遥感原理与应用培训

SPOT 5成像装臵的分辨率和视场等参数
3 常见遥感数据源
（4）MODIS数据
MODIS是Terra和Aqua卫星上搭载的主要传感器之 一，两颗星相互配合每1-2天可重复观测整个地球表 面，得到36个波段的观测数据。 空间分辨率： 250 m （波段1～2）；500 m（波段 3～7）；1000m（波段8～36）。 MODIS测量的基本目标可概述如下：1) 陆地和海 洋表面的温度和地面火情。2) 海洋彩色，水中沉积 物和叶绿素。3) 全球植被测绘和变化探测。4) 云层 表征。5) 汽溶胶的浓度和特性。6) 大气温度和湿度 的探测，雪的覆盖和表征。7) 海洋流。
CBERS-1传感器参数
3 常见遥感数据源
（3）SPOT系列 卫星平台
SPOT-1—1986年2月22日 SPOT-2 —1990年1月22日 SPOT-3—1993年9月22日 SPOT-4—1998年3月24日 SPOT-5—2002年5月3日
特点
对建设用地比较敏感；成图比例尺1：3万到1：5 万。数据范围60公里× 60公里。SPOT与TM数据是 目前遥感监测常用的数据，两者的融合是遥感监测 技术过程中常用的组合方式，更重要的是有助于非 遥感专业人员的识图。
90.8 % 5.2 % 2.6 % 1.1 % 0.18 % 0.11 %
4 地球辐射
地球也近似可看为黑体，向外辐射能量。
地球辐射能量分布为：
m 5 ~ 8 m 14 ~ 30 m
0~3 >1 mm
占有0.2 % 占有10 %
3~5 8 ~ 14
m m m
占有0.6 % 占有50 %
IS
~
1

4
I S 为散射光光强（Intensity of Scattering light）
为波长
由此可见，瑞利散射对紫外、紫、蓝光散射量很大，而对红 光、红外散射量极小。 这是晴朗无污染天气天空呈蓝色的原因，也是清洁水发蓝的 原因。
3 常见遥感数据源
（6）航空影像数据
低空、数码小飞机航空摄影，与常规航测相比，成 本低、成图比例尺大，处理方便，将是今后航空遥 感发展的热点方向。
二、遥感物理基础
1 2
遥感图像获取模型 黑体辐射
3
4 5
太阳辐射
地球辐射 大气对辐射的影响
1 遥感图像获取模型
太阳辐射
大气对太阳辐射影响示意图（彭望琭，1991）
2 遥感技术系统
遥感技术系统包括：空间信息采集系统（包括遥感 平台和传感器），地面接收和预处理系统（包括辐射校 正和几何校正），地面实况调查系统（如收集环境和气 象数据），信息分析应用系统。它是一个多维、多平台、 多层次的立体化观测系统。
后遥感技术系统
后遥感应用技术 是一种遥感信息深化 应用的技术，其含义 是指将遥感技术与传 统地学方法相结合， 与现代信息技术相结 合的一种信息综合应 用技术。其内容涵盖 信息处理、信息解译、 信息分析、信息表述 和信息应用等一整套 方法技术系统。
（1）基本概念 辐射强度 I
辐射强度是描述点辐射源的辐射特性的，即指点辐 射源在某一方向上单位立体角内的辐射通量。
辐射亮度L 辐射亮度确定面辐射源的辐射强度。它指辐射源在 某一方向的单位投影表面在单位立体角内的辐射通 量。
2 I L( ) w(A cos ) A cos
Landsat 5 传感器参数
Landsat 7 传感器参数
TM、ETM特点
时间积累长，覆盖面大、信息量丰富； 成图比例尺1：5万到1：15万，满足国家级和省级宏观监测 的要求。
3 常见遥感数据源
（2）CBERS-1和 CBERS-2
卫星参数
太阳同步轨道 轨道高度：778公里 倾角:98.5o 重复周期：26天 扫描带宽度:185公里 星上搭载了CCD传感器、IRMSS红 外扫描仪、广角成像仪，由于提供了 从20米—256米分辨率的11个波段不同 幅宽的遥感数据，成为资源卫星系列 中有特色的一员。
1.http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/search.jsp 2.http://glovis.usgs.gov/ 3.http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/data/datapool/ 4.http://edc.usgs.gov/products/elevation/gtopo30/hydro/index.html 5.http://data.geocomm.com/catalog/index.html 6.http://edcsns17.cr.usgs.gov/EarthExplorer/ 7.http://www.digitalglobe.com/index.php/27/Sample+Imagery+Gall ery 8.http://glcf.umiacs.umd.edu/data/ 9.landsat etm+ and tm images for free http://www.landsat.org/ortho/index.htm 10中巴卫星 http://www.cresda.com.cn/cn/default.asp 11.NOAA http://www.class.noaa.gov/nsaa/p ... 2585A2A3950668E84A0
遥感原理与应用
中国地质大学（北京）王广军 cugbwgj@163.com
提
一
概
纲
述
二
遥感物理基础
三
遥感数字图像处理
四
ENVI应用
一、概述
1
遥感及其分类
2
遥感技术系统
3
常见遥感数据源
1 遥感及其分类
1、遥感（Remote Sensing）
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
6000k 4000k
.
. .

对普朗克定律的讨论：
1）黑体辐射的能量只与波长、温度有关，与物质组成无关，发 射能量是一个连续的波长谱； 2） 对普朗克公式积分可得到：
W T 4 （斯忒藩-玻耳兹曼定律）
再差分：
W 4T 3T

为斯蒂芬— 波尔兹曼常数，单位为
W m K
2
0 4
L L1 L2 L3 RT

E0T cos
RT

ED L p
RT
( E0T cos ED ) L p
L C RC L R
2 黑体辐射
（1）基本概念
立体角 点状物体辐射通常是以球面波形式向外均匀传输能 量。为定量化地在一个方向上的某个面接收到的辐 射能量的大小，引出立体角概念。
2、遥感的分类
（4）按应用空间尺度划分 全球遥感
全面系统地研究全球性资源与环境问题的 遥感的统称。
区域遥感 遥感技术类型 （按空间尺度）
以区域资源开发和环境保护为目的的遥 感信息工程，它通常按行政区划（国家、 省区等）和自然区划（如流域）或经济 区进行
城市遥感
以城市环境、生态做为主要调查研究对象 的遥感工程。
S c 1,353w / m 2
太阳光能到达地面上的能量功率为：
S e 903 w
m2
0.2 ~ 1.4 1.4 ~ 1.8 1.8 ~ 2.5 3.0 ~ 4.2 4.5 ~ 5.5 7.5 ~ 14
太阳能量光谱的波段分布：
m m m m m m
占有 占有 占有 占有 占有 占有
W
2c

4
kT
此式称为瑞利—金斯辐射公式，它是在波长相 当长的情况下适用的公式，因而在微波遥感中十分 有用。它表明在某一波长范围内，辐射通量与绝对 温度的一次项成正比，这就是微波研究领域以物体 的绝对温度作为辐射能量度量的缘由。
3 太阳辐射
（1）太阳常数
太阳常数（ Solar Constant ）即距离太阳在地球与太阳的平均 距离上，单位面积上的光能量功率。
3 常见遥感数据源
（5）其他高分辨率遥感数据
印度IRS数据： IRS数据每景覆盖范围70公里× 70 公里，市场零售价是2.3万人民币。该数据只有1个 波段，分辨率5.8米，成图比例尺1：2.5万。获取时 间较长。 IKNOS数据： 11公里× 11公里，3个多光谱，1个 全色，分辨率4米、1米，分辨率高，成图比例尺可 达1：5000，满足微观监测要求。但数据价格较高， 数据量大，短时间难以获取满足要求的数据。 Quick Bird(快鸟)数据：快鸟卫星是目前世界上商 业卫星中分辨率最高、性能较优的一颗卫星。其全 色波段分辨率为0.61米，彩色多光谱分辨率为2.44米， 幅宽为16.5公里。 其他：ALOS、TerraSAR、ENVISAT、RADASAT 等。

5

1 e ch / KT 1
W 为波长为 时的辐射通量密度，单位 w / m2 · 为波长，单位为m c 为光速 2.98 10 m/s
8
W
h 为普朗克常数 6.6256 1034 J · s K 为波尔兹曼常数 1.38 10 23 J / K0 T 为绝对温度，单位为K 0 此式有两个自变量： 、T ，其它都是常数 因而可写为：W = ƒ ( , T )
热红外遥感
波长8～14微米
微波遥感
波长 1～1000毫米
2、遥感的分类
（3）按研究对象分类划分
资源遥感 遥感技术类型 （按研究对象）
以地球资源作为调查研究对象的遥 感方法和实践，调查自然资源状况 和监测再生资源的动态变化。
环境遥感
利用各种遥感技术，对自然与社会 环境的动态变化进行监测或作出评 价与预报的统称。
性质及其变化的综合性探测技术。
2、遥感的分类
（1）按从遥感平台高度进行划分
航天遥感： 150km以上
遥感技术类型 （按平台高度）
航空遥感： 100m～30km
地面遥感： 100m以内
2、遥感的分类
（2）按所利用的电磁波的光谱段划分
可见光/反射红外遥感
遥感技术类型 （按光谱段划 分） 可见光(0.4～0.7微米） 近红外(0.7～2.5微米）
上式意义为辐射能量随温度变化的梯度很大（红外遥感的基 础 ）。
3）对普朗克函数求波长曲线极值， 得到：
max T 2898mK 0
此式称为维恩定律，或 称为光谱位移定律。用它可 测定太空星体表面温度，也 可用来选择对特定地物的监 测波段，如火灾检测。
4）当辐射波长很长(或温度很高)时，T足够大， 普朗克函数可以表示为：

S
R
2
立体角的物理意义
立体角表达点状地物向各方向辐射量，在以点状地 物位臵为球心的某一球面上的某一局部球面上获取 辐射能的比例。同样道理，立体角可以表达球上局 部面向外辐射能量，在其垂直方位上的一个点接收 到的能量比例。这就是为什么遥感传感器（包括人 肉眼）距离地物越近，则地物相对于传感器立体角 越大，收到地物辐射能越多，地物辨别越清楚。
I w
A w R2
决定了遥感影像的空间分辨率和 光谱分辨率的相互关系
2 黑体辐射
（1）基本概念
黑体 黑体是对外界辐射量完全吸收的理想物体，自然界 并不存在。 自然界存在着灰体，即一部分能量吸收，一部分能 量反射。 灰体辐射的规律接近黑体。
（2）黑体辐射定律，即Leabharlann Baidu朗克定律。
W
2hc 2
3 常见遥感数据源
（1）TM和ETM+
遥感平台
美国陆地卫星五号 (LANDSAT-5)和七号(LANDSAT-7)
卫星参数
近极近环形太阳同步轨道 轨道高度：705公里 倾角:98.22o 运行周期：98.9分钟 24小时绕地球:15圈 穿越赤道时间:上午10点 扫描带宽度:185公里 重复周期:16天 卫星绕行:233圈
占有30 %
占有0.2 %
30 ~ 100
占有 9 %
地球辐射的分段特征： 波段名称
波长 辐射特征
可见光与近红外
0.3 ~2.5 地表反射太阳辐射为主
中红外
2.5-6
远红外
>6
地表反射太阳辐射 地表物体自身 和自身的热辐射 热辐射为主
5 大气对辐射的影响
（1）大气散射效应
瑞利散射 选择性散射，要求条件为微粒半径 r <<
2 黑体辐射
（1）基本概念
辐射通量 单位时间内通过某一面的辐射能量称为辐射通量， 它是辐射能流的单位。

通量密度 单位面积上的辐射通量称为辐射通量密度。被辐照 物表面的辐射通量密度称为辐照度E。辐射体表面 的辐射通量密度称为辐射出射度M。
E A M A
Q t
2 黑体辐射