹理特征C.对象形状特征D.对象邻接拓扑特征E.对象高程特征答案：ABCDE15.下列关于大气窗口8~14μm的描述准确的有（）A.属于热红外遥感的核心观测窗口B.该波段的电磁波主要来自地物自身的热发射C.可用于地表温度的定量化反演D.该波段完全不受大气水汽的吸收影响E.可用于火情、旱情等灾害监测答案：ABCE四、简答题（每题10分，共50分）1.简述遥感系统的核心组成及各部分功能答案：完整的遥感系统由五大核心部分组成：第一是遥感平台，即搭载遥感传感器的载体，包括地面遥感车、无人机、飞机等航空平台，以及各类人造卫星、空间站等航天平台，核心功能是为传感器提供稳定的观测支撑，维持预设的观测高度和姿态；第二是传感器系统，是遥感技术的核心部件，负责接收、记录目标地物的电磁波信息，不同类型的传感器可适配不同的观测波段和精度需求；第三是数据传输与接收系统，负责将传感器获取的原始遥感数据通过无线传输链路下传到地面接收站，完成数据的落地存储；第四是数据处理系统，负责完成遥感数据的辐射校正、几何校正、影像镶嵌裁剪等预处理工作，产出具备地理精度和辐射精度的标准产品；第五是信息解译与应用系统，结合行业应用需求，从预处理后的遥感影像中提取目标地物的相关信息，支撑各类业务场景应用。2.简述遥感影像三类常用重采样方法的优缺点答案：遥感几何校正过程中三类常用重采样方法的优缺点分别为：第一类是最近邻法，其原理是直接选择距离目标像元位置最近的原始像元的DN值作为输出像元值，优势是计算速度极快，不会改变原始影像的灰度值，不会造成光谱信息失真，缺点是空间定位的最大误差可达0.5个像元，高分辨率影像应用时容易出现锯齿状错位问题；第二类是双线性内插法，其原理是利用目标像元周围4个相邻原始像元的灰度值进行线性加权内插得到输出像元值，优势是空间定位精度较高，输出影像的平滑度好，缺点是会对原始影像的灰度值起到平均化作用，造成部分边缘细节信息丢失，影像对比度下降；第三类是三次卷积法，其原理是利用目标像元周围16个相邻原始像元的灰度值，通过三次卷积函数进行加权内插得到输出像元值，优势是空间定位精度最高，输出影像的细节丰富度和纹理清晰度最好，缺点是运算量大，计算耗时最长，同时会一定程度上改变原始影像的光谱值，对后续的光谱定量化分析会造成轻微干扰。3.简述遥感影像大气校正的主要技术路径及适用场景答案：目前主流的大气校正技术路径分为两类：第一类是基于辐射传输模型的定量校正方法，以6S、MODTRAN、ACORN等模型为代表，通过输入观测区域的大气能见度、水汽含量、臭氧含量、观测几何角度等参数，通过物理模型精确模拟大气对电磁波传输的吸收和散射干扰量，最终从原始辐射亮度中扣除干扰得到地表真实反射率，这类方法的校正精度最高，适用于高光谱遥感数据、需要开展定量化参数反演的应用场景，比如植被生化组分反演、高精度水体污染物识别等；第二类是基于影像自身特征的经验校正方法，以暗像元法、经验线性法为代表，不需要获取同步的大气观测参数，直接假设影像上的部分深水区、浓密植被暗像元的地表反射率接近为0，通过暗像元在影像上的实际辐射值推算大气程辐射的干扰量，完成校正，这类方法操作简便，计算速度快，校正精度能够满足大多数土地覆盖分类、植被指数计算等常规遥感应用的需求，是目前业务化生产中最常用的大气校正方法。4.简述时间序列NDVI遥感数据开展农作物物候信息提取的核心原理和应用价值答案：不同类型的农作物的生长发育过程具备独特的季节性规律，从播种、出苗、拔节、抽穗、成熟到收获的全生长周期内，植被覆盖度和叶片叶绿素含量会呈现出规律性的上升和下降变化，对应的NDVI时间序列曲线会形成独有的峰型特征曲线：比如冬小麦的NDVI曲线会在冬季越冬期出现低值，春季返青后快速上升形成峰值，收获后快速下降；水稻的NDVI曲线会伴随灌水期、插秧期、抽穗期的不同特征形成双峰值或单峰值曲线。利用时间序列NDVI数据的曲线形态特征，能够有效区分不同作物类型，精准提取作物的出苗期、开花期、成熟期等关键物候节点信息。该技术的应用价值十分突出，一方面可以通过物候特征提升大尺度农作物种植面积提取的精度，另一方面可以通过对比当年作物物候期和多年平均物候期的差异，评估作物的生长长势，为农业估产、农业灾害评估提供核心支撑。五、论述题（共55分）1.结合遥感技术基础理论，论述多源遥感数据协同在洪涝灾害应急监测中的技术方案与应用优势答案：洪涝灾害发生期间往往伴随大范围的阴雨天气，常规的光学遥感传感器很容易被云层遮挡，无法获取洪涝淹没区域的有效观测数据，仅依靠单一类型遥感数据很难满足应急监测的时效和精度需求，通过多源遥感数据协同的方式可以构建全天候、全尺度的洪涝灾害监测技术体系，核心技术方案可分为三个层面：第一层面是多源遥感数据的选型协同，形成不同分辨率、不同观测能力的数据互补。首先选择空间分辨率10米级、重访周期5天左右的Sentinel-2光学多光谱数据作为基础观测数据，灾前利用该数据获取