遥感导论复习重点.doc

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1、第一章 遥感概述1-1 遥感的基本概念及其特点一、遥感概念遥感（Remote Sensing）是20世纪60年代发展起来对地观测综合性技术。有广义和狭义之分。1、广义遥感：泛指一切无接触的远距离探测（对电磁场、力场、机械波等） 2、狭义遥感：即是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析揭示出物体的特征性质及其变化的综合测控技术。 遥测：对目标的某些运动参数和性质进行远距离册测量的技术。分接触和非接触测量。 遥控：远距离控制目标的运动状态和过程的技术。二、遥感的特点1.大面积同步观测：探测范围大，具有综合、宏观的特点，受地面条件限制少。2.时效性：获取信息速度

2、快，更新周期短，具有动态监测特点。3.数据综合性先进性：信息量大，具有手段多，技术先进的特点。4.经济性：用途广，效益高的特点。5.局限性：利用的电磁波段有限。1-2 遥感过程及系统一、遥感过程的实现光谱特性：一切物体固有的对电磁波反射、透射、吸收的能力。由于环境不同，物体的反射、辐射电磁波是不同的。数据获取数据处理分析数据应用遥感是一个接收、传送、处理和分析遥感信息，并最后识别目标的复杂技术过程。二、遥感的技术系统依据遥感过程遥感系统分为：1.信息源2.信息的获取和接收 传感器 遥感平台 地面站：是为了接收和记录遥感平台传送来得图像胶片或数字磁带数据而建立的。由地面数据接收和记录系统（TRR

3、S）和图像数据处理系统（IDPS）两部分组成。3.信息的处理4.信息的应用1-3 遥感的类型遥感的分类方法多种多样，主要有以下几种分类方法：1.按照遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感2.按照传感器的探测波段分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感3.按工作方式分：主动遥感、被动遥感；成像遥感、非成像遥感4.按信息获取方式分：5.按照波段宽度及波谱的连续性分：6.按应用领域分：较多1-4 遥感的发展简史一、遥感发展概况 （一）遥感的萌芽及其初期发展时期（二）现代遥感发展时期从以下四个阶段了解遥感发展过程无记录的地面遥感阶段（1608-1838）有记录的地面遥感阶段

4、（1839-1857）空中摄影遥感阶段（1858-1956）航天遥感阶段（1957-）二、我国遥感发展概况及其特点三、当前遥感发展主要特点与展望新一代传感器的研制，获得分辨率更高，质量更好的图象和数据；遥感应用不断深化；地理信息系统的发展与支持是遥感发展的又一新动向；复习题1.试述遥感的探测系统及其实现过程。2.了解遥感发展史及我国遥感事业成就表现在哪些方面，有何特点？3.遥感概念、类型及特点。第二章 遥感的物理基础电磁辐射理论主要内容：电磁波的概念及一些性质；黑体辐射及黑体辐射的特点；实际物体的辐射；太阳及地球的辐射；地物的波谱特性；地物波谱特性的测量等方面的知识。2-1 电磁波谱与电磁辐射

5、一、电磁波及电磁波谱 电磁波是电磁振荡在空间的传播。1. 电磁波的性质：电磁波的波动性：是横波 在真空以光速传播 满足C=* 电磁波的粒子性： 光电效应电磁波的波粒二象性：E= h*P=h/ 波粒二象性的程度与电磁波的波长有关：波长愈短，辐射的粒子性愈明显；波长愈长，辐射的波动特性愈明显。2. 电磁波谱：按电磁波在真空中传播的波长（或频率）以递增或递减的顺序排列，制成的图表称电磁波谱。 二、电磁辐射的度量1. 辐射源：任何地物都有向周围空间辐射红外线和微波的能力。 2.辐射测量：辐射能量（W）：辐射通量（）：辐射通量密度（E）：辐照度（I）：辐射出射度（M）：辐射亮度（L）：2-2 黑体辐射及

6、其规律一、黑体辐射及规律1.黑体辐射完全的辐射体绝对黑体：对于任何波长的电磁波都全部吸收的物体称为绝对黑体。黑体能够在热力学定律所允许的范围内最大限度地把热能转变成辐射能，所以说黑体是一个完全的吸收体和完全的发射体。太阳，恒星，无色的烟煤的辐射都可近似看作是黑体辐射源。研究黑体辐射的原因2. 黑体辐射规律普郎克辐射定律：斯忒藩波尔兹曼定律（Stefan-Boltzmann）：M=T4其中=5.6710-8Wm-2K-4维恩位移定律（Wiens displacement law）：二、实际物体的辐射基尔霍夫定律：M/=f(、T) 如果一物体的吸收本领大，那么它的发射本领也大。发射本领用（M/M0

7、）表示。实际物体的辐射出射度与同温度同波长的绝对黑体辐射出射度之比，是比辐射率，也称发射率。所以吸收率常常被称做比辐射率或发射率。 基尔霍夫定律：根据M、I定义，对于绝对黑体：M0=I0 引入实际物体M，得：MM0= MI0 变换得： M= （M/M0）I0 （M/M0）是实际物体的辐射出射度与同温度同波长的绝对黑体辐射出射度之比，是吸收系数。则上式变为： M=I0即M/= I0对于不同物体： M1/1=M2/2=M3/3=Mi/i=I0这就是基尔霍夫定律实际物体的辐射=M/M0 MM0对于250K的石英，做出其在不同波长的辐射出射度M和250K的黑体辐射出射度变化曲线M0，如p22图2.9所

8、示。比辐射率实际物体的辐射M=M0比辐射率影响因素比辐射率是物体发射本领的表征，它不仅依赖于地表物体的组成成分，而且与物体的表面状态（粗糙度）及物理性质（介电常数，含水量，等）有关，并随着测定辐射能的波长、温度T及观测角度等条件的变化而变化。 把物体的辐射分三类：1.接近黑体的物体，发射率接近1，如水在614um, =0.980.992.灰体，发射率与波长无关，自然界大多数物体都是接近黑体的灰体。3.选择性辐射体，发射率随波长变化，如氙灯，水银灯。2-3 太阳辐射和地球辐射辐射源分两类：人工辐射源和天然辐射源 在自然界最大的天然辐射源是太阳和地球，它们是遥感信息的主要提供者。 一、太阳辐射（太

9、阳光）1.太阳常数：不受大气影响，在距太阳一个天文单位内，垂直于太阳光辐射方向上，单位面积单位时间内黑体所吸收的太阳辐射能量。I=1.360105瓦/平方米 小练习：依据太阳常数和日地距离计算太阳总辐射通量 2.太阳光谱特征太阳的光谱是连续光谱，且辐射特性与绝对黑体辐射特性基本一致。太阳的辐射能量分布范围广，各个波段所占比例不同。 遥感探测时，主要利用可见光、红外等稳定的辐射；利用微波的时候主要采用主动微波遥感。大气对太阳辐射产生了衰减作用（通过大气层上下太阳辐照度曲线比较知）二、地球辐射 地球是被动遥感的另一辐射源，地球又是地学遥感探测的对象，因此探测地球作为辐射源的辐射特性和作为太阳辐射接

10、收的反射特性，以及不同地物反射率与波长关系，在地学遥感中有十分重要意义。 从卫星上测出的地球的辐射接近300K的黑体辐射。由维恩位移定律知，峰值max=9.66。研究证明了地球辐射的分段特性： 二、地球自身的热辐射地球表面的热辐射特征1.温度为300K的黑体，其电磁辐射的波长范围是：2.550。2.地球表面的发射辐射能量集中于近红外波段和热红外波段；在热红外波段，地球的发射辐射能量远远大于太阳的电磁辐射能量，通常称地球的发射辐射为热辐射。 3.地球表面的热辐射（能量）与自身的发射率、波长、温度有关： M（，T）= （ ，T） M0（ ，T）问：由于地表温度的日变化，热红外遥感应在一天中的何时进

11、行？ 答：午夜。热红外遥感主要探测16微米以上区段，是探测地球自身的辐射性质，应避免对太阳辐射的吸收。比辐射率波谱特性曲线的形态特征可以反映地面物体本身的特性，包括物体本身的组成、温度、表面粗糙度等物理特性。当曲线形态特征特殊时可以用发射率曲线来识别地面物体。发射波谱曲线：某种地物的比辐射率（发射率）随波长的变化曲线，称该物体的发射波谱曲线。观察P36图2.22可以发现：随着二氧化硅含量的减少（酸性-基性）岩石发射率的最小值向长波方向偏移。2-4 地球大气及其对太阳辐射的影响太阳光大气地物大气传感器，二次经过大气产生了较大变化。一、大气组成1.大气分层：略。2.大气组成大气的传输特性：大气对电

12、磁波的吸收、散射和透射的特性。这种特性与波长和大气的成分有关。大气的成分：多种气体、固态和液态悬浮的微粒混合组成的。大气物质与太阳辐射相互作用，是太阳辐射衰减的重要原因。二、大气折射：使电磁波方向改变，但不影响辐射强度。三、大气反射：主要发生在云层顶部，强度取决于云量。削弱了电磁波到达地面的强度。四、大气吸收氧气：小于0.2 m；0.155为峰值。高空遥感很少使用紫外波段的原因。臭氧：数量极少，但吸收很强。两个吸收带；对航空遥感影响不大。水：吸收太阳辐射能量最强的介质。到处都是吸收带。主要的吸收带处在红外和可见光的红光部分。因此，水对红外遥感有极大的影响。二氧化碳：量少；吸收作用主要在红外区内

13、。可以忽略不计。五、大气散射散射：辐射在传播过程中遇到小微粒而改变传播方向，并向各个方向散开的现象。 实质是电磁波在传播过程中遇微粒而产生的衍射现象。散射种类：1. 瑞利散射（Rayleigh）条件：当大气中粒子的直径比波长小得多时发生的散射，主要由大气中的原子和分子引起，如N ， CO2 ， O3 ， O2 等特点：1、散射强度与波长的四次方成反比；2、波长越短散射越强，而且前向散射与后向散射相同；3、对可见光影响大n 思考：无云的晴天天空为什么是蓝的，而日出日落时天空是橙红色？2. 米氏散射（Mie）条件：当大气中粒子的直径与波长相当时发生的散射；主要由大气中的微粒、烟、尘埃、小水滴和气溶

14、胶等引起。特点：1、散射强度与波长的二次方成反比；2、米氏散射在光线前进方向比向后方的散射更强；3、云雾对红外线（0.7615 ）散射影响较大。3. 非选择性散射：条件：当大气中粒子的直径比波长大得多时发生的散射；特点：散射强度与波长无关 。n 瑞利散射主要发生在可见光和近红外波段；n 米氏散射发生在近紫外 红外波段，但在红外波段米氏散射的影响超过瑞利散射；n 大气云层中小雨滴的直径相对其他微粒较大，对可见光只有无选择性散射，对各波段 的散射强度相同，因而云层呈现白色；n 在微波波段，由于微波波长远大于云层中水滴的直径，因而属于瑞利散射类型，此时，散射强度与波长的四次方成反比，散射强度相对很弱

15、，透射能力很强，故微波具有最小散射、最大透射，具有穿云透雾的能力。六、大气透射及大气窗口大气窗口：将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为大气窗口。 大气窗口的光谱段主要有：(P32)n 0.31.3,紫外近红外，摄影成像最佳波段，如TM14n 1.51.8和2.03.5,近中红外,日照充足时扫描成像常用波段，如TM5，7等，探测植物含水量以及云、雪，或地质制图n 3.55.5,中红外，除反射外，还有地物自身热辐射n 814,远红外，主要是来自地物的热辐射能量n 0.82.5c,微波，有穿云透雾能力，是主动遥感，如侧视雷达2-5 地物的反射波谱及其测量I（到达地面的太

16、阳辐射总能量）=R（反射能量）+A（吸收能量）+T（透射能量）即E入射能=E反射能+E吸收能+E透射能 或I=（，T）+（，T）+（，T）在一般遥感中，（，T）=0，（，T）=（，T）则上式变为：（，T）+（，T）=1一、地物的反射1.反射率：物体反射的辐射能量R占入射总能量I的百分比，称为反射率。=R/I*100%影响地物反射率大小的因素：l 入射电磁波的波长l 入射角的大小l 物体本身的性质：地表颜色与粗糙度利用反射率可以判断物体的性质。 2.物体的反射自然界物体的反射状况可以分为三种：镜面反射；漫反射；实际物体的反射观察方向的反射亮度:Lr(rr)=（ii，rr）Ii（i,D）+(rr)

17、ID 简化为Lr=Ii+ID *D是下标二、地物的反射波谱曲线1.反射波谱：是指地物反射率随波长的变化规律。地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、 沙漠、湿地、小麦的光谱曲线利用反射率随波长的变化规律可以识别和区分物体。 1.同一物体的波谱曲线反映了物体在不同波段的反射率，将此与传感器的对应波段接收的辐射数据相对照，可以得到遥感数据与对应地物的识别规律。2.不同地物有不同的反射波谱曲线（见P38-41植被、土壤、水体、岩石的反射波谱曲线特征）；3.同种地物在不同内部结构和外部条件

18、下，其反射波谱曲线也有差异。根据这一点，可以识别不同的地物及同一地物的不同表现形式。4.同一地物不同时间的反射光谱曲线不同。2.几种典型地物的反射波谱曲线植被的反射波谱曲线：土壤的反射波谱曲线水体的反射波谱曲线岩石的反射波谱曲线三、地物波谱特性的测量地物波谱特性测量的目的 1、传感器波段选择、验证、评价的依据；2、建立地面、航空和航天遥感数据的关系；3、将地物光谱数据直接与地物特征进行相关分析并建立应用模型；（一）地物反射波谱测量理论：双向反射分布函数（BRDF）双向反射比因子R（BRF）：（二）地物光谱的测量方法1、样品的实验室测量2、野外测量：垂直测量： （）=V（）s()/Vs() 非垂

19、直测量： R（ii，rr）=K1RS（ii，rr）+K2RD（rr）复习题1.电磁波及其性质；电磁波谱；辐射通量 ；辐射通量密度E；辐照度I；辐射出射度M；辐射亮度L；黑体与灰体；比辐射率 ；太阳常数；大气窗口；双向反射比因子R2.斯忒藩波尔兹曼定律；维恩位移定律；基尔霍夫定律3.瑞利散射；米氏散射；无选择性散射4.发射波谱曲线5.太阳及地球的光谱特征6.被动遥感主要的辐射源是什么？遥感研究他们哪些波段的波谱特征，为什么？7.试述在遥感探测过程中大气对太阳辐射的影响。8.从地球辐射的分段特性说明为什么对于卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性。9.结合遥感探测过程谈谈大气窗口在地学遥感中的作用

20、。 第三章 遥感的探测基础3-1 传感器传感器是直接获得目标物信息的仪器，用以测量和记录目标物的电磁辐射强度和特性，是遥感技术系统的重要组成部分。一、传感器组成传感器通常由收集器、探测器、信号处理器和输出设备组成，如下图所示。二、传感器的分类按工作方式分：被动式、主动式 按工作波段分：紫外、可见光、红外、微波、多波段传感器等 按数据记录方式分：成像式、非成像式传感器 按成像原理分：摄影方式、扫描方式传感器 三、摄影式和扫描式传感器1.摄影方式传感器：快门打开瞬间收集目标信息。（P54）摄影方式传感器主要是摄影机。如框幅摄影机、缝隙摄影机、全景摄影机（缝隙式、镜头转动式）、多光谱摄影机等 2.扫

21、描方式传感器：逐点逐行收集目标信息。（P67） 对目标面扫描的传感器 对影像面扫描的传感器 四、成像光谱仪 （P70）成像光谱技术：将传统的空间成像技术与地物光谱技术有机地结合在一起，实现对同一地区同时获取几十个到几百个波段的地物反射光谱图像。成像光谱：就是在特定光谱域以高光谱分辨率同时获得的连续地物光谱图像，使得遥感应用可以在光谱维上进行空间展开，定量分析地球表层生物物理化学过程与参数。 成像光谱仪按其结构可分为两种类型:1.面阵探测器加推扫式扫描仪的成像光谱仪2.线阵列探测器加光机扫描仪的成像光谱仪1.集光系统要求尽量使用反射式光学系统，并且要求具有消去球面像差、像散差及畸变像差的非球面补

22、偿镜头的光学系统。2.分光系统，分色滤光片和干涉滤光片改为由狭缝、平行光管、棱镜以及绕射光栅组成的分光方式，绕射光栅能对由光导纤维导入的各波谱带的入射光进行高精度的分光，能用于从紫外至红外范围3.探测器敏感元件，要求由成千上万个探测元件组成的线阵，并且能够感受可见光和红外谱区的电磁波。 关键技术超多维光谱图象信息的显示：如图象立方体的生成；光谱重建：成像光谱数据的定标、定量化和大气纠正模型与算法，依此实现成像光谱信息的图象-光谱转换；光谱编码：尤其指光谱吸收位置、深度、对称性等光谱特征参数的算法；基于光谱数据库的地物光谱匹配识别算法；混合光谱分解模型；基于光谱模型的地表生物物理化学过程与参数的

23、识别和反演算法。 成像光谱的特点1. 波段数量多（几十至几百个）、波段窄、数据量大。2. 高的光谱分辨率：可获得可见光、近红外、中红外、热红外波段多而窄的连续的光谱。波段间隔毫微米（纳米），一般1020个纳米，个别2.5纳米。3. 图谱合一：在获得数十、数百个光谱图象的同时，可以显示影像中每个像元的连续光谱。它所提供的这种每个像元或像元组的连续光谱，可以较客观的反映地物光谱特征以及光谱特征的微弱变化，进行波谱形态分析，与实验室、野外及光谱数据库进行匹配，从而检测具有诊断意义的地物光谱特征，至使利用光谱信息直接识别地物。4. 高的空间分辨率：一般瞬时视场IFOV以1.03.0mrad，空间分辨率

24、几米到几十米不等。5. 高的辐射分辨率和信噪比（S/N）：用仪器的噪声等效反射比表示，通常用信噪比（S/N）。信噪比的高低直接影响成像光谱图象对地物的识别能力。3-2 传感器的性能 传感器的性能指标表现在很多方面，其中最具有实用意义的指标是传感器的分辨率。空间分辨率时间分辨率光谱分辨率辐射分辨率温度分辨率一、空间分辨率： 遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离，是用来表征影像分辨地面目标细节能力的指标。即像素所代表的地面范围的大小，扫描仪的瞬时视场，或地面物体能分辨的最小单元。通常用像元大小、像解率和视场角表征。像元（pixel）像解率：单位为线/毫米或线对/毫米。一个线对为一对能分辨的明

25、暗相间的线。视场角（FOV）：指传感器的张角，即传感器的瞬时视域。对于摄影影像：（线对/毫米）；对于扫描影像：瞬时视场角（IFOV）（毫弧度），即像元，是扫描影像中能够分辨的最小面积。空间分辨率数值在地面上的实际尺寸称为地面分辨率。对于摄影影像，用线对在地面的覆盖宽度表示（米）；对于扫描影像，是像元所对应的地面实际尺寸（米）。空间分辨率是评价传感器性能和遥感信息的重要指标之一，也是识别地物形状大小的重要依据。 二、时间分辨率根据回归周期的长短，时间分辨率可分为三种类型：1.超短周期时间分辨率：2.中周期时间分辨率：3.长周期时间分辨率：利用时间分辨率可以进行动态监测和预报。 三、光谱分辨率光谱

26、分辩率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。一般来说，传感器的波段数越多，波段越窄，地面物体的信息越容易区分和识别，针对性越强。四、辐射分辨率辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时，能分辨的最小辐射度差。在遥感图象上表现为每一个像元的辐射量化级。(P82)如landsat5的TM3，已知最大、最小辐射量值Rmax、Rmin 和量化级D，则其辐射分辨率为 Rl = （ RmaxRmin）/D，用%表示为 R= Rl /（ RmaxRmin）*100%遥感图像的信息量:假设图象上像元取各灰度值的概率相同，即图象上各像元所取的灰度值不同，但是各灰度值出现的概率相同，设灰度量化级为D(辐射

27、分辩率)，根据信息论的研究公式，则每个像元所能包含的最大信息量为Log2D ，一幅图象内有n个像元(空间分辩率)，则一个单波段图象所包含的最大信息量为Im=n*log2D 一幅图象有K个波段，则信息总量为Is=K*Im=K*n*log2D=K*(A/P2)*log2D 其中A为一景图象所对应的地面面积，P为图象的空间分辨率，D为量化级数。可见，遥感图像的总信息量取决于空间分辨率P、波谱分辨率K和辐射分辨率D的大小。五、温度分辨率指热红外传感器地表热辐射（温度）最小差异的能力。与探测器的响应率和传感器系统内的噪声有直接关系，一般为噪声等效温度的26倍。为了获得更好的温度鉴别力，红外系统的噪声等效

28、温度限制在0.10.5K之间，而使系统的分辨率达到0.23.1K。目前TM6图象的温度分辨率可达到0.5K。复习题1. 传感器的组成和分类2. 了解摄影式和扫描式传感器3. 成像光谱仪（重点）4. 掌握传感器的性能第四章 航空遥感简介4-1 航空遥感系统概念：航空遥感是以中低空遥感平台为基础进行进行摄影或扫描成像的遥感方式。特点：1.图像空间分辨率高且具有较大的灵活性。2.平台的高度和航线可在一定范围内变化，而且便于资料回收以及设备的检修更换。3.航空遥感的摄影费用昂贵，不可能在短期内对同一区域反复摄影成像，因而限制了航空遥感在监测方面的应用。一、航空遥感平台1.气球2.飞机:飞机平台在高度和

29、速度上可以控制，也可以根据需要在特定的地区、时间飞行，它可以携带多种传感器，信息回收方便，而且仪器可以及时得到维修。按飞机高度可以分低空飞机、中空飞机和高空飞机三种。二、航空摄影方式（一）按摄影机主光轴与铅垂线之间的关系分主光轴像主点航摄倾角或像片倾角按照主光轴与铅垂线之间的关系，可将航空摄影分为垂直摄影和倾斜摄影垂直摄影：航摄倾角3的航空摄影;垂直摄影是航空遥感图象的主要获取方法。倾斜摄影：航摄倾角3的航空摄影（二）按像片所采用的波段分1.普通黑白摄影：2.天然彩色摄影：与地物颜色一致。3.黑白红外摄影：4.彩色红外摄影：滤掉了可见光。5.多光谱摄影：6.机载侧视雷达 （三）按照摄影的实施方

30、式分1.单片摄影：2.单航线摄影：航向重叠一般为60%，不得小于53%。 *航向重叠度：两个航线重叠的面积占整个摄影相片的比3.多航线摄影（面积摄影）：旁向重叠一般为15%30%。 航向重叠与旁向重叠：航片的有效使用面积：（四）按航摄比例尺分1.大比例尺航空摄影：像片比例尺大于11万；2.中比例尺航空摄影：像片比例尺为11万13万；3.小比例尺航空摄影：像片比例尺为13万110万；4.超小比例尺航空摄影：像片比例尺为110万125万；三、航空遥感特点1.空间分辨率高，信息量大。2.灵活，适用于一些专题遥感研究。3.实验技术系统，是各种星载遥感仪器的先行检验者。4.信息获取方便。5.缺点:受天气

31、等条件的限制大；观测范围受到限制；数据的周期性和连续性不如航天遥感。4-2 航空像片的几何特性一、航空像片属于中心投影（一）中心投影中心投影：空间任意直线均通过一固定点（投影中心）投射到一平面（投影平面）上而形成的透视关系。 Spc b a AC照相机摄影是中心投影的实例。S 是镜头，投影面（远离实物一侧）是胶片，影相为负片。 摄影中心投影中的几个术语定义： 1）固定点 S 称作投影中心2）过投影中心垂直于投影面 P 的 直线称作主光轴3）主光轴垂直于地面的投影称作垂直中心投影4）投影中心 S 到投影面（胶片）的距离称作焦距 f ，S 到投影面的垂足称作像中心点（二）中心投影成像特征在中心投影

32、上:1.点的像还是点。2.直线的像一般仍是直线，但如果直线的延长线通过投影中心时，则该直线的像就是一个点。3.空间曲线的像一般仍为曲线。但若空间曲线在一个平面上，而该平面又通过投影中心时，它的像则成为直线。（三）中心投影和垂直投影的区别两类投影的区别主要表现在三个方面：1.投影距离的影响。2.投影面倾斜的影响。3.地形起伏的影响。航空像片是中心投影，地形图是垂直投影。由上可知，将中心投影变为垂直投影必须统一像片比例尺，纠正因像片倾斜和地形起伏所引起的误差，这是在用航空像片绘制地形图时必须要解决的问题。（四）航空像片的主要点和线 像主点（o）：航空摄影机主光轴SO与像面的交点，称为像主点。像底点

33、（n）：通过镜头中心S的地面铅垂线（主垂线）与像面的交点，称为像底点。等角点（c）：主光轴与主垂线的夹角是像片倾斜角，像片倾角的分角线与像面的交点称为等角点。当地面平坦时，只有以等角点为顶点的方向角，才是地面与像片上对应相等的角度。主纵线与主横线：包括主垂线与主光轴的平面称为主垂面，主垂面与像面的交线VV称为主纵线，它在像片上是通过像主点和像底点的直线。与主纵线垂直且通过像主点的h0h0称为主横线。主纵线与主横线构成像片上的直角坐标轴。等比线：通过等角点且垂直于主纵线的直线hch0称为等比线。在等比线上比例尺不变。在水平像片上，像主点、像底点和等角点重合，主横线和等比线重合。二、航空像片比例尺

34、及其测定（一）像片比例尺 在平坦地区 地形起伏区（二）像片比例尺测定平坦地区。丘陵地区。 三、像点位移 像点位移：在中心投影的相片上，地形起伏除引起相片比例尺的变化外，还会引起平面上的点在相片位置上的移动，称像点位移。（一）因地形起伏引起的像点位移（又称投影差）1.投影差大小与像点距离像主点的距离成正比，即距离像主点愈远，投影差愈大。像片中心部分投影差小，像主点是唯一不因高差而产生投影差的点。2.投影差大小与高差成正比，高差愈大，投影差也愈大。高差为正时，投影差为正即像点离像点向外移动；高差为负时（即低于起始面），投影差为负，即像点向着中心点移动。3.投影差与航高成反比，即航高愈高，投影差愈小

35、。（二）因像片倾斜引起的像点位移（又称倾斜误差） 为辐射角，即在投影面上点位辐射线与主横线的夹角； 为投影面与水平面的夹角；r为辐射距；f 为焦距。特点：1.倾斜误差的方向是在像点与等角点的连线上。2.倾斜误差与像点距等角点距离的平方成正比。3.当=0或=180，=0，即在等比线上的像点不因像片倾斜而产生位移。4.当=90或=270时，sin=1，即在主纵线上像点倾斜误差最大。投影面倾斜角一般不大于 3 ，sin 是正值，而取值却从 0 到 360 变化，使辐射距覆盖整个影像，因而使误差可正可负。具体分析如下：当 0 180，则误差 为负值，即向内收缩； 当 180 360，则误差为正值，即向

36、外扩张；复习题1. 航空遥感的特点2. 航空摄影的分类3.摄影像片的主要特征: 投影方式（投影距离的影响、投影面倾斜的影响、地形起伏的影响）；像片比例尺；像点位移（以地形起伏引起的）第五章 航天遥感简介5-1 航天遥感及特点与航空遥感相比具有以下特点1. 平台高度高，观察的地面范围大，可以发现地表大面积内宏观的、整体的特征；2.造地球卫星等航天平台发送上天后，自动运转，不需供给燃料和其他物资，取得同样的资料，费用比航空遥感低廉。3.遥感可以对地球进行周期性的、重复的观察，有利于对地球表面的资源、环境、灾害等实行动态监测。4.航天平台远高于航空平台，通常航天遥感的分辨率小于航空遥感，但是随着新一

37、代高分辨率的传感器的研制，航天遥感的分辨率将有很大的提高。如Quikbird的分辨率达到了几米。 航天遥感平台采集信息的方式1.宇航员操作，如在“阿波罗”飞船上宇航员利用组合像机拍摄地球照片：2.卫星舱体回收，如中国的科学实验卫星回收的卫星像片；3.通过扫描将图像转换成数字编码，传输到地面接收站；4.卫星数据采集系统收集地球或其它行星、卫星上定位观测站发送的探测信号，中继传输到地面接受站。遥感卫星的轨道类型：通常遥感卫星的轨道可以分为太阳同步轨道和地球同步轨道两种。太阳同步轨道： 特点:每天同一时间通过地面某一固定点。8001500km地球同步轨道： 特点:卫星公转角速度和地球自传角速度相同，

38、相对于地面静止于空中某一点。36000km5-2 航天遥感分类 按照航天遥感平台的服务内容可以分为：陆地卫星系列、气象卫星系列和海洋卫星系列。一、气象卫星系列1、气象卫星简介美国的“泰诺斯 ”(TIROS)卫星系列：第一代实验气象卫星，60-65年共发射10颗，极轨气象卫星。美国的雨云（Nimbus）卫星系列： 64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道。美国的艾萨（ESSA）卫星系列：66-69年共发射了9颗。美国的NOOA卫星系列：70-94年共发射了16颗。太阳同步轨道。1960年4月美国发射了第一颗气象卫星泰罗斯-1(Tiros-1)。随后，前苏联也相继发射了自己的气象卫星。目前，在轨道上

39、运行的大多数气象卫星是由美国和俄罗斯发射的，其中很大一部分为极地轨道卫星，简称极轨卫星。 1966年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨(ESSA)是极轨卫星，主要提供可见光云图。 1970年、1978年美国又相继发射诺阿(NOAA）和泰罗斯N系列业务气象卫星。这些卫星都属于极轨气象卫星。极轨气象卫星的飞行高度一般在8001500公里左右。由于卫星的飞行高度低，因此卫星照片分辨率高，图象清晰。1974年，美国成功地研制了第一颗静止业务环境监测卫星(GOES)。静止业务环境监测卫星在赤道的某一经度、约36000公里高度上，它环绕地球一周约需24小时，几乎与地球自转同步。从地球上看好象卫星是相对静止的，

40、故又称为地球静止卫星。目前，日本GMS系列静止气象卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟 METEOSAT-3 卫星、印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星(GOES-E和GOES-W)共6颗卫星组成地球静止气象卫星监测网。这些卫星位于赤道上空约36000公里高，每半小时向地球发送一次图片。 中国也先后成功地发射了6颗气象卫星（3颗风云1和3颗风云2）。依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。风云1是一种极地轨道气象卫星。风云2是一种静止气象卫星。 2、气象卫星的特点（见P48）轨道：低轨和高轨。低轨即近极地太阳同步轨道，高轨即地球同步轨道。成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数

41、据处理容量。短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。利于动态监测。资料来源连续、实时性强、成本低。气象卫星观测的优势和特点1.空间覆盖优势极轨气象卫星在约900km的高空对地观测，一条轨道的扫描宽度可达2800km。每天都可以得到覆盖全球的资料。地球静止卫星在36万公里的高空观测地球，一颗静止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为地球表面的13。只有通过卫星的大范围观测，才使人类获得了几乎无常规观测的大范围海洋、两极和沙漠地区的资料。目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感兴趣区域的空间连续的高分辨率气象和环境资料,不受国界限制。时间取样优势气象卫星观测可以大大

42、地改善资料的时间取样频次。特别是静止气象卫星可以获得每小时一次的大范围实时资料，必要时甚至可以获取半小时的资料。有利于对灾害性天气的动态监测。双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观测,且无法观测海洋和无人地区。资料一致性优势与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性和良好的代表性。尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性。测站分布的不均匀等，也使资料的不确定性增加。气象卫星是在较长一段时期内使

43、用同一仪器对全球进行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域代表性。综合参数观测优势与其它观测方法相比，气象卫星是从大气层外这个新视角观测地球大气系统的，所以有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的地气系统的射出长波辐射，只能通过气象卫星观测才能获得。目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地下垫面状态、植被状况等诸多重要气候和环境参数,这是任何其他观测手段所不能观

44、测的。FY-1CD通道编号、波长范围及其主要用途通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰区，利用二者的差值可以计算各种植被指数，植被指数能反映作物、森林、草场的生长情况，病虫害及作物缺水状况，并能进行作物估产，这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。通道4、5处于红外窗区，用以测量地面温度，这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气削弱进行订正，计算的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。通道6对雪的反射率较低，与其它通道结合有助于云、雪的判识，同时此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。通道7-9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量，他还可以反映海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮等情况。通道 10是低层水汽通道，用于大气修正和大气透过率的计算。火情监测在AVHRR图象中，由于高温目标在通道三的亮温大大高于背景象元的亮温，因而在通道三图象上，含火点象元与周围象元产生明显反差。利用增强，多通道彩色合成、阈值判断等处理技术，可以从AVHRR资料中得到反映地面明火区、过火区、未燃区（森林、草原、农田）、烟雾范围和方向等各种反映林火