遙感課件：第七章遙感應(yīng)用

1、7.1 地質(zhì)遙感7.1.1巖性的識(shí)別1. 巖石的反射光譜特征 巖石的反射光譜特征與巖石本身的礦物成分和顏色密切相關(guān)。由石英等淺色礦物為主組成的巖石具有較高的光譜反射率，在可見光遙感影像上表現(xiàn)為淺色調(diào)。鐵鎂質(zhì)等深色礦物組成的巖石，在影像上表現(xiàn)為深色調(diào)。 巖石光譜反射率受組成巖石的礦物顆粒大小和表面粗糙度的影響。礦物顆粒較細(xì)，表面比較平滑的巖石，具有較高的反射率。反之，反射率較低。 巖石的表面濕度對(duì)反射率有影響。 巖石表面風(fēng)化程度的影響。2. 三大巖類的判讀（1）沉積巖的判讀色調(diào)：沉積巖若以淺色礦物為主，巖石風(fēng)化面顏色又較淺反射率偏高，色調(diào)較淺；以暗色和雜色礦物成份為主，風(fēng)化面顏色較深，反射率偏低

2、，色調(diào)偏深。圖形：沉積巖一般具有清晰的層理，在衛(wèi)星圖像上多呈條帶狀、條紋狀。碎屑巖：主要是以其清晰的層理作為判讀的重要標(biāo)志。一般呈較典型的條帶狀空間特征，邊界比較清晰，形成的山嶺、谷地也較清晰。堅(jiān)硬沉積巖：衛(wèi)星圖像上石英巖常形成正地形,較松軟的泥巖和頁巖常形成負(fù)地形。粘土巖的基巖裸露地，一般呈現(xiàn)細(xì)條紋或條紋夾條帶的圖形。碳酸鹽巖：由于具有不同程度的可溶性，在不同的氣候條件下，色調(diào)、圖形特征的差異較大。 在高溫多雨的氣候帶內(nèi)，巖石被溶蝕的速度快，形成各種典型的喀斯特地貌。在高分辨率的衛(wèi)星影像上可以觀察到各種喀斯特地貌類型。 在半干燥區(qū)和干燥區(qū)，化學(xué)溶解作用較弱，因而石灰?guī)r成為較強(qiáng)的抗物理風(fēng)化的巖

3、石，地表缺乏典型的喀斯特地貌，在影像上區(qū)別較困難。（2）巖漿巖的判讀 在巖漿巖中，酸性、中性、基性和超基性的反射光譜特性有明顯的變化規(guī)律：從酸性到超基性，隨著SiO2含量減少，鐵鎂質(zhì)礦物含量逐漸增高，反射率逐漸降低，色調(diào)隨之變深。（3）變質(zhì)巖的判讀 正變質(zhì)巖的光譜特性及其色調(diào)特征與巖漿巖相似；負(fù)變質(zhì)巖與沉積巖和部分巖漿巖相似。7.1.2地質(zhì)構(gòu)造的識(shí)別1.水平巖層的識(shí)別2.傾斜巖層的識(shí)別3.褶皺及其類型的識(shí)別4.斷層及其類型的識(shí)別5.活動(dòng)斷裂的確定7.1.3構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的分析7.2.1 水體的光譜特征 在可見光波段0.6m之前，水的吸收少、反射率較低、大量透射。其中，水面反射率約5%左右；水體可見光

4、反射包含水表面反射、水體底部物質(zhì)反射及水中懸浮物質(zhì)的反射。 對(duì)于清水，在藍(lán)綠光波段反射率4%5%，0.6 m以下的紅光部分反射率降到2%3%，在近紅外、短波紅外部分幾乎吸收全部的入射能量。電磁波與水體的相互作用： （1）水體的散射與反射主要出現(xiàn)在一定深度的水體中，稱為“體散射”。水體的光譜特性主要表現(xiàn)為體散射而非表面反射。 （2）離開水面的輻射部分，除了水中散射光的向上部分外，還應(yīng)包含在日光激勵(lì)下水中葉綠素經(jīng)光合作用所發(fā)出的熒光。 （3）水面入射光譜中，僅有可見光才透射入水，其他波段的入射光或被大氣吸收或被水體表面吸收。1. 水體光譜特征與水中葉綠素含量的關(guān)系 隨著葉綠素含量的不同，在0.43

5、0.70 m光譜段會(huì)有選擇地出現(xiàn)較明顯的差異。在波長(zhǎng)0.44 m處有個(gè)吸收帶。0.40.48 m（藍(lán)光）反射輻射隨葉綠素濃度加大而降低；在波長(zhǎng)0.55 m處出現(xiàn)反射輻射峰，并隨著葉綠素含量增加，反射輻射上升。2.水體光譜特征與懸浮泥沙含量的關(guān)系 隨著水中懸浮泥沙濃度的增加，水體在整個(gè)可見光譜段的反射亮度增加，水體由暗變得越來越亮，同時(shí)反射峰值波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，即從藍(lán)綠更長(zhǎng)波段移動(dòng)。3.水體光譜特征與水深的關(guān)系 對(duì)于清澈的水體，近水面的曲線形態(tài)近乎于太陽輻射，隨著水深的增大，水體對(duì)光譜組成的影響增大。在20m處，由于水體對(duì)紅外波段光的有效吸收，近紅外波段的能量幾乎不存在，僅保存藍(lán)綠波段的能量。

6、 同時(shí)光對(duì)水的穿深能力還與水體渾濁度有關(guān)。隨著水中懸浮物質(zhì)含量的增加，反射率明顯增強(qiáng)，透射率明顯下降。最大透射波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)。4.水體光譜與水溫的關(guān)系 白天，水體將太陽輻射能量大量地吸收儲(chǔ)存，增溫比陸地慢，在遙感影像上表現(xiàn)為熱紅外波段輻射低，呈暗色調(diào)。在夜間，水溫比周圍地物溫度高，發(fā)射輻射強(qiáng)，在熱紅外影像上呈高輻射區(qū)，為淺色調(diào)。5.水體污染的探測(cè) 可以采用遙感的方法探測(cè)到水體的污染的情況為： 水體污染物濃度較大且水色顯著變黑、變紅或變黃，并與背景水色有較大的差異時(shí)。 水體高度富營(yíng)養(yǎng)化。 水體受到熱污染。7.3.1 葉片和植被結(jié)構(gòu)1.葉片結(jié)構(gòu) 葉片的最上邊是上表皮,下層為下表皮，上下表皮之間

7、是柵欄組織和海棉組織。柵欄組織是由葉綠素和其他色素組成；海棉組織由相互分離的不規(guī)則細(xì)胞組成。2.植被結(jié)構(gòu) 從植物與光的相互作用出發(fā)，植被結(jié)構(gòu)主要指植物葉子的形狀，大小，植被冠層的形狀、大小以及幾何與外部結(jié)構(gòu)。7.3.2 植物的光譜特征1.葉片的光譜特征 健康植物的波譜曲線有明顯的特點(diǎn)，在可見光0.55 m附近有一個(gè)反射率為1020%的小反射峰。在0.45 m和0.65 m附近有兩個(gè)明顯的吸收谷。在0.70.8 m是一個(gè)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(gè)高的，反射率達(dá)40%或更大的反射峰。在1.45 m，1.95 m和2.62.7 m處有三個(gè)吸收谷。2.影響植物光譜的

8、因素 葉子的顏色： 葉子的組織構(gòu)造： 葉子的含水量： 植物覆蓋程度：7.3.3 不同植物類型的區(qū)分1.不同植物由于葉子的組織結(jié)構(gòu)和所含色素不同，具有不同的光譜特征。如圖：2.利用植物的物候期差異來區(qū)分植物，也是植物遙感重要方法之一。3.根據(jù)植物生態(tài)條件區(qū)別植物類型。7.3.4 植物生長(zhǎng)狀況的解譯 健康的綠色植物具有典型的光譜特征，當(dāng)生長(zhǎng)狀況發(fā)生變化時(shí)，波譜曲線形態(tài)也會(huì)隨之改變。 植物受到病蟲害影響時(shí)會(huì)因缺乏營(yíng)養(yǎng)和水分而生長(zhǎng)不良，葉子吸收比例會(huì)發(fā)生變化，使可見光的兩個(gè)吸收谷不明顯。近紅外的變化更明顯，峰值被削低，甚至消失。7.3.5 大面積農(nóng)作物的遙感估產(chǎn) 大面積農(nóng)作物的遙感估產(chǎn)主要包括三方面內(nèi)

9、容：一，農(nóng)作物的識(shí)別與種植面積估算；二，長(zhǎng)勢(shì)檢測(cè)；三，估產(chǎn)模式的建立；1. 可以根據(jù)作物的色調(diào)、圖形結(jié)構(gòu)等差異最大的物候期的遙感影像和特定的地理位置等的特征，將其與其他植被區(qū)分開來。2.利用高時(shí)相分辨率的衛(wèi)星圖像對(duì)作物生長(zhǎng)的全過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。植被指數(shù)：是由遙感圖像的多光譜數(shù)據(jù)，經(jīng)線性和非線性組合構(gòu)成的對(duì)植被有一定指示意義的各種數(shù)值。常用的植被指數(shù)的類型為：（1）比值植被指數(shù) 由于可見光紅光波段與近紅外波段對(duì)綠色植物的光譜響應(yīng)十分不同，兩者簡(jiǎn)單的數(shù)值比能充分表示兩反射率之間的差異，為比值植被指數(shù)。RNIRDNDNRVI（2）歸一化植被指數(shù)歸一化植被指數(shù)為近紅外波段與可見光紅波段數(shù)值之差和這兩個(gè)

10、波段數(shù)值之和的比值。RNIRRNIRDNDNDNDNNDVI在植被遙感中，NDVI應(yīng)用廣泛的原因：（1）NDVI是植被生長(zhǎng)狀態(tài)及植被覆蓋度的最佳指示因子。（2）NDVI經(jīng)比值處理，可以部分消除與太陽高度角、衛(wèi)星觀測(cè)角、地形、云和大氣條件有關(guān)的輻照度條件變化等的影響。（3）對(duì)于陸地表面主要覆蓋而言，云、水、雪在可見光波段比近紅外波段有較高的反射作用。（3）差值植被指數(shù)差值植被指數(shù)為近紅外波段與可見光紅波段數(shù)值之差。RNIRDNDNDVI（4）正交植被指數(shù) PVI表征著在土壤背景上存在的植被的生物量，距離越大，生物量越大。065.11)(297. 2)(622. 1RNIRPVI3.遙感大面積農(nóng)作

11、物估產(chǎn) 遙感大面積作物估產(chǎn)主要涉及3方面內(nèi)容：作物識(shí)別、作物面積提取、作物長(zhǎng)勢(shì)分析。在這3方面內(nèi)容綜合的基礎(chǔ)上，建立不同條件的多種估產(chǎn)模式，進(jìn)行作物的遙感估產(chǎn)。1）作物識(shí)別與作物面積提?。?）遙感數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理 根據(jù)區(qū)域分布、作物類別、農(nóng)事歷等特點(diǎn)，選擇空間、波譜、時(shí)間分辨率相對(duì)應(yīng)的遙感圖像數(shù)據(jù)。 氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)周期短，對(duì)監(jiān)測(cè)作物全生長(zhǎng)期的長(zhǎng)勢(shì)動(dòng)態(tài)變化有明顯優(yōu)勢(shì)，是作物估產(chǎn)不可缺少的信息。 在遙感數(shù)據(jù)時(shí)像的選擇上，還要注意選擇不同作物最易識(shí)別或?qū)Ξa(chǎn)量最有意義的生長(zhǎng)期。（2）作物專題信息的提取 采用植被指數(shù)法提取作物專題信息。如DNVI與作物覆蓋度關(guān)系密切，可以有效地提取面積信息；RVI反映作

12、物長(zhǎng)勢(shì)，可以提取生物量信息；PVI有效地濾去土壤背景及大氣的干擾等。（3）作物面積的自動(dòng)提取 遙感數(shù)據(jù)的自動(dòng)分類 采用綠度分層技術(shù)自動(dòng)提取作物面積 利用TM與NOAA數(shù)據(jù)結(jié)合提取作物面積（4）精度評(píng)價(jià)2）作物長(zhǎng)勢(shì)分析 以數(shù)量化的植被指數(shù)作為評(píng)價(jià)作物生長(zhǎng)狀態(tài)的定量標(biāo)準(zhǔn)。在某一時(shí)刻的植被指數(shù)是該時(shí)刻作物長(zhǎng)勢(shì)和面積的函數(shù)。當(dāng)面積相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，植被指數(shù)的變化主要與作物長(zhǎng)勢(shì)有關(guān)，能直接建立綠度與作物長(zhǎng)勢(shì)的關(guān)系。結(jié)合地面已知樣地的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，可建立起各種不同條件下，單位面積產(chǎn)量與植被指數(shù)間的數(shù)量關(guān)系，即估產(chǎn)模式。7.3.6 遙感植被解譯的應(yīng)用1 植被制圖 應(yīng)用遙感影像進(jìn)行植被的分類制圖，尤其是大范圍的植被制圖

13、，是一種非常有效而且節(jié)約大量人力物力的工作，已被廣泛的采用。2 城市綠化調(diào)查與生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)3 草場(chǎng)資源調(diào)查4 農(nóng)業(yè)資源調(diào)查1.土壤的遙感解譯的理論基礎(chǔ)1）成土因素學(xué)說 根據(jù)成土因素，分析推斷出土壤的剖面形態(tài)、理化性狀，確定土壤類型和分布。在遙感影像上，根據(jù)影像特征，可以解譯出地貌、植被、母質(zhì)、水文和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等因素，對(duì)它們進(jìn)行綜合分析，揭示出這些因素信息與土壤的關(guān)系，可確定土壤類型和分布范圍。2）表土性狀的反映 沒有植被覆蓋的裸露土壤，其頂層的光譜特征可以在遙感影像上表現(xiàn)出來。而土壤的全部土層在發(fā)育過程中是相互聯(lián)系的，剖面是一個(gè)不可分割的整體，不同類型的土壤具有不同的剖面構(gòu)造和表土性態(tài)，表土的性

14、態(tài)是土壤屬性的重要組成部分，可以指示整個(gè)土壤剖面的性態(tài)。3）分類依據(jù) 我國(guó)目前實(shí)行的分類系統(tǒng)中，有一部分分類單位的劃分依據(jù)是地表特征，這些地表特征在遙感影像上 表現(xiàn)清楚，反映明顯，很容易識(shí)別，可用于土壤解譯。2.土壤解譯的標(biāo)志1）土壤的光譜特征 顏色：顏色淺的土壤具有較高的反射率，顏色較深的土壤反射率較低。 表面狀況：在干燥條件下同樣物質(zhì)組成的細(xì)顆粒的土壤，表面比較平滑，具有較高的反射率，而較粗的顆粒具有相對(duì)較低的反射率， 有機(jī)質(zhì)：土壤的反射率會(huì)隨著有機(jī)質(zhì)含量的增高而降低。 土壤水：土壤的反射率會(huì)隨著水量的增加，反射率降低，并有兩個(gè)明顯的吸收帶。2）土壤類型的解譯標(biāo)志 土類是由區(qū)域生物氣候條件

15、決定的，需要根據(jù)調(diào)查區(qū)土壤的水平地帶性和垂直地帶性及非地帶性與人為耕作熟化等方面的情況來確定。 亞類是在成土過程中受局部條件的影響使土類發(fā)生變化的因素，如不同的地形、植被條件，會(huì)使水熱形成差異。 土屬主要以地區(qū)性條件為依據(jù)，如地貌和母質(zhì)。 土種根據(jù)一定的土壤剖面及其土體構(gòu)型為依據(jù)劃分，遙感圖像雖難以達(dá)到要求，但可以作為土壤剖面的定性辨別。1. 精細(xì)農(nóng)業(yè)基本概念 精心農(nóng)業(yè)又稱處方農(nóng)業(yè)，可以在RS、GIS、GPS技術(shù)支持下，進(jìn)行抽樣調(diào)查，獲取作物生長(zhǎng)的各種影像因素。通過進(jìn)行農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量對(duì)比，分析影響小區(qū)產(chǎn)量差異的原因，獲取農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中存在的空間和時(shí)間差異性信息，可以根據(jù)每個(gè)地塊的農(nóng)業(yè)資源特點(diǎn)，按

16、需實(shí)施微觀調(diào)空，以充分利用現(xiàn)代化和機(jī)械化，精耕細(xì)作，獲取高的經(jīng)濟(jì)效益。2.在3S技術(shù)支持下的精細(xì)農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)： 技術(shù)性強(qiáng)：3S技術(shù)涉及到電磁波理論、圖像處理，圖像解譯、計(jì)算機(jī)硬件與軟件技術(shù)、空間分析技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，將這些理論、方法和技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合，具有很強(qiáng)的技術(shù)性。 定量化：通過3S技術(shù)，計(jì)算機(jī)可以精確控制著種子、肥料、農(nóng)藥等用量，它可以根據(jù)不同的土質(zhì)、作物長(zhǎng)勢(shì)和其他農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，定量投放種子、肥料、農(nóng)藥等。 定位化：GPS提供的準(zhǔn)確定位功能。具有GPS導(dǎo)航儀的收割機(jī)在經(jīng)過每塊土地內(nèi)的作物或土壤區(qū)別對(duì)待的田間助手，農(nóng)田機(jī)械可以根據(jù)不同地塊的差別，自動(dòng)調(diào)節(jié)種子、化肥和化學(xué)劑的投入量。 遙感技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中具有以下的應(yīng)用： 農(nóng)作物播種面積遙感監(jiān)測(cè)與估算。 遙感監(jiān)測(cè)作物長(zhǎng)勢(shì)與作物產(chǎn)量估算。 作物生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè) 災(zāi)害損失評(píng)估。（2）GIS在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的作用 GIS在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用包括以下方面： 繪制作物產(chǎn)量分布圖。 農(nóng)業(yè)專題地圖分析。3.3S技術(shù)在精細(xì)農(nóng)業(yè)中的綜合應(yīng)用（1）RS