第一章遥感概述一、遥感概念遥感(Remote Sensing)泛指对地表事物的遥远感知。

遥感定义：是从远处探测感知物体，也就是不与目标对象直接接触的情况下，通过某种平台上装载的传感器获取其特征信息，然后对所获取信息进行提取、判定、加工处理及解译应用的综合性技术。

二、遥感的分类按遥感平台分类：近地面遥感；航空遥感；航天遥感。

按传感器的探测波段分类：紫外0.05-0.38；可见光0.38-0.76；红外0.76-1000微米；微波1mm-10m；多波段遥感按传感器工作方式分类：主动遥感；被动遥感。

按遥感资料获取方式：成像遥感；非成像遥感获得信号是曲线、数据。

按波段宽度及波谱的连续性：高光谱遥感；常规遥感。

按应用领域分类：陆地遥感、海洋遥感；农业遥感；城市遥感……三、遥感的特点宏观观测，大范围获取数据(…)。

动态监测，更新快(…)。

技术手段多样，信息量大(…)。

应用领域广，经济效益高(…)。

局限性(…)。

四、遥感数据的应用领域林业：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。

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。

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。

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。

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。

城市：城市综合调查、规划及发展。

考古：遗址调查、预报。

地理信息系统：基础数据、更新数据。

五、遥感技术系统组成1、遥感平台；遥感平台(Remote Platform)是安放遥感仪器的载体，包括气球、飞机、人造卫星、航天飞机以及遥感铁塔等。

按遥感平台的高度不同，遥感分为近地遥感（150m以下）、航空遥感（80 km以下的平台，包括飞机和气球）和航天遥感等。

2、遥感器；遥感器或传感器( Remote Sensor)是接收与记录地表物体辐射、反射与散射信息的仪器。

目前常用的遥感器包括遥感摄影机、光机扫描仪、推帚式扫描仪、成像光谱仪和成像雷达。

按其特点，遥感器分为摄影、扫描、雷达等几种类型。

根据遥感器的类型不同，遥感分为被动遥感与主动遥感。

被动式遥感器不向目标发射电磁波，仅被动接收地表物体对太阳光的反射与物体自身辐射的电磁波，如可见光照相机、红外照相机等。

主动式遥感器主动向目标物发射电磁波，然后记录目标物反射信息，如真实孔径雷达与合成孔径侧视雷达等。

3、遥感数据接收与处理系统；遥感器接收到地物目标的电磁波信息，被记录在胶片或数字磁带上。

空间信息的传输有直接回收和无线电传输两种（…）。

卫星地面接收站的主要任务是接收、处理、存档和分发各类地球资源卫星数据。

遥感胶片和卫星数据经过遥感图像处理，分别可以形成光学遥感图像和数字遥感图像。

4、遥感数据分析与应用系统；遥感影像经卫星地面站接收和处理后，用户可以得到遥感影像及其辅助数据。

由于不同用户的应用目的不同，对影像辐射量测精度和几何量测精度的要求也不尽相同，为了满足应用要求，经常使用一些遥感影像处理软件对遥感影像进一步处理并制作相应产品。

常用的有美国ERDAS公司开发的ERDAS IMAGINE。

常用方法有：目视判读（解译）；计算机自动识别。

六、遥感的发展简况（1）遥感成像初期阶段（1839-1909）1839年法国人达盖尔和尼尔普斯发明了摄影术，人类第一次记录下所见的影像，为摄影测量奠定了基础；1858年，G·F·陶纳乔用系留气球拍摄了法国巴黎的“鸟瞰”像片，被认为是遥感的萌芽；1909年，W·莱特在意大利的森托塞尔上空用飞机进行了空中摄影。

一战和二战期间空中摄影广泛应用于侦察。

此阶段遥感的特点：完善了地面到空中取得像片的手段，开始了航空遥感时代；基本了解影像物理特性，但还没有深入研究。

（2）航空遥感阶段（1909-1956）一战期间，形成独立的航空摄影测量学的学科体系；1924年，彩色胶片的出现，使得航空摄影记录的地面目标信息更为丰富；二次大战中微波雷达的出现及红外技术的应用于军事侦察，使遥感探测的电磁波谱段得到了扩展；1946-1950年，美国将摄像机搭载V-2火箭来高空成像。

该时期特点：多光谱、彩色遥感、机载侧视雷达成像技术成熟；成像平台多样化（飞机、气球、火箭等）；对相片的几何、物理特性有了较深刻认识；航空遥感成功用于军事侦察和地形测图，航空遥感技术已经成熟。

（3）航天遥感阶段（1957-）1957年：前苏联发射了人类第一颗人造地球卫星，标志着人类从空间观测地球和探索宇宙奥秘进入了新的纪元；20世纪60年代：美国发射了TIROS、ESSA等气象卫星和载人宇宙飞船；1960年美国人Evelyn Pruitt定义遥感概念；1972年：美国发射了地球资源技术卫星ERTS-1（后改名为Landsat-1），装有MSS传感器，分辨率79米，标志着遥感进入新阶段；1986年法国发射SPOT-1，分辨率提高到10米；1988年9月7日中国发射的第一颗“风云1号”气象卫星，其主要任务是获取全球的昼夜云图资料及进行空间海洋水色遥感试验；1995年加拿大发射了RADARSAT-1雷达卫星，标志着卫星微波遥感技术的重大进展；1999年10月14日中国成功发射中巴地球资源卫星1号；2000年美国发射IKNOS，空间分辨率提高到1米；2006.4-2010.9，中国发射了中国遥感卫星1-11号。

该时期特点：目前已形成现代遥感技术系统，多平台、多种传感器、多系列；光机扫描、CCD扫描仪成像技术、星载SAR技术成熟；成像幅面大、覆盖广，基本全球成像；影像获取速度快；易于重复观测；用于资源勘查、军事侦察、地形测图等多领域；成像波段宽、空间和光谱分辨率高。

七、3S结合RS作为一种获取和更新空间数据库的强有力手段，为GIS提供及时、客观、准确的大范围的可用于动态监测的各种资源环境数据；GIS能接收大量的不同来源的空间数据，并能根据用户的不同需要对这些数据进行有效的存储、检索、分析和显示；GPS接收机根据影像上预先确定的位置，可获得精确的位置坐标，并自动提供几何校正时所需的成像信息。

第二章遥感电磁辐射基础一、电磁波（电磁辐射）：当电磁振荡进入空间，变化的磁场引起变化的电场，变化的电场又引起新的变化的磁场，这种变化的磁场和电场交替产生，以有限的速度由近及远在空间内传播的过程称为电磁波。

电磁波是随着电磁振荡向各个不同方向传播的。

电磁波的性质：横波；在真空中以光速传播；波长与频率成反比，c=ƒλ，两者的乘积为光速；具有波粒二象性；不需要媒质也能传播，与物质发生作用时，如气体、固体、液体介质时，会发生反射、吸收、透射、折射等现象。

根据能量守恒定律，全部反射、吸收、透射、折射的能量之和应该与入射的总能量相等。

二、电磁波谱按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成电磁波谱。

以频率从高到低或波长从短到长排列可以划分为：γ射线—X射线—紫外线—可见光—红外线—微波—无线电波。

遥感需要研究的辐射类型：1、黑体辐射2、太阳辐射3、地球辐射4、大气辐射地物的电磁波发射能力主要与其温度有关。

为了衡量电磁波发射能力的大小，常以黑体辐射作为度量的标准。

三、黑体辐射（一）黑体也称绝对黑体，是指全部吸收外来电磁辐射而毫无反射和透射能力的理想物体。

恒星和太阳的辐射接近黑体辐射。

（二）黑体辐射规律1、斯忒藩-玻尔兹曼定律（Stefan-Boltzman）某个温度时黑体的辐射（发射）能量——辐射出射度（M），随物体温度的升高以4次方的比例增大。

M=ρT4ρ：斯忒藩-玻尔兹曼常数，ρ=5.67×10-8W/（m2·K4）应用：对于一般物体来讲，传感器检测到它的辐射能后就可以用此公式概略推算出物体的总辐射能量或绝对温度。

热红外遥感就是利用这一原理探测和识别目标物的。

2、维恩位移定律（Wein）黑体辐射光谱中最强的辐射波长λmax 与黑体绝对温度T 成反比。

λmax ·T=bb为常数,b =2.898×10-3m·K表明：黑体的绝对温度增高时，它的辐射最大值向短波方向位移。

若知道了某物体温度，就可以推算出它所辐射的波段。

在遥感技术上，常用这种方法选择遥感器和确定对目标物进行热红外遥感的最佳波段。

四、地物反射波谱自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射，吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性；它们又都具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性称为地物的光谱特性。

不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的，地物反射率的大小，与入射电磁波的波长、入射角的大小以及地物表面颜色和粗糙度等有关。

一般地说，当入射电磁波波长一定时，反射能力强的地物，反射率大，在黑白遥感图像上呈现的色调就浅。

反之，反射入射光能力弱的地物，反射率小，在黑白遥感图像上呈现的色调就深。

在遥感图像上色调的差异是判读遥感图像的重要标志。

反射类型镜面反射；漫反射；方向反射；实际物体反射。

地物的反射率随入射波长变化的规律，叫做地物反射光谱。

不同地物由于物质组成和结构不同具有不同的反射光谱特性。

因而可以根据遥感传感器所接收到的电磁波光谱特征的差异来识别不同的地物，这就是遥感的基本出发点。

五、地物波谱的特征：（1）大部分地物的波谱值具有一定的变幅，它们的波谱特征不是一条曲线，而是具有一定宽度的曲带；（2）某些不同属性（类型）地物的波谱值的相同性与差异性并存，或可分性与不可分性并存现象的普遍性。

六、太阳辐射和地球辐射1、太阳辐射（太阳光）太阳是被动遥感最主要的辐射源太阳辐射（太阳光谱）的主要特征（1）太阳辐射的能量大部分集中在可见光波段。

（2）太阳辐射的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致。

2、地球的电磁波辐射进行遥感探测时：接收到波长小于3微米的电磁波，主要是地物反射的太阳辐射能量接收到波长大于6微米的电磁波，主要是地物本身发射的热辐射能量接收到波长3-6 μm之间，太阳和地球的热辐射都要考虑地球辐射分段特征：七、大气对太阳辐射的影响大气对太阳辐射的影响（折射、反射、吸收和散射）太阳辐射进入地球之前必然通过大气层，太阳辐射与大气相互作用的结果，是使能量不断减弱。

约有30%被云层和其它大气成分反射回宇宙空间；约有17%被大气吸收，约有22%被大气散射；而仅有31%的太阳辐射辐射到地面。

其中反射作用影响最大，由于云层的反射对电磁波各波段均有强烈影响，造成对遥感信息接受的严重障碍。

因此，被动遥感应尽量选择无云的天气接收遥感信号。

目前在大多数遥感方式中，都只考虑无云天气情况下的大气吸收、散射的衰减作用。

1、大气的吸收作用：大气中的各种成分对太阳辐射有选择性吸收，形成太阳辐射的大气吸收带。