遥感地学分析的重点知识

第1章绪论

一、遥感地学分析

遥感地学分析是以地学规律为基础对遥感信息进行的分析处理过程。

地学分析方法与遥感图像处理方法有机地结合起来，一方面可扩大地学研究本身的视域，提高对区域的认识水平；另一方面可改善遥感分析、处理、识别目标的精度。

二、遥感的分类

1、以探测平台划分；（地面、航空、航天、航宇）

2、按探测的电磁波段划分；

3、按电磁辐射源划分；（被动、主动）

4、按应用目的划分。（地质、农业、林业、水利、海洋等）

二、按探测的电磁波段划分

1、可见光遥感

2、红外遥感

3、微波遥感

4、多光谱遥感

5、紫外遥感

6、高光谱遥感

三、遥感信息定量化的定义

遥感信息定量化是指通过实验或物理模型将遥感信息与观测目标参量联系起来，将遥感信息定量地反演或推算为某些地学、生物学或大气等测量目标参量。

四、遥感信息的定量化两重含义

1、遥感信息在电磁波不同波段内给出的地标物质定量的物理量和准确的空间位置。

2、从定量的遥感信息中，通过实验或物理模型将遥感信息与地学参量联系起来，定量地反演或推算某些地学或生物学的参量。

3、定量化模型：分析模型、经验模型、半经验模型。

第2章地物光谱特征与遥感数字图像信息提取

一、地物的反射光谱特性

反射率——用来表示不同地物对入射电磁波的反射能力的不一样。

反射——当电磁辐射到达两种不同介质的分界面时，入射能力的一部分或全部返回原介质的现象。

光谱反射率——Ρ(λ)=E R（λ）/E I(λ)

↓↓↓

反射率反射能入射能

一般地说，当入射电磁波长一定时，反射能力强的地物，反射率大，在黑白遥感图像上呈现的色调就浅。反之，反射入射光能力弱的地物，反射率小，在黑白遥感图像上呈现的色调就深。

判读遥感图像的重要标志——在遥感图像上色调的差异。

判读识别各种地物的基础和依据——不同地物在不同波段反射率存在着差异，在不同波段的遥感图像上就呈现出不同的色调。

物体对电磁波的反射形式——镜面反射、漫反射、方向反射。

反射光谱特性：

1、发射率：任何地物当温度高于绝对温度0K时，组成物质的原子、分子等微粒，在不停地做热运动，具有向周围空间辐射红外线和微波的能力。

2、黑体：其发射率ελ=1，黑体发射率对所有波长都是一个常数。

灰体：其发射率ελ=常数<1，灰体的发射率始终小于1，发射率不随波长变化。

选择性辐射体：其发射率ελ<1，发射率随波长变化。

3、总之，比热大，热惯量大，以及具有保温作用的地物，一般发射率大，反之发射率就小。

二、典型地物的反射光谱特征

1、岩石的反射光谱特征

含义：

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、表面光滑程度、色泽等都会影响到岩石反射波谱曲线。特点：

（1）0.4～1.3μm的光谱特性主要取决于矿物晶格结构中存在的过渡性金属元素（铁、铜、锰）的电子跃迁；

（2）1.3～2.5μm的光谱特性是由矿物组成中的碳酸根、羟基及可能存在的水分子决定的；

（3）3～5μm的光谱特性是由Si—O、Al—O等分子键的振动模式决定的。

2、土壤的反射光谱特征

自然状态下土壤表面的反射率没有明显的峰值和谷值。土壤中的原生矿物和次生矿物、土壤水分含量、土壤有机质、铁含量、土壤质地等因素都会影响到土壤的反射光谱特征。

（1）土壤中的原生矿物和次生矿物；

（2）土壤水分含量——土壤的含水量增加时，土壤的反射率就会下降，在水的各个吸收带处（1.4μm，1.9μm和2.7μm），反射率下降最明显（被水强吸收）；（3）土壤有机质——土壤有机质的增加，土壤的光谱反射率减小，有机质组成不同也有显著影响；

（4）铁含量——氧化铁含量的增加会使反射率减小。（0.5～0.7μm不明显）土壤处于0.5～0.7μm，呈现黄红色；土壤处于氧化状态，呈现红、黄等色；

土壤处于还原状态，呈现蓝绿、灰蓝色；

（5）土壤质地——与粒径组合及其表面状况、不同粒径组合物质的化学组成密切相关。

3、水体的反射光谱特征

特点：

（1）水体的反射光谱的贡献主要由水的表面反射、水体底部物质的反射和水中悬浮物质决定的；

（2）水体的吸收和投射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还明显地受到水中各种类型和大小的物质——有机物和无机物的影响；

（3）在1.1～2.5μm波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零。

水色主要决定于叶绿素浓度、混浊度大小、营养盐含量以及其它污染物、水下地形、水深等因素。

4、植被的反射光谱特征

不同的植物各有其自身的波谱特征

在可见光的0.55µm附近有一个反射率为10％~20％的小反射峰。在0.45µm和0.65µm附近有两个明显的吸收谷。在0.7~0.8µm是一个陡坡，反射率急剧增高。在近红外波段0.8~1.3µm之间形成一个高的，反射率可达40％或更大的反射峰。在1.45µm，1.95µm和2.6~2.7µm处有三个吸收谷。

（1）影响植被光谱特征的主要因素：

1.有限的一些光谱敏感成分；

2.这些植被组成部分的相对含量，是植被自身生长及其环境变化的指示性标准；

3.植被的外形结构；

4.植被的光谱特征与光谱测量的空间尺度有很大关系。

（2）不同波段植被的光谱影响主导因素：

1.植被可见光和近红外（350—800nm）反射光谱特性差异主要来源于植物体内叶绿素和其他色素成分；

2.植被近红外（800—1300nm）反射光谱特性差异主要来源于植物细胞组织散射；

3.植被短波红外（1300—2500nm）反射光谱特性差异主要来源于植物细胞组织内的液态水吸收决定；

4.植被红外（800—2500nm）光谱的其他影响因子。

（3）红移、蓝移现象

“红边”：反射光谱的一阶微分最大值所对应的光谱位置，通常位于0.68~0.75µm 之间。

“红移”：当绿色植物叶绿素含量高，生长旺盛时，“红边”会向波长增加的方向偏移。

“蓝移”：当植物由于受金属元素“毒害”、感染病虫害、污染受害或者缺水缺肥等原因而“失绿”时，则“红边”会向波长短的方向移动。

三、遥感图像解译方法与步骤

1、解译方法

（1）遥感资料的选择及影像处理

<1>遥感资料的选择：资料类型的选择、波段选择、时间选择、比例尺选择。

<2>遥感图像的处理：影像放大、影像数字化、图像处理。

（2）目视解译的方法