遙感地學(xué)分析的重點知識

1、第1章緒論一、遙感地學(xué)分析遙感地學(xué)分析是以地學(xué)規(guī)律為基礎(chǔ)對遙感信息進行的分析處理過程。地學(xué)分析方法與遙感圖像處理方法有機地結(jié)合起來，一方面可擴大地學(xué)研究本身 的視域，提高對區(qū)域的認識水平；另一方面可改善遙感分析、處理、識別目標的 精度。二、遙感的分類1、以探測平臺劃分；（地面、航空、航天、航宇）2、按探測的電磁波段劃分；3、按電磁輻射源劃分；（被動、主動）4、按應(yīng)用目的劃分。（地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、海洋等）二、按探測的電磁波段劃分1、可見光遙感2、紅外遙感3、微波遙感4、多光譜遙感5、紫外遙感6、高光 譜遙感三、遙感信息定量化的定義遙感信息定量化是指通過實驗或物理模型將遙感信息與觀測目標參量

2、聯(lián)系 起來，將遙感信息定量地反演或推算為 某些地學(xué)、生物學(xué)或大氣等測量目標參量C四、遙感信息的定量化兩重含義1、遙感信息在電磁波 不同波段內(nèi)給出的地標物質(zhì)定量的物理量和準確的空間位 置。2、從定量的遙感信息中，通過實驗或物理模型 將遙感信息與地學(xué)參量聯(lián)系起來， 定量地反演或推算 某些地學(xué)或生物學(xué)的參量。3、定量化模型：分析模型、經(jīng)驗?zāi)Ｐ?、半?jīng)驗?zāi)Ｐ?。第2章地物光譜特征與遙感數(shù)字圖像信息提取一、地物的反射光譜特性反射率一一用來表示不同地物對入射電磁波的反射能力的不一樣。反射一一當電磁輻射到達兩種不同介質(zhì)的分界面時， 入射能力的一部分或全部返 回原介質(zhì)的現(xiàn)象。光譜反射率 P （入尸Er （入）/

3、Ei（入）J J J反射率反射能入射能一般地說，當入射電磁波長一定時，反射能力強的地物，反射率大，在黑白遙感 圖像上呈現(xiàn)的色調(diào)就淺。反之，反射入射光能力弱的地物，反射率小，在黑白遙 感圖像上呈現(xiàn)的色調(diào)就深。判讀遙感圖像的重要標志一一在遙感圖像上色調(diào)的差異。判讀識別各種地物的基礎(chǔ)和依據(jù)一一不同地物在不同波段反射率存在著差異，在 不同波段的遙感圖像上就呈現(xiàn)出不同的色調(diào)。物體對電磁波的反射形式一一鏡面反射、漫反射、方向反射。反射光譜特性：1、發(fā)射率：任何地物當溫度高于絕對溫度 0K時，組成物質(zhì)的原子、分子等微 粒，在不停地做熱運動，具有向周圍空間輻射紅外線和微波的能力。2、黑體：其發(fā)射率e入=1,黑

4、體發(fā)射率對所有波長都是一個常數(shù)?；殷w：其發(fā)射率e入=常數(shù)1,灰體的發(fā)射率始終小于1,發(fā)射率不隨波長變化。選擇性輻射體：其發(fā)射率e入1,發(fā)射率隨波長變化。3、總之，比熱大，熱慣量大，以及具有保溫作用的地物，一般發(fā)射率大，反之 發(fā)射率就小。二、典型地物的反射光譜特征1、巖石的反射光譜特征含義：巖石的波譜特征是地質(zhì)遙感的基礎(chǔ)。不同的礦物成分、礦物含量、風化程度、 含水狀況、顆粒大小、表面光滑程度、色澤等都會影響到巖石反射波譜曲線。特點：(1)0.41.3叱m的光譜特性主要取決于礦物品格結(jié)構(gòu)中存在的過渡性金屬元素(鐵、銅、鈕)的電子躍遷；(2) 1.32.5 pm的光譜特性是由礦物組成中的碳酸根、羥基

5、及可能存在的水分子決定的；(3) 35仙m的光譜特性是由SiO、AlO等分子鍵的振動模式?jīng)Q定的。2、土壤的反射光譜特征自然狀態(tài)下土壤表面的反射率沒有明顯的峰值和谷值。土壤中的原生礦物和次生礦物、土壤水分含量、土壤有機質(zhì)、鐵含量、土壤質(zhì)地等因素都會影響到土壤的反射光譜特征。(1) 土壤中的原生礦物和次生礦物；(2) 土壤水分含量一一土壤的含水量增加時，土壤的反射率就會下降，在水的各個吸收帶處(1.4 n m, 1.9 n m和2.7 n m),反射率下降最明顯(被水強吸收)；(3) 土壤有機質(zhì)一一土壤有機質(zhì)的增加，土壤的光譜反射率減小，有機質(zhì)組成不同也有顯著影響；(4)鐵含量一一氧化鐵含量的增加

6、會使反射率減小。(0.50.7 pm不明顯)土壤處于0.50.7仙m,呈現(xiàn)黃紅色； 土壤處于氧化狀態(tài)，呈現(xiàn)紅、黃等色；土壤處于還原狀態(tài)，呈現(xiàn)藍綠、灰藍色；(5) 土壤質(zhì)地一一與粒徑組合及其表面狀況、不同粒徑組合物質(zhì)的化學(xué)組成密 切相關(guān)。3、水體的反射光譜特征特點：(1)水體的反射光譜的貢獻主要由水的表面反射、水體底部物質(zhì)的反射和水中懸浮物質(zhì)決定的；(2)水體的吸收和投射特性不僅與水體本身的性質(zhì)有關(guān)，而且還明顯地受到水 中各種類型和大小的物質(zhì)一一有機物和無機物的影響；(3)在1.12.5Nm波段，較純凈的自然水體的反射率很低，幾乎趨近于零。水色主要決定于葉綠素濃度、混濁度大小、營養(yǎng)鹽含量以及其它

7、污染物、水下 地形、水深等因素。4、植被的反射光譜特征不同的植物各有其自身的波譜特征在可見光的0.55 m附近有一個反射率為10%20%的小反射峰。在0.45 m和 0.65 m附近有兩個明顯的吸收谷。在0.70.8甲是一個陡坡，反射率急劇增高。 在近紅外波段0.81.3 m之間形成一個高的，反射率可達 40%或更大的反射峰。 在1.45 m, 1.95 m和2.62.7 m處有三個吸收谷。(1)影響植被光譜特征的主要因素：1 .有限的一些光譜敏感成分；2 .這些植被組成部分的相對含量，是植被自身生長及其環(huán)境變化的指示性標準；3 .植被的外形結(jié)構(gòu)；4 .植被的光譜特征與光譜測量的空間尺度有很大

8、關(guān)系。(2)不同波段植被的光譜影響主導(dǎo)因素：1 .植被可見光和近紅外(350-800nm)反射光譜特性差異主要來源于植物體內(nèi)葉 綠素和其他色素成分；2 .植被近紅外(800-1300nm)反射光譜特性差異主要來源于植物細胞組織散射；3 .植被短波紅外(13002500nm)反射光譜特性差異主要來源于植物細胞組織內(nèi) 的液態(tài)水吸收決定；4 .植被紅外(8002500nm)光譜的其他影響因子。(3)紅移、藍移現(xiàn)象“紅邊”：反射光譜的一階微分最大值所對應(yīng)的光譜位置， 通常位于0.680.75 m 之間?！凹t移”：當綠色植物葉綠素含量高，生長旺盛時，“紅邊”會向波長增加的方向偏移。“藍移”：當植物由于受

9、金屬元素“毒害”、感染病蟲害、污染受害或者缺水缺 肥等原因而“失綠”時，則“紅邊”會向波長短的方向移動。三、遙感圖像 解譯方法與步驟1、解譯方法(1)遙感資料的選擇及影像處理<1>遙感資料的選擇：資料類型的選擇、波段選擇、時間選擇、比例尺選擇<2>遙感圖像的處理：影像放大、影像數(shù)字化、圖像處理。(2)目視解譯的方法直判法、鄰比法、對比法、邏輯推理法、歷史對比法。2、解譯步驟(1)準備工作：資料收集、分析、整理和處理。(2)建立解譯標志：路線踏勘、建立分類系統(tǒng)和解譯標志。(3)室內(nèi)解譯。(4)野外驗證：校核檢查、樣品采集、調(diào)繪和補測。(5)成果整理：編繪成圖、資料整理、文

10、字總結(jié)。四、遙感數(shù)字圖像分析遙感數(shù)字圖像分析包括圖像的分割、特征分析、圖像分類以及描述和理解等內(nèi)容。1、遙感數(shù)字圖像分類監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類 遙感數(shù)字圖像分類y參數(shù)分類和非參數(shù)分類L硬分類和軟分類ISODATA分類法最大似然法非監(jiān)督分類K K均值分類法監(jiān)督分類<最大似然法最小距離法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類法 J反向傳播法模塊化方法圖像分類新技術(shù) < 模糊分類法模糊C均值聚類法模糊監(jiān)督分類法I亞像元分類法其他分類法。2、基于遙感影像的線狀地物提取按自動化程度分為：自動特征提取、半自動特征提取。3、基于遙感影像的面狀地物提取(1)目標檢測與特征提??；(2)特征編組和建模。4、一般分析方法領(lǐng)域分

11、析、查找分析、指標分析、疊加分析。五、遙感數(shù)字圖像定量反演1、原理遙感機理和各種前向模型：統(tǒng)計模型、物理模型、半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?反演模型和反演策略的研究。2、方法輻射傳輸模型（RT模型）、幾何光學(xué)模型（GO模型）、幾何光學(xué)一輻射傳輸混合模型（GORT模型）、計算機模擬模型3、遙感地表參數(shù)反演方向反射BBDF的反演植被結(jié)構(gòu)參數(shù)反演：葉面積指數(shù) LAI和葉傾角分布LAD六、遙感數(shù)字圖像處理與分析流程（1）遙感數(shù)字圖像的獲??；（2）遙感數(shù)字圖像預(yù)處理（輻射校正、幾何校正）；（3）遙感數(shù)字圖像的變換、增強和融合；（4）遙感數(shù)字圖像分析（圖像的分割、特征分析、圖像分類、線狀、面狀地物提取及描述理解）七、影像分

12、辨率糾正1、影像分辨率：空間分辨率、時間分辨率、光譜分辨率、輻射分辨率 2、影像糾正：（1）輻射校正（遙感器校正、大氣校正、畸變校正）（2）幾何校正第3章土壤遙感一、土壤遙感數(shù)據(jù)分析技術(shù)：多元統(tǒng)計分析、主成分分析（PCA）、光譜混合分解模型（線性、非線性）、光 譜匹配。二、土壤的判讀1、判讀標志：色調(diào)、圖案。2、實際判讀：邏輯推理論一一根據(jù)土壤發(fā)生學(xué)的理論， 按照成土因素進行判讀3、裸露土壤的判讀：色調(diào)深淺程度、表土結(jié)構(gòu)狀況、土壤質(zhì)地。4、覆蓋有自然植被的土壤判讀：通過判讀自然植被來推斷土壤類型和性狀。5、覆蓋作物的農(nóng)業(yè)土壤判讀：通過作物種類及土地利用方式的判讀來確定。第4章水環(huán)境遙感一、水文

13、要素遙感研究及影響因素1、水位-面積和流域界定：地面分辨率。2、水深探測：波長、混濁度、水體太陽輻射度、太陽天頂角、太陽方位角、水體的衰減系數(shù)、水體底質(zhì)的反射率、海況、大氣效應(yīng)。衰減長度來衡量。3、水溫探測：大氣水汽含量。遙感器所探測的熱紅外輻射強度所得到的水體的亮度溫度（輻射溫度） 4、徑流估算。、水質(zhì)遙感監(jiān)測污染類型生態(tài)環(huán)境義化遙感影像特征富營養(yǎng)化浮游生物含量高在彩色紅外圖像上呈紅褐色或紫紅色，在 MSS7圖像上呈淺色調(diào)懸浮泥沙水體渾濁在MSS7像片上呈淺色調(diào)，在彩色紅外片上 呈淡藍、灰白色調(diào)，渾濁水流與清水交界處 形成羽狀水舌石油污染油膜覆蓋水面在紫外、可見光、近紅外、微波圖像上呈淺 色

14、調(diào)，在熱紅外圖像上呈深色調(diào)，為不規(guī)則 斑塊狀廢水污染水色水質(zhì)發(fā)生變化隨所含物質(zhì)的/、同色調(diào)有差異，城市污水及 各種混合廢水在彩色紅外像片上呈黑色熱污染水溫升高在白天的熱紅外圖像上呈白色或白色羽毛狀固體漂浮物均有漂浮物的形態(tài)三、水體富營養(yǎng)化遙感監(jiān)測1、原理：水體富營養(yǎng)化程度的最主要因子是葉綠素（葉綠素-a）2、方法：水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系四、水體信息遙感提取色度判別法（復(fù)雜）、比率測算法（復(fù)雜）、多波段的普間關(guān)系法。五、葉綠素遙感概念：基于不同濃度浮游植物有著不同的輻射光譜特性。波譜基礎(chǔ)：光譜特征曲線在0.44仙m處出現(xiàn)明顯的吸收；在0.52 pm處出現(xiàn)“節(jié) 點”，在“節(jié)點”處，水面

15、反射率隨葉綠素濃度變化不大；在 0.55 m附近，普 遍出現(xiàn)輻射峰值，且葉綠素濃度越高，峰值越高。第5章植被遙感一、植被指數(shù)1、概念：標征地表植被覆蓋、生長狀況的一個簡單、有效的度量參數(shù)2、比值植被指數(shù)（RVI）:可見光紅波段與近紅外波段的比值優(yōu)點：當植被覆蓋度較高時，RVI對植被十分敏感；缺點：受大氣條件影響，大氣效應(yīng)大大降低對植被檢測的靈敏度；3、歸一化植被指數(shù)（NDVI ）:近紅外波段與可見光波段數(shù)值之差和之和的比值； 優(yōu)點：能反映出植物冠層的背景影響，與植被分布密度呈線性關(guān)系；缺點：對土壤背景的變化較為敏感；二、植被指數(shù)與地面參數(shù)的關(guān)系（1）植被指數(shù)與葉面積指數(shù)的關(guān)系（2）植被指數(shù)與葉綠素含量的關(guān)系植被指數(shù)與植被覆蓋度、生物量、地表生態(tài)環(huán)境參數(shù)、氣候參數(shù)、植物蒸發(fā)量、土壤水分的關(guān)系三、農(nóng)作物的遙感估產(chǎn)流程方法：作物的識別遙感影像、波譜識別；種植面積估算航天遙感方法、航空遙感方法、遙感與統(tǒng)計相結(jié)合的方法、地理信息系統(tǒng)與遙感結(jié)合方法；長勢監(jiān)測植被指數(shù)；流產(chǎn)模型的建立一一影像的光譜信息反演，建立生長信息與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)模型；第6章大氣遙感一、方式：主動式：它是由人采用多種手段向大氣發(fā)射各種頻率的高功率的波信號，然后接收、分析并顯示被大氣反射回來