资源环境遥感

第一讲 遥感概述

遥感技术是20世纪60年代发展起来的对地观测综合性技术。它是在航空摄影测量的基础上，随着空间技术、电子计算机技术等当代科技的迅速发展，以及地学、生物学等学科发展的需要，发展形成的一门新兴的技术科学。

从以飞机为主要运载工具的航空遥感，发展到以人造地球卫星、宇宙飞船和航天飞机等为运载工具的航天遥感，大大地扩展了人们的观察视野及其观测领域，形成了对地球资源和环境进行探测和监测的立体观测体系，使地理学、环境科学等的研究和应用进入到一个崭新的阶段。

一.遥感的基本概念

遥感（Remote Sensing）,通常有广义和狭义的理解。 1. 狭义遥感的定义

所谓遥感，是指不需要与探测目标直接的接触，运用现代化的运载工具和仪器，从一定的距离获得目标物体的从紫外波段到微波波段的电磁波辐射特征信息，通过信息的接收、传输以及处理过程，依据不同目标物体所具有的不同辐射特征，来识别和区分目标物体的性质，并分析研究它们在空间上、时间上和成因上的相互关系及其变化规律的整个综合探测过程。

2. 研究内容

（1）研究地物电磁辐射特性：其中包括各类电磁辐射的空间分布特性和随时间变化的特性。 （2）研究遥感信息的探测手段和传输方式: 主要是研究遥感传感器。

（3）研究遥感信息的处理系统:提高信息质量。

（4）研究遥感信息的应用:努力产生明显的经济效益和社会效益。

所以遥感技术是多学科组成的综合性学科，是现代科学技术的一个重要组成部分。 二. 遥感技术的特性

遥感技术具有如下的主要特性：

1.空间特性（广）—其探测范围大，具有宏观、综合的特点，可以实施大面积的同步观测。进行资源和环境调查时，大面积的同步观测所取得的数据是最宝贵的。

例如：一张23cm X 23cm的1/3.5万的航空像片，能包括60多平方公里的面积； 一张1/100万的陆地卫星像片，能包括185km X 185km的面积（34225平方公里），相当于整个海南岛的面积。

2.波段特性（多）—其探测波段从可见光向两侧延伸，信息量大，数据可比性强，扩大了人们的视野，使得对地球的观测和研究走向全天时和全天候。

例如：紫外波段可以监测水面的油膜污染；红外波段能够探测地表温度；微波波段具有穿透云层、冰层和植被的能力。

3.时相特性（多）—其对同一地区能够进行重复探测成像，而且获取信息的速度快，重访周期短，有利于动态监测研究，大大提高了观测的时效性。

例如：陆地卫星对同一地区的重访周期为18天/次和16天/次；极轨气象卫星的重访周期为2次/天； SPOT卫星的重访周期为 26天/次。

4.收集资料特性（便）—其不受地面条件的限制，不受国界的影响，收集资料十分方便，便于进行全球性的研究。

例如：对于那些无人区、高山峻岭、悬崖峭壁、海洋、荒漠等人到不了的地区，都能获得遥感资料。

5.经济特性—其可以大大地节省人力、物力、财力和时间，传统方法是无可比拟的；而且其应用范围广，具有很高的经济效益和社会效益；其强大的生命力展现出广阔的发展前景。

例如：据有关资料统计表明，象美国的陆地卫星的经济投入与其取得的效益比为1：80还多。 6.局限性—目前，在地球遥感中，还有一部分的电磁波段有待进一步的开发与利用。 三. 遥感技术的分类

遥感的分类方法很多，主要有以下几种：

1.按运载工具分类—有地面遥感、航空遥感、 航天遥感和航宇遥感等。

其中航宇遥感就是宇宙遥感或叫星际遥感，是指利用星际飞船（如我国的神舟1-6号飞船）进行宇宙空间的物理遥感和太阳系行星的遥感。

2.按传感器的工作波段分类—有紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感和多波段遥感。

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其中多波段遥感是指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。 3.按电磁波辐射源分类—也称按工作方式分类，主要有主动式遥感和被动式遥感两种。

所谓主动式遥感，就是指遥感仪器主动向目标物体发射一定波长的电磁波，然后接收目标物体反射回来的电磁波能量信息的方式（或是后向散射信号），如雷达遥感、闪光灯摄影等。

所谓被动式遥感，就是指不依靠人工辐射源，直接由遥感仪器接收目标物体自身发射或反射自然辐射源的电磁波能量信息的方式，如可见光摄影和扫描等。

4.按信息获取方式分类—可以分为图像方式和非图像方式两种。 前者是将接收到的电磁辐射能量信号转换成图像；后者不能将接收到的电磁辐射能量信号转换成图像，如电压、电流信号等。

需要指出的是，不管是摄影方式还是扫描方式，它们都属于成像方式的。 5.按遥感的应用领域分类—可以分为宇宙遥感（外层空间遥感）、地球遥感两大类。

其中地球遥感又可以具体到：资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感、水文水资源遥感、城市遥感、海洋遥感、灾害遥感、旅游遥感、遥感考古、气象遥感以及军事遥感等。

四.遥感发展概况及其展望

“遥感”一词最早是由美国海军科学研究部的艾弗林.普鲁伊特（Evelyn.L.Pruitt，1960）提出来的，1962年在由美国密执安大学等组织发起的环境遥感国际科学讨论会上被正式采用。

此后在世界范围内，遥感作为一门新兴的独立学科，获得飞速的发展。但是，遥感的渊源则可追溯到很久远以前，它经历了几百年的历史和发展阶段。

1.世界遥感发展概况—就现代遥感技术而言，世界遥感的发展可以说是建立在20世纪20年代的航空摄影的基础上的，随着空间技术的发展，到60年代才形成一门新兴的综合性探测技术。按照遥感技术的发展和应用特点，大致可以分为以下4个阶段。

（1） 初始阶段（1839—1937）—即第二次世界大战前夕的近100年间。

在此之前的意大利科学家伽利略研制的第一架望远镜（1608）对月球的首次观察，以及1794年的气球升空的最初侦察，都属于无记录的地面遥感方式，它不能将观察到的目标用图像记录下来，也称摄影初始阶段。

在此阶段中，运载工具主要是飞机和气球；判读仪器是立体镜和航空测图仪；遥感波段是可见光摄影；遥感应用主要是地形测绘和军事侦察。1839年，全世界的第一张摄影照片的诞生，表明进入了有记录的地面遥感和航空摄影阶段，所以又称航空摄影阶段。

（2）发展阶段（1937—1960）—在此20年间，由于军事上的需要，促进了遥感传感器的迅速发展。在此阶段中，运载工具增加了探测火箭；判读仪器增加了立体绘图仪、多倍投影仪和纠正仪；遥感波段扩展到紫外、红外以及激光、侧视雷达；遥感应用扩大到资源调查等方面。因此，此阶段又称航空遥感阶段。

（3）飞跃阶段（1960年代初至1980年代末）—1957年10月4日，前苏联第一颗人造卫星的发射成功，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。

1960年，美国宇航局发射了第一颗气象卫星“雨云一号”，1972年发射了第一颗陆地卫星，1978年发射了第一颗海洋卫星。20世纪已有5000余颗人造卫星升空，还有天空实验室、宇宙飞船和航天飞机等。

判读仪器又增加了大型的计算机处理系统，在全数字化、可视化、智能化和网络化方面有了很大的发展。遥感波段向多波段延伸，而且波段分割的越来越精细。

遥感应用已广泛渗透到国民经济的各个领域，对于推动经济建设、社会进步、环境的改善和国防建设都起到重大作用，并产生了明显的经济效益和社会效益。此阶段又称航天遥感阶段。

（4）实用阶段（1990年代—）—在此阶段中，各种卫星平台继续在升空，全世界已建成200多个地面接收站，遥感资料可以全球共享。遥感仪器进一步拓展，研究出成像光谱仪，使得谱像合一。

处理方法和分析手段不断出新，如数据网络、数字地球的研究以及3S技术的集成等等。遥感应用领域在不断扩大，并在各个领域趋向于实用化。

（5）在地学和环境研究中的实用化—从以影像为基础的地学研究，向多时相、多数据源的信息融合分析以及从表象描述到内在的规律计量分析发展；从资源环境的静态分布研究向动态过程监测，并能预测、预报发展；从资源环境的定性调查、系列制图向3S辅助定量化调查与自动化制图发展。

2.我国遥感事业的发展概况及其特点 与世界遥感的发展史相比，我国的遥感技术起步时间比较晚，但是发展却相当快，大体上也可以分为4个阶段。 （1）1950年代—开展了航空摄影和应用工作，主要是采用可见光黑白摄影，进行国土资源调查，并辅助测绘部门进行地形图的测绘与编制。在地质、林业、铁路选线等方面也起到了一定的作用。

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（2）1960年代—在地质等领域不断扩大遥感应用面，并十分重视培养遥感技术的专门人才，为我国的遥感事业的发展打下了良好的基础。

（3）1970年至1980年代—从1970年代开始，随着国际上遥感技术的迅速发展，我国的遥感事业迎来了一个新的发展时期。可以自己发射卫星：1970年4月24日发射了“东方红1号”人造卫星，1988年发射了“风云1号”气象卫星，先后共发射数十颗不同类型的人造卫星。可以自己研制遥感传感器：如多光谱扫描仪、合成孔径侧视雷达、红外辐射计等。

遥感应用领域不断扩大，效果十分明显。1981年，成立了遥感管理机构—国家遥感中心。同时，开展了遥感科学试验，如在云南、长春、新疆、北京、天津、山西和内蒙古等地区。1986年12月建成了我国第一个卫星地面接收站。

（4）90年代—在此阶段中，遥感得到长足发展，大大缩短了与世界先进水平的差距，许多研究项目已进入了世界先进水平。尤其是航天遥感的发展，作为国家的发展重要战略。先后又发射了 10多颗人造卫星和神舟号无人飞船等。其中，1999年10月14日成功发射了中巴地球资源遥感卫星1号（CBERS--1），使我国有了自己的资源卫星。同时，又发射了“北斗”定位导航卫星及“清华1号”小卫星，丰富了我国卫星的种类。90—95期间，全国重大的遥感攻关项目多，并与3S集成，进一步开拓数字地球、数字中国，使得遥感应用走向实用化和全球化。

（5）我国遥感发展的特点

1）.国家的重视和支持，并实行集中的统一领导和统一规划，为遥感的快速发展奠定了基础；

2）.集中人力、物力进行科技攻关，重点突破，为缩短我国与国际遥感先进水平的差距，赶超国际先进水平打下了基础；

3）.全国性的大区域遥感工程的实施完成，充分显示出我国遥感的特色和水平。 3.当前遥感发展的主要特点与展望

随着遥感技术的不断深入发展，获取地球信息的手段越来越多，信息越来越丰富。因此，当前遥感发展的特点主要表现在以下几个方面：

（1）地理信息系统和全球定位系统的发展与支持，是成为遥感技术走向全球化、国际化、社会化、信息化、产业化、市场化、商业化、业务化、网络化、经济化、标准化、实用化历程中的又一新进展，是当前遥感应用深入发展的又一新动向。

（2）进一步建立长期稳定运行的卫星对地观测体系。实现全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。 （3）建立自主的卫星导航定位系统。分步建立导航定位卫星系列，开发卫星导航定位应用系统，初步建成中国的卫星导航定位应用产业。

（4）全面提高我国运载火箭的整体水平和能力，实现载人航天飞行。

（5）发展空间科学，开展深空探测。开展以月球探测为主要对象的深空探测研究。

（6）建立协调配套的全国卫星遥感应用体系。统一规划和建设各种卫星遥感地面应用系统，建立覆盖全国的地面卫星遥感数据接收、处理和分发系统，实现资源共享；在对地卫星遥感主要应用领域，形成较完整的业务化应用体系。

（7）空间技术和空间应用实现产业化和市场化。空间资源的开发利用满足经济建设、国家安全、科技发展和社会进步的广泛需求，进一步加强综合国力。

（8）21世纪将是世界航天活动蓬勃发展的新纪元。遥感技术以其独特的优越性在航天事业发展中继续发挥着积极、重要的作用，在“数字地球”和“数字中国”的研究领域仍然有着强大的生命力。

第一讲 思考题

1.何谓遥感？其具有哪些特点？如何理解遥感技术的经济性？

2.何谓主动式遥感？何谓被动式遥感？按照工作波段分类，遥感可以分为哪几种？

3.世界遥感发展经历了哪几个阶段？为什么我国遥感事业能够迅速赶超世界先进水平？21世纪我国航天事业的发展目标是什么？

第二讲 现代遥感技术系统

现代遥感技术系统是一个从地面到空中直至空间，从信息收集、存储、传输处理到分析判读、应用的完整技术体系。该系统庞大、复杂，它主要包括以下四部分 ： 1.遥感平台 2.遥感传感器3.遥感信息的传输与处理4.遥感信息的分析应用

一. 遥感平台

是指装载遥感仪器的运载工具，也称遥感工作平台。按不同高度可以分成地面平台、航空平台和航天平台，组成了一个立体的对地观测系统。

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1. 地面平台（0—30米）：主要有遥感汽车、遥感轮船、遥感高塔和三脚架等，在地面平台上工作的就称为地面遥感。地面平台它可以测得地物的光谱资料；可以配合辅助航空、航天遥感；但其不能反映环境的综合信息。

2.航空平台（2000—12000米） ：是指在飞机或气球上装载遥感仪器的方式，也称航空遥感工作平台。在航空平台上工作的就称为航空遥感。其中，飞机可以分为低空（离地2000米以内的对流层下层）、中空（2000—6000米的对流层中层）、高空（12000的对流层顶层）。 而气球可以分为自由气球（高度达50 KM，地面遥控，降落伞回收资料）、系留气球（高度5 KM左右，可固定观察，一般用于气象观测)。航空平台的作用：获取信息的分辨率高，不受地面条件的限制，收集资料方便，用于局部地区的资源遥感。

3.航天平台（150—36000公里）：是指在人造卫星、探测火箭、宇宙飞船、天空实验室和航天飞机上装载遥感仪器的方式，也称航天遥感工作平台。在航天平台上工作的就称为航天遥感。其中，探测火箭在300—400公里上空以试验为主；宇宙飞船和天空实验室主要用于宇宙空间遥感。航天平台的作用：可以对地球进行宏观的、综合的、动态的、快速的观测，开展资源调查与环境监测，卫星遥感更具有遥感技术的5个优越性。

二. 遥感传感器

它是收集、记录地物各种电磁波特征信息的工具，是遥感技术系统的核心部分。也称空中之眼、宇宙之眼。 根据记录方式，可以分为成像方式和非成像方式。其中，所谓成像方式是指把地物辐射能量的强度，用图像的形式来表示，如摄影机、扫描仪、成像雷达等；而非成像方式是把地物辐射能量的强度用数字或曲线形式来表示，如辐射计、红外辐射温度计、雷达高度计、散射计、激光高度计等。

遥感传感器的分类：

1. 摄影方式传感器

是将地物辐射能量的光信号，直接记录在感光胶片上构成影像的仪器。

其特点是：历史悠久，较为完善；像片信息量大，分辨率高；但由于受感光乳剂性能的限制，其工作波长 在 0.30—1.30微米之间。

2. 扫描方式传感器

是将地物的电磁辐射能量的光信号转换成电信号存储在磁带上，然后再转换成图像（D/A）的仪器。

其特点是：以光电转换原理进行扫描的；工作波段宽，可以从可见光到热红外和微波，祢补了摄影波段的局限性。

3. 雷 达

是属于主动式遥感传感器，主要接收后向散射能量，工作波长在0.8—30厘米之间。

其特点：是具有全天时和全天候的探测能力，对植被、雪、冰等都具有很强的穿透力。与摄影和扫描相比，可见光、红外遥感是采用光学技术，微波遥感采用的是电学技术。

首张玉树地震灾情雷达影像解译图已制成2010-04-20 12:04:37 来源: 网易探索(广州)

国家测绘局机载多波段多极化干涉SAR测图系统已于17—18日获取了灾区约2000km2的0.5米和1m分辨率

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机载X、P波段雷达影像。测绘专家初步完成了对玉树县结古镇区域机载雷达影像的纠正、镶嵌、解译和对比分析工作，对地震灾区的倒塌房屋、学校、医院、道路、基础设施和滑坡体进行了标注，制作完成了首张玉树地震灾情雷达影像解译图并提交国土资源部使用。据中国测绘科学研究院的专家介绍，雷达影像具有与可见光影像不同的特点，可以判别分析出地物的材质，如倒塌房屋的结构等。经初步解译，专家认为地震灾区土木结构房屋毁损严重，钢混结构房屋毁损情况相对较好；灾区未发现重大山体垮塌；灾区目前交通状况良好，没有大的拥堵现象。

目前，国土资源部、国家测绘局正组织专家进一步对灾区更大范围的机载雷达影像开展精细解译工作，尽快为科学评估灾情、防控次生灾害、科学规划重建提供支撑。

4. 各种传感器的性能比较

无论是哪一种遥感传感器都有4部分组成：收集系统、探测系统、信号转化系统和记录系统。其中探测系统的元件部分最为重要。(参见表2—1）

表2—1典型遥感传感器的性能比较

注：表中数字表示效果好坏的程度，10为效果最好，1为效果不好。

三. 遥感信息的传输与处理

遥感信息是指由航空遥感和航天遥感所获得的感光胶片影像和磁带数据，其中包括被测地物的信息数据以及运载工具上的设备仪器、环境参数等综合信息数据。

1. 遥感信息的传输

主要有直接回收和视频传输两种方式。

前者是指仪器接收到地表信息后，先记录在胶片或磁带上，待运载工具返回地面时再回收的方式，属于非实时传输，常用于航空遥感，其保密性强。

后者是指仪器接收到信息后经过光电转换，通过无线电波传送到地面站。根据传送的时间早晚，又可以分为实时传输和非实时传输。

若仪器接收到信息后，立即通过无线电波发送回地面站的称作实时传输，其保密性差，时效性强；

若仪器接收到信息后，先存储在磁带上，待运载工具经过自己地面站接收范围时再发送的称为延时传输，其保密性好，时效性较差。

2. 遥感信息的处理

主要是指预处理。航天遥感的原始数据是记录在HDDT高密度数字磁带上的，传下来后转换为CCT计算机用数字磁带。

预处理主要包括：数据收集、数据转换（模数A/D、D/A、D/D、图像/图形）、辐射纠正、几何纠正、数据压缩、数据存储和提取等工作。

其中，辐射纠正主要是消除灰度的干扰与失真，恢复地物的自身光谱特性，提高识别的精度（因为仪器接收的是地物的综合辐射量）；而几何纠正主要是消除图像的崎变，进行投影变换，满足遥感制图以及多波段的套合（因为遥感平台会有所倾斜或颠簸）。

四. 遥感信息的分析应用

遥感信息记录了地面环境特征和资源状况，为人们的生产科研提供了大量的有价值的原始数据，通过专业判读，进行识别、分析、评价，可以为各部门的规划、决策、开发管理等提供有用依据。

1. 目视判读：是指借助于简单的仪器与工具，直接用人眼来识别遥感信息特征，从而判断区分地物属性和自然

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现象的过程。

其具有速度快、成本低、效果直观等特点，但由于受人眼分辨率与人为经验等所限，一般只能进行定性分析。 2. 光学信息处理分析 ：是指利用光学仪器或摄影处理设备对遥感信息进行的一系列再处理后的分析应用。 其具有设备简单、原理浅显、易于推广、处理速度快、效果直观性强等特点，但处理结果仍受人为因素影响较大。

3. 计算机信息处理分析 ：是指利用计算机系统对遥感信息进行各种再处理后的分析应用。

其具有数据处理方便、快速、能自动分类、精确地进行定量分析，并能建立数据库等特点。但自动识别的结果仍需要判读人员的目视鉴定，而且处理过程需要有一定的设备支撑。

五. 遥感地面试验场

为了准确有效使用遥感信息，需要进行地面验证，需要建立遥感地面试验场。其面积较大，各种类型的地物都要有，主要为航空航天资料验证服务。当然，也要采集地面的实况数据，包括地物的光谱特性、天气条件等。

综上所述，现代遥感技术系统是一个综合性很强的庞大系统，它涉及到多个学科及应用领域。它是一个从地面到空中、从室内到室外的多层次、多视野、多角度的立体交叉作业系统。其中前两部分决定了对原始数据的获取数量和质量，后两部分决定了对原始数据的质量改善和应用效果的好坏。

第二讲 思考题 一． 名词解释

1.遥感信息 2.目视判读 3.直接回收 4.视频传输

二． 问答题

1. 何谓遥感平台？按其不同高度可分几种？它们的作用是什么？

2. 何谓摄影方式的传感器？何谓扫描方式的传感器？请简述两者的共同点和不同点。 3. 遥感数据的预处理由哪几部分组成？为什么要强调光谱纠正和几何纠正？ 第三讲 遥感的物理基础与理论依据

在第一讲中，已经知道遥感是根据地物的电磁波特性来探测和识别物体的性质的理论和方法。因此，现代遥感技术的主要内容和基本特点就是探测、记录、分析研究以及应用物体的电磁波特性及其变化规律。

也就是说，要研究地物的电磁波是如何发射的，又是如何传输的，以及在传播过程中与物体作用的种种现象。因而可以说电磁波理论是遥感的物理基础，遥感技术得以实现的基础就是依据不同地物所具有的不同电磁波辐射能力（大小）。

由于遥感物理基础涉及的面很广，本讲只介绍遥感应用中主要的物理基础，如电磁波与电磁波谱、电磁辐射的特征以及太阳辐射与大气效应以及地物光谱特性等。

学习的目的就是要：

1.理解地物反射对遥感数据产生的影响和用遥感数据反演地物特征的原理；

2.理解大气吸收、散射、透射特征，大气窗口形成原因及遥感数据校正的必要性。 一．遥感的物理基础

1.电磁波的定义—由振源发出的电磁振荡在 空间的传播叫电磁波。它是能量的一种动态形式，只有当它与物质相互作用时才表现出来。

这种电磁能量的传递过程称为电磁辐射，包括发射、反射、吸收和透射现象。

2.电磁波的内容—自然界中，太阳光、各种自然光、灯光等可见光都是电磁波；那些看不见的但能感觉到的热辐射和只能用仪器测得的微波、无线电波也都是电磁波；还有紫外线、X射线和r射线等。

3.电磁波的特性—它是一种横波（质点的振动方向与传播方向相垂直），具有明显的波动性和粒子性（双重性）。 一般波长较长，能量较弱的微波、红外线波动性明显；波长短，能量强的x射线和r射线粒子性明显； 总之，电磁波是连续的波动性和不连续的粒子性相互对立而又统一的综合体。 4.表示方式：波长（λ）、周期（T）；频率（f）、振幅（A）；速度（C）=光速3 X 1010cm/s .

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5.记录方式：有乳胶记录和电带记录两种，光信号用胶片记录，光电转换用磁带记录，但记录的都是二维平面信息。

6.电磁波谱的定义：按照电磁波的波长长短、频率大小、能量强弱依次顺序排列的图表称作为电磁波谱，如下示意图。

7.电磁波谱的特点：

（1）各类电磁波由于波长和频率不同，其性质有很大的差别，在遥感测量中，量测与记录的仪器和方法也不同。

（2）虽然它包括了所有的电磁波，但并不是都能用于地球遥感。

（3）波长不同，单位也不同。无线电波用米或千米；微波用cm或mm；红外、可见光用微米；紫外用nm毫微米；x射线、r射线用埃。

（4）所有电磁波都具有共同点：在真空中的传播速度相同，都等于光速；都遵守同一的反射、折射、透射、吸收和散射等规律。

8.各光谱段的主要特性：

（1）r射线和x射线，也称宇宙射线。其波长都小于0.01微米，都被大气所吸收，不能用于地球遥感。

（2）紫外线，0.01—0.40微米；其中小于0.30微米的波长都被大气层的O3、O2吸收，只有0.30—0.40微米可以穿过大气层，称为紫外遥感工作波段。

主要用于测定碳酸盐岩石的分布、水面的油膜污染、环境监测作用等，是以摄影为主。

（3）可见光，0.40—0.76微米；全部通过大气层，称为可见光遥感工作波段。是以摄影和扫描方式记录地物的反射信息。

（4）红外线，0.76—1000微米；其中又可分为： 近红外（0.76—3.0微米），记录光红外反射信息，其中0.76—1.30微米可用摄影方式，称摄影红外，主要用于植物的分类；

中红外（3.0—6.0微米），记录反射和发射的混合信息，只能扫描，多用于岩性的识别。 热红外（6.0—15微米、15—1000微米），遥感常用8—14微米的波长，通过扫描方式接收地面的热辐射信息，白天黑夜都可以工作（全天时），主要用于监测热污染、城市热岛效应、火山喷发、火灾地热等信息。

（5）微波，1毫米—1米；遥感常用0.8厘米—30厘米波长，通过扫描方式主动接收地表发射或回波（后向散射）信息。

它可以全天时和全天候的工作，可以穿透植被、冰雪、土壤、地下埋藏等物体，也可显示微地貌类型以及洋面的粗糙度等。

（6）无线电波，1米—3000米，它通不过大气层，只能用于远距离通讯或无线电广播。 9.电磁辐射源：

遥感的电磁辐射源主要有自然辐射源和人工辐射源。

（1）自然辐射源—主要包括太阳辐射和地球的热辐射，前者是可见光、近红外遥感的辐射源；后者是热红外遥感的辐射源。

（2）人工辐射源—是属于主动式遥感源，主要是雷达探测。

A.微波雷达：又叫侧视雷达，在技术上应用的是电学技术，而可见光、红外是光学技术。

B.激光雷达：使用脉冲激光器，测定地形、记录海面波浪、监测污染、也可测定卫星位置、高度和速度等。 10.大气对太阳辐射的影响：太阳辐射通过大气层时，约有30%被反射回宇宙空间；约有22%被大气散射；约有17%被大气吸收；只有31%到达地表。

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其影响因素（大气效应）有3个方面：

（1）大气层厚度—取决于平台高度和大气路径；取决于太阳高度角，角大路径短，角小路径长。 （2）大气的吸收—主要表现在紫外和红外遥感。影响因子有H2O、CO2、O3、O2等。

（3）大气的散射—主要表现在可见光区域。散射系数r ∞1/λœ. œ为波长指数，是由大气微粒直径大小所决定的。

11.大气窗口—遥感探测地表，要避开吸收与散射的部分，选择透明度大的波长范围。

（1）定义：电磁波通过大气层时未被吸收、反射和散射的透射率比较高的波段范围称为大气窗口。

（2）内容：

0.30—1.30um，紫外—近红外反射窗口，て=90%，白天的摄影和扫描； 1.30—2.50um，近红外中段反射窗口，て=80%，白天的扫描； 其中1.55—1.75um和2.11— 2.40um用于区分岩性。

3.50—5.50um，中红外混合窗口，て=70%，全天时的扫描； 8—14um，热红外发射窗口，て =60%，全天时的扫描；

0.8—30cm，微波发射窗口，て =100%，全天时和全天候的扫描。 二．遥感应用的理论依据

遥感的物理基础是电磁波理论，遥感应用的理论依据是目标物体的光谱特性。

所谓地物光谱特性，是指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，这种特性称为地物光谱特性，其中最常用的是反射信息。

因为入射总能量〓反射量+吸收量+透射量；当て〓 0时，1 〓反射率+吸收率；反射率〓 1-吸收率，表明反射率大，吸收少；反射率小，吸收大。 2. 反射率（P）：

（1）定义：地物的反射能量与入射总能量的百分比，称为反射率。即：P=P物/P总 ｘ100%。

（2）特点：同一地物在不同的波长具有不同的反射率；同一波长，不同的地物，其反射率不同。但是也会存在同物异谱和异物同谱现象。

3.地物反射光谱曲线：地物的反射率随入射波长变化而变化的规律，称作地物的反射光谱；按照地物反射率与波长之间的关系所绘制的曲线图称为地物反射光谱曲线，其中横坐标表示波长，纵坐标表示反射率。

4.典型地物反射光谱曲线的分析

（1）植被：0.55um，P=25%，0.70—0.80um，P=80%；1.10um，P=85—90%；1.30—2.50um，吸收=75%。

（2）雪：与太阳光谱相似，0.40—0.60，P=100%；随波长增加，反射率降低，到红外全吸收。

（3）沙漠：0.60um，P=65%，呈橙色；0.80um，P=50%。 （4）湿地：反射率都在10%以下，到红外为深色。

典型地物反射光谱曲线图

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6.地物的发射特性—自然界中的一切物体，无论是固体的、液体的，当其温度高于绝对0度（-273.16c）时都会不断地向四周空间发射电磁波（以红外、微波为主），物体的温度越高，辐射出的能量就越多，这种现象称为热辐射。

地物发射电磁波的能力是以发射率作为衡量标准的，而发射率又是以黑体辐射作为基准的。 7.总结：

地物光谱特性是遥感技术应用的重要的理论依据，因为：（1）可为传感器的工作波段的选择提供依据；（2）是

遥感数据正确分析和判读的理论基础，其中包括：时间特性：反映在不同时间被测地物的光谱 特性变化；空间特性：反映在由被测地物的不同特性光谱而造成的空间差异来区分。

8.环境对地物光谱特性的影响（以反射为主）：

（1）地物的物理性状：表面状况如色泽、粗糙度等；还有位置、形状、倾向、阴阳坡等空间分布。

（2）光源辐照度的强弱：纬度（照射度）和海拔高度（大气层厚度）不同，同一种地物其反射率不同。 （3）季节：不同的季节，同一地物的反射率值有差异，但曲线形态相似。

（4）地表的覆盖：稀疏时，可以反映裸露地物的特征，如土壤、岩性等；覆盖时，反映综合信息，造成假象。 （5）测试时间和天气条件：反射率阴天的小于晴天的，中午的最大，一般选择10点—14点之间为佳。 第三讲 思考题 一.名词解释

1.自然辐射源2.大气窗口3.朗伯反射4.大气分子散射5.大气溶胶散射6.反射率7.地物反射光谱曲线8.热辐射 二. 问答题

1.遥感的物理基础是什么？遥感应用的理论依据是什么？ 2.何谓电磁波谱？遥感中常用的电磁波段主要有哪些？

3.何谓太阳辐射？太阳辐射穿过大气层时能量衰减的原因是什么？

4.何谓黑体辐射？按照发射率与波长的关系，可以把红外辐射源分为哪几类？它们的具体特征是什么？ 5.何谓地物光谱特性？研究其意义是什么？影响地物光谱特性的因素有哪些？ 6.比较几种地物的反射光谱特性的特点（植被、雪、云、清水）。 7.何谓人工辐射源？微波遥感具有哪些特点和作用？ 第四讲 航空遥感与航空像片

航空遥感是以飞机或气球作为工作平台的一种方式。主要包括航空摄影和航空扫描两种方式，其所获得的地面影像称为航空像片。

目前，航空遥感主要是以航空摄影为主，在资源调查和环境监测中，一般都使用航空摄影资料。

所谓航空摄影，是航空遥感的基础，它是利用安装在飞机上或气球上的航空摄影机，从空中拍摄地面物体，根据用途的不同，可选择不同的方式和感光材料，从而得到性能不同的航空像片的过程。

发展中的中国航空摄影

航空摄影用于建设是大有作为的。早在两次世界大战之间的二十年间，世界各国航空摄影的新技术，就已用于建设方面。如森林测定、地图绘制、寻找水源、道路建设、矿物资源勘探，土壤肥力测定等。

在我国，航空摄影的范围主要有以下三个方面：一是用于各种航空测量摄影；二是用于军事上的航空摄影；三是用于反映我国伟大祖国风貌的鸟瞰摄影，这几方面都在发挥着它们的作用。

随着我国社会主义建设事业的发展，航空摄影的范围将会越来越广泛，这就为航空摄影事业开辟了一个新的天地。

航空摄影的种类很多，有军事航空摄影、工业航空摄影、农业航空摄影，还有航天摄影和星球摄影等。与此同时，我们还要通过航空摄影这门艺术，反映祖国社会主义建设欣欣向荣、朝气蓬勃的新面貌等，航空摄影确是越来越显得重要了。

一．航空摄影机及其类型

1.航空摄影机—它是航空摄影中最常用的、最主要的传感器，它通过光学系统采用感光材料直接记录地物的反射光谱能量。其结构与普通的相似，有镜头、快门、取景器、机身等。但是根据空中摄影的要求，它的镜头质量和结构更为精密和复杂。

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