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15、遥感概论 ...
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1.遥感: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性探测技术。
2.遥感技术系统主要包括遥感平台、传感器、遥感数据接收与预处理系统、遥感数据分析与解译系统四大部分。
3.当前遥感发展的特点如何?
1)新一代传感器的研制,以获得分辨力更高,质量更好的遥感图象和数据。2)遥感应用不断深化
3)地理信息系统的发展与支持是遥感发展的又一进展和动向。
4.试述遥感在地学中的主要应用。
一、遥感已成为地理研究的重要信息源
①遥感的引入使地理学增加了一种获取信息的现代化手段。
②遥感的引入为地理学的区域综合分析,区域动态分析的深入研究提供了便利的基础。
③遥感的数据源种类繁多,为当今地理学的发展开辟了新的途径。
④这些数据逐渐成为地理学研究的重要数据源。
二、遥感已成为地理研究的重要手段和方法
以往地理学传统工作方法常是从点,线实地观测入手,以点、线逐渐过渡到区域面上的分析研究,现今由于遥感信息的应用,则可首先从面上区域分析研究入手,然后有重点地选择若干点,线进行野外验证和检查。这样大大减少了实地观测的野外工作量,节省了人力财力,提高了效率也提高了研究工作的精度和质量。
5.太阳的电磁辐射特点是什么?
①太阳辐射的光谱是连续的,它的辐射特征与绝对黑体的辐射特性基本一致
②紫外到中红外波段区间能量集中、稳定
③地球大气层对太阳辐射的吸收和散射造成的。
④太阳辐射的组成:~99%集中在0.2~4μm,~38%集中在可见光
6.大气散射有几种类型?分别进行阐述。
1)瑞利散射:引起散射的大气粒子直径小于入射电磁波波长,前向和后向散射强度相当。
2)米散射:引起散射的大气粒子直径和入射电磁波波长相当,前向大于后向散射。
3)非选择性散射:引起散射的大气粒子直径远大于入射电磁波波长;散射各向同性,与波长无关。
7.大气窗口: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
8.地物的反射率:地面物体反射的能量占入射总能量的百分比
9.地物的亮度系数:在相同光照条件下,测量标准反射面的亮度B0,及地物反射面的亮度B物,地物表面亮度值(B物)与标准反射面亮度B0之比。
10.水的光谱特征有那些特点?
水体的反射率,除镜面反射方向外,在各个波段内都较低,一般在3%左右。清水的反射率一般在可见光部分为4~5%,在0.6m?(橙光)处下降至2~3%,到0.75m?以后的近红外波段,水成了吸收体。
混浊水的反射波谱曲线随着悬浮泥沙浓度的增加而增高。
11.植被的光谱特征有那些特点?
1)可见光绿波段0.55μm附近有10~20%的反射峰。
2)近红外波段0.74~1.3μm;0.8~1.0μm;0.7~1.4μm间具有50~60%的强反射峰。
3)1.35~2.5μm;1~3μm部分是一个衰减曲线。在0.45μm和0.65μm,近红外波段1.5μm、1.9μm和2.6~2.7μm附近具有强烈吸收。究其原因,可见光波段中(0.7μm)的吸收是由叶绿素吸收引起的。近红外波段的吸收是由细胞液和细胞膜中的水分子造成的。
补:影响植被光谱特征的因素:a.植物的疏密程度;b.物候期的影响;c.下垫面的影响;d.病虫害的影响
12.黑体辐射的特性:
A.辐射密度通量随波长连续性变化,每条曲线只有一个最大值
B.温度越高辐射通量越大,不同温度曲线不同。
C.随着温度升高,辐射最大值所对应的波长向短波方向移动。
13.维恩(Wien)位移定律的结论:
①当绝对黑体的温度增高时,最大光谱辐射能量峰值向短波方向移动
②黑体辐射能量的峰值波长与其绝对温度成反比。
14.斯蒂芬(Stefen)—玻尔兹曼定律的结论:
在全波段范围内(波长:0~+∞),从单位面积上黑体辐射到半球空间里的总辐射通量密度为温度的4次方的倍数。
15.区域航空摄影中为什么航向重叠要比旁向重叠的重叠率高?(为满足立体观察的需要,重叠率要求达到60%)
区域航空摄影中沿着数条航线对较大区域进行连续摄影,称为面积摄影,面积摄影要求各航线互相平行。为了使同一航线上相邻像片的地物能相互衔接以满足立体观察的需要,相邻像片间需要有一定的重叠称航向重叠。航向重叠一般应达到60%,至少不小于53%,山区要提高到70%。航向重叠率高,立体成像的部分面积就大,便于航片的判读。航线上具有重叠关系的两张相邻的航片称为一个“像对”。相邻航线之间的像片也要有一定的重叠,这种重叠称为旁向重叠,一般应为30%~15%。这种重叠是为了防止航线之间不衔接,遗漏摄影面积,因此重叠部分可以小一些。
16.中心投影:空间任意点或直线均通过一固定点(投影中心)投影到一平面(投影平面)上而形成的透视关系。
17.中心投影的特点:
①点的像还是点
②直线的像一般仍是直线,只有空间知道你直线,其延长线(指投影光线)通过投影中心时,该直线的像才是一个点
③空间曲线的像一般仍为曲线,但若是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。
18.航空像片的投影误差:
因地形起伏的影响,像片各处的比例尺是变化的,这是由于航空像片是中心投影的原因。在这些像片上的地物点在像片上的像点位置因地形起伏而引起的像点位移称为投影误差(或称投影差)
19.投影误差的规律:
1)投影差δh的大小与像点距离像主点的距离r(向径)成正比。即距离像主点愈远,投影差愈大,而距离像主点愈近,投影差愈小。像主点是唯一不因高差而产生投影差的点。
2)投影差大小与地形高差成正比,高差愈大,投影差也愈大。高差为正时,投影差为正,即像点向外移动(远离中心点);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□□成反比。即航高愈高,投影差愈小。
20.航片判读中主要依据那些判读标志?
①形态:形态标志包括地物的几何形状和大小。
②色调:是指地物在航片上反映的黑白深浅程度,称为“灰度”或“灰阶”。
③阴影:是像片上阳光被地物遮挡产生的影子。
④纹理图案:是由色调、地物组成成分、结构、水系、山体等各种因素综合反映出来的,它可以反映大面积出露的某一种地物或地质体,也可反映许多细小地物的群体组合。
21.侧视雷达图像的地面分辨率由哪两种分辨率组成?
1.距离分辨率:指垂直于航线方向的分辨率。
距离分辨率与下面两个因素有关:
(1)与脉冲的关系。为提高距离分辨率,目前一般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率,
(2)与俯角的关系。由近射程至远射程,俯角由大逐渐变小时,距离分辨率逐渐变大。
2.方位分辨率:指航向上的分辨率。
方位分辨率在近射程部分要比远射程部分高。
22.从近射程至远射程侧视雷达图像的地面分辨率是如何变化的?
由近射程至远射程,俯角由大逐渐变小时,距离分辨率由低逐渐增高;方位分辨率在近射程部分要比远射程部分高。
23.雷达的透视收缩现象:雷达波辐射到地面上斜坡的时间长短,决定了斜坡在雷达图像上的长短。所有面向雷达的斜坡,其雷达图像的长度都比实际长度短。
24.雷达叠掩现象:一些坡度很大的目标,如陡峭的山峰等,在大俯角情况下,顶部比底部离陆地天线近,顶部先于底部成像,产生目标倒置的视觉效果。
25.雷达阴影:雷达波沿直线传播,当受到高大目标阻挡时,目标背面将有雷达波照射不到的盲区,因此不会有回波返回雷达,在图象的相应位置形成黑色调的盲区。
26.侧视雷达图像的色调变化与哪些因素有关?
①地物表面的粗糙度
②雷达波束的照射俯角
③雷达波长和极化性质
④地物的物理电学性质
27.太阳同步卫星:卫星轨道面永远与当时的“地心——日心连线”保持恒定角度的轨道。
28.地球同步卫星:卫星定位在赤道上空35800㎞处,并以与地球相同的速度绕地球旋转的卫星。
29.SPOT卫星传感器的特点与陆地卫星有何不同?
1)SPOT卫星安装了两台HRV传感器( High Resolution Visible)称高分辨率可见光扫描仪。它的扫描方式与陆地卫星的MSS和TM有所不同,它不是垂直于卫星轨道方向扫描,而是与卫星运行方向相同的扫描
2)它采用CCD装置(电荷耦合器)的线性阵列,使线性阵列上每个点都同时曝光,保证了每个点都有最大限度的曝光时间。CCD装置与MSS和TM不同的是它简化了机械部件(如取消了扫描镜的来回摆动),使图象的几何精度比较高,灵敏度也很高,在良好的光照条件下可以探测低于0.5%的地面反射变化
3)SPOT卫星的成像过程是将电荷耦合器置于透镜的焦平面上,多光谱有3000个探测元件,每个探测元件的瞬时视场为20m×20m;全色波段有6000个探测元件,相当于10m×10m的瞬时视场。因此SPOT卫星的分辨率高于陆地卫星相应波段的分辨率。
4)SPOT卫星的图福宽度为60km。而陆地卫星为185km。
30.热红外图像的地面分辨率取决于:扫描仪瞬时视场角的大小、航高、扫描角
31.热红外图像的几何畸变表现在:扫描畸变、图像的不规则性
32.热红外图像的判读标志有哪些?它与常规判读标志有何不同?
①色调标志
浅色代表强辐射体,说明其表面温度高,又称暖色调;暗色代表弱辐射体,说明其表面
温度低,又称冷色调。因此利用热红外图象可以区分具有温度差异的地物。
②形态标志
温度较高的地物会在图象上产生比原物体大许多倍的影像——热晕效应
③阴影特征
阴影有两种:光阴影和热阴影。可见光图象上的阴影是光阴影。一日太阳落山,光阴影
也就立即消失。热红外图象上的阴影是热阴影。白天由于光照形成温差,其面积和大小与可见光基本相似,而太阳落山或被云层覆盖后在一段时间内热阴影还会继续存在。如机场上的飞机白天光照后在其下部形成热阴影,一日飞机飞走,仍可推断出飞机的停机位置。
《遥感概论》课程作业复习题
第一次
1.何谓遥感?遥感技术系统主要包括哪几部分?
遥感: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性探测技术。
遥感技术系统主要包括:被测目标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分。
2.试述遥感与地理信息系统的功能和关系。
遥感的功能: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性探测技术。
地理信息系统基本功能:数据采集、数据处理、数据存储和组织、空间查询与分析、图形的相互显示、监测与编辑
GIS与RS的关系是RS是GIS的数据源,GIS是RS数据抽象和管理的手段
第二次
1.太阳的电磁辐射与地球的电磁辐射总的特点是什么?两者有何不同。
总的特点:都属于自然辐射源,自然界中最大的两个辐射源是太阳和地球。太阳是可见光和近红外遥感的主要辐射源,地球是远(热)红外遥感的主要辐射源。
1)太阳辐射
(1)太阳辐射覆盖了很宽的波长范围。
(2)太阳辐射的大部分能量集中在0.4-0.76m μ之间的可见光波段。它占太阳辐射总能量的43.50%(将近一半),所以太阳辐射一般称为短波辐射。
(3)太阳辐射主要由太阳大气辐射所构成,在射出太阳大气后,已有部分太阳辐射能被太阳大气所吸收,使太阳辐射能量受到一部分损失。
(4)太阳辐射以电磁波的形式,通过宇宙空间到达地球表面(约1.5×108km )(即1.5亿公里),全程时间500秒。地球挡在太阳辐射的路径上,以半个球面承受太阳辐射。地球表面各部分承受太阳辐射的强度不相等。
(5)太阳辐射先通过大气圈,然后到达地面,由于大气对太阳辐射有一定的吸收,散射和反射,所以投射到地球表面上的太阳辐射强度有很大的衰减。
2) 地球的电磁辐射
地球辐射可分为两个部分:短波(0.3-2.5m μ),主要是反射信息(反射太阳的红外辐射),它只能在白天接收太阳的辐射能。另一部分是长波(6m μ以上)主要是发射信息(热辐射),它既能在白天发射也能在夜间发射。
地球辐射的峰值波长在9.66m μ处,属于远红外波段范围。
2.大气散射有几种类型?选择性散射与非选择散射有何不同?
1)瑞利散射:引起散射的大气粒子直径小于入射电磁波波长,前向和后向散射强度相当。
2)米散射:引起散射的大气粒子直径和入射电磁波波长相当,前向大于后向散射。
3)非选择性散射:引起散射的大气粒子直径远大于入射电磁波波长;散射各向同性,与波长无关。
第三次
1.说明反射率、透射率和吸收率之间的关系和区别。
按能量守恒与转换定律,物体反射、吸收、透射电磁辐射的能力,可用物体反射能量、吸收能量和透射能量占入射能量的比例系数(或百分率)来表示。即:
E 入射/ E 入射= E 反射/ E 入射+ E 吸收/ E 入射+E 透射/ E 入射=1 也可以写成:
1=τ+α+ρ (1)
式中:ρ—反射率;α—吸收率;τ—透射率
对于不透明的物体而言,τ=0,因此(1)式可写成:1=α+ρ
上式表明,地物反射率越高,其吸收率越低;吸收率高的物体,其反射率就低。
自然界中不同的地物反射率是不同的,表现为不同的光谱特性,即使同一地物由于表面情况不同,其光谱特性也会发生变化。
区别:
反射率:地物反射电磁波能力的大小,一般用反射率表示。地物的反射率是地物的反射能量与入射能量之比,其数值用百分率表示。
透射率:透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体。为了表示透明体透过光的程度,通常用入射光通量与透过后的光通量之比τ来表征物体的透光性质,τ称为光透射率。
吸收率:是指投射到物体上而被吸收的热辐射能与投射到物体上的总热辐射能之比。这是针对所有波长而言,应称为全吸收率,通常就简称为吸收率。
2.什么是大气窗口?
太阳辐射与大气相互作用产生的效应,使得能够穿透大气的辐射,局限在某些波长范围内。通常把通过大气而较少被反射,吸收或散射的透射率较高的电磁辐射波段称为大气窗口。
第四次
1.热辐射的定律有那些?主要内容是什么?
有关黑体热辐射定律由普朗克定律、维恩位移定律和斯蒂芬 — 玻尔兹曼定律组成。
( 1 ) . Plank (普朗克)定律
Plank 公式指出了黑体在不同的温度下光谱发射能量随波长变化的规律。即表示了黑体辐射通量密度与温度的关系以及按温度、波长分布的情况。 Plank 公式与实验求出的各种温度(从 200K 到 6000K )下的黑体辐射的波谱曲线相吻合。
( 2 ) . 维恩( Wien )位移定律
黑体辐射的三个特性:
a 黑体在不同温度下具有不同的发射光谱。
b 在每一给定的温度下,黑体的光谱辐射通量都有一个极大值。
c 随着温度的升高,其辐射通量迅速增高,对应的峰值波长向短波方向移动。
维恩位移定律证明了当绝对黑体的温度增高时,最大光谱辐射能量峰值向短波方向移动外,还说明了黑体的辐射能量只与温度有关。即黑体辐射能量的峰值波长与其绝对温度成反比。
(3). 斯蒂芬( Stefen ) — 玻尔兹曼定律
一般地物的热辐射能量与该地物的绝对温度的四次方及该地物的发射率成正比,所以只要地物有微小的温度差异,就会引起较显著的变化。只要地物的发射率不同,温度相同的两种地物也会表现出不同的辐射特性。因而上述地物热辐射特性构成了热红外遥感的理论基础。
第五次
1.感光材料的主要性能指标有哪几个?
(1)感光度:指感光材料对光线作用的敏感程度或感光快慢程度。
(2)反差和反差系数
反差即黑白差,即黑白像片(胶片)中明亮与阴暗部分亮度的差别。反差系数是指影像上表现出的反差与原景物反差的比值,用r 表示。 r=影像/景物反差
(3)分辨率
分辨率是指感光材料对景物细微部分的表现能力。常用1毫米内能够看清楚多少黑白相间的平行线对数来表示,单位为线对/毫米。
第六次
1.什么是中心投影?中心投影有那些特点?中心投影与垂直投影有那些不同?
中心投影:就是空间任意点或直线均通过一固定点(投影中心)投影到一平面(投影平面)上而形成的透视关系。
特点:
点的像还是点;直线的像一般仍是直线,只有空间中的直线,其延长线(指投影光线)通过投影中心时,该直线的像才是一个点。空间曲线的像一般仍为曲线,但若是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。
区别: ①投影距离的影响不同:对于垂直投影,构像比例尺与投影距离无关。而中心投影,则随投影距离(航高)的变化,投影的比例尺也不同。航片的比例尺取决于航高(物距)和焦距(像距)。
②投影面倾斜的影响不同:当投影面倾斜时,垂直投影的影像仅表现为比例尺有所放大。对于中心投影,像片的比例尺不等。
③地形起伏的影响:地形起伏对垂直投影没有影响,而在中心投影中,同一铅垂线上的不同高程点,在像平面上就会引起投影差。
2.什么是航空像片的投影误差?投影误差的规律是什么?
航空像片的投影误差:
因地形起伏的影响,像片各处的比例尺是变化的,这是由于航空像片是中心投影的原因。在这些像片上的地物点在像片上的像点位置因地形起伏而引起的像点位移称为投影误差(或称投影差)
投影误差的规律:
1)投影差δh的大小与像点距离像主点的距离r(向径)成正比。即距离像主点愈远,投影差愈大,而距离像主点愈近,投影差愈小。像主点是唯一不因高差而产生投影差的点。
2)投影差大小与地形高差成正比,高差愈大,投影差也愈大。高差为正时,投影差为正,即像点向外移动(远离中心点);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□□成反比。即航高愈高,投影差愈小。
3.航片判读中主要依据那些判读标志?
①形态:形态标志包括地物的几何形状和大小。
②色调:是指地物在航片上反映的黑白深浅程度,称为“灰度”或“灰阶”。
③阴影:是像片上阳光被地物遮挡产生的影子。
④纹理图案:是由色调、地物组成成分、结构、水系、山体等各种因素综合反映出来的,它可以反映大面积出露的某一种地物或地质体,也可反映许多细小地物的群体组合。
第七次
1.热红外图像的判读标志有那些,它与常规判读标志有何不同?
①色调标志
浅色代表强辐射体,说明其表面温度高,又称暖色调;暗色代表弱辐射体,说明其表面温度低,又称冷色调。因此利用热红外图象可以区分具有温度差异的地物。
② 形态标志
温度较高的地物会在图象上产生比原物体大许多倍的影像 —— 热晕效应
③ 阴影特征
阴影有两种:光阴影和热阴影。可见光图象上的阴影是光阴影。一旦太阳落山,光阴影也就立即消失。热红外图象上的阴影是热阴影。白天由于光照形成温差,其面积和大小与可见光基本相似,而太阳落山或被云层覆盖后在一段时间内热阴影还会继续存在。如机场上的飞机白天光照后在其下部形成热阴影,一旦飞机飞走,仍可推断出飞机的停机位置。
2.侧视雷达图像的地面分辨率由哪两种分辨率组成?从近射程至远射程是如何变化的?
①距离分辨率:指垂直于航线方向的分辨率。
距离分辨率与下面两个因素有关:
(1)与脉冲的关系。为提高距离分辨率,目前一般采用脉冲压缩技术来提高距离分辨率,
(2)与俯角的关系。由近射程至远射程,俯角由大逐渐变小时,距离分辨率逐渐变大。
②方位分辨率:指航向上的分辨率。
方位分辨率在近射程部分要比远射程部分高。
由近射程至远射程,俯角由大逐渐变小时,距离分辨率由低逐渐增高;方位分辨率在近射程部分要比远射程部分高
3.试说明侧视雷达图像的几何特征。
①投影性质为旋转斜距投影,其地面分辨率为互不相关的方位分辨率和距离分辨率。
②距离畸变:由于距雷达天线的距离不等,即雷达波束的俯射角不同,在图象上表现为长短不一。近距离端的图象被压缩造成几何失真
③透视收缩:雷达波辐射到地面上斜坡的时间长短,决定了斜坡在雷达图象上的长短。所有面向雷达的斜坡,其雷达图象长度都比实际长度短,这种现象称为雷达的透视收缩。
④雷达叠掩:一些坡度很大的目标,如陡峭的山峰等,在大俯角情况下,顶部比底部离雷达天线近,顶部先于底部成像,产生目标倒置的视觉效果,这种现象称为雷达叠掩(或称顶底位移)。雷达叠掩多出现在近距离端,后坡不会产生叠掩
⑤雷达阴影:雷达波沿直线传播,当受到高大目标阻挡时,目标背面将有雷达波照射不到的盲区,因此不会有回波返回雷达,在图象的相应位置形成黑色调的盲区,这种暗区称为雷达阴影。
第八次
1.SPOT卫星传感器的特点与陆地卫星有何不同?
(1)SPOT 卫星的传感器有两个波段,一个为全色波段(地面分辨率: 10* 10m 地面宽度 60km ),另一个为多光谱波(地面分辨率 :20* 20m 地面宽度 : 60km )
(2)①SPOT 卫星安装了两台 HRV 传感器称高分辨率可见光扫描仪。它的扫描方式与陆地卫星的 MSS 和 TM 有所不同,它不是垂直于卫星轨道方向扫描,而是与卫星运行方向相同的扫描。
②它采用 CCD 装置(电荷耦合器)的线性阵列,使线性阵列上每个点都同时曝光,保证了每个点都有最③与 MSS 和 TM 不同的是它简化了机械部件(如取消了扫描镜的来回摆动),使图象的几何精度比较高,灵敏度也很高,在良好的光照条件下可以探测低于 0.5% 的地面反射变化。
④HRV 可以进行垂直摄影,每台传感器可同时对地面 60km 的区域进行扫描,两台仪器的重叠部分为 3km ,实际的地面扫描宽度为 117km 。 HRV 也可以进行倾斜摄影
第九次
1.与可见光和近红外遥感相比,微波遥感有什么优点?
①能全天候、全天时工作
可见光遥感只能在白天工作,红外遥感虽可克服障碍,但不能穿透云雾。由于微波的波长比红外波要长得多,所以与红外波相比,微波在大气中衰减较少,对云层、雨区的穿透能力较强,基本上不受云、雨、雾的限制。
②对某些特殊地物具有特殊的波谱特征
许多地物间,微波辐射能力差别较大,因而可以较容易地分辨出可见光和红外遥感的所不能去别的某些目标物的特性。
③对冰、雪、森林、土壤等具有一定穿透能力
该特性可用来探测隐藏在林下的地形、地质构造、军事目标、以及埋藏于地下的工程、矿藏、地下水等。
④对海洋遥感具有特殊的意义
微波对海水特别敏感,其波长很适合于海面动态情况的观测
⑤分辨率较低,但特性明显
微波传感器的分辨率一般分辨率都比较低,由于微波的特殊物理性质,是红外测量精度远不及微波,也要差几个数量级
2.名词解释:辐射通量、辐射通量密度、辐射出射度等。
辐射通量:单位时间内通过某一面积的辐射能量
辐射通量密度:单位时间内通过单位面积的辐射能量。
辐射出射度:辐射源物体表面单位面积上的辐射通量,是从地面上辐射电磁波时的术语
3.电磁波:速度=波长*频率
电磁波——通过电磁振荡在空间中传播和传递能量的波。电磁波是一种交变的电磁场在空间的传播,它是物质运动和能量传递的一种特殊形式
4.红、绿、蓝的互补色分别是:青、品红和黄。