遙感物理基礎主講教師：萬紅測繪系姓名：萬紅電話箱：wanhongabc@163.com授課教師《遙感物理》，徐希孺編著，北京大學出版社，2005本課程部分內容與教材有區別主要教材課程大綱課程名稱：遙感物理基礎，Thephysicbasisofremotesensing

課程屬性：專業核心課學時/學分:45/2.5教學目的和要求：本課程為遙感科學與技術專業本科生的專業核心課。本課程著重討論遙感所涉及到的基本物理問題，注意到學科的新發展。通過課程學習，使學生從物理機制上理解和掌握遙感原理與方法。課程大綱平時成績：30%期末考試：70%考試方式：閉卷考核方式課程內容第一章：緒論第二章：電磁波與電磁輻射第三章：遙感數據源第四章：基本物理概念第五章：大氣效應及大氣校正第六章：可見光與近紅外波段的遙感應用第七章：熱紅外波段的遙感應用（選學）第一章緒論1.1遙感定義1.2遙感技術系統1.3遙感的應用現狀與發展趨勢1.4遙感的理論體系及其關鍵問題1.5遙感科研資訊1.1遙感的定義遙感：遙遠的感知即不接觸物體而獲得物體的信息，依此定義：

最基本（原始、初級）：眼睛、耳朵…19世紀末，照相機，氣球攝影，偵察機人造衛星，遙感學科“感”什么？“知”什么？《遙感基礎與應用》（鄧良基）定義：1.1遙感的定義

從空間平臺上通過電磁波，高屋建瓴觀測地球，獲得地球表層信息的理論方法統稱為遙感。教材定義：

不直接接觸物體本身，從遠處通過儀器（傳感器）探測和接收來自目標物體的信息（如電場、磁場；電磁波、地震波等信息），經過信息的傳輸及其處理分析，識別物體的屬性及其分布特征。1.1遙感的定義國際攝影測量與遙感協會（ISPRS）定義：

從非接觸成像或其他傳感器系統，通過記錄、量測、分析和表達，獲取地球及其環境、以及其他物體和過程的可靠信息的工藝、科學和技術。以上是狹義的遙感定義廣義遙感定義：

一切無接觸的遠距離的探測，包括對電磁波、力場、機械場（聲波、地震波）等的探測。遙測遙控天文NASA：行星觀測計劃對地觀測計劃地學：Geo-science

?20世紀以前，地球-科學？探險、地理大發現、諾貝爾獎

?地球科學的分支：地理科學、地質科學、大氣科學、海洋科學、環境科學……?地球系統科學：打破學科界限，將地球作為一個完整系統開展研究“遙感”這個名詞的含義是被界定在地球科學范疇之內的。合-分-合地理學會遙感分會遙感的優勢

?提供全球三維同步或準三維同步觀測數據，為地球系統科學的形成提供了新的技術手段。

?為檢驗地球系統科學模擬的真偽提供最直接、最生動的景觀圖象。

?徹底改變了地球科學中傳統的點測量狀況，代之以從象元到象元的信息獲取方式。遙感：全球、重復、面狀、數據信息用于地球系統科學建模、反演、驗證第一章緒論1.1遙感定義1.2遙感技術系統1.3遙感的應用現狀與發展趨勢1.4遙感的理論體系及其關鍵問題1.5遙感科研資訊1.2遙感技術系統遙感技術系統主要內容：（1）地物電磁輻射特性測試：波譜特性：了解各種地物的輻射特性。輻射傳輸特性：了解大氣對輻射傳輸的影響。（2）信息獲取、傳輸和儲存：測量地物的電磁輻射：遙感平臺、傳感器傳輸：無線電通信方式，平臺返回方式存儲、處理：地面接收站（3）信息處理與分析：將接收到的遙感數據進行加工，以滿足用戶的要求。信息處理是遙感數據到遙感應用的橋梁。系統級處理：基本的幾何和輻射校正等。由數據供應商在數據接收站完成。應用級處理：用戶從遙感數據提取出其感興趣的信息。（4）信息應用：將遙感信息應用到地學各領域。由各應用領域的專業人員根據其具體目的進行應用。利用遙感數據監測自然災害利用遙感數據進行土地利用制圖利用遙感數據監測全球氣候變化等1.2遙感技術系統衛星遙感器

?資源衛星

?氣象衛星

?MODIS

?

環境減災衛星上述是根據用途（應用對象）劃分，還有如雷達衛星等。用于采集和探測地物的電磁輻射能量的儀器。表資源衛星主要指標名稱Landsat-7ETMSPOT-5HRGCBERSCCD成像儀國別、組織美國法國中國波段設置(m)及地面分辨率(m)0.45~0.5230

0.45~0.5219.50.52~0.60

0.5~05.9100.52~0.590.63~0.69

0.61~0.680.63~0.690.76~0.900.79~0.890.77~0.891.55~1.751.52~1.7520

10.4~12.5602.08~2.35300.5~0.9150.51~0.7350.51~0.7319.5表靜止氣象衛星的掃描輻射計主要性能儀器名稱GOESGMSMETEOSATINSatFY-2國別、組織美國日本歐空局印度中國波段(m)0.55~0.750.55~0.75

0.4~1.10.55~0.750.45~1.055.7~7.16.3~7.610.5~12.510.5~12.510.5~12.510.5~12.510.5~12.5星下點地面分辨率(km)可見光2.751.44紅外6.955115.76表主要海洋水色儀的比較儀器名稱CZCSSeaWiFs水色成像儀OCTSATSR國別、地區、組織美國美國中國臺灣日本歐空局年份197890年代下半期199890年代下半期1991高度(km)955705600800波段(m)0.402~0.4220.402~0.4220.433~0.4530.433~0.4530.433~0.4530.433~0.4530.480~0.5000.480~0.5000.480~0.5000.510~0.5300.500~0.5200.500~0.5200.500~0.5200.540~0.5600.545~0.5650.545~0.5650.545~0.5650.660~0.6800.660~0.6800.660~0.6800.660~0.6800.700~0.8000.745~0.7850.745~0.7850.845~0.8850.845~0.8850.845~0.885

3.55~3.853.55~3.95

8.25~8.7510.5~12.5

10.5~11.510.3~11.3

11.5~12.511.5~12.5地面分辨率(m)8251130800680依平臺分類：地面遙感、航空遙感、航天遙感和航宇遙感（一般用于宇宙遙感）。依波段分類：紫外遙感、可見光及近紅外遙感、熱紅外遙感、微波遙感、無線電遙感，此外還有多光譜遙感、高光譜遙感、激光遙感等等。依工作方式分類：主動遙感、被動遙感依應用領域分類：大氣遙感、資源遙感、環境遙感、軍事遙感等等。遙感分類光學遙感被動式傳感器主動式傳感器大氣吸收地表云云直接射線衍射散射反射可見光近紅外熱輻射反向散射微波雷達熱紅外

搭載遙感器的各種工具。包括車、船、高架、熱氣球、飛機、衛星、飛船等等。遙感平臺地面平臺航空平臺航天平臺宇航平臺分辨率空間分辨率一個像元代表的實地的最小尺寸。時間分辨率：同一個地區可獲得的兩個影像最小的時間間隔。光譜分辨率：傳感器所能記錄的波段數或者電磁波的間隔。輻射分辨率：傳感器接受信號的敏感程度。?空間分辨率：平臺高度、遙感器瞬時視場角(IFOV)、成像角度?時間分辨率：軌道周期、覆蓋范圍?光譜分辨率：遙感器設計?輻射分辨率：遙感器設計例：1.OMIS:3mrad，1000m,機下與斜視45度時空間分辨率？

NOAA-AVHRR瞬時視場角（星下點1.1km,衛星高700km)？2.TM、NOAA-AVHRR重復周期的區別3.OMIS，0.4-1.1μm范圍內64通道，光譜分辨率？分辨率第一章緒論1.1遙感定義1.2遙感技術系統1.3遙感的應用現狀與發展趨勢1.4遙感的理論體系及其關鍵問題1.5遙感科研資訊1.3遙感的應用現狀與發展趨勢EducationTransportationCityPlanningNaturalResourcesAtlanta,HeatIslandExperimentCalifornia,TeacherTraining(alert)Baltimore,LymeDiseaseStudyAgricultureKansas,PrecisionFarmingMississippi,RoadSitingHurricaneLandfallForecastingDisasterManagement遙感應用是推動遙感發展的原動力2008.9.8，GeoEye-1，0.41m全色和1.65m多譜段，定位精度3m地區：上海浦東分辨率：1m采集時間：2000年3月26日

QuickBird影像圖華盛頓紀念碑2008.9.8，GeoEye-1，0.41m全色和1.65m多譜段，定位精度3m黃河三角洲TM遙感分類按平臺高度、波段、工作方式和應用領域。遙感平臺光譜儀，中科院遙感飛機，中巴資源衛星。分辨率空間分辨率，時間分辨率，光譜分辨率，輻射分辨率。主要內容回顧（1）多分辨率傳感器并存

1m分辨率的IKONOS，1Km分辨率的NOAA系列、MODIS系列以及SeaWIFS系列。（2）多波段、多角度及多極化遙感同時并用

高光譜分辨率，高空間分辨率。

應該從電磁波與地物相互作用的機理出發去探討獲取地表信息的新方法。（3）RS，GPS，GIS的有機結合構成集成系統

RS，GPS，GIS的有機結合是使遙感最具活力的關鍵問題。21世紀遙感技術體系的發展趨勢數據爆炸與信息饑渴？

總之，遙感作為一種新型的對地觀測系統，它的出現對地球科學各分支的推動是巨大的，在遙感應用的頭二、三十年內，其應用范圍相當寬廣，幾乎深入到地球科學的各個領域，地理，大氣，海洋，甚至于地質，它給傳統的地球科學帶來了巨大的沖擊，然而：

在獲得進步的同時，一些深層次帶有明顯的定量性質的問題，被逐步提到議事日程上來。這些深層次問題的解決，有的需要從原理方法上去根本解決問題，有的是需要改進傳感器及傳感器的對地觀測姿態，有的需要將不同的傳感器配套使用形成更為完善的體系，有的迫切需要進入業務運行階段，積累數據以便解決時間、空間尺度相對大的地球科學問題，總之，遙感應用不僅應在廣度上擴展，更應向深層次問題進軍。發展趨勢第一章緒論1.1遙感定義1.2遙感技術系統1.3遙感的應用現狀與發展趨勢1.4遙感的理論體系及其關鍵問題1.5遙感科研資訊（1）尋找適合遙感對象的數學和物理學規律

經典物理學所討論的對象，往往被限制在某個范圍內，經典物理學實現的是在某種實驗室條件下，獲得關于目標一般物理特性的知識；而遙感的對象是在自然界，不僅目標復雜，而且環境多變，因此往往需要把經典物理學中的定律進一步推廣到復雜目標及自然環境條件下，形成新的物理學規律，否則遙感將失去其穩固的基礎。1.4遙感的理論體系及其關鍵問題（2）混合像元的信息分解與融合

如何理解混合像元測量值的物理含義？它與組分對應量之間存在何種關系？這就是混合像元的信息分解。當像元尺度發生變化時，不同尺度所對應的同一物理量之間該發生何種關聯呢？這就是混合像元信息的尺度融合問題。1.4遙感的理論體系及其關鍵問題（3）建模與反演

傳感器→電磁波的屬性參數（電磁輻射強度、偏振度、相位差）。在可測參數與目標狀態參數間建立某種函數關系是實現目標參數反演的關鍵一步，我們稱它為建模。（統計模型，解析模型）反演就是基于模型知識基礎上，依據可測參數值去反推目標的實時狀態參數。1.4遙感的理論體系及其關鍵問題（4）大氣效應糾正與大氣參數反演

介于目標與傳感器之間的大氣是電磁波的必經之路，大氣將對遙感信號施加影響，對這種影響的修正方法稱為大氣效應糾正。大氣效應分為兩類：吸收和散射。大氣吸收方面，人們已經積累了相當豐富的知識，并且已經有現成的計算程序可以使用。分子散射也已有較完備的理論。

氣溶膠對電磁波的散射機理遠比分子散射復雜，更為困難的是不知道與像元尺度相匹配的大氣氣溶膠參數，如果這個問題不