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3分，共30分）1.遥感答案：遥感是指非接触的远距离探测技术，具体通过搭载在不同平台上的传感器，接收、记录目标物反射或自身发射的电磁波信号，经过传输、处理、分析后，实现对目标物的属性、状态、空间分布特征的识别与反演，无需直接接触探测对象即可完成大范围动态观测。2.电磁波谱答案：将电磁波按照波长或频率的大小依次排列形成的序列即为电磁波谱，遥感常用波段覆盖从紫外（0.01-0.38μm）、可见光（0.38-0.76μm）、近红外（0.76-3μm）、中红外（3-6μm）、热红外（6-15μm）到微波（1mm-1m）的区间，不同波段的电磁波与地表物质的相互作用特征存在显著差异。3.大气窗口答案：电磁波通过地球大气层时，受到大气吸收、散射、反射的综合衰减作用较小，透射率较高的特定波长区间被称为大气窗口，是遥感传感器选择探测波段的核心依据。目前常用的大气窗口包括0.3-1.3μm紫外-可见光-近红外窗口、1.5-1.8μm近红外窗口、2.0-3.5μm中红外窗口、8-14μm热红外窗口、1cm-10m微波窗口五大类。4.光谱分辨率答案：指传感器在接收目标物的电磁波辐射信号时，能够区分的最小波长间隔，间隔越小光谱分辨率越高。普通多光谱遥感的光谱分辨率通常在100nm量级，覆盖十几个以内的离散波段；高光谱遥感的光谱分辨率可达10nm以下，可形成上百个连续的光谱通道，能够捕捉到地物光谱特征的细微差异。5.瞬时视场角（IFOV）答案：指传感器的探测元件在某一瞬间能够观测到的地表对应的立体角，瞬时视场角对应的地表区域即为一个像元。瞬时视场角越小，传感器的空间分辨率越高，相同轨道高度下能够识别的最小地物尺寸越小。6.遥感影像的辐射畸变答案：指传感器接收到的影像辐射亮度值，与地表目标物实际的电磁波辐射亮度之间存在偏差的现象，主要由传感器自身的光电响应误差、大气对电磁波的衰减作用、太阳光照角度与地表地形的差异共同导致，会直接影响地物光谱特征反演的准确性。7.几何校正答案：指通过一系列数学变换，消除遥感影像的几何畸变，将影像的像元坐标转换到指定的地理坐标系下，使得影像上每个像元的位置与对应地表实际位置的偏差控制在允许范围内的处理过程，分为系统几何校正和基于地面控制点的精校正两类。8.归一化植被指数（NDVI）答案：是应用最广泛的植被遥感指数，计算公式为（近红外波段反射率-红光波段反射率）/（近红外波段反射率+红光波段反射率），取值范围为-1到1，能够有效消除大部分太阳光照角度、地形起伏的干扰，直观反映地表植被的覆盖度、长势状况，植被覆盖度越高NDVI数值越大。9.热红外遥感答案：指探测波段覆盖8-14μm热红外区间的遥感技术，能够直接接收地表目标物自身发射的热辐射信号，反演得到地表的真实温度信息，无需依赖太阳光照条件，可实现夜间观测，广泛应用于火灾监测、地热资源探测、地表温度反演、城市热岛效应研究等领域。10.合成孔径雷达（SAR）答案：属于主动式微波遥感传感器，通过雷达平台的向前运动，将不同位置接收的回波信号进行相干处理，等效模拟出一个超大尺寸的天线孔径，突破了传统真实孔径雷达方位分辨率随探测距离增加而快速下降的技术瓶颈，可实现数十公里轨道高度下米级甚至亚米级的高分辨率成像。二、单项选择题（每题2分，共40分）1.下列选项中，不属于遥感系统核心构成要素的是（）A.被测目标物B.传感器C.地面接收与处理系统D.人工现场采样点答案：D解析：遥感系统的核心构成为被测目标的电磁波特征、搭载传感器的遥感平台、传感器本身、地面数据接收处理系统、分析应用系统五个部分，人工现场采样点仅作为部分定量遥感的验证辅助手段，不属于核心构成要素。2.瑞利散射的粒子直径与入射电磁波波长的关系为（）A.粒子直径远小于波长B.粒子直径与波长相当C.粒子直径远大于波长D.无固定对应关系答案：A解析：瑞利散射由大气中的氮气、氧气等分子引发，粒子直径远小于入射电磁波波长，散射强度与波长的四次方成反比，对蓝光、紫光的散射强度是红光的十数倍，是晴朗天空呈现蓝色的核心原因。3.下列遥感卫星中，空间分辨率最高的是（）A.MODISB.Landsat-8OLIC.Sentinel-2D.WorldView-3答案：D解析：MODIS最高空间分辨率为250m，Landsat-8OLI多光谱波段分辨率为30m，Sentinel-2多光谱波段分辨率为10m，WorldView-3的全色波段分辨率可达0.3m，是民用级高分辨率商业卫星的典型代表。4.我国自主研发的第一颗高分辨率全色/多光谱商业遥感卫星“高分二号”的全色波段空间分辨率为（）A.2mB.1mC.0.5mD.0.1m答案：B解析：高分二号卫星2014年发射，全色波段空间分辨率达到1m，多光谱波段分辨率为4m，标志着我国遥感卫星正式进入亚米级高分辨率时代。5.热红外遥感影像的灰度值直接反映的是地物的（）A.反射太阳辐射强度B.自身发射热辐射强度C.后向散射强度D.光谱反射率答案：B解析：热红外波段处于太阳辐射的低能区间，地表接收的太阳反射辐射占比不足5%，传感器接收到的信号95%以上来自地物自身的热发射，因此影像灰度值直接对应地物的热辐射强度。6.传统真实孔径雷达的方位分辨率随探测距离增加会发生什么变化（）A.保持不变B.逐渐升高C.逐渐降低D.无规律波动答案：C解析：真实孔径雷达的方位分辨率公式为R_a=λR/D，其中λ为雷达波长，R为探测距离，D为雷达天线孔径，探测距离R越大，方位分辨率数值越大，即分辨率越差，因此传统真实孔径雷达无法实现远距离高分辨率成像。7.以下哪种地物的NDVI数值通常最高（）A.重度覆盖植被区B.裸土区C.清澈水体区D.高密度建筑区答案：A解析：重度覆盖植被区的近红外反射率远高于红光反射率，NDVI数值通常可达0.7以上；裸土区NDVI数值在0.2-0.4区间；水体的近红外反射率接近0，NDVI数值通常为负值；建筑区NDVI数值大多在0.3以下。8.大气校正的核心作用是消除哪种因素对遥感影像辐射亮度的影响（）A.传感器光电响应误差B.大气吸收散射作用C.地形起伏遮挡D.太阳高度角差异答案：B解析：大气校正通过辐射传输模型，估算大气中气溶胶、水汽、臭氧等组分对电磁波的衰减量，还原地表真实的反射率数据，消除大气作用带来的辐射误差。9.遥感影像几何校正的地面控制点选择原则，以下表述错误的是（）A.优先选择道路交叉点、河流拐点等明显固定地物点B.控制点均匀分布覆盖整个影像区域C.边缘区域无需布设控制点D.控制点的数量要高于校正多项式的系数数量答案：C解析：几何校正的控制点必须覆盖全影像范围，影像边缘区域也需要布设足够的控制点，否则边缘区域的几何校正残差会显著升高，导致局部位置精度不符合要求。10.合成孔径雷达无法实现以下哪种功能（）A.全天时成像B.全天候成像C.穿透所有金属目标D.获取地表粗糙度信息答案：C解析：微波无法穿透金属类高导电率目标，仅能对干燥土壤、植被冠层存在一定的穿透能力，穿透深度通常在数厘米至数米区间。11.以下哪种波段属于典型的热红外遥感探测波段（）A.0.45-0.52μmB.1.55-1.75μmC.10.4-12.5μmD.3.5-3.9μm答案：C解析：8-14μm是核心热红外窗口，10.4-12.5μm处于该区间内，其余选项分别对应可见光蓝波段、近红外窗口、中红外窗口。12.高光谱遥感和多光谱遥感的核心差异是（）A.空间分辨率更高B.光谱通道连续且间隔更小C.辐射分辨率更高D.观测幅宽更大答案：B解析：高光谱遥感的核心特征是光谱分辨率达到10nm以下，拥有数十至数百个连续分布的光谱通道，能够捕捉到地物独有的光谱吸收特征峰，实现地物的精准识别。13.以下哪种散射类型会导致云雾呈现白色外观（）A.瑞利散射B.米氏散射C.无选择性散射D.非弹性散射答案：C解析：云雾中的水滴直径普遍大于1mm，远大于可见光的波长，属于无选择性散射，对所有可见光波段的散射强度完全一致，因此云雾呈现纯白色。14.我国高分系列卫星中，专门用于地球大气环境观测的载荷是（）A.高分五号B.高分一号C.高分七号D.高分四号答案：A解析：高分五号是我国自主研发的高光谱综合观测卫星，搭载大气痕量气体差分吸收光谱仪、大气多角度偏振探测仪等专用载荷，能够实现大气污染组分的高精度定量反演。15.面向对象遥感影像分类的最小处理单元是（）A.单个像元B.经过分割得到的同质对象C.固定尺寸的网格D.行政边界单元答案：B解析：面向对象分类首先通过影像分割算法，将光谱特征、纹理特征近似的相邻像元合并为同质的影像对象，后续所有分类规则的构建、特征提取均以影像对象为基本单元。16.以下遥感应用场景中，最适合用热红外遥感实现的是（）A.1:10000比例尺地形图测绘B.大面积作物种植面积提取C.森林草原火点的高温目标识别D.城市道路车辆动态监测答案：C解析：燃烧状态的火点温度可达数百摄氏度，热红外影像能够精准捕捉到和常温地物辐射差异极大的高温异常信号，即使是被烟雾部分遮挡的隐火也可以实现有效识别。17.微波遥感的波长相较于可见光波段更长，其对云层、降雨的穿透能力表现为（）A.波长越长穿透能力越强B.波长越短穿透能力越强C.穿透能力和波长无关D.仅和雷达的发射功率有关答案：A解析：微波的穿透能力随波长增加而显著提升，P波段（波长接近1m）微波几乎可以完全穿透普通云层和中小雨天气，实现完全不受云雨干扰的观测。18.遥感影像的辐射分辨率指的是（）A.能够区分的最小地物尺寸B.能够区分的最小辐射亮度差C.能够区分的最小波长间隔D.影像的地理定位精度答案：B解析：辐射分辨率通常用影像的量化比特数表示，8比特影像可以区分256个不同的辐射亮度等级，16比特影像可以区分65536个等级，能够捕捉到辐射特征的细微差异。19.以下哪种数据源不属于国产民用遥感卫星数据（）A.Sentinel-2数据B.高分六号数据C.资源三号数据D.环境减灾二号数据答案：A解析：Sentinel-2是欧洲空间局哥白尼计划下属的民用光学遥感卫星，其余三类均为我国自主研发的国产遥感卫星。20.植被叶片的强反射峰位于以下哪个波段区间（）A.红光波段B.近红外波段C.蓝光波段D.中红外3-4μm区间答案：B解析：健康植被的叶片细胞结构对近红外波段的电磁波反射率可达40%-50%，形成植被特有的“红边”反射特征，是植被遥感识别的核心光谱依据。三、多项选择题（每题3分，共30分）1.按照遥感探测的工作方式进行分类，可以将遥感划分为（）A.主动遥感B.被动遥感C.航空遥感D.航天遥感答案：AB解析：主动遥感由传感器主动向目标发射电磁波信号，接收目标反射的回波信号实现探测，典型代表为合成孔径雷达；被动遥感直接接收目标自身反射或发射的自然电磁波信号，典型代表为常规光学遥感。2.地球大气层对电磁波的衰减作用主要包括以下哪几类（）A.吸收作用B.散射作用C.反射作用D.折射作用答案：ABC解析：大气层中的臭氧、水汽、二氧化碳等组分对特定波段电磁波有强烈吸收作用，大气分子、气溶胶、水滴会引发不同类型的散射作用，云层顶部会对电磁波产生强烈的镜面反射作用，三类作用共同构成大气的整体衰减效应。3.以下属于高分辨率民用光学遥感卫星的有（）A.高分七号B.吉林一号C.Landsat-9D.WorldView-2答案：ABD解析：Landsat-9是美国NASA发射的中分辨率陆地观测卫星，多光谱波段分辨率为30m，其余三类均为空间分辨率优于2m的高分辨率遥感卫星。4.遥感影像几何畸变的主要成因包括（）A.遥感平台的姿态不稳定B.传感器的扫描速度不均匀C.地表地形起伏的投影差D.地球自转的偏转影响答案：ABCD解析：四类因素均会导致遥感影像的像元实际位置和理论位置出现偏差，引发不同类型的几何畸变，需要通过几何校正进行消除。5.以下属于遥感在灾害应急领域的典型应用场景的有（）A.地震灾后房屋倒塌损毁情况排查B.流域洪涝灾害淹没范围提取C.山体滑坡隐患点动态监测D.农作物病虫害早期预警答案：ABC解析：农作物病虫害早期预警属于农业遥感应用场景，不属于灾害应急领域。6.合成孔径雷达的极化观测模式通常包含以下哪几类（）A.HH极化B.HV极化C.VH极化D.VV极化答案：ABCD解析：全极化SAR传感器可以同时接收四种极化组合的回波信号，通过极化分解可以反演得到地物的散射机制、粗糙度、含水量等丰富的属性信息。7.传统像素级遥感影像分类的常用算法包括（）A.最大似然法B.支持向量机法C.K-Means非监督分类法D.深度学习语义分割法答案：ABC解析：深度学习语义分割属于当前新一代的智能影像分类算法，不属于传统像素级分类的范畴。8.地表温度反演过程中，需要以下哪些参数作为输入（）A.热红外波段的辐射亮度值B.地表比辐射率C.大气平均作用温度D.大气透过率答案：ABCD解析：基于单通道或劈窗算法的地表温度反演，四类参数均为核心输入，任意一类参数的误差都会直接导致最终反演的地表温度结果出现明显偏差。9.以下关于微波遥感的特点表述正确的有（）A.能够实现全天时全天候观测B.对干燥土壤、植被有一定穿透能力C.可以获取地表的介电常数信息D.观测完全不受地表粗糙度的影响答案：ABC解析：雷达的后向散射信号和地表粗糙度高度相关，粗糙度变化会直接改变后向散射系数的数值，因此D选项表述错误。10.定量化遥感产品的精度验证方法通常包括（）A.野外样方实地测量验证B.和同区域更高分辨率遥感产品交叉比对C.和地面站点的长期观测数据比对D.直接依靠影像目视效果判断答案：ABC解析：目视效果判断属于定性评价手段，无法完成定量化遥感产品的精度验证，不属于常规的精度验证方法。四、简答题（每题8分，共48分）1.简述遥感系统的主要组成部分及各部分功能。答案：遥感系统共分为五个核心组成部分：一是被测目标的电磁波特征场，不同地物的物质组成、结构存在差异，因此对太阳电磁波的反射特性和自身的发射特性存在独有差异，是遥感实现地物识别的物理基础；二是遥感平台，即搭载传感器的运载工具，根据高度不同分为地面平台、航空平台、航天平台，核心作用是为传感器提供稳定的观测位置；三是传感器，是遥感系统的核心探测装置，负责接收、记录目标物的电磁波信号，决定了遥感数据的分辨率等核心指标；四是地面数据接收与处理系统，负责接收卫星下传的原始遥感信号，完成数据解码、格式化、基础预处理，生成可用的标准影像产品；五是遥感分析应用系统，针对不同行业的应用需求，对遥感影像进行深加工、信息提取、反演分析，输出面向行业应用的专题成果。2.三种主要大气散射类型的产生条件、散射特点及对应的影响波段差异。答案：第一类为瑞利散射，产生条件是散射粒子直径远小于入射电磁波波长（d<<λ），代表粒子为大气中的氮气、氧气分子，散射强度和波长的四次方成反比，主要影响紫外、可见光蓝紫波段，晴朗天气的蓝天、日出日落的红色霞光均由该类散射导致；第二类为米氏散射，产生条件是散射粒子直径和入射电磁波波长相当（d≈λ），代表粒子为大气气溶胶、小雾滴，散射强度和波长的二次方成反比，主要影响可见光全波段到近红外区间，云雾天气的朦胧感由该类散射主导；第三类为无选择性散射，产生条件是散射粒子直径远大于入射电磁波波长（d>>λ），代表粒子为直径大于1mm的水滴，散射强度和波长完全无关，对所有可见光波段的散射强度一致，因此厚云层外观呈现纯白色。3.遥感影像辐射畸变的主要成因及常规辐射校正的实现流程。答案：辐射畸变的主要成因分为三类：一是传感器自身的系统误差，包括探测元件的光电响应非均匀性、暗电流噪声、光学镜头的渐晕效应等；二是大气作用引入的误差，大气吸收、散射会导致传感器接收到的辐射信号包含大量大气路径辐射，无法反映地表真实的辐射特征；三是地表光照与地形引入的误差，太阳高度角、方位角的差异，以及地形起伏的遮挡、阴影效应都会导致相同属性的地物在影像上的辐射亮度存在明显差异。常规辐射校正的实现流程为：第一步完成传感器辐射定标，将影像的DN值转换为传感器入瞳处的辐射亮度值，消除传感器系统响应误差；第二步完成大气校正，通过6S、MODTRAN等辐射传输模型，估算大气各组分的衰减量和路径辐射，还原地表真实的地表反射率数据；第三步完成地形辐射校正，结合数字高程模型数据，消除地形起伏、太阳光照角度差异带来的辐射亮度偏差，最终得到消除所有畸变的地表真实反射率产品。4.多光谱遥感与高光谱遥感的核心差异及各自适用场景。答案：两者的核心差异体现在三个方面：一是光谱特征差异，多光谱遥感的光谱通道数量通常在10个以内，波段宽度大多在100nm量级，属于离散的波段采样，仅能捕捉地物的宏观光谱特征；高光谱遥感的光谱通道数量可达数十至数百个，波段宽度普遍小于10nm，属于连续的光谱采样，能够完整还原地物的连续光谱曲线，捕捉到地物独有的细微光谱吸收特征。二是识别能力差异，多光谱遥感仅能实现大类地物的区分，难以识别光谱特征相近的细分地物；高光谱遥感可以实现对岩石矿物、农作物品种、污染水体等精细地类的精准识别，甚至可以直接反演地物的组分含量参数。三是数据体量差异，同等空间分辨率下高光谱遥感的数据体量是多光谱遥感的数十倍，数据处理难度显著提升。适用场景方面，多光谱遥感适合大范围的土地覆盖分类、宏观生态监测等常规应用，数据获取成本低处理效率高；高光谱遥感适合地质矿产勘查、精细农业长势参数反演、水环境污染物识别等高精度定量化应用场景。5.简述面向对象遥感影像分类的基本原理及相较于传统像素级分类的优势。答案：面向对象分类的基本原理是摒弃传统的以单个像元为处理单元的思路，首先采用多尺度影像分割算法，根据设定的尺度参数，将光谱特征、纹理特征、空间邻接关系相似的相邻像元合并为同质的影像对象，以影像对象作为后续分类的基本处理单元，后续分类过程中不仅可以利用对象的平均光谱特征，还可以使用对象的形状特征、纹理特征、拓扑邻接特征、自定义指数特征，构建分类规则集或者采用机器学习算法完成地类的划分。相较于传统像素级分类，其核心优势体现在四个方面：一是有效消除了椒盐噪声问题，分类结果的图斑完整性更高，不需要后续大量的人工后处理；二是可以充分利用影像的空间形态特征，对于道路、建筑等地类的识别精度远高于传统像素级分类；三是分类结果的语义信息更丰富，可以直接输出符合行业制图标准的专题图斑，分类成果直接可用于业务应用；四是分类结果的边界更光滑，和实际地物的边界吻合度更高，大幅降低了人工修正的工作量。6.热红外遥感探测地表温度的主要误差来源及校正方法。答案：热红外地表温度反演的主要误差来源分为四类：一是大气作用引入的误差，大气中的水汽、二氧化碳会对热红外辐射产生强烈的吸收作用，同时大气自身发射的下行热辐射会被地表反射后进入传感器，叠加在观测信号中，反演过程中大气参数估算的偏差会直接带来温度反演误差；二是地表比辐射率估算的误差，不同地物的热红外比辐射率存在差异，比辐射率参数的估算偏差1%，就会导致地表温度反演误差接近1K；三是传感器定标误差，热红外传感器的光电响应容易受到环境温度漂移的影响，实验室定标系数和在轨真实响应的偏差会直接引入温度反演误差；四是地形起伏带来的误差，山地地区地形的遮挡、坡向差异会导致接收到的大气下行辐射存在明显差异，带来温度反演的空间偏差。对应的校正方法包括：采用同步的探空数据或者大气再分析产品辅助高精度估算大气透过率、大气平均作用温度参数；结合地表覆盖分类结果，为不同地类匹配对应的比辐射率经验值，或者通过劈窗算法反演过程中同步估算比辐射率参数；定期利用在轨黑体定标场对传感器的辐射定标系数进行更新校正；结合数字高程模型数据，开展山地地区的热红外地形校正，消除地形起伏带来的温度反演偏差。五、综合分析题（每题36分，共72分）1.结合当前农业遥感的应用场景，设计一套利用多源遥感数据开展县域尺度冬小麦种植面积提取、长势监测与产量预估的技术方案，说明每一步的核心参数选择、关键技术要点。答案：整套技术方案分为六个核心步骤：第一是多源数据源的选择，以Sentinel-210m分辨率多光谱影像为核心数据源，时间序列覆盖冬小麦10月播种到次年6月收获的完整生长周期，时间分辨率设置为5天，为了补充云雨天气的光学数据空缺，搭配Sentinel-1C波段全极化SAR数据，时间分辨率设置为12天，同时收集对应县域的1:1万精度数字高程模型数据、近30年的气象站点逐日观测数据，以及冬小麦核心物候期的野外采样数据。第二是多源数据预处理，对光学影像完成辐射定标、大气校正、地形校正，生成地表真实反射率产品，对SAR影像完成辐射定标、多视处理、Leesigma滤波去除斑点噪声、几何校正，所有影像的地理定位误差控制在1个像元以内，保证多源数据的空间配准精度符合要求。第三是冬小麦种植面积提取，首先基于时间序列NDVI数据集提取不同地物的物候特征曲线，健康冬小麦的物候特征呈现出“越冬期NDVI低位平稳、返青后快速上升、抽穗期达到峰值、成熟期快速下降”的独有特征，和油菜、蔬菜等其他越冬作物存在明显差异，采用面向对象分类结合随机森林机器学习算法，融合光学影像的光谱特征、NDVI物候特征，以及SAR影像的后向散射系数特征，完成冬小麦种植区的自动提取，分类完成后布设不少于200个野外验证样方，将种植面积提取的总体精度控制在92%以上，Kappa系数高于0.88。第四是冬小麦长势动态监测，在返青期、拔节期、抽穗期三个核心物候期，反演得到叶面积指数LAI、叶绿素含量、植被覆盖度三类核心长势参数，结合县域的土壤养分分布图，将冬小麦长势划分为优、良、中、差四个等级，生成逐期的长势监测专题图，针对长势偏差的区域开展针对性的田间农事指导。第五是冬小麦产量预估，构建耦合植被指数参数、气象参数、土壤参数的多要素估产模型，利用近5年的历史冬小麦产量统计数据和对应年份的遥感数据集对模型进行训练优化，在冬小麦灌浆期开展最终的产量预估，将县域尺度的产量预估误差控制在5%以内。第六是成果校验与输出，将生成的种植面积、长势监测、产量预估成果，和农业农村部门的地面调查统计数据进行交叉校验，修正局部区域的分类偏差，最终形成符合业务管理需求的专题应用成果。2.合成孔径雷达近年来在洪涝灾害应急监测中应用广泛，结合SAR的成像原理，分析其在多云雨洪涝区域