遥感地学 本文简介：
遥感地学分析参考资料绪论1、遥感地学分析：是建立在地学规律基础上的遥感信息处理和分析模型，其结合物理手段、数学方法和地学分析等综合型应用技术和理论，通过对遥感信息的处理和分析，获得能反映地球区域分异规律和地学发展过程的有效信息的理论方法。2、遥感信息源的综合特征（1）多源性：多平台，多波段，多时相（
遥感地学 本文内容：
遥感地学分析参考资料
绪论
1、遥感地学分析：是建立在地学规律基础上的遥感信息处理和分析模型，其结合物理手段、数学方法和地学分析等综合型应用技术和理论，通过对遥感信息的处理和分析，获得能反映地球区域分异规律和地学发展过程的有效信息的理论方法。
2、遥感信息源的综合特征
（1）多源性：多平台，多波段，多时相
（2）空间宏观性：遥感影像覆盖范围大、视野广，具有概括性
（3）遥感信息的时间性：瞬时特征，时效性，重返周期与多时相
（4）综合性、复合性：多种地理要素的综合反映，多分辨率遥感信息的综合
（5）波谱、辐射量化性：地物波谱反射、辐射的定量化记录
（6）遥感信息在地学分析中的模糊性和多解性
3、遥感信息地学评价指标
（1）空间分辨率：又可称地面分辨率，前者是针对传感器或图像而言的，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小，后者是针对地面而言，指可以识别的最小地面距离或最小目标物的大小
（2）光谱分辨率：传感器所选用的波段数量的多少、各波段的波长位置、及波长间隔的大小。光谱分辨率越高，专题研究的针对性越强，对物体的识别精度越高，遥感应用分析的效果也就越好。
（3）时间分辨率：对同一地区遥感影像重复覆盖的频率
（4）辐射分辨率：辐射分辨率指传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力
3、Landsat/TM光谱特性
（1）TM1：0.45～0.52μm，蓝波段。波段的短波端相应于清洁水的峰值，长波端在叶绿素吸收区；这个波段对水体的穿透力强，对叶绿素与叶色素浓度反映敏感，有助于判别水深、水中泥沙分布和进行近海水域制图等；对针叶林的识别更强。
（2）TM2：0.52～0.60μm，绿波段。这个波段在两个叶绿素吸收带之间，因此相应于健康植物的绿色；与MSS4相关性大；对健康茂盛植物反映敏感，对水的穿透力较强；用于探测健康植物绿色反射率，按“绿峰”反射评价植物生活力，区分林型、树种和反映水下特征等。
（3）TM3：0.63～0.69μm，红波段。为叶绿素的主要吸收波段，与MSS5相关性大；反映不同植物的叶绿素吸收、植物健康状况，用于区分植物种类与植物覆盖度；在可见光中，这个波段是识别土壤边界和地质界线的最有利的光谱区，信息量大，表面特征经常展现出高的反差，大气蒙雾的影响比其他可见光谱段低，影像的分辨能力较好；广泛用于地貌、岩性、土壤、植被、水中泥沙流等方面。
（4）TM4：0.76～0.90μm，近红外波段。对绿色植物类别差异最敏感，相应于植物的反射峰值，为植物遥感识别通用波段。用于生物量调查、作物长势测定、进行农作物估产等。
（5）TM5：1.55～1.75μm，中红外波段。处于水的吸收带内，反映含水量敏感，在这个波段叶面反射强烈地依赖于叶湿度，在对干旱的监测和植物生物量的确定是有用的；用于土壤湿度、植物含水量调查、水分状况、地质研究，作物长势分析等，从而提高了区分不同作物类型的能力
（6）TM6：10.4～12.5μm，热红外波段。这个波段来自表面发射的辐射量，根据辐射响应的差别，区分农、林覆盖类型，辨别表面湿度、水体、岩石以及监测与人类活动有关的热特征，进行热测量与制图，对于植物分类和估算收成很有用。
（7）TM7：2.08～2.35μm，短波红外波段。为地质学研究追加的波段，由于岩石在不同波段发射率的变化与硅的含量有关，因此可以利用这种发射光谱特性来区分岩石类型，为地质解译提供了更多的信息。
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第1章遥感图像识别与信息提取
1、地物的反射、吸收、发射电磁波的特征是随波长而变化的，往往以波谱曲线的形式表示，简称地物波谱。
2、地物的光谱特征
（1）地物的反射光谱特性
A、岩石的反射光谱特征：岩石的波谱特征是地质遥感的基础，不同的矿物成分、矿物含量、风化程度、含水状况、颗粒大小、表面的光滑程度、色泽等都会影响到其反射波谱特征。
B、土壤的反射光谱特征：自然状况的土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，一般来说土质越细，反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。此外土壤的肥力也会对反射率产生影响。
C、水体的反射光谱特征：水体的反射主要在蓝光波段，其他波段吸收都很强，特别在近红外以后水体便成为一个吸收体。
D、植被的反射光谱特征：植被的反射波谱曲线规律性明显而独特，主要分为三个波段：可见光波段：有一个小的反射峰，位于0.55
m
m
(绿光波段）处，两侧蓝光波段（0.45
m
m
）和红光波段(0.67
m
m
)则有两个吸收带；近红外波段有一反射徒坡，至1.1
m
m
附近有一峰值；中红外波段受绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率下降。
（2）地物的发射光谱特性
（3）地物的透射光谱特性
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第二章?
土地利用/覆盖遥感
1、土地利用是人类在生产活动中为达到一定的经济效益、社会效益和生态效益，对土地资源的开发、经营、使用方式的总称
2、土地覆盖：地球陆地表层和近地面层的自然状态，是自然过程和人类活动共同作用的结果。
3、遥感土地资源动态监测就是利用遥感技术，对土地资源类型、质量、数量、社会经济属性以及土地利用的动态变化规律和特征，进行系统研究的过程。
4、土地利用变化监测的主要内容
对土地利用变化的监测，首先需要确定某时刻、某地点的土地利用类型．或者从土地覆盖变化状况中推测土地利用的变化。具体步骤：(1)对图像进行几何纠正；(2)对图像进行辐射纠正；(3)进行变化探测；(4)识别变化类型；(5)进行变化制图。
5、土地资源动态监测的遥感图像预处理方法
①波段最佳组合：通过分析遥感数据的光谱信息结构，比较各波段信息量，计算各波段信息的相关性。
②图像的增强处理?
鲜明图像或凸显所需图像特征称为图像增强，增强方法有多种，如直方图调整、直方图线性扩展、滤波及主成分分析等。
③图像几何精校正：这项工作是要使得由遥感图像记录的数据经校正后具有与实际地物空间一致的空间位置以及相应的光谱分布。
④不同时相、不同分辨率图像的配准：图像配准主要是指不同遥感数据源的配准，目的是为了清除数据间的系统误差。
⑤图像的融合：光谱图像提供地物丰富的光谱信息，全色图像具有很高的空间分辨率，将这两类图像进行融合，可产生一彩色高分辨率多光谱图像——融合图像。
6、土地资源变化信息提取方法
①变化信息直接提取法?
指对两个时相的遥感图像进行点对点的直接运算，经变化特征的发现、分类处理，获取土地资源变化信息。主要方法有：
A图像差值法：即将一个时相的某一波段光谱灰度值减去另一时相的对应像元的光谱灰度值。??
B图像比值法：是对于两个时相多谱段数据中同名像元的光谱灰度值施以除法运算。
C假彩色合成法:
在进行变化信息的发现时，将前、后两时相的数据精确配准，再利用假彩色合成的方法，将后一时相的一个波段数据赋予红色通道，前一时相的同一波段赋予蓝色和绿色通道。
D波段替换法:
在RGB假彩色合成中，G和B分量用前时相的两个波段，用后一时相的一个E波段影像组成R分量，在合成的RGB假彩色图像上能够很容易地发现红色区域即为变化???
区域。
F植被指数法：是综合利用植被在红光的强吸收与在近红外部分的强反射的特点，提取植被动态信息。???
G多时相复合分类法：将两时相或多时相遥感数据复合，通过遥感分类提取变化信息。
H多时相合成图像变换法：如将不同时相图像波段同时用于主成分分析，变化地区一般集中显示于第三、第四或更次要的主成分图像中。
②计算机自动识别分类比较法?
该方法是在对比多时相的遥感图像前，先进行各时相遥感图像的单独分类。
③目视解译法?
以土地利用现状调查资料为基础，确定各地类的解译标志，在遥感图像上划出各地类界线，得到遥感分类图，再比较各时相的遥感分类图。
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第三章?
植被遥感
1、植被遥感研究的主要内容
（1）通过遥感影像从土壤背景中区分出植被覆盖区域，并对植被类型进行划分。
（2）能否从遥感数据中反演出植被的各种重要参数。
（3）能否准确的估算出与植被光合作用有关的若干物理量。
2、植被遥感原理：植被遥感不仅依赖于对单张植物叶片的光谱特性，还需进一步认识植被冠层的光谱特性。
（1）单张叶片光谱特性及影响因素
A植物叶片结构：叶片一般具有三部分：表皮、叶肉和叶脉
B单张叶片的反射、吸收和透射特性：入射辐射-散射辐射=吸收辐射
C叶片反射波谱的影响因素：1）叶片生化组分2）叶片内部结构3）叶片表面特征
（2）植被冠层光谱特性及影响因素
A特性：绿色植被冠层的反射
B植被冠层影响因素-植被结构
主要参数：叶面积指数LAI；植被覆盖度；叶倾角；叶方位角；叶面积体密度FAVD；间隙率
3、植被分类
植被具有典型的波谱特征，将其余其它典型地物，如人工建筑、裸土、水域等区分容易，但对植被类型划分却有一定难度。不同植被类型，因组织结构、季相、生态条件等不同而具有不同的光谱特征和冠层形态特征。故可根据植被光谱、季相、生态环境、冠层形态进行植被类型识别。
4、植被指数：是遥感领域中用来表征地表植被覆盖，生长状况的一个简单，有效的度量参数；是通过选用多光谱遥感数据经分析运算，产生某些对植被长势、生物量等有一定指示意义的数值。
5、植被指数模型-类型
（1）比值植被指数：两个或以上波段反射率或DN值的比值。
（2）差值植被指数：两个波段反射率或DN值的差值；
（3）角度植被指数：通过计算波段之间的夹角参数；
（4）此外还有：归一化植被指数（
NDVI）；土壤修正植被指数（SAVI）；转换土壤调整植被指数（TSAVI）；修改型二次土壤调节植被指数
（MSAVI）；差值植被指数（DVI）；绿度植被指数（GVI）
；垂直植被指数（
PVI）
6、荒漠化的概念及监测模型
荒漠化:包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干早、半干旱和亚湿润干早地区的土地退化
模型：1）改进型土壤调整植被指数(MSAVI)；2）反照率(Albedo)；3
）陆地表面温度(LST)；4）植被覆盖度(FVC)
；5）土壤湿度(TVDI)
7、农作物的遥感估产
农作物估产则是指根据生物学原理,
在收集分析各种农作物不同生育期不同光谱特征的基础上,
通过平台上的传感器记录的地表信息,
辨别作物类型,
监测作物长势,
并在作物收获前,
预测作物的产量的一系列方法。包括三方面内容：农作物识别、种植面积估算、长势与旱情监测和估产模式建立
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第四章
城市遥感
1、遥感监测城市扩张的原理与方法
（1）归一化建筑用地指数提取城市用地
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在TM4和TM5波段之间除了城镇用地DN值走高之外，其他地物DN值都变小。根据NDVBI=（TM5-TM4）/(TM5+TM4)因此,图像上NDBI值大于0的地物则认为是城镇用地。
（2）改进的归一化建筑用地指数
考虑到归一化植被指数NDVI反映的是植被信息，那么（1-NDVI）反映的就是非植被信息，即主要是居民地、裸地以及河流。由于NDBI主要反映的是城镇和裸露地信息，所以将NDBI和（1-NDVI）相加就可以更加突出居民地信息。
即改进的归一化裸露指数:MNDBI=NDBI+(1-NDVI)。?
（3）城镇用地指数
低密度植被覆盖区不仅具有植被的光谱特性而且具有城镇用地的光谱特性。利用这一独特的光谱特性，构建城镇用地指数：NDBI>0&NDVI<0，可将城镇用地中的低密度植被覆盖区从中分离出来，但始终含有部分裸地信息无法分离出来.
2、城市热岛效应遥感监测
（1）遥感监测城市热岛效应的原理及相关内容
A、普朗克黑体辐射定律-用于解释物体的辐射与温度的关系，这一定律普遍适用于绝对黑体辐射的定律，是遥感反演陆面温度的物理基础。
B、维恩位移定律：是反演地表物体温度时波长选择的依据，定义：黑体辐射光谱中辐射峰值波长与黑体绝对温度成反比。
C、热辐射传输方程-进入大气的太阳辐射会发生反射、折射、吸收、散射和透射。因此，反演地面温度主要需解决大气扰动(主要是水汽)和地表比辐射率订正的问题。其中对传感器接收影响较大的是吸收和散射。
（2）地表温度遥感反演涉及的主要参数
A亮度温度:遥感器在卫星高度所观测到的热辐射强度相对应的温度。这一温度包含有大气和地表对热辐射传导的影响,
因而，不是真正意义上的地表温度。但地表温度是根据这一亮度温度来演算而来。
B地表比辐射率参数：依据Plank公式由辐射强度推求得到的亮度温度是某一辐射强度下的黑体的温度，而大多数自然体非黑体，而是灰体，要得到相同辐射强度下的自然灰体的温度，需要知道地表比辐射率参数。
C大气透射率（水汽含量）：考虑了地表比辐射率的亮度温度里，仍然含有大气影响的成分，这些大气影响成分主要是大气中的水汽吸收作用导致，因此，只有知道大气中的水汽含量，才可能将亮度温度里大气影响部分剔除，使亮度温度真正转换为自然灰体地物的地表温度。
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（3）地表温度遥感反演的方法?????
第一种方法需要已知地表比辐射率；主要包括大气校正法和单窗算法。适用于只包含一个热红外波段的遥感影像，如Landsat
TM影像。
第二种方法根据分裂窗通道对水汽吸收的差异将地表比辐射率作为输入变量进行大气和地表比辐射率订正。适用于包含2个或多个热红外波段的遥感影像，如NOAA
/AVHRR和MODIS遥感影像。
第三种方法：白天/夜间MODIS
LST方法，该方法利用MODIS
的7个热红外通道的白天/夜间资料同时反演地表温度和通道平均比辐射率，而不需要高精度的大气温度和水汽廓线。
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第五章
土壤遥感
1、土壤反射光谱特性及影响因素
土壤的反射光谱特征：自然状况的土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值，反射率从可见光的短波段起随波长的增加而逐渐抬升，一般来说土质越细，反射率越高，有机质含量越高和含水量越高反射率越低。此外土壤的肥力也会对反射率产生影响。
影响因素：土壤反射率由土壤的组成成分及其结构的内在的散射和吸收性质决定。土壤反射光谱受土壤地球化学，几何光学散射以及外部环境等因素的影响。
（1）土壤的松紧度越松、土壤孔隙度越大，土壤的光谱反射率越低。
（2）腐殖质含量愈高，反射率愈低，光谱的曲线愈趋低平
（3）铝铁与硅之比很高的红壤类土壤将明显降低蓝紫光区的反射率而大大提高橙红光区的反射率
。
（4）此外，土壤湿度对反射特性的巨大影响绝对不能忽视。土壤的机械组成即质地与表面状况对光谱反射率也有明显影响。
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2、土壤热红外特性
（1）从使用FTIR(傅立叶红外光谱仪)测定的大量土壤样品在2.5μm~14μm的
反射光谱曲线经过换算得出热红外区的比辐射率可以看出，不同土壤类型有一些差异，但不大；
（2）另一方面，不同土壤类型，特别是不同质地及不同有机质含量，因而具有不同水分物理特性的土壤，其吸热增温、放热降温和热储存、热传导过程都会有所不同，使得土壤的热特性复杂多变。
3、土壤微波辐射、散射特性
（1）土壤的微波辐射特性，与土壤含水量有很大关系
（2）影响土壤微波后向散射系数的另两个重要因素是表层土粒粗细与土壤结构状况。
土粒粗细以机械组成即质地表征，这个因素比较稳定。土壤结构状况在农区将随耕作管理等措施而变化，不过对于使用波长较长的雷达遥感而言，结构变化幅度一般不超过表面粗糙度判据范围，这时可忽略不计。
4、土壤干旱遥感监测
（1）干旱指某地因长期没有降水或降水显著偏少造成空气干燥、土壤缺水甚至干涸的现象。???
（2）对于裸地，卫星遥感的重点是土壤含水量；对于有植被覆盖的区域，卫星遥感的重点是植被指数的变化及植被冠层蒸腾状况的变化。
（3）干旱遥感监测方法：遥感热惯量方法、作物缺水指数法、植被指数法等。
A热惯量法是在裸土或低植被覆盖土地的能量平衡方程基础上,对土壤表层水分进行定量反演的一种方法。主要用于裸露土壤。同一类土壤,含水量越高,热惯量就越大,由此确定干旱灾情的程度。
B蒸散法
–作物缺水指数法CWSI：作物缺水指数根据水分平衡原理,以考虑土壤水分和农田蒸散作为出发点进行干旱监测。L
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越小,CWSI
就会越大,反映出供水能力越差,即土壤越干旱。
C植被指数法：作物的长势可以直接反映出干旱的情况,当作物受旱缺水时,作物的生长将受到限制和影响,反映绿色植物生长和分布的特征函数———植被指数将会降低,所以监测各种植被指数的变化,也是干旱遥感监测的基本方法之一。主要有:距平植被指数、条件植被指数、植被指数差异等方法。
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第六章
水环境遥感
1、水环境是由地球表层水圈所构成的环境，它包括在一定时间内水的数量、空间分布、运动状态、化学组成、生物种群和水体的物理性质。
2、水环境遥感物理机理
（1）从水体中得到的遥感光谱信号是多种信号的复合体，它包括了大气散射及水面、水底的反射以及水体中多种综合因素的散射辐射。
（2）遥感器接收到的光包括天空散射光、水面反射光和水中光
（3）水体辐射传输过程及构成：后向散射光随水体浑浊度的增加而增加，两者呈正相关；
水体底部反射光强度与水深呈负相关，且随水体浑浊度的增大而减小。
（4）水的光谱特征：由水本身物质组成决定，又受各种水状态影响.
A对于清水（H2O），无任何溶解或悬浮物质：浅层表现为无色，水深为浅蓝色；反射波谱从可见光到近红外波段呈递减的趋势。
B对于自然水体，反射波谱受水自身光学特性影响外，还受水体内组分，如浮游生物、叶绿素、泥沙及其他物质的影响，这些不同组分浓度的增加，往往使水体反射率升高。
C含泥沙的浑浊水体在可见光-近红外整体反射率增加，在红光附近出现反射峰，且增长幅度随悬浮泥沙的浓度与粒径而增加。
水面的反射波谱主要受如下因素决定：
A纯水及浮游生物或叶绿素、悬浮物、黄色物质等水中组分的光学特性；B浅水、清澈水体底质光学特性；C日照角度与观测角度；D水面的入射辐射；E水表面粗糙度；F气-水界面的相对折射率。
（5）水体及其组分的光学特性
对水体的反射波谱影响最大的组分：纯水、浮游植物、悬浮物、黄色物质。
散射系数：辐射通过介质时散射所造成的衰减部分占总入射辐射的比例。
吸收系数：水体的吸收能量与入射能量的比值
A纯水的吸收和散射特性
a纯水光谱吸收特性：可见光区，蓝光透射率最大，红光衰减最强；与散射比较，纯水对光的衰减主要由吸收引起。红外光谱区，相对于吸收而言，散射影响可以忽略。由于选择性吸收效应，纯水在750-760nm处吸收达到最大，在其它波段存在若干窄的吸收带。
b纯水光谱散射特性：纯水对光的散射源于水分子密度的涨落和极性水分子的取向的不均一性。纯水分子间的相互作用远远大于空气分子间的相互作用；纯水的散射系数与波长的-4.32次方成正比。
（2）浮游植物的吸收和散射特性
（3）悬浮物的吸收和散射特性
吸收特性：随水中悬浮物浓度增加，水在可见光的反射亮度增加，且峰值波长向长波方向移动，且反射峰形态本身变的更宽。
散射特性：入水的透射光，对较小的悬浮物颗粒发生瑞利散射，其峰值位于蓝波段；对较大悬浮物颗粒产生米氏散射
（4）黄色物质的吸收和散射特性
吸收特性：黄色物质吸收光谱可表示成指数形式λ0
一般情况，取λ0=440nm；在开阔水域，考虑到信噪比和自然水体中黄色物质对紫外光的消减，可考虑用350nm或更短的波长。
对黄色物质和浮游植物色素吸收的研究，常采用440nm，这是由于黄色物质和浮游植物色素在蓝光处吸收产生重叠的原因
3、水体富营养化遥感监测
（1）概念：当大量的营养盐进入水体后，在一定条件下引起藻类的大量繁殖，而后在藻类死亡分解过程中消耗大量溶解氧，从而导致鱼类和贝类的死亡。这一过程称为水体的富营养化。
（2）富营养化遥感监测概述
反映水体富营养化程度的最主要因子是叶绿素，其中又以叶绿素-a最为突出。
叶绿素的光谱特征：
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叶绿素在0.44mm处出现明显的吸收（辐射微弱）；在0.52mm处出现“节点”。在“节点”处，水面反射率随叶绿素浓度变化不大。在0.55mm附近，普遍出现辐射峰值。而且水体叶绿素浓度越高，其辐射峰值也越高。这就是叶绿素遥感的波谱基础。
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遥感地学 本文关键词：地学，遥感
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