PAGEPAGE21遙感第一章緒論1.遙感的概念(RemoteSensing)60年代、美國、技術詞匯廣義：泛指各種非接觸的、遠距離的探測技術。（《遙感大詞典》）電磁波遙感：光、熱、無線電電磁波遙感：光、熱、無線電力場遙感：重力、磁力聲波遙感地震波遙感用傳播信息載體或媒介來定義空對地地對空空對空用目標與觀測者的相對位置關系來定義狹義：是一門新興的科學技術，主要指從遠距離、高空以至外層空間的平臺上，利用可見光、紅外、微波等探測器，通過攝影或掃描、信息感應、傳輸和處理，從而識別地面物質的性質和運動狀態的現代化技術系統。（《遙感大詞典》）-對象：地面-目的：地面物質的性質和運動狀態（周期性、重復性）-載體：電磁波（主要）-過程：成像、傳輸、處理、應用2.遙感在地球系統科學中的地位二十世紀初，“大地理科學”——地理科學，地質科學，大氣科學，海洋學，環境科學。美國堅持不利用遙感手段的地理系走向消亡。-提供全球覆蓋的、不同分辨率的，多時相的地表信息導致地學的研究范圍、內容和方法的重要變化。遙感本身是全球信息獲取和分析處理方法的一場革命。-全球或大區的精確定位的宏觀影像，揭示了巖石圈、水圈、氣圈和生物圈的相互作用關系。-擴大了人的視野，從可見光發展到紅外、微波等波段范圍，加深了人類對地球的理解。-實現了空間和時間的轉移-遙感的介入推動了地球系統科學的發展，推動全球變化研究，提高了氣候預測的精度。3.遙感在國民經濟、社會發展中的作用-為國民經濟持續穩定發展提供動態基礎數據（如城鄉規劃）和科學決策依據-為國家重大自然災害提供及時準確的監測評估數據及圖件-持續不斷地開展再生資源的監測、預測和評估-地質礦產資源調查與大型工程評價-天氣預報和氣候預測-海洋監測和海洋開發-西部大開發的土地適用性評價、生態評價和工程評價應用遙感手段是必要的短、中、長期的天氣預報準確性氣團的運動常常會突然偏離模型預計的運動方向和速度。1999年，氣象部門向中央預報夏季洪水將在華北，但是，夏季洪水再一次發生在長江流域。2000年美國預報臺風路徑出錯損失幾十億。所以NASA21世紀的規劃中，經濟效益的很大一塊就是氣象預報精度提高。大氣下墊面的反照率影響地面和大氣溫度4.遙感歷史及發展趨勢遙感歷史：-1839年，Daguerre與Niepce首次攝影，此后巴黎觀測站主任Arago專心于地貌攝影-1849年，法國一位軍官Laussadet用攝影繪制地形圖-1858年，氣球大面積攝影-19世紀80年代，風箏-19世紀90年代早期，鴿子-1909年，意大利Wright駕駛的飛機首次航空攝影，在一二次世界大戰中作為偵察手段。-20世紀30年代中期，彩色攝影-1956年，Colwell,特殊目的的航攝試驗，分類并識別植被類型，探測病蟲害及受災植被-20世紀60年代中期，NASA資助，大量紅外及多光譜彩色攝影-1968年圣誕期間，Apollo8經過月球表面拍攝到了地球照片-1972年，第一顆地球觀測衛星Landsat發射成功。（原名地球資源技術衛星ERTS-1后命名為陸地衛星，遙感一詞迅速普及，衛星已超過3000顆（軍用60%）遙感發展趨勢：分辯率越來越高（空間、光譜）波段范圍擴展(從可見光、近紅外、發展到中遠紅外、微波)觀測方式從以前的垂直向下到多角度遙感單一極化到多極化3S一體化遙感從定性攝影到定量分析，成為一門科學。我國遙感事業的發展50年代組建專業飛行隊伍，開展航攝和應用70年4月24日，第一顆人造地球衛星70年代，騰沖遙感實驗獲得巨大成功75年11月26日，返回式衛星，得到衛星像片80年代空前活躍，“六五”計劃遙感列入國家重點科技攻關項目西部大開發中的生態和環境問題目前，某些方面已經進入世界先進行列我國遙感發展的特點國家的重視和支持，為遙感的快速發展奠定了堅實的基礎(前科技部部長--徐冠華院士)集中人力、物力和財力重點攻關，重點突破全國性、大區域遙感工程的完成，充分顯示了我國遙感的特色和水平5.遙感的過程及分類5.1遙感的過程FFF’H地面解碼輻射糾正幾何糾正大氣訂正遙感模型反演定量遙感所提取的參數數學、物理學、光學、通信、計算機、空間科學、環境、生態、大氣、海洋、地貌、地質、人文交叉學科ff1HFf2地面反射或輻射大氣傳輸光電轉換光學攝影A/D轉換信息編碼數字傳輸衛星返回f2H5.2遙感分類航空遙感氣球：飄浮氣球（<50km）航空遙感氣球：飄浮氣球（<50km）、系留氣球（<5km）飛機：高空飛機（>15km）、中空飛機（9-15km）、低空飛機（<9km）航宇遙感軌道衛星：地球同步衛星（36000km）太陽同步衛星（長壽命(500-1000km)、短壽命(150-500km)）載人飛船（<500km)航天飛機（<300km)探空火箭（100-650km)航天遙感高塔（<300m)高塔（<300m)、車船（<30m)、觀測架（幾米）地面遙感(2)按傳感器分類被動方式非圖像方式被動方式非圖像方式（微波輻射計、地磁測量儀、重力測量儀、傅立葉光譜儀、其他）圖像方式/照相機（黑白、天然彩色、紅外、彩色紅外、其他）非掃描掃描（圖像方式）像面掃描（電視攝像機、固體掃描儀CCD）物面掃描（光機掃描儀、固體掃描儀）主動方式非掃描/非圖像方式（微波散射計、微波高度計、激光光譜儀、激光高度計、激光水深計、激光測距儀）掃描（圖像方式）像面掃描（被動型相控陣雷達）物面掃描（微波輻射計、真實孔徑雷達、合成孔徑雷達）(3)按傳感器探測波段范圍分類紫外(0.05-0.38mm)可見光(0.38-0.76mm)紅外(0.76mm-1mm)微波紫外(0.05-0.38mm)可見光(0.38-0.76mm)紅外(0.76mm-1mm)微波(0.1-100cm)反射紅外(0.7-3mm)：近紅外(0.7-1.3mm)、短波紅外(1.3-3mm)中紅外(3-6mm)遠紅外(6-15mm)熱紅外(8-14mm)地球資源遙感、環境遙感、氣象遙感、農業遙感、林業遙感、地質遙感、災害遙感、海洋遙感……6.國內外主要遙感學術機構-中國國家遙感中心：下屬國家科委，到89年有8個部--中科院遙感所、北大遙感所、國家測繪局測繪科學研究所、科學院遙感衛星地面站、航空遙感一部（科學院航空遙感中心）、航空遙感二部、國土資源遙感中心（地質礦產部）、長沙遙感部（湖南省遙感中心）-中科院系統（遙感所、地理所、遙感衛星地面站、上海技術物理所、長春光學精密機械研究所、長春凈月潭遙感實驗場、電子所）-高校-美國：NASA(NationalAeronauticsandSpaceAdministration)、GoddardSpaceFlightCenter、EOSAT(EarthObservationSatelliteCo.)-前蘇聯：國家空間委員會、資源與環境空間系統-法：CNES(CentreNationald’EtudesSpatiales)-日本：NASADA(NationalSpaceDevelopmentAgencyofJapan)-其他：印度、加拿大、泰國、歐空局（EuropeanSpaceAgency）第二章遙感物理基礎1.電磁波與電磁波譜1.1電磁波波——振動在空間的傳播。電磁波：電磁振蕩在空間的傳播。1889年由赫茲試驗證實。千米(km)、分米(dm)、厘米(cm)、毫米(mm)、微米(μm)、納米(nm)等換算關系:1km=1000m=103m1dm=0.1m=10-1m1mm=0.001m=10-3m1μm=0.000001m=10-6m1不同點：傳播的方向性、穿透性、可見性、顏色不同共同點：都是橫波，遵循橫波的一切特性；傳播速度相同，在真空中以光速傳播；具有波粒二象性，遵守相同的反射、折射、透射、吸收和散射定律。1.2電磁波譜按照電磁波在真空中傳播的波長/頻率，遞增或遞減依次排列而成的圖表，稱為電磁波譜。2.電磁波輻射源2.1黑體：對任何波長的電磁輻射都全部吸收，其反射率和透射率都等于0。黑體是一種理想的吸收體，自然界沒有真正的黑體。2.2黑體輻射定律(1)普朗克公式：描述黑體輻射通量密度與溫度、波長分布的關系。或其中，M或W-光譜輻射通量密度，λ-波長，T-黑體絕對溫度，C1-第一輻射常量，C2-第二輻射常量，h-普朗克常數，k-玻爾茲曼常數，c-光速。圖示普朗克公式<不同溫度的黑體輻射>變化特點：(1)輻射通量密度隨波長連續變化，只有一個最大值；(2)溫度越高，輻射通量密度越大，不同溫度的曲線不相交；(3)隨溫度升高，輻射最大值向短波方向移動。(2)斯蒂芬－玻爾茲曼定律:對普朗克定律在全波段內積分，該定律闡明了黑體紅外輻射能量和溫度的關系。輻射通量密度隨溫度增加而迅速增加，與溫度的4次方成正比。σ：斯蒂芬－玻爾茲曼常數，（5.6697±0.00297）×10－12Wcm-2K-4應用：該定律是紅外裝置測試溫度的理論根據。(3)維恩位移定律B：常數，2897.8＋－0.4μm·K高溫物體發射較短的電磁波，低溫物體發射較長的電磁波。黑體輻射光譜中最強輻射的波長與黑體絕對溫度成反比。應用：針對要探測的目標，選擇最佳的遙感波段和傳感器。2.3一般輻射體和發射率對于一般物體而言，需要引入比輻射率Emissivity（熱輻射率、發射率），表明物體的發射本領。非黑體的輻射通量密度與同一溫度下黑體輻射通量密度的比值。發射率與物質種類、表面狀態、溫度等有關，還與波長有關。按照發射率與波長的關系，輻射源可以分為：1.黑體2.灰體3.選擇性輻射體(如線譜，帶譜)2.4基爾霍夫定律給定溫度下，任何地物的輻射通量密度W與吸收率α之比是常數，即等于同溫度下黑體的輻射通量密度。發射率等于吸收率。好的吸收體也是好的發射體，如果不吸收某些波長的電磁波，也不發射該波長的電磁波。3.大氣對太陽輻射的衰減3.1太陽輻射源太陽輻射及其能量分布：1）5900K的黑體輻射。2）短波輻射（太陽輻射總能量的40％集中于0.4-0.76um的可見光范圍內，51％在紅外部分）太陽常數：當太陽至地球的距離處于日地平均距離時(約1.5億千米)，太陽輻射到達地球大氣層上界的輻射通量密度(1.95W/cm2·min)。3.2大氣成分組成3.3大氣分層結構3.4大氣對太陽輻射的衰減太陽輻射衰減的原因：1.散射2.吸收3.反射太陽輻射通過大氣的路程：太陽高度角(1)散射作用太陽輻射通過大氣層時，受到大氣中氣體分子的散射和大氣中固體、微粒、液體的散射。A瑞利(Rayleigh)散射質點的直徑d<<λ(電磁波波長)時，一般認為（d<λ/10）大氣中的氣體分子；晴朗的天空為藍色；出現藍色蒙霧，紫外區不適于進行遙感。B米氏散射：質點直徑和電磁波波長差不多時（d≈λ）主要是大其中的氣溶膠引起的散射。云、霧等的懸浮粒子的直徑和0.76－15um之間的紅外線波長差不多，需要注意。C非選擇性散射：當質點直徑大于電磁波波長時（d>λ）散射率與波長沒有關系。人看到的云和霧是白色的，就是非選擇性散射的結果。(2)吸收作用大氣吸收電磁輻射的主要物質是：水、二氧化碳和臭氧。1）水：分為氣態水和液態水。水汽吸收電磁輻射的波段范圍較寬，從可見光、紅外直至微波，都有水汽的吸收帶。液態水的吸收更強，主要在長波方向。2）CO2：紅外區。1.35-2.85um之間有3個弱吸收帶，2.7，4.3，14.5um為強吸收帶。3）臭氧：紫外線4）其它吸收電磁波的物質：氧氣主要吸收波長小于0.2um的，塵埃吸收作用很少。(3)反射作用主要是大氣中的云層，大的塵埃。云量越多、云層越厚，反射越強。大氣對太陽輻射的衰減總體規律大氣吸收15％,散射和反射42％,其余43％太陽輻射到達地面。第二種說法：大氣吸收17％，散射22％，反射30％，其余31％太陽輻射到達地面。3.5大氣窗口大氣窗口：電磁波在大氣中傳輸過程中吸收、反射和散射很小，透射率很高的波段。要獲得地面的信息，必須在大氣窗口中選擇遙感波段。常用大氣窗口：-0.3－1.4um：包括全部可見光（95％），部分紫外光（70％），部分近紅外光（80％）。攝影和掃描成像的方式在白天感測和記錄目標電磁波輻射信息。-1.4－2.5um：近紅外窗口，60％－95％，掃描成像，白天記錄-3.5－5.5um：中紅外窗口，60％－70％，白天夜間，掃描成像記錄-8－14um：遠紅外窗口，超過80％，白天夜間，掃描記錄-1.4－300mm：微波窗口，白天夜間，掃描記錄。4.地球的輻射與地物波譜4.1太陽輻射與地球輻射&4.2地表自身熱輻射類別類別溫度(K)最大輻射波長波長可見光與近紅外中紅外遠紅外輻射(μm)0.3-2.5μm2.5-6μm>6μm太陽輻射60000.48短OO地球輻射3009.66長OO4.3地物波譜特征地物波譜類別：地物的發射光譜、透射光譜、反射光譜、遙感器接收到的電磁輻射(1)地物的發射光譜反映地物的比輻射率（發射率）隨波長變化規律的曲線，稱為地物的發射光譜。地物發射率的不同是紅外遙感技術的重要依據，適用于夜間地物探測。(2)地物的透射光譜透明物體：具有透射一定波長電磁波能力的物體。透射率：入射光透過物體的能量與入射總能量之比。舉例：1)水體在藍綠波段，渾水1-2米，一般水體10-20米。2)微波對地物具有明顯的透射能力,由入射波的波長決定；超長電磁波穿透能力更強。(3)地物的反射光譜電磁波與物體相互作用過程中，會出現：反射、吸收、透射，遵守能量守恒定律。1）物體反射分類判斷物體光滑或粗糙程度的瑞利準則：根據物體表面的粗糙程度，反射分為：（a）鏡面反射（b）漫反射（朗伯反射）（c）有向反射（d）混合反射2)朗伯反射朗伯定律：漫反射的反射輻射亮度（單位面積單位立體角內的輻射通量）和觀察方向與表面法線夾角的余弦成正比。航天遙感中，地球表面相對于遙感器的高度，近似視為朗伯面。3)有向反射有向反射比較復雜，反射率是入射角、反射角、入射方位角、反射方位角的函數。4)混合反射一部分鏡面反射，一部分朗伯反射。有向反射和混合反射與電磁波的入射方向和觀察方向有關，在航空遙感中具有重要意義。(4)遙感器接收到的電磁輻射到達地面的太陽輻射直接輻射—太陽輻射經大氣衰減后到達地面的部分。天空輻射—太陽輻射經過大氣散射后輻射到地面的部分。遙感器接受到的太陽輻射Bs—太陽輻射經地面目標反射后到達遙感器的輻射能。BA—太陽輻射經大氣散射到遙感器的輻射能。忽略大氣散射到地物又被反射到遙感器的部分。(5)典型地物反射波譜特征地物反射率隨波長而變化的規律—地物波譜clearwaterturbidwatervegetationsiltyclaysoilmucksoilA地物波譜—植被葉綠素較強吸收：0.45mm、0.67mm葉肉組織強反射：0.74~1.3mm水的主要吸收：1.45,1.92,2.7mm次之：0.96、1.2micrometers可見光(400-700nm)近紅外(700-1350nm)短波紅外(1350-2500nm)Pigmentationinternalleafstructuresvivowatercontent、InternalleafstructureB水體界線的確定近紅外圖像上，水體呈黑色；雷達圖像上，水體呈黑色。同物異譜、異物同譜——>圖像解譯的困難4.4地物波譜的測量(1)為什么要進行地物波譜測量？依據、關系、模型(2)波譜測量的方法主要有哪幾種？實驗室測量、野外測量（垂直+多角度）(3)BRDF與BRFBRDF：雙向反射分布函數(Bi-directionalReflectanceDistributionFunction)BRF：雙向反射比因子(Bi-directionalReflectanceFactor)

在相同的輻照度條件下，地物向(θ,φ)方向的反射輻射亮度與一個理想的漫反射體在該方向上的反射輻射亮度之比值，稱為雙向反射比因子R。(4)野外測量實例：a.光譜測試儀器光譜范圍為350-2500nm，即從可見光到短波紅外，包括了TM1-5、7的波譜范圍。測試的視場角有5度和25度兩種。測試得到連續光譜數據，并直接記錄在便攜式微機中。b.巖礦石光譜測試方法測試對象：與金屬礦化有關的蝕變巖石和近礦圍巖測試方法：野外剖面測試、野外場地測試、室內測試反射率的測量：積分球，用來測量組分光譜。（小目標）BRF的測量：1.灰板或白板(已知反射率的近似漫散射板)：RT=LTRP/LP順序測量法(同一臺儀器）：比較簡單,不存在儀器間標訂問題,容易受天氣變化影響同時測量法（兩臺儀器）：兩臺儀器都需要經過絕對輻射訂標2.ASD光譜儀：RT=DNTRP/DNP實際測量的信號表示為：測量信號=真正信號+暗電流+雜散光+隨機噪聲雜散光相對比例很小，只占總信號的0.02%~0.1%，暗電流必須被去除。第三章遙感平臺和傳感器1.氣象衛星系列衛星為什么能夠在軌道上運轉而不掉下來——>一定的高度、一定的速度衛星運行軌道與地球赤道之間的關系如何——>衛星軌道要么在赤道上空，要么穿越赤道衛星軌道主要有——>地球（太陽）同步軌道、低地軌道、極地軌道、回歸軌道等1.1氣象衛星不全是地球靜止衛星TIROS(TelevisionandInfraredObservationSatellite)：(1-10)POES系列的第一代，隨后有TOS(TIROSOperationalSystem)系列、ITOS(ImprovedTIROS)系列和NOAA系列.GOES(GeostationaryOperationalEnvironmentalSatellite,USA)：靜止同步環境應用衛星目前正在運行的是GOES-8、GOES-10。用途：對惡劣的天氣條件進行監測，估計暴風雨及颶風的降雨量，從而對洪水進行預警；估計降雪量及雪蓋范圍，探測冰原，繪制海冰、湖冰的移動。POES：兩顆極軌衛星，圓形太陽同步軌道，上午星830km,于當地時間7:30a.m.經過赤道，下午星870km下午1:40經過赤道。兩顆星保證在不到6小時內光顧地球的任一個角落。NOAA(NationalOceanicandAtmosphericAdministration)分類：TIROS-N*NOAA-D—>TIROS-N，NOAA-E*NOAA-N—>TIROSATN(AdvancedT-N).現在運行的NOAA衛星：NOAA-14、NOAA-15、NOAA-16DMSP(TheDefenseMeteorologicalSatelliteProgram)系列：采用近極地、太陽同步軌道，約830km，軌道周期約101分鐘。主要用來監測：云、水體、雪、火及污染情況。NEPOSS(TheNationalPolar-orbitingOperationalEnvironmentalSatelliteSystem),1994年5月，美國國會提交的合并計劃。METOP(MeteorologicaloperationalsatelliteoftheEUMETSATPolarSystem)：軌道高度約840km,過赤道時間為當地時間09:30。每天繞地球14圈。第一顆于2005年7月發射。1.2我國氣象衛星情況目前，風云一號D星和風云二號B、C星在軌運行，風云二號05星在2006年年底發射，工作壽命，都是三年。“風云”四號將達國際先進水平，預計將在2010年以后發射，是我國新一代靜止軌道氣象衛星。我國的氣象衛星初步實現業務化、系列化。FY-1C\D通道編號、波長范圍及其主要用途：-通道1-2植被反射的低谷和高峰區，利用二者的差值可計算植被指數-通道3紅外短波窗區，檢測地面高溫熱源，火情監測-通道4-5紅外窗區，測量地面溫度，對海面溫度反演中對大氣削弱進行訂正-通道6對雪的反射率較低，對土壤濕度比較敏感，干旱監測-通道7-9海洋水色通道-通道10低層水汽通道，大氣修正和大氣透過率的計算極軌氣象衛星（FY、NOAA）覆蓋范圍寬廣，每天觀測頻次在中高緯度達8-10次，可以多頻次的監測火情。1.3氣象衛星的特點-軌道：低軌和高軌-成像面積大，有利于獲得宏觀同步信息，減少數據處理容量-短周期重復觀測：靜止氣象衛星30分鐘一次；極軌衛星半天一次。利于動態監測。-資料來源連續、實時性強、成本低。1.4氣象衛星觀測的優勢和特點-空間覆蓋優勢極軌氣象衛星900km高空掃描寬度可達2800km/1條，每天都可以得到覆蓋全球的資料。地球靜止衛星3.6萬公里高空觀測面積約為地球表面的1／3。不受國界限制。-時間取樣優勢靜止氣象衛星可以獲得每小時一次的大范圍實時資料，有利于對災害性天氣的動態監測。雙星組網的極軌氣象衛星也可以每天提供4次全球覆蓋的圖象資料和垂直探測資-資料一致性優勢（內在的均一性和良好的代表性）-綜合參數觀測優勢可以從觀測資料中導出全球大氣溫度、輻射平衡、海陸表面溫度及云頂溫度、陸地下墊面狀態、植被狀況等諸多重要氣候和環境參數,這是其他觀測手段所不能觀測的。1.5氣象衛星資料的應用領域-天氣分析與氣象預報-氣候研究與氣候變遷的研究（全球變化）-資源環境領域：海洋研究、森林火災、水污染2.陸地衛星系列陸地衛星計劃首先由NASA發起ERTS(EarthResourcesTechnologySatellite)計劃，可運行后移交NOAA。2.1Landsat-1-5TM和Landsat-7ETM+系列(1)Landsat-1，2，3（ERTS系列）Landsat-1表明遙感數據可以用于土地調查與管理，水資源計劃，農作物估產，森林管理，海冰移動監測及制圖。數據傳輸速率的計算：假設：掃描寬度40km，像元大小20m，每條掃描線2000個像元，每個波段每個像元12bits,3個波段掃描線的數目/秒-7000/20=350：數據速率=2000x12x3x350=25Mbit/sec目前典型的數據速率為：10Mbit/s~360Mbit/sPayload：A反束光導管攝像機RBV：0.5-0.75μm，185km掃描寬度，40m分辨率B多光譜掃描儀MSS：0.5-12.6μm(只有Landsat-3有熱紅外),185km掃描寬度,80m分辨率(2)Landsat-4，5Payload：多光譜掃描儀MSS專題制圖儀TM（故所獲影像叫Landsat-4/5TM圖像。0.45-12.5μm,可見光/紅外分辨率30m,熱紅外120m.）(3)Landsat-7Payload：增強型專題制圖儀ETM+(其影像常叫做Landsat-7ETM+影像。0.45-12.5μm,單色15m,可見光/紅外分辨率30m,熱紅外60m)<Landsat-7ETM+各波段及其分辨率>(4)Landsat軌道特點-近圓形軌道使在不同地區獲取的影象比例尺接近一致。此外，近圓形軌道使得衛星的速度也近勻速，便于掃描儀用固定掃描頻率對地面掃描成像，避免造成掃描行之間不銜接的現象。-近極地軌道軌道近極地有利于增大衛星對地面總的觀測范圍。-與太陽同步光照角是37°30￠。使衛星在同一地方時通過地面一點，在相近的光照條件下對地面進行觀測，使衛星在固定的時間飛臨接收站上空，并使衛星上的太陽電池得到穩定的太陽照度。2.2SPOT系列(French)SPOT-1,-2,3：HRVSPOT-4：HRVIR+(VGT)*1.ObservationBandVisible:2bandsNear-infrared:1bandPanchromatic-Band:1bandSpatialResolutionMulti-spectralBand:20m、PanchromaticBand:10mSwathWidthAbout60km(1)Spot立體像對：軌道旁向傾斜，像對最短時間差為0.5小時。自動相關生成DEM，高程精度為7-11米(VirtuoZo)。(2)SPOT的傾斜觀測功能重復觀測能力單星：2－3天/次，多星：1天/次(3)立體成像裝置HRS(4)Spot-5基本產品：2.5米全色、5米全色、10米多光譜Spot-5增值產品：5米Pan、10米多光譜2.3CBERS系列（中巴資源衛星）2004年11月6日，中國資源-2衛星2006年是“十一五”規劃執行的第一年，航天部門的重點工作主要包括：海洋一號B星、鑫諾二號、風云二號05星、實踐8號和資源一號02B星等民用衛星的發射，嫦娥一號衛星和運載火箭飛行狀態產品的研制和生產。2.4其它資源衛星IKONOS軌道:680km,太陽同步，1米全色、4米多光譜、1米-藍波段.45-.52microns(4m)-綠波段.52-.60microns(4m)-紅波段.63-.69microns(4m)-近紅外.76-.90microns(4m)-全色.45-.90微米的圖像(1m）QUICKBIRD0.61meterpanchromatic(0.45-0.90)2.5metermulti-spectral(0.45-0.89)familiartolkonos3.海洋衛星系列海洋遙感的特點：-需要高空和空間的遙感平臺，以進行大面積同步覆蓋的觀測；-以微波遙感為主；-電磁波與激光、聲波的結合是擴大海洋遙感探測手段的一條新路；-海面實測資料的校正。主要的海洋衛星-美國的海洋衛星（SEASAT)：1978年發射；近極地太陽同步軌道；掃描覆蓋海洋的寬度1900km；五種傳感器，以微波為主。-日本的海洋觀測衛星系列（MOS-1)：獲取大陸架淺海的海洋數據。-歐洲海洋衛星系列（ERS）：主要用于海洋學、海冰學、海洋污染監測等領域。-加拿大的雷達衛星（RADARSAT）：加、美、德、英共同設計，1995年發射。4.遙感成像航空遙感分類-按攝影方式分：單鏡頭攝影、多鏡頭攝影、全景攝影、多波段攝影-按掃描方式分：熱紅外掃描、側視雷達、成像光譜儀攝影機分：分幅式攝影機、全景式攝影機、多光譜攝影機、數碼攝影機4.1航空攝影(1)航空攝影機和影象形成過程成像原理及相機機構類似普通照相機，只不過裝載于飛機之上，拍攝時也通過快門瞬間開啟，直接在感光材料上感光，經過暗室顯、定影，形成底片，再經接觸曬印，獲得的正像即為航空像片。(2)航空攝影的種類-按像片傾斜角分為：垂直攝影和傾斜攝影-按攝影的實施方式分：單片攝影、航線攝影和面積攝影壓平線：像片四邊井字形直線，其彎曲度說明攝影時感光膠片未壓平而產生的影像變形情況。(3)攝影像片的幾何特征A像片的投影中心投影和垂直投影：航片是中心投影，即攝影光線交于同一點；地圖是正射投影，即攝影光線平行且垂直投影面。中心投影和垂直投影的區別：正射投影中心投影正射投影中心投影比例尺和投影距離無關；焦距固定，航高改變，其比例尺也隨之改變總是水平的，不存在傾斜問題若投影面傾斜，航片各部分的比例尺不同地形起伏對正射投影無影響；對中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同中心投影的透視規律：-點的像仍然是點。-與像面平行的直線的像還是直線；如果直線垂直于地面，有兩種情況：第一，當直線與像片垂直并通過投影中心時，該直線在像片上的像為一個點；第二，直線的延長線不通過投影中心，這時直線的投影仍為直線，但該垂直線狀目標的長度和變形情況則取決于目標在像片中的位置。-平面上的曲線，在中心投影的像片上一般仍為曲線。B像片的比例尺航空像片上某一線段長度與地面相應線段長度之比，稱為像片比例尺。-平均比例尺：以各點的平均高程為起始面，并根據這個起始面計算出來的比例尺。-主比例尺：由像主點航高計算出來的比例尺，它可以概略地代表該張航片的比例尺。-攝影比例尺：即航片上某線段l地面相應線段的水平距離L之比。平坦地區、攝影時像片處于水平狀態(垂直攝影)，則像片比例尺等于像機焦距(f)與航高(H)之比。C像點位移在中心投影的像片上，地形起伏除引起像片比例尺變化外，還會引起平面上的點位在像片上的位置移動，這種現象稱為像點位移。-位移量與地形高差成正比，即高差越大引起的像點位移量也越大。當高差為正時，像點位移為正，背離像主點方移動；高差為負時，像點位移為負，向像主點方向移動。-位移量與像點距離像主點的距離成正比，即距像主點越遠的像點位移量越大，像片中心部分位移量較小。像主點無位移。-位移量與攝影高度（航高）成反比。即攝影高度越大，因地表起伏的位移量越小。(4)攝影膠片的物理特性A感光度：指膠片的感光速度。遙感需用感光度高的膠片。光學密度：指膠片感光顯影后，影像表現出的深淺程度。反差與反差系數：反差指膠片的明亮部分與陰暗部分的密度差；反差系數是指拍攝后負片影像與景物亮度差之比。灰霧度：未經感光的膠片，顯影后仍產生輕微的密度，呈淺灰色，故稱灰霧度寬容度：指表達被攝物體亮度間距的能力。遙感攝影希望用寬容度大膠片。解像力（感光膠片的分辨力）：大小以每毫米范圍內分辨出的線條數表示(線對/毫米)。B遙感攝影膠片的類型-黑白攝影膠片：色盲片(短波段)、正色片(藍光-綠光)、分色片(對綠黃光較敏感)全色片(全部可見光,綠光部分感光度稍有降低)-彩色片：天然彩色片(較真實地還原出被攝物體的自然色彩,真彩色)、紅外彩色片按感光材料分類分為：全色黑白攝影、黑白紅外攝影、彩色攝影、彩色紅外攝影、多光譜攝影4.2掃描成像照相技術的弱點：乳膠片感光技術本身存在著致命的弱點，所傳感的電磁輻射波段僅限于可見光及其附近；其次，照相一次成型，圖象存儲、傳輸和處理都不方便。(1)光/機掃描成像A概念：依靠機械傳動裝置使光學鏡頭擺動，形成對目標地物逐點逐行掃描。探測元件把接受到的電磁波能量能轉換成電信號，在磁介質上記錄或再經電/光轉換成為光能量，在設置于焦平面的膠片上形成影像。-瞬時視場角(掃描儀的空間分辨率)：掃描鏡在一瞬時時間可以視為靜止狀態，此時接受到的目標物電磁波輻射，限制在一個很小的角度之內，這個角度稱為瞬時視場角。-總視場角：掃描帶的地面寬度稱總視場；從遙感平臺到地面掃描帶外側所構成的夾角，叫總視場角。B工作原理：掃描鏡在機械驅動下，隨遙感平臺的前進運動而擺動，依次對地面進行掃描，地面物體的輻射波束經掃描鏡反射，并經透鏡聚焦和分光分別將不同波長的波段分開，再聚焦到感受不同波長的探測元件上。C幾種光/機掃描儀-紅外掃描儀：接受地物的紅外輻射能量，并把它傳給探測元件。-多光譜掃描儀（MSS)：與紅外掃描儀基本類似，不同之處是外加一個分光系統，把來自地物的電磁波信號，分成若干個不同的波段，用多個探測器同步記錄。-專題制圖儀TM：成像原理與MSS一致，與MSS相比，空間分辨率由79米提高到30米；探測波段由4D特點：利用光電探測器解決了各種波長輻射的成像方法。輸出的電學圖像數據，存儲、傳輸和處理方面十分方便。但裝置龐雜，高速運動使其可靠性差；在成像機理上，存在著目標輻射能量利用率低的致命弱點。(2)固體自掃描成像A固體自掃描是用固定的探測元件,通過遙感平臺的運動對目標地物進行掃描的一成像方式.B電荷耦合器件CCD：是一種用電荷量表示信號大小，用耦合方式傳輸信號的探測元件。具有感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、系統噪聲低、靈敏度高等一系列優點。C掃描方式上具有推帚式（push-broom）掃描成像特點。探測元件數目越多，體積越小，分辨率就越高。電荷耦合器件CCD逐步替代光學機械掃描系統。(3)高光譜掃描A成像光譜儀：既能成像又能獲取目標光譜曲線的“譜像合一”技術，稱成像光譜技術。按該原理制成的掃描儀叫成像光譜儀。B特點：高光譜成像技術是遙感進展的新技術，其圖像是多達數百個波段的非常窄的連續的光譜波段組成，光譜波段覆蓋了可見光、近紅外、中紅外和熱紅外區域全部光譜帶。光譜儀成像時多采用掃描式和推帚式，可以收集200或200以上波段的收據數據。使圖像中的每一像元均得到連續的反射率曲線，在波段之間不存在間隔。5.微波遙感與遙感圖像特征微波及微波遙感：波長在1mm-1m范圍內的電磁波叫做微波。微波遙感是指通過傳感器獲取從目標地物發射或反射的微波輻射，經過判讀處理來認識地物的技術。5.1微波遙感(1)微波遙感的特點： -能全天候、全天時工作-對某些地物具有特殊的波譜特征（水、冰）-對冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透力（趨膚深度H）-對海洋遙感具有特殊意義-分辨率較低，但特性明顯(2)主動和被動微波遙感A主動微波遙感：通過向目標物發射微波并接收其后向散射信號來實現對地觀測遙感方式。（雷達、微波高度計、微波散射計）1)雷達Radar(RadioDirectionAndRange)雷達的用途：用于測定目標的位置、方向、距離和運動目標的速度。雷達的工作方式：由發射機通過天線在很短時間內，向目標地物發射一束很窄的大功率電磁波脈沖，然后用同一天線接收目標地物反射的回波信號而進行顯示的一種傳感器。雷達分類-按發射源分：微波雷達、紅外雷達、激光雷達（LIDAR）-按工作方式分：成像雷達（真實孔徑雷達、合成孔徑雷達）、非成像雷達2)側視雷達（SideLookingRadar，SLR)的分辨力可分為：-距離分辨力（垂直于飛行的方向）俯角越大，距離分辨力越低；反之亦然。要提高距離分辨力，必須降低脈沖寬度(過低則反射功率下降)，實際采用脈沖壓縮的方法。-方位分辨力（平行于飛行方向）提高~只有加大天線孔徑、縮短探測距離和工作波長。3)合成孔徑側視雷達（SAR）合成孔徑側視雷達的方位分辨力與距離無關，只與天線的孔徑有關。所以，可用于高軌衛星。天線越小，方位分辨力越高。B被動微波遙感：通過傳感器，接收來自目標地物發射的微波，而達到探測目的的遙感方式，稱被動微波遙感。（微波輻射計）(3)應用領域：水文、農業、森林、海洋、氣象、地質5.2遙感圖像的特征（幾種分辨率的含義）(1)遙感圖像的空間分辨率（Spatialresolution）-概念：空間分辨率指像素所代表的地面范圍的大小，即掃描儀的瞬時視場，或地面物體能分辨的最小單元。-對于攝影成像的圖像來說，地面分辨率取決于膠片分辨率、攝影鏡頭分辨率構成的系統分辨率，以及攝影機焦距和航高。地面分辨率的單位是線對/m，實際地面分辨的最小間隔（圖像能夠被分辨出來的地面上兩個目標的最小距離）應為線/m。即地面分辨率/2。(2)圖像的光譜分辨率（SpectralResolution）光譜分辨率是指傳感器在接受目標輻射的波譜時能分辨的最小波長間隔。間隔愈小，分辨率愈高。傳感器的波段選擇必須考慮目標的光譜特征值。(3)輻射分辨率（RadiometricResolution）輻射分辨率是指傳感器接受波譜信號時，能分辨的最小輻射度差。在遙感圖像上表現為每一像元的輻射量化級別。某個波段遙感圖像的總信息量與空間分辨率（以像元數n表示）、輻射分辨率（以灰度量化級D表示）有關。在多波段遙感中，遙感圖像總信息量還取決于波段數k。(4)圖像的時間分辨率（TemporalResolution）時間分辨率指對同一地點進行采樣的時間間隔，即采樣的時間頻率，也稱重訪周期。時間分辨率對動態監測很重要。星載對地觀測系統發展方向-“三高”：高空間分辨率、高光譜分辨率、高時間分辨率6.熱紅外遙感6.1概況紅外譜段介于哪兩種譜段之間呢？可見光（0.38μm-0.76μm）與微波(0.1cm-100cm)紅外波段：反射紅外波段發射紅外波段—近紅外(0.76-3μm)、中紅外(3-6μm)、遠紅外(6-15μm)俗稱“熱紅外”、超遠紅外(15μm-1000μm)熱紅外遙感具有比可見光遙感更多的復雜性？-熱紅外遙感的大氣影響更加復雜-熱信息受表層熱狀況(風、濕度、土壤等)的影響-地物本身的熱過程是復雜的-熱能的傳遞有多種方式(傳導、對流、輻射)-星載熱紅外遙感影像一般空間分辨率低，“混合像元”問題突出。6.2熱輻射原理(1)熱紅外探測的理論基礎一切溫度高于絕對零度（273.16k）的物體都在不停地向周圍空間發射紅外輻射能量。物體紅外輻射能量大小及其按波長的分布與物體的表面溫度有十分密切的關系。因此，通過探測物體紅外輻射能量，可以準確測定其表面溫度，這就是紅外輻射測溫所依據的客觀基礎。如果一個物體可以全部吸收到達其表面任何波長的電磁輻射而不反射和透射(全部發射)，則該物體就是絕對黑體（完全的吸收體和發射體）。普朗克公式普遍適用于絕對黑體，討論了波長、溫度和輻射出射度之間的關系。普朗克公式、斯忒藩-玻爾茲曼定律、維恩位移定律P4真實物體的輻射M(T)為總輻射出射度，T為物體的真實溫度，σ為斯-玻常數，ε為物體的比輻射率。熱傳感器工作原理：熱紅外傳感器通過測量所接收到的真實物體的紅外輻射能量，結合比輻射率測定，就可以得出物體真實的表面溫度。(2)熱輻射原理幾種溫度介紹-分子運動溫度（KineticTemperature）：熱力學溫度，又稱真實溫度。Tkin是物質內部分子的平均熱能(平均傳遞能量的“內部”表現形式)。（一般埋在物體中測量）-輻射溫度（RadiantTemperature）：又稱為表征溫度。因為物體還向外輻射能量，其輻射能量是物體能量狀態的一種“外部”表現形式。（可用熱遙感器探測）真實物體的輻射溫度Trad和熱力學溫度Tkin之間的關系是：-亮度溫度（BrightnessTemperature）：指輻射出與觀測物體相等的輻射能量的黑體溫度。Tb是衡量物體溫度的一個指標，不是物體的真實溫度。亮度溫度的推導過程：也就是說，亮度溫度和前述的輻射溫度、表征溫度是一致的。在微波遙感中，常用亮度溫度，而在紅外遙感中較多地用輻射溫度。(3)地表真實溫度的反演由于熱紅外傳感器輸出的是物體輻射溫度的度量。但在許多熱紅外遙感研究中，人們的興趣在于物體的真實溫度，而不是表征溫度（輻射溫度），因此需進行溫度反演。溫度反演算法有：單通道法、多通道法（分裂窗法、劈窗法）、單通道多角度法、多通道多角度法6.3熱紅外遙感器與輻射定標熱紅外遙感器類型：熱探測器、熱輻射計、熱掃描儀其中，應用最多的是熱掃描儀，它主要有地面、機載和星載三大類，前兩類的空間分辨率和溫度分辨率較星載的為高。主要熱紅外遙感傳感器比較：LS-5TM、LS-7ETM+CBERSASTERBIRDMODISLS-5TM、LS-7ETM+CBERSASTERBIRDMODIS空間分辨率120m(60m)156m90m185m1000m熱紅外波段數115216熱掃描的輻射定標：-內部溫度參考源（內定標法）：設置為地面監測目標的“最冷”和“最熱”。-空-地相關（地面觀測與掃描數據之間關系）-空-空相關（不同遙感器之間的轉換關系）6.4熱掃描圖像的特點與解譯(1)熱掃描圖像的特點-圖像色調深淺與溫度分布是對應的；-由于熱擴散作用，熱圖像反映目標的信息往往偏大，且邊界不太清晰；-存在幾何畸變（與平臺有關）；-具有不規則性（各類干擾所致）。(2)熱掃描圖像的解譯一般應用僅僅是定性研究地物輻射溫度的差異，并不需要定量的精確溫度反演。常見方法是：先對熱紅外的黑白圖像進行密度分割、彩色編碼或者其它增強處理，以方便人工解譯。解譯注意事項：首先確定是正片還是負片，是白天還是夜間成像；注意分清熱景觀的綜合影響并加以分離；如需定量分析的話，還需要了解地物的發射率、輻射溫度及環境輻照度等。6.5熱紅外遙感的應用領域(1)區域地質、水文地質、地熱調查：找礦(2)土壤水分研究：土壤分類、旱情監測等(3)環境污染監測：煙塵、油、熱污染、熱島(4)災害調查：森林草原火災、煤層自燃、火山地震等(5)海洋調查：海流、漁情、海冰、灘涂等第四章遙感應用1.地質遙感(地質遙感的實質--地質解譯)地質解譯又稱地質判讀或地質判釋(必須掌握地質解譯標志或地質解譯特征及其影響因素)。地質解譯標志：-直接解譯標志：地物或地質體本身固有的特性在圖像上直接表現出來的影像特征，如形狀、大小、色調、色彩、紋形和陰影等等，據此可直接識別地物。-間接解譯標志：指與地物或地質體的屬性有內在聯系，經分析推斷可識別其性質的影像特征。例如，巖性可通過植被、土壤、地貌形態等反映出來。巖石的性質（巖性）識別巖石的反射光譜特征：與巖石本身的礦物成分和顏色密切相關；組成巖石的礦物顆粒大小和表面粗糙度的影響；巖石表面濕度的影響。(1)巖性識別—沉積巖沉積巖的影像特征及其識別：-沉積巖最大特點是成層性，常具不同地貌特點；-沉積巖的解譯應著重標志性巖層的建立；-疏松的陸相碎屑巖直接與形成的地貌有關。(2)巖性識別—巖漿巖根據SiO2重量百分數，通常將巖漿巖分為四大類：-超基性巖：SiO2<45%橄欖巖—苦橄玢巖類-基性巖：SiO245%～52%輝長巖—玄武巖類-中性巖：SiO252%～65%閃長巖—安山巖類-酸性巖：SiO2>65%正長巖－粗面巖類、花崗、巖－流紋巖類巖漿巖的影像特征及其識別：-巖漿巖呈團塊狀和短的脈狀，與沉積巖在形狀結構上明顯不同。-酸性巖以花崗巖為代表，色調淺，易與圍巖區分，形態常顯圓形、橢圓形和多邊形。-基性巖色調深容易風化剝蝕成負地形：方山，臺地。-中性巖介于二者之間，火山巖最易識別。巖漿巖的遙感解譯效果較好，幾何形態的主要標志是：在圖像上巖漿巖體具有比較規則的平面幾何形態，常成圓、橢圓、透鏡狀、脈狀等。除少數熔巖外，巖漿巖多數缺少層理影像特征。遙感圖像上出露規模較大的侵入巖，常具環狀、放射狀等類型的水系，節理或巖脈群。(3)巖性識別—變質巖：與原始母巖的特征相似，由于變質作用，使得影像特征更復雜。地質構造識別(1)水平巖層的識別：硬巖的陡坎與軟巖的緩坡呈同心圓狀分布。(2)傾斜巖層的識別：在低分辨率遙感影像上，順向坡有較長坡面、逆向坡坡長較短。在高分辨率的遙感影像上常出現巖層三角面，據此可確定巖層的產狀。(3)褶皺及其類型的識別：選擇影像上顯示最穩定、延續性最好的平行色帶作為標志層。標志層的色帶呈圈閉的圓形、橢圓形、橄欖形、長條形或馬蹄形等，是確定褶皺的重要標志。(4)斷層及其類型的識別：-斷層在遙感影像上有兩種表現：線性的色調異常、兩種不同色調的分界面呈線狀延伸。-地質構造標志、地貌標志、水系標志等影像特征也是判斷斷層存在的重要標志。(5)活動斷層的確定：除了具備斷層的影像特征外還有以下特征：山形、溝谷的明顯錯位和變形；山形走向突然中斷；山前現代或近代洪積扇錯開；震中呈線形排列，活動頻繁。1.3線性特征的識別提取在遙感圖像上線性因素最醒目、信息量最豐富。主要有四種類型：(1)人類的活動因素：如交通網、林邊界線等；如高壓線、輸油管道等稱為非地質線性影像(2)自然地理和地貌因素：如山脊線、山谷線、雪線、陡崖線、海岸線、濕地、臺地界線等(3)非斷裂構造的地質因素：如地層界線，各種不整合接觸界線，包括的層理、接觸界線(4)斷裂構造因素：由內應力構造遠動、侵入作用所形成的各種線性影像，在遙感圖像上表現為規模不等的大量線性影像。這一類是地質工作研究的主要對象，特稱其為斷裂構造。斷裂構造的識別標志有：色調標志、形態標志、水系標志1.4綜合解譯標志(1)構造運動的分析：在地貌上，上升運動表現為山地的抬升及河流的切割；地殼的下沉區表現為負地形；兩者接觸帶上往往有斷裂存在。在水系上，上升區表現為放射狀水系；下降區則表現為匯聚狀水系。(2)遙感找礦應用研究：遙感信息多層次分離提取技術該技術是以巖礦的電磁波特征反射譜帶作為信息提取的理論基礎，通過建模、變量選取和多種圖像處理手段，多層次、逐步地剔除干擾因素，達到增強、分離提取出礦化蝕變信息的目的，最終得到包含目標特征信息估計圖像的遙感信息分析處理全過程。研究方法和步驟：多源數據的采集；多源數據的分析處理；遙感模型的建立與異