地图学遥感课件

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。一、什么是遥感？一、什么是遥感？遥感数据获取示图遥感数据获取示图 遥感数据的获取接收接收预处预处理理用户应用处用户应用处理理分析结果、图表分析结果、图表输出输出二、遥感的成像原理？电磁波的特性电磁波的特性 电磁波谱电磁波谱 依次为依次为：电磁波谱示图电磁波谱示图二、遥感的成像原理？大气窗口概念：概念：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AVHRR远红外814 m6070TM6微波0.82.5cm100Radarsat 遥感应用的电磁波波谱段遥感应用的电磁波波谱段v紫外线：紫外线：波长范围为波长范围为0.010.010.38m0.38m，太阳光谱中，只有，太阳光谱中，只有0.30.30.38m0.38m波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测波长的光到达地面，对油污染敏感，但探测高度在高度在2000 m2000 m以下。以下。v可见光：可见光：波长范围：波长范围：0.380.380.76m0.76m，人眼对可见光有敏，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。锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。v红外线：红外线：波长范围为波长范围为0.760.761000m1000m，根据性质分为近红，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。外、中红外、远红外和超远红外。v微波：微波：波长范围为波长范围为1 1 mmmm1 m1 m，穿透性好，不受云雾的影，穿透性好，不受云雾的影响。响。太阳辐射与地表的相互作用太阳辐射与地表的相互作用()地物的反射率地物的反射率()漫反射漫反射()镜面反射镜面反射()n太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，太阳辐射到达地表后，一部分反射，一部分吸收，一部分透射，即即：到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量到达地面的太阳辐射能量反射能量吸收能量透射能量n地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。地表反射的太阳辐射成为遥感记录的主要辐射能量。n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的蓝绿光波段。一般水体的透射深度可达1020 m，清澈，清澈水体可达水体可达100 m的深度。的深度。n地表吸收太阳辐射后具有约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的温度，从而形成自身的热辐射，其峰值波长为射，其峰值波长为9.66 m，主要集中在长波，即，主要集中在长波，即6m以上的热红以上的热红外区段。外区段。地物在不同波段的反射率是不同的。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。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。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。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。能量大小不同。二、遥感的成像原理？二、遥感的成像原理？在电磁波谱中，波长在在电磁波谱中，波长在1mm1mm1m1m范围的波称微波。范围的波称微波。微波遥感特性：微波遥感特性：v 能全天候、全天时工作；能全天候、全天时工作；v 对某些地物具有特殊的波谱特征；对某些地物具有特殊的波谱特征；v 对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力；对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力；v 对海洋遥感具有特殊意义；对海洋遥感具有特殊意义；v 分辨率较低，但特征明显。分辨率较低，但特征明显。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。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振幅减少1/e1/e倍（倍（37%37%）的穿透深度定义为趋肤深度）的穿透深度定义为趋肤深度H H:H H=(5.3=(5.31010-3-31/21/2)/)/式中：式中：为地物的介电常数；为地物的介电常数；为地物的导电率。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。面动态情况（海面风、海浪等）的观测。二、遥感的成像原理？二、遥感的成像原理？植物的光谱曲线土壤的光谱曲线水体的光谱曲线岩石的光谱曲线常见地物的光谱曲线比较常见地物的光谱曲线比较三、遥感数据的特征？v1 1、空间特性、空间特性：视域范围大，具有宏观特性。：视域范围大，具有宏观特性。简简 介介 由于探测距离（由于探测距离（80km）远，传感器所获得的地面）远，传感器所获得的地面影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地卫星影像覆盖的空间范围较大。以美国陆地卫星5号号（Landsat 5）为例，它距离地表的高度是）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对地球表面的扫描宽度是185 km，一幅，一幅TM图像可以全图像可以全部覆盖我国海南岛大小的面积。部覆盖我国海南岛大小的面积。v2 2、光谱特性、光谱特性：探测的波段从可见光向两侧延伸：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。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、红外目前用于遥感的电磁波段有紫外线、可见光、红外线和微波。线和微波。v3 3、时相特性、时相特性：周期成像，有利于进行动态研究和：周期成像，有利于进行动态研究和环境监测。环境监测。三、遥感数据的特征？简简 介介 航空与航天飞行器运行快、周期短，可获得多时相航空与航天飞行器运行快、周期短，可获得多时相数据。例如数据。例如Landsat 5每天环绕地球每天环绕地球14.5圈，覆盖地球一圈，覆盖地球一遍所需时间仅遍所需时间仅16天，而气象卫星的周期更短（天，而气象卫星的周期更短（1天或半天或半天）。天）。v大面积的同步观测。大面积的同步观测。v时效性。时效性。v数据的综合性和可比性。数据的综合性和可比性。v经济性。经济性。v局限性。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，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效性优势。如一幅如一幅Landsat图像，覆盖面积图像，覆盖面积185 km185 km，在在56 min内可完成扫描，实现对地的大面积同步观测。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。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，客观地记录了地面的实际球上许多自然、人文信息，客观地记录了地面的实际状况，数据综合性很强。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，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。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，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。如具有很高的经济效益和社会效益。如Landsat卫星的投卫星的投入与效益比估计为入与效益比估计为1:80。n信息的提取方法不能满足遥感快速发展的要求。n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？遥感平台是装载传感器的运载工具遥感平台是装载传感器的运载工具,按高度分为：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。地面平台：为航空和航天遥感作校准和辅助工作。航空平台：航空平台：80 km以下的平台，包括飞机和气球。以下的平台，包括飞机和气球。航天平台：航天平台：80 km以上的平台，包括高空探测火箭、人以上的平台，包括高空探测火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机。人造地球卫星的类型：人造地球卫星的类型：低高度卫星：低高度卫星：150350 km，用于军事。，用于军事。中高度卫星：中高度卫星：3501800 km，地球资源。，地球资源。高高度卫星：约高高度卫星：约3600 km，通信和气象。，通信和气象。四、遥感数据类型？四、遥感数据类型？按遥感平台分按遥感平台分 地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。地面遥感、航空遥感、航天遥感数据。按电磁波段分按电磁波段分 可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥可见光遥感、红外遥感、微波遥感、紫外遥感数据等。感数据等。1、传感器2、遥感数据的分辨率3、航空遥感数据4、地球资源卫星数据5、海洋卫星数据6、气象卫星数据 1 1、传感器、传感器 2 2、分辨率、分辨率图像的空间分辨率：指像素所代表的地面范围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。分辨的最小单元。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 3 3、航空遥感数据、航空遥感数据例：彩色红外像片例：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产生光化学反应，由该底片印出的像片称为彩红外像片。片。彩色红外感光片没有感蓝层和黄滤色层，有感绿、感红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。度很高，适合城市航空摄影。在彩红外航片上在彩红外航片上()：4、地球资源卫星数据LandsatLandsat数据数据SPOTSPOT数据数据IKONOSIKONOS数据数据美国美国1m1mQUICKBIRDQUICKBIRD数据数据美国的高分辨率商业卫星美国的高分辨率商业卫星CBERSCBERS数据数据JERSJERS数据数据IRSIRS数据数据 SPOT卫星的运行IKONOS卫星的外形 IKONOS卫星图像 IKONOS 图像 QuickBird 影像图华盛顿纪念碑华盛顿纪念碑 CBERS卫星传感器CBERSCBERS计划是计划是中国和巴西中国和巴西为研制遥感卫星合作进行为研制遥感卫星合作进行的一项计划。的一项计划。于于19971997年年1010月发射月发射CBERS-CBERS-l l；19991999年年1010月发射月发射CBERS-2CBERS-2。以不同的地面以不同的地面分辨率分辨率覆盖覆盖观测区域：观测区域：WFIWFI的分辨率的分辨率可达可达256m256m，IR-MSSIR-MSS可达可达78m78m和和156m156m，CCDCCD为为19.5m19.5m。海洋卫星主要用于海洋温度场，海流的位置、界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。等方面的动态监测。5、海洋卫星数据 SEASAT数据数据 MOS数据数据 ERS 数据数据 RADARSAT数据数据 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。续、快速、大面积地探测全球大气变化情况。NOAA卫星系列卫星系列（美国）（美国）GMS气象卫星系列气象卫星系列（日本）（日本）FY气象卫星系列气象卫星系列（中国）（中国）FY气象卫星 数据来源：中国风云气象卫星。数据来源：中国风云气象卫星。近极地太阳同步轨道。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),每台有每台有5个通道，各通道的波长范围分别是：个通道，各通道的波长范围分别是：AVHRR1：0.580.68m，绿红，绿红 AVHRR2：0.725l.lm，近红外近红外 AVHRR3：0.480.53m，蓝绿，蓝绿 AVHRR4：0.530.68m，绿红，绿红 AVHRR5：10.512.5m，热红外，热红外 AVHRR1和和2可获取白天云图及地表图像；可获取白天云图及地表图像；AVHRR3和和4可获取海洋水色和陆表图像；可获取海洋水色和陆表图像；AVHRR5可获取昼夜云可获取昼夜云图、海温和地表温度图、海温和地表温度。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可连续对我国及周边地区的天气进行实时监测，测，较大地提高了对影响我国的各种尺度的天气系统的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。洋上的大范围气象资料的空白。（2）可连续监测天气变化。）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）其视野更广，可覆盖以我国为中心的约1亿亿km2的地球表面，即亚洲、大洋洲及非洲和欧洲的一部的地球表面，即亚洲、大洋洲及非洲和欧洲的一部分。分。观测和提供这一区域内的云图、温度、水气、风场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。作用。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。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。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。渔业。国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。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。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。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。影像地图。城市：城市综合调查、规划及发展。城市：城市综合调查、规划及发展。考古：遗址调查、预报。考古：遗址调查、预报。地理信息系统：基础数据、更新数据。地理信息系统：基础数据、更新数据。1、植被遥感、植被遥感2、水体遥感、水体遥感3、地质地貌遥感、地质地貌遥感4、土壤遥感、土壤遥感 植被调查是遥感的重要应用领域。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。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。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。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。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。阳坡，不同高度的地形部位，都分布着不同的植物类型。1、植被遥感植被遥感 受病虫害的植物，结构和叶绿素含量发生很大的变化，尤受病虫害的植物，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。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。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。植被指数可用来建立农作物的估产模型。水体是地表重要的覆盖类型，遥感可获得水体的分布、泥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。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，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。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、水温能影响水体的反射光谱特性，所形成的光谱差异，成为遥感探响水体的反射光谱特性，所形成的光谱差异，成为遥感探测水体性状的基础。测水体性状的基础。随着悬浮泥沙浓度的加大，水体的反射能力加强，而透射随着悬浮泥沙浓度的加大，水体的反射能力加强，而透射能力减弱，遥感图像上的色调就浅。能力减弱，遥感图像上的色调就浅。蓝波段对水体有较大的透射能力，因此该波段的色调可反蓝波段对水体有较大的透射能力，因此该波段的色调可反映水深和浅水区的水下地形。映水深和浅水区的水下地形。2 水体遥感水体遥感 水体的热容量大，在热红外波段的昼夜图像上有明显的色水体的热容量大，在热红外波段的昼夜图像上有明显的色调差异。根据该波段传感器的温度标定，可推算出水温。调差异。根据该波段传感器的温度标定，可推算出水温。遥感探测水体的污染很有效，污染物改变了水体的性质，遥感探测水体的污染很有效，污染物改变了水体的性质，图像上的光谱特性会有很大的差异，而易于区别。图像上的光谱特性会有很大的差异，而易于区别。遥感图像上可判读出地貌类型、大型的地质构造、岩石性遥感图像上可判读出地貌类型、大型的地质构造、岩石性质。质。TM5，TM7为区分岩石性质最好波段，各种岩石的光谱差为区分岩石性质最好波段，各种岩石的光谱差异最明显。异最明显。地貌类型的外形差异在影像上很好区别，如流水地貌的冲地貌类型的外形差异在影像上很好区别，如流水地貌的冲积平原、风沙地貌的沙丘、火山地貌的火山锥、冰川地貌积平原、风沙地貌的沙丘、火山地貌的火山锥、冰川地貌的冰川和角峰等。的冰川和角峰等。遥感图像上可识别构造的类型和岩层倾向，分析构造的运遥感图像上可识别构造的类型和岩层倾向，分析构造的运动。动。3 地质地貌遥感地质地貌遥感 不同土壤类型之间的光谱差异不明显，而且土壤的性状主不同土壤类型之间的光谱差异不明显，而且土壤的性状主要表现在剖面，而光谱反映的是表面，因此直接判读困难。要表现在剖面，而光谱反映的是表面，因此直接判读困难。一般用间接判读法，根据其上生长的植被类型、地区的气一般用间接判读法，根据其上生长的植被类型、地区的气候条件等分析，推断出土壤的类型。候条件等分析，推断出土壤的类型。4 土壤遥感土壤遥感 目前我国已经建立了资源、气象、海洋、环境与目前我国已经建立了资源、气象、海洋、环境与减灾卫星系列，初步形减灾卫星系列，初步形 成了不同分辨率、多谱段、稳定运行的卫星对地成了不同分辨率、多谱段、稳定运行的卫星对地观测体系，大大提升了我国卫观测体系，大大提升了我国卫 星遥感数据获取能力，并在国土资源、生态环境、星遥感数据获取能力，并在国土资源、生态环境、气象和减灾等领域开展了不气象和减灾等领域开展了不 同的应用。同的应用。六、中国的遥感技术的发展？世界其他国家高精度遥感卫星