遥感地学应用03 热红外遥感

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热红外遥感机理及应用PPT学习教案

热红外遥感机理及应用PPT学习教案

美国
10
8.2-12.7
始于1993年
MUSIS多光谱红外照相机
美国
90
90
2.5-7.0 6.0-14.5
始于1989年
OMIS实用型模块化成像光谱仪 中国
3.0-5.0 8.7-12.7
3.0-5.0 8.0-12.0
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始于1991年
MAS MODIS航空模拟仪器
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MIVI多光谱红外及可见光光谱 仪
1st radiance constant, K2=C1/5 2nd radiance constant, K1=C2/ temperature at
绝对黑体的辐射光
谱对于研究一切物体的 辐射规律具有根本的意 义,1900年普朗克引 进量子概念,将辐射当 做不连续的量子发射, 成功他从理论上得出了 与实验精确符合的绝对 黑体辐射出射度随波长 的分布函数。
为了获取地物的热状况信息, 从而推断地物的特征及环境相 互作用的过程,为科学和生产 所应用 。
简而言之,热红外遥感即
确定地表温度和发射率及其应
用!
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1.2热红外遥感的特点
由于被遥感的物体在任何时间 都在不断地向外辐射热红外线, 热红外遥感可以在白天或黑夜 无人造光源的条件下实施,它 是一种全天时的遥感手段。
热红外遥感机理及应用
会计学
1
1.热红外遥感概念
1.1什么是热红外遥感? 自然界任何温度高于热力学

遥感专题讲座——热红外遥感

遥感专题讲座——热红外遥感

热红外遥感热红外遥感是利用热红外波段研究地球物质特性的技术手段,可以获取地球表面温度,在城市热岛效应、林火监测、旱灾监测等领域有很好的应用价值。

由于热红外遥感涉及知识多而且深,特别是地表温度反演,需要大气传输、几个定律等方面的知识,本文用通俗语言总结了热红外遥感基本原理和方法,能知道热红外遥感怎么回事及简单的应用。

本文主要包括:●基本定义和原理●常见名词●简单应用与温度反演●ENVI下地表温度反演1、基本定义和原理热红外遥感(infrared remote sensing )是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。

这是一个狭义的定义,只是说明的数据的获取。

另外一个广义的定义是:利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息,并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。

热红外遥感的信息源来自物体本身,其基础是:只要其温度超过绝对零度,就会不断发射红外能量,即地表热红外辐射特性。

如下图为黑体的辐射光谱曲线(不同温度下物体辐射能量随波长变化的曲线),常温的地表物体(300K左右)发射的红外能量主要在大于3μm的中远红外区,即地表热辐射。

热辐射不仅与物质温度的表面状态有关,物质内部组成和温度对热辐射也有影响。

在大气传输过程中,地表热辐射能通过3-5μm和8-14μm两个窗口,这也是大多数传感器的设计波段范围。

热红外遥感在地表温度反演、城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热,岩溶区探水等领域都有很广的应用前景。

2、常见名词热红外遥感涉及的知识多而且深,下面来了解热红外遥感中几个基本的名词。

● 辐射出射度单位时间内,从单位面积上辐射出的辐射能量称为辐射出射度,单位是 2-⋅m W● 辐射亮度辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内的辐射通量,称为辐射亮度 (Radiance),单位是瓦/平方米*微米*球面度(1-12μm --⋅⋅⋅Sr m W )。

很多地方会将辐射亮度和辐射强度区分,我这里理解的是一个概念。

红外遥感

红外遥感

(5)热探测器所获得的物体发射辐射信息包含 了两个重要的信息,即物体的温度以及表示物 体辐射能力的比辐射率。温度与比辐射率的分 离是热红外遥感的一个难点。
(6)热红外遥感图像的空间分辨率一般低于可 见光—近红外遥感图像,因此“混合像 元”(非同温像元)的问题,显得相当突出。
4.2 热辐射原理
4.2.1 黑体辐射规律
(2)热红外信息,还受地球表层热状况的影响,比 如风速、风向、空气温度、湿度等微气象参数,土 壤水分、组成、结构等土壤参数,植物覆盖状况、 地表粗糙度、地形地貌等多种因素影响。 (3)地物本身的热过程是复杂的。 地物从热辐射的能量吸收(增温)到能量发射(降温), 存在着一个热储存和热释放过程。这个过程不仅与 地物本身的热学性质(热传导率、热容量、热惯量 等)有关,还与环境条件等多因素有关。整个热过 程存在着“滞后”效应,要定量表达这一过程,是 相当复杂的。
第四章 热红外遥感
4.1 概 述
1.大气、烟云等吸收可见光和近红外线,但是对3~5微米和8~14微米的热红外线却是 透明的。因此,这两个波段被称为热红外线的“大气窗口” 。利用这两个窗口,可以 使人们在完全无光的夜晚,或是在烟云密布的战场,清晰地观察到前方的情况。正是 由于这个特点,热红外成像技术军事上提供了先进的夜视装备并为飞机、舰艇和坦克 装上了全天候前视系统。这些系统在海湾战争中发挥了非常重要的作用。
• 普朗克(Planck)定律给出了黑体辐射的出射 度与温度、波长的定量关系。 • 维思(wien)位移定律给出了黑体的发射峰值 波长与温度的定量关系,指出随着黑体温 度的增加、发射峰值波长减小,两者呈反 比关系 。 • 斯特藩—玻耳兹曼(Stefan-Boltzmann)定律 数学描述了随着黑体温度的增加,总发射 辐射也增加,即黑体的辐射强度与温度的4 次方成正比。

热红外遥感的原理及应用

热红外遥感的原理及应用

热红外遥感的原理及应用1. 热红外遥感的原理热红外遥感是一种利用物体自身辐射的红外辐射进行探测和观测的技术。

其原理基于热物理学中的黑体辐射定律和斯特藩-玻尔兹曼定律,即物体的温度决定了其辐射的能量和频率分布。

根据这一原理,热红外遥感通过测量地面目标的红外辐射能量,可以获取目标的温度信息以及其他相关的热学参数。

2. 热红外遥感的应用热红外遥感技术在许多领域得到广泛应用,以下列举一些主要应用领域:2.1 军事和安全领域热红外遥感技术在军事和安全领域发挥着重要作用。

通过热红外遥感技术,可以对潜在目标进行侦查和监测,如军事目标、地下设施和边界监控等。

此外,热红外遥感还可用于火灾和爆炸等事故的监测和警报。

2.2 环境监测和资源调查热红外遥感技术在环境监测和资源调查方面具有广泛应用。

通过测量地表温度和地表辐射,可以监测土地利用、植被生长和生态系统变化等。

此外,热红外遥感还可以用于水资源调查、矿产资源勘探和气候变化观测等方面。

2.3 建筑和城市规划热红外遥感技术在建筑和城市规划方面也有广泛的应用。

通过测量建筑物和城市地区的热态,可以分析建筑物的热效应和能耗,进而优化建筑设计和能源利用。

此外,热红外遥感还可以用于城市热岛效应研究、城市规划和交通管理等方面。

3. 热红外遥感的优势和挑战虽然热红外遥感技术具有广泛的应用前景,但也面临一些挑战。

3.1 信号解析和处理热红外遥感技术所获取的数据量庞大,需要进行信号解析和处理才能得到有用的信息。

目前,研究人员正致力于开发高效的算法和技术,以提高数据处理的效率和准确性。

3.2 仪器和设备热红外遥感技术需要借助特殊的仪器和设备进行数据采集和测量。

这些仪器和设备的性能和精度对于数据的质量和可靠性至关重要。

因此,研究人员需要不断改进和优化热红外遥感设备,以满足不同应用领域的需求。

3.3 数据解释和分析热红外遥感技术所获得的数据需要经过解释和分析才能得出准确的结论。

这需要研究人员对数据进行深入的理解和分析,以及对所研究对象的特性有足够的了解。

可见光与热红外遥感原理与应用

可见光与热红外遥感原理与应用

可见光与热红外遥感原理与应⽤可见光与热红外遥感原理与应⽤第⼀章遥感基本原理1.1电磁波及电磁波谱电磁波根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够在它周围引起变化的磁场,这⼀变化的磁场⼜在较远的区域内引起新的变化电场,并在更远的地⽅引起新的变化磁场。

这种变化的电场和磁场交替产⽣,以有限的速度由近及远在空间传播的过程称为电磁波。

电磁波的传播过程也就是能量的传递过程。

电磁波遥感:⼀切物体,由于种类、特征和环境条件不同,⽽具有完全不同的电磁波的反射或者发射特征。

遥感技术是建⽴在物体反射或发射电磁波的原理上。

电磁波的存在是获取遥感图像的物理前提。

电磁波在真空中传播的波长或者频率,按照递增或递减顺序排列成谱,就得到了电磁波谱。

电磁波谱的范围表⽰⽅法:波长/频率电磁波谱⿊体辐射⿊体(基尔霍夫1806年)是指在任何温度下,对所有波长的电磁辐射都能够完全吸收,同时能够在热⼒学定律所允许的范围内最⼤限度地把热能变成辐射能的理想辐射体。

它是作为研究物体发射的计量标准。

(⿊⾊烟煤)电磁辐射的度量电磁辐射是具有能量的。

辐射能量(Q)的单位是焦⽿(J)辐射通量:在单位时间内通过的辐射能量,单位是⽡特=焦⽿/秒(W=J/S)辐射出射度(辐射通量密度): 单位⾯积上的辐射通量,单位是⽡/⽶2(W/m2)物理定律电磁波发射遵循三个物理定律:普朗克定律、斯特潘-波尔曼定律、维恩位移定律。

普朗克辐射(plank)定律对于⿊体辐射源,普朗克成功给出了辐射通量密度Wλ与温度T、波长λ的关系:式中:W λ为辐射出射度(辐射通量密度),λ是以m为单位的波长,T绝对温度(K),h为普朗克常数,k为波尔兹曼常数,c 是光速。

在给定温度下,⿊体的光谱辐射能⼒随波长⽽变化。

温度愈⾼,Wλ愈⼤,即光谱辐射能⼒越强。

斯特潘-玻尔曼(Stefan-boltzmann)定律将普朗克公式从零到⽆穷⼤的波长范围内积分,得到从单位⾯积的⿊体上辐射到半球空间⾥的总辐射出射度w。

热红外遥感基础

热红外遥感基础

Bisensor ( , ) = [ i ( ) Bi0 (Ts ) +
+
b,i ( , ; , ) Latm ( ) cos Latm i
热红外波段?
6-14微米、3-18微米
热辐射? 所有的物质,只要其温度超过绝对零度,就会 不断发射红外能量。常温的地表物体发射的红 外能量主要在大于3微米的中远红外区。
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 1、热红外遥感的大气影响更为复杂
可见光波段的大气影响? 热红外光波段的大气影响?
吸收、散射、发射
最主要的影响因素?
水汽、臭氧、二氧化碳
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 2、热红外信息,除受大气干扰外,还受地 表层热状况的影响。
主要的影响因素:风速、风向、空气温度、 土壤水分、地形地貌等。
§ 3.热红外遥感的复杂性
• 3、热探测器获得的物体发射辐射包含了两个重要 信息:温度;比辐射率。二者分离非常困难。 物体的温度与图像亮度的关系?
+
1,2e-3 1,0e-3 (W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale 8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6
b, ( , ; , ) Latm ( ) cos d
8
10
12
14
波长 (µm)
+
1,2e-3 1,0e-3
atm b, ( , ; , ) Latm ( ) cos d ] + Latm
(W cm-2sr-1um-1 Luminance spectrale
8,0e-4 6,0e-4 4,0e-4 2,0e-4 0,0 2 4 6 8 10 12 14

热红外遥感的应用研究

热红外遥感的应用研究

热红外遥感的应用研究热红外遥感信息独具慧眼,它使一般肉眼在地表不可见的信息变得可知,热红外遥感对研究全球能量变换和可持续发展具有重要的意义。

本文主要研究了热红外遥感的特点及其应用,为初次接触热红外遥感的学者提供参考。

标签:热红外遥感应用遥感影像1热红外遥感在农业中的应用1.1农作物产量的预测预报遥感估产模型原理主要是利用遥感获取的植被指数信息建立不同空间尺度的单产或总产与植被指数之间简单线性相关的遥感估产模型【3】。

侯英雨、王石立在前人研究基础上综合考虑作物光谱信息-植被指数和作物关键生长期的气象因子(温度),同时改进模型变量获取方法,建立了可供农业气象产量预报业务使用的作物产量估算模型。

1.2基于热红外遥感的农田蒸散随着热红外遥感技术的迅速发展,已经能够准确、快速地提供各种地面遥感数据。

过去30年里,许多学者利用遥感表面温度(辐射表面温度)和地面观测数据,开展基于热红外遥感的田间和区域尺度的蒸散量估算研究,取得了理想的效果。

2热红外遥感在地质和地震灾害中的应用。

2.1利用ASTER热红外遥感数据开展岩石化学成分填图在遥感领域,810—1410μm的热红外波段是重要的大气窗口,在对地观测系统中有重要的应用价值。

由于许多造岩矿物在热红外波段具有特征的光谱发射率带,因此可以用来进行岩石、矿物的识别和分类。

ASTER遥感成像仪的发射提供了廉价的多光谱热红外数据,是热红外遥感数据的一个重要来源。

ASU热红外光谱库提供了多种矿物的热红外发射率波谱的同时,还提供了矿物的化学成分即氧化物含量的分析结果。

把ASU波谱库的矿物波谱重采样至ASTER各热红外波段,对矿物的波谱进行波段比值处理,与各矿物成分进行相关分析,选择波段比值与各氧化物含量最大相关系数,进行对数模拟,从而可以确定出发射率光谱与化学成分的数值关系。

陈江、王安建在《利用ASTER热红外遥感数据开展岩石化学成分填图的初步研究》一文中分别对对SiO2,MgO,Al2O3,CaO,K2O,Na2O进行了数值分析及公式模拟【5】。

热红外遥感技术在测绘中的应用与优势

热红外遥感技术在测绘中的应用与优势

热红外遥感技术在测绘中的应用与优势热红外遥感技术是一种基于物体自身热辐射的遥感手段,通过探测物体在热红外波段的辐射能量来获取目标物体的温度信息以及其他辐射特征。

在测绘领域中,热红外遥感技术具有广泛的应用与优势。

本文将就热红外遥感技术在测绘中的应用与优势展开论述。

首先,热红外遥感技术在地表温度测量方面具有独特的优势。

传统的地表温度测量手段主要依赖于接触式测温,不仅不方便,而且往往只能测量局部点的温度值。

而热红外遥感技术能够基于目标物体的热辐射能量,通过遥感平台对大面积的地表温度进行非接触式测量,实现对地表温度的全面观测。

这为土地资源的管理和城市热岛效应的研究提供了有力的支持。

其次,热红外遥感技术在环境监测中有着广泛的应用前景。

环境监测是保护生态环境的重要手段,传统的环境监测手段主要依赖于人工采样和实地监测,操作繁琐且费时费力。

而热红外遥感技术能够通过测量物体的热辐射来获取环境参数,如水体表面温度、植被覆盖度、土地利用状况等。

利用热红外遥感技术,可以实现对大范围区域的环境参数进行准确快速的监测,为环境保护决策提供科学依据。

此外,热红外遥感技术在农业生产中也发挥着重要作用。

农业是国民经济的重要组成部分,农作物的生长状态和病虫害的发生与否对粮食生产和农田管理至关重要。

传统的农业监测手段主要依赖于实地调查和人工抽样,不仅工作量大,而且容易出现误差。

而热红外遥感技术通过测量农田的热辐射能量,可以实时获取农田的生长状态和病虫害的分布情况。

这对农民合理调整农田管理措施,提高农作物产量具有重要意义。

此外,热红外遥感技术在城市规划与管理中也具有重要价值。

随着城市化进程的加速,城市规划和管理对于城市的可持续发展至关重要。

而热红外遥感技术可以通过测量城市区域的热辐射分布来获取城市的热环境状态,如热岛效应的强度、城市热通量的分布等。

这为城市规划和管理者提供了可靠的信息,可以为城市的建设和管理提供科学依据。

值得一提的是,热红外遥感技术在灾害监测与评估中也有着重要的应用。

如何利用热红外遥感进行地表温度监测

如何利用热红外遥感进行地表温度监测

如何利用热红外遥感进行地表温度监测热红外遥感是一种重要的地球观测技术,可以用于监测地表温度。

地表温度是地球上气候系统的重要组成部分,并且在许多领域的研究和应用中都具有重要意义。

本文将探讨如何利用热红外遥感技术进行地表温度监测,并分析其在气候研究、自然灾害监测和农业生产等方面的应用。

首先,热红外遥感技术通过测量地表辐射计算得出地表温度。

地表辐射是指地表向外发射的红外辐射,其强度与地表温度密切相关。

热红外遥感仪器可以在远程感知的情况下获取地表红外辐射信息,从而计算地表温度。

这种非接触式的遥感技术具有高时间分辨率和广域覆盖的优势,可以实时监测大范围地表温度变化。

在气候研究中,地表温度是一个重要的指标。

监测地表温度的变化可以揭示气候变化趋势和极端气候事件的发生。

通过长期的地表温度监测,可以评估气候变化对生态系统、冰川融化和海平面上升等方面的影响。

此外,利用热红外遥感技术可以实时监测城市热岛效应,了解城市化过程中的局部气候变化,为城市规划和生活质量改善提供科学依据。

热红外遥感在自然灾害监测方面也发挥了重要作用。

地表温度的异常变化往往是火灾、干旱和洪涝等自然灾害的前兆。

通过利用热红外遥感技术,可以实时监测地表温度的变化,并及时预警潜在的自然灾害。

例如,在森林火灾监测方面,热红外遥感技术可以检测出火源和火场的热点,并为灭火行动提供支持。

在农作物干旱监测方面,地表温度的升高可以提前预警农作物受灾情况,为农业生产做出调整。

除了气候研究和自然灾害监测,热红外遥感技术还有许多其他应用。

例如,在农业生产中,地表温度监测有助于评估农作物的生长状况和水分利用效率。

通过监测不同地区的地表温度变化,可以比较不同地区的农田管理效果,并为农业生产提供科学指导。

此外,利用热红外遥感技术还可以监测水体表面温度,了解水体生态系统的健康状况和水质污染程度,为水资源管理和保护提供数据支持。

总之,热红外遥感技术是一种有效的地表温度监测工具。

其非接触式的特点使其具有高时间分辨率和广域覆盖的优势。

利用遥感技术进行地表温度监测与分析

利用遥感技术进行地表温度监测与分析

利用遥感技术进行地表温度监测与分析遥感技术是指通过航空器、卫星等遥感平台对地球表面进行观测和测绘的技术手段。

地表温度是指地球表面各种物体和陆地、水体等的表面温度。

利用遥感技术进行地表温度监测与分析,可以提供全球范围内的温度信息,为气候变化、环境保护和天气预报等领域提供重要依据。

一、遥感技术在地表温度监测中的应用1. 热红外遥感技术热红外遥感技术可以通过探测地表物体的热辐射能量来获取地表温度信息。

利用遥感平台上的热红外传感器,可以测量地表不同物体的热辐射能量,并通过数据处理得到地表温度分布。

这种技术具有高时空分辨率、全天候观测等特点,适用于大范围的地表温度监测。

2. 微波遥感技术微波遥感技术可以通过测量微波辐射的强度和频率来获取地表温度信息。

微波辐射能够穿透大气层,并对地表进行探测,不受云雾和大气湿度的影响。

因此,利用微波遥感技术可以获取全天候的地表温度数据。

此外,微波遥感技术在海洋温度监测和冰雪覆盖监测等领域也具有广泛的应用。

二、地表温度监测与分析的意义1. 环境保护地表温度的变化对生态环境具有重要影响。

通过监测和分析地表温度的变化,可以及时发现环境问题,进而采取相应的措施进行环境保护。

例如,监测城市热岛效应,可以指导城市规划和建设,减少城市热岛效应的影响。

2. 气候变化研究地表温度是气候系统的重要组成部分,直接反映了气候变化的趋势。

通过长期的地表温度监测,可以分析气候变化的规律和趋势,为气候预测和气候变化研究提供重要参考数据。

同时,地表温度数据也是监测全球变暖和气候变化影响的重要指标。

三、遥感技术在地表温度监测与分析中的挑战与展望1. 数据精度和精确性地表温度监测需要高精度的遥感数据支持,但由于大气吸收、散射等因素的影响,遥感数据在获取地表温度时可能存在一定的偏差。

因此,提高数据精度和精确性是当前研究的重点和挑战之一。

2. 遥感数据的获取与处理遥感数据的获取和处理是进行地表温度监测与分析的基础。

遥感应用应用领域与热红外遥感共33页文档

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遥感应用应用领域与热红外遥感
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风双双入我庐 ,先巢故尚在,相 将还旧居。
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9、 陶渊 明( 约 365年 —427年 ),字 元亮, (又 一说名 潜,字 渊明 )号五 柳先生 ,私 谥“靖 节”, 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
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谢谢
11、越是没有本领的就越加自命不凡。——邓拓 12、越是无能的人,越喜欢挑剔别人的错儿。——爱尔兰 13、知人者智,自知者明。胜人者有力,自胜者强。——老子 14、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。——歌德 15、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。——迈克尔·F·斯特利
文 家 。汉 族 ,东 晋 浔阳 柴桑 人 (今 江西 九江 ) 。曾 做过 几 年小 官, 后辞 官 回家 ,从 此 隐居 ,田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材, 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。

热红外遥感图像判读

热红外遥感图像判读

热红外遥感图像判读在当今的科技领域中,遥感技术犹如一双“千里眼”,让我们能够从遥远的地方获取地球表面的信息。

而热红外遥感作为遥感技术的一个重要分支,凭借其独特的优势,在众多领域发挥着关键作用。

那么,什么是热红外遥感图像判读呢?热红外遥感图像,简单来说,就是通过传感器对物体发射的热红外辐射进行记录和测量所得到的图像。

这些图像中的每一个像素都包含着物体表面温度的信息。

要准确判读热红外遥感图像,首先得了解热红外辐射的基本原理。

所有物体,只要其温度高于绝对零度(-27315℃),就会不断地向外发射热红外辐射。

物体的温度越高,其发射的热红外辐射能量就越强。

而且,不同的物体由于其材质、结构和物理状态的差异,对热红外辐射的吸收、反射和发射特性也各不相同。

在判读热红外遥感图像时,温度差异是一个关键的因素。

比如,在城市热岛效应的研究中,我们可以通过热红外遥感图像清晰地看到城市中心区域的温度明显高于周边郊区。

这是因为城市中建筑物密集、人口众多、交通繁忙,产生了大量的热量。

再比如,在森林火灾的监测中,火灾区域的温度会急剧升高,在热红外遥感图像中表现为高亮的区域,从而能够及时发现和定位火灾。

然而,仅仅依靠温度差异来判读热红外遥感图像是不够的,还需要考虑其他因素。

比如,物体的比辐射率。

比辐射率是指物体的辐射出射度与同温度下黑体辐射出射度的比值。

不同的物体具有不同的比辐射率,这会影响到它们在热红外遥感图像中的表现。

例如,金属的比辐射率通常较低,在热红外遥感图像中可能显得较暗;而水的比辐射率较高,在图像中则相对较亮。

此外,环境因素也会对热红外遥感图像的判读产生影响。

比如,天气状况、时间和季节等。

在晴朗的天气条件下,热红外遥感图像的质量通常较好;而在多云或有雾的天气下,图像可能会受到干扰。

一天中的不同时间和一年中的不同季节,由于太阳辐射的强度和角度不同,物体的温度也会有所变化,这也需要在判读时加以考虑。

为了更有效地判读热红外遥感图像,还需要掌握一些判读方法和技巧。

可见光与热红外遥感原理与应用

可见光与热红外遥感原理与应用

可见光与热红外遥感原理与应用第一章遥感基本原理1.1电磁波及电磁波谱电磁波根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够在它周围引起变化的磁场,这一变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场,并在更远的地方引起新的变化磁场。

这种变化的电场和磁场交替产生,以有限的速度由近及远在空间传播的过程称为电磁波。

电磁波的传播过程也就是能量的传递过程。

电磁波遥感:一切物体,由于种类、特征和环境条件不同,而具有完全不同的电磁波的反射或者发射特征。

遥感技术是建立在物体反射或发射电磁波的原理上。

电磁波的存在是获取遥感图像的物理前提。

电磁波在真空中传播的波长或者频率,按照递增或递减顺序排列成谱,就得到了电磁波谱。

电磁波谱的范围表示方法:波长/频率电磁波谱黑体辐射黑体(基尔霍夫1806年)是指在任何温度下,对所有波长的电磁辐射都能够完全吸收,同时能够在热力学定律所允许的范围内最大限度地把热能变成辐射能的理想辐射体。

它是作为研究物体发射的计量标准。

(黑色烟煤)电磁辐射的度量电磁辐射是具有能量的。

辐射能量(Q)的单位是焦耳(J)辐射通量:在单位时间内通过的辐射能量,单位是瓦特=焦耳/秒(W=J/S)辐射出射度(辐射通量密度): 单位面积上的辐射通量,单位是瓦/米²(W/m²)物理定律电磁波发射遵循三个物理定律:普朗克定律、斯特潘-波尔曼定律、维恩位移定律。

普朗克辐射(plank)定律对于黑体辐射源,普朗克成功给出了辐射通量密度Wλ与温度T、波长λ的关系:式中:W λ为辐射出射度(辐射通量密度),λ是以m为单位的波长,T绝对温度(K),h为普朗克常数,k为波尔兹曼常数,c是光速。

✓在给定温度下,黑体的光谱辐射能力随波长而变化。

✓温度愈高,Wλ愈大,即光谱辐射能力越强。

斯特潘-玻尔曼(Stefan-boltzmann)定律将普朗克公式从零到无穷大的波长范围内积分,得到从单位面积的黑体上辐射到半球空间里的总辐射出射度w。

遥感方面知识点总结

遥感方面知识点总结

遥感方面知识点总结一、遥感的基本原理遥感的基本原理是利用电磁波与地物之间的相互作用来获取地球表面信息。

地球表面上的各种地物会通过反射、辐射和散射等方式与入射的电磁波相互作用,不同的地物对电磁波的反射、辐射和散射特性也不同,因此可以通过遥感平台获取的电磁波数据来识别、分类和分析地球表面上的各种地物。

1. 光学遥感原理光学遥感是利用可见光、红外光等电磁波来获取地球表面信息的一种遥感方法。

在光学遥感中,遥感平台会携带光学传感器,通过接收来自地球表面的太阳辐射和地球辐射,来获取地球表面的图像数据。

光学遥感可以获取高分辨率的地表图像,对地物的特征进行精细化的识别和分析。

2. 雷达遥感原理雷达遥感是利用雷达系统发送微波信号,并通过接收微波信号的回波来获取地球表面信息的一种遥感方法。

在雷达遥感中,遥感平台会携带雷达传感器,通过发射微波信号,并接收地面目标反射回来的信号,来获取地球表面的图像数据。

雷达遥感可以在多云天气下获取地表信息,对地面地形、植被等特征进行有效的识别和分析。

3. 热红外遥感原理热红外遥感是利用地球表面目标的热辐射来获取地球表面信息的一种遥感方法。

在热红外遥感中,遥感平台会携带热红外传感器,通过接收地面目标的热辐射,来获取地球表面的图像数据。

热红外遥感可以通过地面目标的热辐射特征,对地表信息进行识别和分析。

二、遥感数据的处理方法遥感数据的处理方法包括遥感图像的预处理、信息提取和信息分析等步骤,对遥感数据进行有效的处理可以提高地表信息的获取和利用效率。

1. 遥感图像的预处理遥感图像的预处理是指对遥感图像进行校正、配准和辐射校正等处理,以保证遥感图像的质量和准确性。

在遥感图像的预处理中,需要进行大气校正,地形校正,影像配准等处理,以提高遥感图像的信息质量。

2. 遥感信息的提取遥感信息的提取是指通过遥感数据进行地表信息的分类、识别和提取等处理,对地表信息进行量化和分析。

在遥感信息的提取中,需要进行地物分类、植被指数提取、土地利用类型提取等处理,以获取地表信息的定量化数据。

热红外

热红外

浅谈热红外遥感及其运用一、概念:热红外遥感即通过热红外探测器收集、记录地物辐射出来的人眼看不到的热红外辐射信息,并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数(如温度、发射率、湿度、热惯量等)。

热红外遥感技术的发展是为了获取地物的热状况信息,从而推断地物的特征及其与环境相互作用的过程,并为科学和生产所应用。

简而言之,热红外遥感即确定地表温度和发射率及其应用!二、常用波段及特点:0.76 ~ 1000 μm :红外辐射(红外谱段);其中0.76 ~ 3.0 μm :反射红外波段 3.0 ~ 14 μm :发射红外波段3 to 5 μm 、8 to 14 μm8 to 14 μm :波段范围较宽,因此对于许多特定的物质类型,它的发射率较稳定,但还是有细微差异(10.5~11.5μm、11.5~12.5μm )。

用于调查地表一般的热辐射特性,探测常温下物体温度分布、目标的温度场从而进行热制图。

3 to 5 μm:对高温目标物的识别敏感,常用于获取高温目标的信息由于被遥感的物体在任何时间都在不断地向外辐射热红外线,热红外遥感可以在白天或黑夜无人造光源的条件下实施,它是一种全天时的遥感手段。

优点——夜间成像、浅层探测、地物热特性。

局限性——空间分辨率低、光谱分辨率低、易受环境影响、混合像元问题、温度与发射率分离问题。

三、三大定律:(一)黑体辐射定律1.普朗克公式(Plank)M——黑体辐射出射度T——温度h ——普朗克常数,6.626´10-34J·Sk——波耳滋曼常数,1.3806 ´10-23J·k-1C——光速,2.998´108m/sl——波长2.斯忒藩——波耳兹有曼定律(Stefen-Boltzmann)任何给定温度的黑体表面的总辐射度,可由其光谱辐射度曲线与波长轴围成的面积给出。

即,在所有波长范围内,如果一个传感器能测量黑体辐射度,记录的信号与在给定温度下黑体辐射度曲线下面积与波长轴围成的面积成正比,斯忒藩——波耳兹曼定律给出了该面积的数学表达式:s——斯忒藩-波耳兹曼常数=5.6697´10-8(Wm-2K-4)斯忒藩——波耳兹曼定律绝对黑体的总辐射出射度与黑体温度的四次方成正比!黑体的辐射能量是该黑体表面温度的函数。

高一遥感地理知识点

高一遥感地理知识点

高一遥感地理知识点遥感(Remote Sensing)是指利用人造卫星、飞机或地面观测站等遥测设备对地球表面物体进行远距离观测和记录,获取地球表面的信息的一门技术。

遥感技术在地理学中具有重要的应用,可以帮助我们了解地球上的自然环境和人类活动的变化。

本文将介绍高一学年中涉及的遥感地理知识点。

一、遥感的原理和分类遥感技术通过获取和记录能源辐射,利用传感器探测目标并将其翻译成电信号,最终形成遥感图像。

根据获取能源的不同类型和目标的距离不同,遥感可以分为光学遥感、热红外遥感和微波遥感等。

1. 光学遥感光学遥感是利用电磁波中的可见光来获取目标表面反射、折射和透射的信息。

它可以通过航空摄影和卫星遥感等手段实现。

光学遥感主要包括颜色遥感、分光遥感和立体遥感等。

2. 热红外遥感热红外遥感是利用地物目标辐射出的红外能量进行探测。

热红外遥感可以通过红外相机和红外成像仪等设备来实现,它主要用于研究温度分布、火灾监测等。

3. 微波遥感微波遥感是利用微波能量与地物目标的相互作用来获得地表信息。

微波遥感可以穿透云层和雾霾,在测量地表高度、水汽含量以及对河流、湖泊等水体进行探测方面具有独特的优势。

二、遥感在地理学中的应用遥感技术广泛应用于地理学的许多领域,如地形测量、土地利用、城市规划、气候变化等。

1. 地形测量利用遥感技术可以获取地形高程数据,对地球表面的地形进行测量和分析。

这些数据对地理学家和地质学家来说非常重要,它们可以揭示地球表面的地貌特征和地球运动规律。

2. 土地利用通过遥感技术可以对土地利用进行监测和调查。

遥感图像可以帮助我们了解土地被不同用途所利用的情况,如农田、城市、森林等,为国土规划和资源管理提供数据支持。

3. 城市规划遥感技术在城市规划中有着重要的应用价值。

利用遥感图像可以分析城市的建筑密度、道路交通状况、绿地覆盖率等,以便进行城市规划和管理。

4. 气候变化遥感技术可以获取大气中的温度、湿度和气压等信息,有助于研究气候变化。

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热辐射的地-气作用
在热辐射波段,物体反射率越大,发射率越 小;反之亦然,可通过测量反射率来测量发 射率。 大气对太阳辐射的反射和大气热红外辐射对 传感器接收有影响。
热辐射过程
L B Ts 0 L0 1 L0 0

式中: L :遥感器所接受的波长λ的热辐射强度 Ts :地表黑体辐射强度 B :波长λ的地表比辐射率 0 :从地面到遥感器的大气透过率 L 0 :波长λ的大气上行热辐射强度 L0 :波长λ的大气下行热辐射强度。
Bi(Ti)=i()[iBi(Ts)+(1-i)Ii]+Ii
Bi(Ts) Ii Ii
i() i ground radiance downwell atmospheric radiance upwell atmospheric radiance atmospheric transmittance ground emissivity channel
Remote Sensing of LST
Remote sensor Atmospheric emittance
3
2
4 1 Ground emittance
Ground surface
Thermal radiance transfer equation
Where Bi(Ti) observed radiance
自然界中实际物体的发射和吸收的辐射量都比相同条件下 绝对黑体的要低。
不仅依赖于波长和温度,还与构成物体的材料、表面状况 等因素有关。
我们用发射率 来表示它们之间的关系: W W 。发射率 就是实际物体与同温度的黑体在相同条件下辐射功率之比 。
发射率
按照发射率与波长的关系,把地物分为:
大气对太阳辐射的散射
在可见光波段范围内,大气分子吸收的影响很小,主要是 散射引起的衰减。 太阳辐照到地面又反射到传感器的过程中,二次通过大气 ,传感器所接收到的能量除了反射光还增加了散射光。二 次影响增加了信号中的噪声部分,造成遥感影像质量的下 降。 散射的方式随电磁波波长与大气分子直径、气溶胶微粒大 小之间的相对关系而变,散射类型包括:
黑体或绝对黑体:发射率为1,常数。 灰体:发射率小于1,常数。 选择性辐射体:反射率小于1,且随波长而变化。 理想反射体:反射率等于0.
影响地物反射率的因素:
地物的性质 表面状况 温度(比热、热惯量)
比热大、热惯量大、以及具有保温作用的地物一般发射率 大,反之反射率就小。
3、热红外遥感辐射的影响因素
大气热辐射的影响
大气自身热辐射 大气对热红外能量的吸收
大气对太阳辐射的吸收
在紫外、红外与微波区,电磁波衰减的主要原因是大气吸 收。 主要成分:氧气、臭氧、水、二氧化碳。 大气吸收的影响主要是造成遥感影像暗淡。
大气对紫外线有很强的吸收作用,因此,现阶段中很少使 用紫外线波段。
遥感地学应用
第三章 热红外遥感
第三章 热红外遥感
1. 热红外遥感基本概念 2. 热红外遥感辐射源 3. 热红外遥感辐射的影响因素 4. 热红外遥感系统 5. 地表温度反演算法
1、热红外遥感基本概念
热红外遥感定义
红外遥感包括:
近红外遥感 中红外遥感 热红外遥感
热红外遥感就是利用 传感器收集、记录地 物的热红外信息,并 利用其来识别地物和 反演地表参数(温度 、湿度、热惯量等) 的技术系统。
普朗克定律
1900年普朗克用量子理论推导出普朗克定律 黑体辐射通量密度与温度、波长的关系满足普朗克定律: 2 hc 2 W ch 5 e kT 1 Planck’s Law


W :分谱辐射通量密度,单位是 W cm 2 m
:波长,单位是 m
ch kT 2
0
维恩位移定律表明:黑体的绝对温度增高时,它的最大辐 射本领向短波方向位移。若知道了某物体温度,就可以推 算出它所辐射的波段。在遥感技术上,常用这种方法选择 传感器和确定对目标物进行热红外遥感的最佳波段。
比辐射率
比辐射率通常用ε表示,定义为:物体在温度T、波长λ 处 的辐射强度与同温度、同波长下的黑体辐射强度的比值。
主要地物的发射率
等效黑体温度
实际测定物体的光谱辐射通量密度曲线并不像描绘的黑体 光谱辐射通量密度曲线那么光滑。 常常用一个最接近灰体辐射曲线的黑体辐射曲线作为参照 ,这时的黑体辐射温度称为等效黑体辐射温度(或称等效 辐射温度)
W W T 4 T等效 4 T
式中ε为比辐射率。由于ε<1,地物的辐射温度总小于它的 热力学温度。因此,对于任何给定的地物,热遥感器所记录 的辐射温度小于它的真实温度。
典型地物热力学温度与辐射温度关系
对象
黑体 植被 湿地 干燥地 水体
发射率ε
1.0 0.985 0.956 0.925 0.99
真实温度(K)辐射温度(K)
303 303 303 303 303 303 298.455 289.668 280.275 299.97
h:普朗克常数(6.6256 10-34 J s) c:光速(3 1010 cm s) k:玻耳兹曼常数(1.38 10-23 J K) T:绝对温度,单位是K
波尔兹曼定律
与曲线下的面积成正比的总辐射通量密度W是随温度T的 增加而迅速增加,总辐射通量密度W可在从0到无穷大的 波长范围内。 对普朗克公式进行积分,可得到 1cm2 面积的黑体辐射到半 球空间里的总辐射通量密度的表达式是:
i
Atmospheric emissions
I
i Z 0
i ( , z, Z ) Bi (Tz ) dz z
I 2
i
/2
0
'i ( ' , z,0) Bi (Tz ) z cos ' sin ' dz d '
0
式中Tz是高程为z处的气温, 是遥感器的视角,Z是遥 感器的高程,i(,z,Z)表示从高程z到遥感器高程Z之间的大气向 上透射率。’是大气的向下辐射方向,’i(’,z,0)表示从高程z 到地表之间的大气向下透射率。
人工辐射源
微波辐射源:0.8--30cm 激光辐射源:激光雷达(测定卫星的位置、高度、速度、测量地 形等)。
太阳辐射
太阳是被动遥感最主要的辐射源,遥感传感器从空中或空 间接收地物反射的电磁波。 地球系统的能量绝大多数(>99%)来源于太阳。 太阳辐射
5%紫外线 45%可见光 50%红外线
基尔霍夫定律
在任一给定温度下,辐射通量密度与吸收率之比任何材料 都是一个常数,并等于该温度下黑体的辐射通量密度。 W W

W T 4 W 于其吸收率
根据能量守恒定律 E E E E
1
对于不透射电磁波的物体 0 1
2 5 k 4 4 W T T 4 15c 2 h3
:斯忒藩-玻耳兹曼常数
T:绝对黑体的绝对温度(K)
维恩位移定律
分谱辐射能量密度的峰值波长随温度的增加向短波方向移 动,微分普朗克公式,并求极值。
ch 4 ch 2 hc 2 5 e kT 1 5e kT W 2 ch 10 e kT 1 ch maxT 2897.8 k 4.96511
热红外遥感基本原理
物体温度高于绝对零度---发射红外能量 热辐射能量强度和波谱分布由物质类型和温度决 定
热红外遥感的实质是对地球热辐射场的研究
热红外遥感基本概念
黑体 基尔霍夫定律
普朗克定律
波尔兹曼定律 维恩位移定律 比辐射率
黑体
黑体的红外辐射率和吸 收率为1(客观世界不存在 ),其意义体现在为衡量 自然物体的红外辐射和吸 收能力建立一个标准。
4、测定热红外遥感系统
热红外传感器设计原则
预期探测目标在所选择热红外波段具备最强 的信号特征 所探测的遥感信息能最大限度地透过大气到 达传感器
热红外传感器波段选择示例
地表温度通常在-45~+45°C 之间,大部分地区平均为 27°C 左右。根据维恩位移定律,地面物体的热辐射峰值 波长在9.26~12.43μm 之间,恰好位于 8~14μm 的大气 窗口内。因此这个谱段区间通常被用来调查地表一般物体 的热辐射特性,探测常温下的温度分布和目标的温度场,进 行热制图等。随温度升高,热辐射谱段峰值波长向短波方向 移动。 对于地表高温目标,如火燃等,其温度达 600K,热辐射 谱段峰值在 4.8μm,位于热红外谱段 3~5μm 的大气窗口 内。所以为了对火灾、活火山等高温目标识别,通常把热 红外遥感波段选择在这个区间内。
地球热红外辐射
地球热红外辐射由地表辐射率和地表温度两个因素决定。
地表温度与地表反射率、地表热学性质和地表红外比辐射 率相关。
辐射温度和地表温度
辐射温度被定义为所测量的物体的辐射能量所对应的温度 。对于黑体而言,物体的辐射温度等于它的真实温度。但 对于真实物体而言,热遥感器所记录的辐射温度与物体的 地表温度之间的关系可以近似地表示为。
太阳与地球的辐射波谱
太阳辐射的特点
太阳光谱是连续的。
辐射特性与黑体基本一致。
紫外到中红外波段区间能量集中、稳定。 主要利用可见光、红外波段等稳定辐射。 海平面处的太阳辐射照度分布曲线与大气层外曲线有很大 不同,这主要是地球大气层对太阳辐射的吸收和散射造成 的。
一般物体的发射辐射
2、热红外遥感辐射源
辐射源
自然辐射源
太阳辐射:可见光和近红外的主要辐射源 常用5900K的黑体辐射来模拟 大气层对太阳辐射的吸收、反射和散射 地球的电磁辐射:近似300K的黑体辐射。小于3 m的波长主要是 3 太阳辐射的能量;大于6 m 的波长主要是地物自身的热辐射; 6 m 之间,太阳和地球的热辐射都要考虑。
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