遥感考研重点总结

遥感定义：广义遥感：从远处探测、感知物体或事物的技术。

即不直接接触物体本身，从远处通过各种传感器探测和接收来自目标物体的信息（包括电磁波、力场、声波、地震波），经过信息的传输及其处理分析，来识别物体的属性及其分布等特征的综合技术。

(实际工作中，将重力、磁力、声波、地震波等的探测化为物探的范畴，只有对电磁波的探测属于遥感的范畴。

)狭义遥感：在高空和外层空间的各种平台上，通过各种传感器获得地面电磁辐射信息，通过数据的传输和处理揭示地面物体的特征、性质及其变化的综合性探测技术。

遥感系统包括：目标物电磁波特性，信息的获取，信息的接收，信息的处理，信息的应用。

遥感技术的特点：1：宏观性、综合性覆盖范围大、信息丰富。

一景TM影像为185×185平方公里；影像包含各种地表景观信息，有可见的，也有潜在的。

2：多波段性波段的延长使对地球的观测走向了全天候。

3：多时相性重复探测，有利于进行动态分析。

4：经济性大大节省人力、物力、财力和时间。

美国陆地卫星的经济投入与取得的效益比为1：80或更多。

5：局限性发展高光谱分辨率遥感，提高准确性。

遥感的分类：按照遥感的工作平台分类：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感。

按照探测电磁波的工作波段分类：可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感等。

按照遥感应用的目的分类：环境遥感、农业遥感、林业遥感、地质遥感等按照资料的记录方式：成像方式、非成像方式按照传感器工作方式分类：主动遥感、被动遥感主动遥感：指传感器带有能发射讯号（电磁波）的辐射源，能主动发射电磁波，同时接收目标物反射或散射回来的电磁波，以此所进行的探测。

被动遥感：指传感器无辐射源，仅利用传感器被动的接收来自地物反射自然辐射源（如太阳）的电磁辐射或自身发出的电磁辐射，而进行的探测。

第二章电磁辐射与地物光谱特征2.1 电磁波与电磁波谱2.2 大气层对电磁辐射的影响2.3 地物光谱特征相关概念：辐射：电磁波在空间中的传播叫做电磁辐射，简称辐射。

分为入射、发射、反射、透射、散射、吸收。

辐射源：任何物体都是辐射源，不仅能够吸收其它物体对它的辐射，也能够向外辐射。

辐射通量（Φ）：单位时间内通过某一面积的辐射能量，Φ=dW/dt，单位为W（瓦）。

辐射通量密度（E）：单位时间内通过单位面积的辐射能量，E= dΦ /ds，单位为W/m2。

辐照度（I）：被辐射的物体表面单位面积上的辐射通量，I= dΦ /ds辐射出射度（M）：辐射源物体表面单位面积上的辐射通量，M= dΦ /ds。

辐照度与辐射出射度都是辐射通量密度的概念，但I为物体接收的辐射，M是物体发出的辐射，都与波长有关。

黑体：绝对黑体，指能够将外来辐射能量全部吸收的物体。

发射率：地物单位面积上发射（辐射）能量M与同一温度下同面积黑体发射能量M黑之比值。

即：ε=M/M黑反射率：地物的反射能量与入射总能量之比。

透射率：地物的透射度与其表面的辐照度之比。

吸收率：地物的吸收度与其表面的辐照度之比。

一、热辐射基本定律任何地物当温度高于绝对温度0K时，就存在着分子运动，不断地向外发射电磁波。

实际上，世界上任何物体的温度都高于0K（0K=273.15℃）。

所以，任何物体都有热辐射。

地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准；地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。

物体根据吸收率的大小分为：黑体、灰体、选择性辐射体。

黑体：其ελ＝ε=1，不随波长变化。

灰体：其ελ＝ε=常数＜1(因而吸收率α＜1，ε不随波长变化。

)。

选择性辐射体：其ελ随波长而变化，而且ελ＜1（因而吸收率a也随波长变化，并且a ＜1。

) 。

1 普朗克定律（不要求的）：黑体辐射能量是温度的函数：Wλ：为单位面积单位时间单位波长区间辐射能量，h：为普朗克常数=（6．62560.0005）；K：为玻尔兹曼常数=（1.38054土0.00018）；e：为自然对数的底= 2.718；C为光速；λ为波长；T为绝对温度；λ为波长；T为绝对温度。

不同温度下，有不同的发射光谱；辐射能量随波长连续变化，曲线只有一个最大值；温度愈高，辐射通量密度也愈大；不同温度的曲线是不相交的；随着温度的升高，辐射最大值所对应的波长移向短波方向。

2 斯蒂芬－玻尔兹曼定律：（掌握）单位面积单位时间全部波长范围内的辐射总能量：σ：斯蒂芬-玻尔兹曼常数，5.6697土0.00297T ：黑体绝对温度3 维恩定律：（掌握）黑体热辐射的峰值波长与绝对温度成反比：λmax：为某一温度下辐射能量的峰值波长；B = 2879.8 （um.k)。

二、地物的热辐射特征1 地物发射率自然界中黑体辐射是不存在的，一般地物的辐射要比黑体辐射小。

地物的发射率是指地物单位面积上辐射能量W与同一温度下同面积黑体辐射能量之比值。

地物发射率地物种类、表面状态、温度等有关，而且与波长有关。

2 基尔霍夫定律：在任一给定的温度下，地物单位面积上的辐射能量W和吸收率a之比，对任何地物都是一个常数，等于该温度下同面积黑体辐射能量。

根据发射率的定义：得：α=ε即一定的温度下，任何地物的发射率，在数值上等于该温度下的吸收率。

亦即地物的吸收率愈大，发射率也愈大。

物体的辐射能量：热辐射能量与发射率成正比，与温度四次方成正比。

地物微小的温度差异，就会引起红外辐射能量较显著变化。

物体热辐射能量主要由温度决定。

遥感热红外图像主要反映是物体表面的温度。

3 发射光谱特征：地物的发射率随波长变化的函数关系，称为地物发射光谱。

每一种地物在一定温度时，都有一定的发射率，各种地物的发射率不同。

这种地物发射率的差异是红外遥感技术的重要依据。

4 影响地物发射光谱的因素：地物的发射率与地物表面的粗糙度、颜色和温度等有关。

地物表面比较粗糙或颜色发暗，其发射率较高；地物表面比较光滑或颜色明亮，其发射率较低；比热大的、热惯性大的地物，其发射率就大；水体比热大，在白天比岩石植被发射率较低，夜晚时发射率高于岩石植被。

利用红外遥感研究地热、热污染以及探测地下水等是行之有效的方法。

2.2 大气层对电磁辐射的影响：一、太阳辐射二、大气层对电磁辐射的影响三、大气窗口大气相关知识：1 大气层结构：在垂直方向上分：对流层平流层电离层大气外层对流层为大气的底层，顶部平均位于12km 。

高度每增加1km ，温度下降6.5 K ，气象变化强，是现代航空遥感主要活动的区域。

在对流层内，由于大气层的吸收作用，使电磁波传播受到衰减。

平流层平流层顶部平均高度80km，层内气流比较稳定，没有垂直对流。

在25km以下气温一般保持恒温约为-55ºC。

在25-315km以上气温随高度递增（臭氧吸收了太阳紫外光），在该层内电磁波的传播特性与对流层内的传播特性相似。

电离层顶部高度1000km，大气十分稀薄，处于电离状态。

氧原子和氨原子在分解和游离时吸收了多余的能量，使气温升高，300km的高度气温可达600-800ºC。

对可见光、红外直至微波的影响较小，基本上是透明的。

它是人造地球卫星绕地球运行的主要空间层。

大气外层该位于离地面1000km高度以上直至几万公里，该层空气极为稀薄。

并不断向星际空间散逸。

该层对卫星运行基本上没有影响。

2 大气成分（不要求）：由气体、水蒸气和悬浮的微粒混合组成。

气体：N2、O2、H2O、CO、CO2、N2O、CH4、O3。

悬浮微粒：尘埃、冰晶、盐晶、水滴等，统称为气溶胶，形成霾、雾和云。

在80km以下的大气中，除H2、O2、O3等少数可变气体外，各种气体均匀混合，所占比例几乎不变，又为均匀层。

在该层中大气物质与太阳辐射相互作用，是使太阳辐射能衰减的主要原因。

3 大气层对太阳辐射的影响太阳辐射在通过大气层时，约有30％被云层和其它大气成分（部分）反射回宇宙空间，约有17 ％（部分）被大气吸收，约有22％（部分）被大气散射，仅有31％的太阳辐射直射到地面。

1）大气的吸收作用：太阳辐射通过大气层时，大气层中H2O、O2、CO2、O3对太阳辐射产生选择性吸收，由于各种气体对太阳辐射波长吸收的特性不同，使有些波段范围通过大气层到达地面，而另一些波段则全部被吸收不能到达地面。

因此，造成了许多不同波段的大气吸收带。

（补充）氧（O2）：在波长0.155μm处吸收最强。

在低层大气内几乎观测不到小于0.2μm的太阳辐射，在0.69μm和.76μm附近，各有一个窄吸收带。

臭氧（O3）：对太阳辐射能量吸收很强。

在0.2-0.36μm 和0.6μm附近有两个吸收带，臭氧主要分布在30km高度附近，因而对高度小于10km的航空遥感影响不大，而对航天遥感则有影响。

水（H2O）：它是吸收太阳辐射能量最强的介质。

从可见光、红外直至微波波段，都有水汽的吸收带。

主要吸收带是处于红外线和可见光中的红光波段内，其中红外部分吸收最强。

在0.5-0.9μm 有四个窄吸收带，在0.95-2.85μm有5个宽吸收此外，在6.25μm附近有一个强吸收带。

二氧化碳（CO2）：它的吸收作用主要在红外区内。

在1.35-2.85μm有3个宽弱吸收带。

另外在2.7μm、4.3μm与14.5μm为强吸收带。

由于太阳辐射在红外区能量很少，这一吸收带可忽略不计。

尘埃：它对太阳辐射也有一定的吸收作用，但吸收量很少。

当有沙暴、烟雾和火山爆发等现象发生时，大气中尘埃急剧增加，这时它的吸收作用才比较显著。

2）大气的散射作用大气散射集中于可见光区，是太阳辐射能衰减的主要原因。

散射的强弱可用散射系数表示：ϕ为波长的指数，它由微粒直径（d）的大小决定。

根据波长与散射微粒的大小之间的关系，散射可分为三种：瑞利散射：当大气微粒的直径（d）比辐射波长（λ）小得多时，即：当d＜λ/10时，ϕ＝4，发生的散射称瑞利散射。

γ∞1/λ4可见光对瑞利散射的影响较大。

常见雨过天睛后，晴朗天空呈碧蓝色，大气中的粗粒物质被雨水带走，大气中的气体分子粒径较小，把波长较短的蓝光散射到天空中的缘故。

米氏散射当大气中微粒的直径与辐射波长相近时，即d≈λ，ϕ=2 ，发生的散射称为米氏散射。

γ=1/λ2它是由大气中气溶胶所引起的散射。

云雾等悬浮粒子的大小与0.76-15μm的红外线的波长差不多，因此，云、雾对红外线的米氏散射是不可忽视的。

非选择性散射当微粒的直径比波长大得多时，即d＞λ，ϕ＝0，γ＝1，所发生的散射称为非选择性散射。

这种散射与波长无关，即任何波长散射强度相同。

如大气中的水滴、雾、烟、尘埃等气溶胶对太阳辐射，常常会出现这种散射。

云或雾之所以看起来是白色，是因为它对各种波长的电磁波的散射是一样的。

三、大气窗口大气层的反射、吸收和散射作用，削弱了太阳辐射的能量。

把太阳辐射通过大气层时，反射、吸收和散射比较低，即透射率高的波段范围，称为大气窗口。

主要的大气窗口：0.3-1.3μm：包括部分紫外（0.3-0.38μm）、可见光（0.4-0.76μm）和部分近红外波段（0.76-1.3μm），属于地物的反射光谱。