2022年遥感考试要点 .pdf

遥感定义：1.遥感泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波(声波、地震波)等的探测。2.遥感是指从不同高度的平台（Platform）上，使用各种传感器（Sensor），接收来自地球表层的各种电磁波信息，并对这些信息进行加工处理，从而对不同的地物及其特性进行远距离探测和识别的综合技术。3.遥感：遥远感知。在不直接接触的情况下，对目标物或自然现象远距离感知的一门探测技术。具体地讲，是指在高空和外层空间的各种平台上，运用各种传感器获取反映地表特征的各种数据，通过传输，变换和处理，提取有用的信息，实现研究地物空间形状、位置、性质、变化及其与环境的相互关系的一门现代应用技术科学。遥感平台：装载传感器的工具或设备；传感器：接收、记录目标物电磁波特征的仪器。遥感类型：1.按遥感平台分：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感。2.按传感器的探测波段分：紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多波段遥感。3.按工作方式分：主动遥感和被动遥感；成像遥感与非成像遥感。4.按遥感的应用领域分：资源遥感、环境遥感、农业遥感、林业遥感、渔业遥感、地质遥感、气象遥感、水文遥感、城市遥感、工程遥感及灾害遥感、军事遥感等。多波段遥感：指探测波段在可见光波段和红外波段范围内，再分成若干窄波段来探测目标。遥感特点（优势和局限性）：大面积同步观测；时效性；数据的综合性；经济性；局限性。遥感系统组成：遥感信息的收集系统、遥感信息的接收和预处理系统、遥感信息的分析和判读系统。遥感探测地物信息的过程（原理）：电磁波：根据麦克斯韦电磁场理论,变化的电场能够在它的周围引起变化的磁场,这个变化的磁场又在较远的区域内引起新的变化电场,并在更远的区域内引起新的变化磁场.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内传播的过程称为电磁波。电磁波的特点：波粒二象性波动性和粒子性；波动性形成了光的干涉，衍射，偏振等现象现象。电磁波谱：如果按照电磁波在真空中传播的波长或频率递增或递减的顺序排列，就能得到电磁波谱图。辐射源：辐射通量密度随波长连续变化，只有一个最大值；温度越高，辐射通量密度越大，不同温度的曲线不相交；随温度升高，辐射最大值向短波方向移动。绝对黑体表面上，单位面积发出的总辐射能与绝对温度的四次方成正比。对于一物体来讲，传感器检测到它的辐射能后就可以用公式概略推算出物体的总辐射能量或绝对温度。热红外遥感就是利用这一原理探测和识别物体的。维恩位移定律指出，当绝对黑体的温度升高时，它的最大辐射本领向短波方向移动。若知道了某物体温度，就可以推算出它所辐射的波段。大气效应：指大气对电磁辐射的影响，主要体现在大气的吸收、散射、程辐射以及大气自身热辐射等方面。大气散射：大气辐射在传播过程中遇到小微粒而使传播方向改变，并向各个方向散名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 6 页 -开，称为大气散射。无云晴天，天空呈蓝色？朝霞和夕阳为什么都偏红色？云雾为什么通常呈现白色？1、由于蓝光波长比红光短，因而蓝光散射较强，而红光散射较弱。晴朗的天空，可见光中的蓝光受散射影响较大，所以天空呈蓝色。2、清晨太阳光通过较厚的大气层，直射光中红光成分大于蓝光成分，因而太阳呈现红色。3、天空有云层或雨层时，满足均匀散射，各个波长的可见光散射强度相同，因而云呈白色。此时，散射较大，可见光难以通过云层阴天不利于用可见光进行遥感探测地物的原因。大气窗口：通常把电磁波通过大气层时较少被反射，吸收或散射的，透过率较高的波段称为大气窗口。遥感中的常用大气窗口如下：1、0.3-1.3um，包括全部可见光(95%)、部分紫外(70%)和近红外(80%)；最主要窗口之一。摄影和扫描成像的方式在白天感测和记录目标电磁波辐射信息；2、1.5-2.8m，部分近红外，60%-95%；扫描成像，白天记录；3、3.5-5.5m，中红外；60%-70%，白天夜间，扫描成像记录；4、8-14m，远红外；超过80，夜间，扫描记录；5、1.4-300mm，微波。白天夜间，扫描记录。地物的反射类别：镜面反射、漫反射、方向反射。地物的反射率（反射系数或亮度系数）：地物对某一波段的反射能量与入射能量之比(百分比)。反射率随入射波长而变化。地物的波谱特性：指各种地物各自具有的电磁波特性（发射辐射和反射辐射）。地物的反射光谱：地物的反射率随入射波长变化的规律。地物反射光谱曲线：根据地物反射率与波长之间的关系而绘成的曲线。地物电磁波光谱特征的差异是遥感识别地物性质的基本原理。不同地物在不同波段反射率存在差异：雪、沙漠、湿地、小麦的光谱曲线；同类地物的反射光谱具有相似性，但也有差异性。并且地物的光谱特性具有时间特性和空间特性。几个概念：1、辐射能量：电磁辐射的能量2、辐射通量：单位时间通过一定面积的辐射能量3、辐射通量密度：单位时间内通过单位面积的辐射能4、辐照度：被辐射的物体表面单位面积的辐射能5、空间分辨率：每个像元对应空间的大小.6、波谱分辨率：传感器所用的波段数目,波段宽度,中心波长几光的波谱范围.7、辐射分辨率：区分光谱信号强度差异的能力.8、时间分辨率：对同一地区遥感影像重复覆盖的时间.图像数字化：将模拟图像转化为数字图像的过程。包括采样和量化。瞬时视场角：扫描系统在某一时刻对空间所张的角度。探测原件的线度与光学系统的总焦距之比。像点：瞬时视场角在影像上对应的点，也叫像元，像素。像点位移：当地形有起伏时，对于高于或低于某一基准面的地面点，其在像片上的像点与其在基准面上垂直投影点在像片上的构像点之间有直线位移。图像的空间分辨率：指像素所代表的地面范围的大小,即扫描仪的瞬时视场,或地面物名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 6 页 -体能分辨的最小单元。波谱分辨率：指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小,分辨率越高。辐射分辨率：传感器接收波谱信号时,能够分辨的最小辐射度差。在遥感图像上表现为每一个像元的辐射量化级。时间分辨率指对同一地点进行遥感采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。多波段数字图象的存储通常有3 种数据格式：1、BSQ（波段顺序格式）：每行数据后面紧接着同一波谱波段的下一行数据。这种格式最适于对单个波谱波段中任何部分的空间（X，Y）存取。2、BIP（每个像元按波段次序交叉排列）：按BIP 格式存储的图像按顺序存储第一个像元所有的波段，接着是第二个像元的所有波段，然后是第3 个像元的所有波段，等等，交叉存取直到像元总数为止。这种格式为图像数据波谱（Z）的存取提供最佳性能。3、BIL（逐行按波段次序排列）：按 BIL 格式存储的图像先存储第一个波段的第一行，接着是第二个波段的第一行，然后是第三个波段的第一行，交叉存取直到波段总数为止。每个波段随后的行按照类似的方式交叉存取。这种格式提供了空间和波谱处理之间一种折衷方式。4、其他方式：TIFF 格式和 BMP 格式。几何变形：指原始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一致时产生的变形。遥感影像的几何处理包括两个层次：一是遥感图像的粗加工处理；二是遥感图像的精加工处理。精校正：遥感图像的精校正是指消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像的过程。辐射校正：消除或改正遥感图像成像过程中附加在传感器输出的辐射能量中的各种噪声的过程。图像增强：是增强感兴趣目标和周围背景图像间的反差。辐射增强：对单个象元的灰度值进行变换以达到图像增强的目的。图像灰度直方图-灰度级与出现概率关系。直方图均衡化：将随机分布的图像直方图改成均匀分布的直方图(非线性拉伸)。图像平滑：为了消除各种干扰噪声，使图像中高频成分消退，平滑掉图像的细节，使其反差降低，保存低频成分做的处理。图像锐化：增强图像中的高频成分，突出图像的边缘信息，提高图像细节的反差。多光谱图像四则运算：增强某些信息或消除某些影响，包括加法、减法、乘法、除法及混合运算。图像融合：将多源遥感图像按一定的算法，在规定的地理坐标系，生成新的图像的过程。影像的形状、大小、位置、圆型、纹理团、色调及阴影等都是常用的航空像片判读标志。图案：当地物较小或像片比例尺较小时，在像片上往往不易观察到单个地物的影像。但这些细小的地物群体影像可以构成一种特殊纹形的组合图案，由于这些细小地物的性质不同，其构成的图案花纹也就不一样。因此，可根据其图案的特点来判读不同的群体。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 6 页 -目视判读方法：直接判定法、对比分析法、逻辑推理法。目视判读步骤：准备工作、室内判读、野外校核、成图与总结。计算机遥感图像分类是统计模式识别技术在遥感领域中的具体应用。关键是提取待识别模式的一组统计特征值。遥感图像分类基本过程：1、根据图像分类目的选取特定区域的遥感数字图像，需考虑图像的空间分辨率、光谱分辨率、成像时间、图像质量等。2、根据研究区域，收集与分析地面参考信息与有关数据，数字图像进行辐射校正和几何纠正。3、根据分类要求和图像数据的特征，选择合适的图像分类方法和算法。制定分类系统，确定分类类别。4、找出代表这些类别的统计特征。5、为了测定总体特征，在监督分类中可选择具有代表性的训练场地进行采样，测定其特征。在非监督分类中，可用聚类等方法对特征相似的像素进行归类，测定其特征。6、对遥感图像中各像素进行分类。7、分类精度检查。在监督分类中把已知的训练数据及分类类别与分类结果进行比较，确认分类的精度及可靠性。在非监督分类中，采用随机抽样方法，分类效果的好坏需经实际检验或利用分类区域的调查材料、专题图进行核查。监督分类方法：最小距离分类法、多级切割分类法、特征曲线窗口分类法、最大似然比分类法；非监督分类方法：分级集群法、ISODATA。监督分类法：选择具有代表性的典型实验区或训练区，用训练区中已知地面各类地物样本的光谱特性来“训练”计算机，获得识别各类地物的判别函数或模式，并以此对未知地区的像元进行分类处理，分别归入到已知的类别中。非监督分类：是在没有先验类别（训练场地）作为样本的条件下，即事先不知道类别特征，主要根据像元间相似度的大小进行归类合并（即相似度的像元归为一类）的方法。监督分类与非监督分类方法比较：1、根本区别在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识。2、监督分类根据训练样区提供的样本选择特征参数，建立判别函数，对待分类像元进行分类。因此，训练场地选择是监督分类的关键。对于不熟悉区域情况的人来说，选择足够数量的训练样区带来很大的工作量，操作者需要将相同比例尺的数字地形图叠在遥感图像上，根据地形图上的已知地物类型圈定分类用的训练样区。由于训练样区要求有代表性，训练样本的选择要考虑到地物光谱特征，样本数目要能满足分类的要求，有时这些还不易做到，这是监督分类不足之处。3、非监督分类不需要更多的先验知识，它根据地物的光谱统计特性进行分类。因此，非监督分类方法简单，且分类具有一定的精度。严格说来，分类效果的好坏需要经过实际调查来检验。当光谱特征类能够和唯一的地物类型（通常指水体、不同植被类型、土地利用类型、土壤类型等）相对应时，非监督分类可取得较好分类效果。当两个地物类型对应的光谱特征类差异很小时，非监督分类效果不如监督分类效果好。目视解译一般程序：了解影像的辅助信息；分析已知专业资料；建立解译标志；预解译；地面实况调查；详细解译；类型转绘与制图。遥感图像计算机分类算法存在的问题：1.未充分利用遥感图像提供的多种信息名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 6 页 -2.遥感数字图像计算机分类的依据是像素具有的多光谱特征，并没有考虑相邻像素间的关系。3.统计模式识别以像素作为识别的基本单元，未能利用图像中提供的形状和空间位置特征，其本质是地物光谱特征的分类。4.提高遥感图像分类精度受到限制.原因：1.分类方法 2.客观因素:大气状况的影响、下垫面的影响：覆盖类型和起伏状态对分类具有一定影响(混合像元)、其他因素的影响。提高遥感图像分类精度，既需要对图像进行分类前处理，也需要选择合适的分类方法。分类精度提高的对策：1.分层、逐次分类:先分易分的大类别，对每一类再进一步划分。或分区域，如分山区和平原进行。2.使用不同的分类方法。3.多种信息的复合。4.GIS 技术支持。一、航片判读：水体判读：主要是依据影像的色调和形状特征。水体影像的色调深浅变化较大，它与水体深浅、混浊程度、水面悬浮物以及拍摄瞬间的光照条件有关。一般来说，水体混浊、浅水沙底、水面结冰或光线恰好反射入镜头时，其影像色调浅，呈浅灰色或白色。反之，水较深或水虽不太深，但水底为淤泥质，其色调亦较深。植被判读：1.植被判读中，形状、色调、大小、阴影及图案等判读标志均有重要的意义和作用。2.由于植被是随季节而变化的，所以，判读标志也是变化的和不稳定的。就以植被的色调来说，随着季节的不同，色调有显著变化。常绿树终年常青，影像色调变化不大。而草本植物和落叶树则夏绿秋黄，影像色调夏深而秋浅。3.另外落叶树的树冠和阴影形状，随季节的不同，也有相应的变化。所以，在进行判读时，应注意植被的物候特征。4.植被的判读标志，随着像片比例尺的不同，作用也不一样。5.此外，进行植被判读时，要充分分析研究树种的立地条件。因为树种的生物学特征不同，各树种有自身的分布规律，在判读时应注意利用。土壤判读1.可通过自然环境分析可以间接地识别和分析土壤，进行判读。2.土壤类型判读，主要利用色调和图案两个标志。土壤色调的深浅与土壤有机质含量、土壤湿度大小和质地粗细有关。有机质含量高，湿度大，质地细的土壤色调较深；反之，色调较浅。3.实际上根据判读标志直接判定出来的土壤类型毕竟是少数，所以在土壤判读中经常应用的是逻辑推理法的综合分析判读，即根据土壤发生学的理论，按照成土因素进行判读。4.根据判读地区的景观特点，一般可以推断出相应的土壤类型，这种方法对判读自然土壤类型比较有效。二、卫星图像判读：水体判读：水体判读一般采用陆地卫星TM4（0.760.9um）或 MSS4（0.81.1um）的近红外线波段图像。在近红外图像上，水体呈封闭的自然平面状，色调均匀且深，一般呈浅黑或黑色调，常表现出与周围地物明显的界线。因此，在这种黑白图像上能比较容易地分辨、识别出水体。在由TM4，TM3 与 TM2 合成的标准假彩色图像上，水名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 6 页 -体呈蓝黑色、深蓝色，更易从图像上分辨出来。湖泊、水库、池塘的区别，要结合水体的平面形状、大小、位置，以及水体水源条件、人工建筑等辅助工程（如水坝等）综合判读，一般是不难区分开的。对于水体的深浅，基底情况，泥沙含量，以及悬浮生物，受污染情况的判读要进一步对 TM1 和 TM2 图像，以及对彩色合成图像上水体的色彩、色调变化进行分析，结合具体地理环境背景以及实践经验进行深入的综合判读。植被的判读：植被判读主要根据其色调变化进行。由于植物品种和环境条件不同，植物的色调在不同波段的卫星图像上是各有特色的，虽然受环境影响会有一些变化，但总的趋势一般较稳定。1.植物在TM2、TM3 波段的卫星图像上一般是深色调，TM4 波段图像上浅色调，其中阔叶林比针叶林更浅一些。2.在标准假彩色图像上植物一般表现为红色，幼嫩的植物呈粉红色，长势好的为红色，成熟的为鲜红色，受到伤害的植物呈暗红色，干枯的植物为青色。阔叶树和针叶树相比，前者的颜色显得鲜红，后者则较深些；灌丛的颜色淡一些；水稻呈暗红色。植被判读中，除图像色调色彩标志的运用外，还要结合植物的地带性和垂直分带特点，植被生长发育特点，以及当地地形、土壤、水文、地质特点进行判读。土壤判读：往往只能获得周围环境和有关成土因素的图像特征。应用土壤学原理进行逻辑推理判读为主。TM5、TM6 等近红外和热红外波段，为判读土壤水分、腐植质含量和土壤质地等提供了有利条件。判读的一般规律是：1.若某区土壤表面的色调，在可见光和热红外波段图像上的色调都比较深，一般说明这个区域土壤的含水量较高。2.若某区域的土壤在可见光和热红外波段图像上的色调都比较浅，说明该区域的土壤本身就是浅色调，而且比较干燥。3.若某区域的土壤在可见光波段图像上呈较深色调，而热红外波段图像上呈浅色调，则说明该地区土壤比较干燥，而且可能具有较高的有机质含量。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 6 页 -