遥感复习资料.doc

1. .遥感的定义与特点。
（名词）遥感：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，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。
Remote sensing is the science and art of obtaining information about an object, area, or phenomenon through the analysis of data acquired by a device that is not in contact with the object, area, or phenomenon under investigation.
（简答）遥感的特点：1>大面积的同步观测　2>时效性　3>数据的综合性和可比性 4>经济性 5>局限性（信息的提取方法、数据挖掘技术、思维方式）
2. .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）
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）
（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）
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）
3. 简述遥感技术系统的组成
1. （填空）遥感系统组成：信息源 => 信息获取 => 信息记录和传输=> 信息处理=> 信息应用
4（简答）叙述植物、水和岩石、雪的光谱反射率随波长变化的一般规律：<1>植物的光谱反射曲线规律性明显，可分为三段：可见光波段有一个小的反射峰和两个吸收带。这一特征是叶绿素的影响，其对蓝光和红光吸收作用强，对绿光反射作用强。在近红外波段有一反射的“陡坡”，至1.1微米附近有一峰值，这是由于植被叶细胞结构的影响；在中红外波段受到绿色植物含水量的影响，吸收率大增，反射率下降。<3>水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收很强，因而在遥感影像上，水体呈黑色；但水中含有其他物质，反射光谱曲线又发生变化。4>岩石的反射波谱曲线无统一的特征，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、色泽等都回对曲线形态产生影响。雪：和太阳光谱很相似，在0.4—0.6μm 波段有一个很强的反射峰，反射率几乎接近100%，因而看上去是白色，随着波长的增加，反射率逐渐降低，进入近红外波段吸收逐渐增强，而变成了吸收体。雪的这种反射特性在这些地物中是独一无二的。新雪比陈雪的反射率高。

5 试述可见光、热红外、微波遥感的物理基础及其数据的主要用途。（待整理）
可见光：波长范围：0.38～0.76μm，人眼对可见光有敏锐的感觉，是遥感技术应用中的重要波段。
红外线：波长范围为0.76～1000μm，根据性质分为近红外、中红外、远红外和超远红外。
微波：波长范围为1 mm～1 m，穿透性好，不受云雾的影响。
地物的辐射能量与温度的四次方成正比，比热、热惯性大的地物，发射率大。如水体夜晚发射率大，白天就小。
v 探测地物的热辐射特性的热红外遥感在夜间和白天进行的结果是不同的。
v 热红外遥感探测的地物热辐射量用亮度温度表示，它不同于地面温度，是接收的热辐射能量的转换值，图像上表示为亮度。
由于微波的波长较长，因而散射相对较小，在大气中衰减少，对云层、雨区的穿透能力较强，基本不受烟、云、雨的限制。对于热带雨林地区更有意义。
n 微波对于海水特别敏感，其波长很适合于海面动态情况（海面风、海浪等）的观测
微波传感器的波长分辨率比较低，是由于其波长较长，衍射现象显著的缘故。同时，观察精度和取样速度往往不能协调。
6 何为大气窗口？分析形成大气窗口的原因，并列出用于从空间对地面遥感的大气窗口的波长范围
（名词）大气窗口：把电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射，透过率较高的波段。紫外、可见光、近红外波段（0.3-1.3微米）；近、中红外波段（1.5-1.8微米和2.0-3.5微光）；中红外波段（3.5-5.5微米）；远红外波段（8-14微米）；微波波段（0.8-2.5厘米）
Defination:Those areas of the spectrum which are not severely influenced by atmospheric absorption and thus, are useful to remote sensors, are called atmospheric windows.

7传感器从大气层外探测地面物体时，接收到哪些电磁波能量？
到达地面的太阳辐射
直接辐射： 太阳辐射经大气衰减后到达地面的部分。
天空辐射：太阳辐射经过大气散射后辐射到地面的部分。
另一题目：总结主要卫星传感器的特点Landsat (TM,MSS,ETM), spot， MODIS等
陆地卫星Landsat，1972年发射第一颗，共发射了7颗，产品主要有MSS,TM,ETM，属于中高度、长寿命的卫星。陆地卫星的运行特点： （1）近极地、近圆形的轨道；（2）轨道高度为700～900 km； （3）运行周期为99～103 min/圈；（4）轨道与太阳同步。
1》MSS：多光谱扫描仪，5个波段。MSS数据是一种多光谱段光学—机械扫描仪所获得的遥感数据
2》 TM：主题绘图仪，7个波段。3》ETM+：增强主题绘图仪，8个波段。
Spot (斯波特卫星)，地球观察卫星系统，轨道是太阳同步圆形近极地轨道，轨道高度830㎞左右，卫星的覆盖周期是26天，重复感侧能力一般3—5天，部分地区达到1天。最高分辨率10米，传感器带有可定向的发射镜，使仪器具有偏离天底点观察能力，可获得垂直和倾斜的图像。可以提供立体观测地面、描绘等高线、进行立体测图和立体显示的可能性。
MODIS中分辨率成像光谱仪，仪器的多波段数据:
多波段数据可以同时提供反应陆地、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、大气中水汽、地表温度、云顶温度、大气温度、臭氧和云顶高度等特征的信息，用于对陆表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。
8 气象卫星的特点和应用领域
气象卫星的特点
① 空间覆盖优势：低轨和高轨。成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。
② 时间取样优势:短周期重复观测,利于动态监测。
③ 资料一致性优势:资料来源连续、实时性强、成本低。
④ 综合参数观测优势
气象卫星的应用领域
① 天气分析与气象预报
② 气候研究与气候变迁的研究
③ 资源环境领域：海洋研究、森林火灾、水污染
9 试述扫描成像的三种方式的主要原理
<1>光/机扫描成像：工作原理：扫描镜在机械驱动下，随遥感平台的前进运动而摆动，依次对地面进行扫描，地面物体的辐射波束经扫描镜反射，并经透镜聚焦和分光分别将不同波长的波段分开，再聚焦到感受不同波长的探测元件上
<2>固体自扫描成像：是用固定的探测元件，通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。
<3>高光谱成像光谱扫描1. 成像光谱仪：既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术，称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。高光谱成像光谱仪的图像由多大数百个波段的非常的连续的光谱波段组成，光谱波段覆盖了可见光，近红外、中红外和热红外区域全部光谱带。光谱仪成像时多采用扫描式和推帚式，可以收集200或200以上波段的收据数据。使图象中的每一像元均得到连续的反射率曲线，而不像其他一般传统的成像谱光仪在波段之间存在间隔
10 雷达的定义、分类、分辨率。
①雷达是由发射机通过天线在很短的时间内，向目标地物发射一束很窄的大功率电磁波脉冲，然后用同一天线接收目标地物反射的回波信号而进行显示的一种传感器。
按照雷达的工作方式可分为：成像雷达和非成像雷达。成像雷达中又可分为真实孔径侧视雷达和合成孔径②侧视雷达：分辨率可分为：距离分辨率（垂直于飞行的方向）和方位分辨率（平行于飞行的方向
③合成孔径侧视雷达：方位分辨率
11 遥感图像的特征
三个特征：几何特征、物理特征、时间特征。这三个特征的变现参数即为①空间分辨率 地面能分辨的最小单元--像素的对应面积②.波(光)谱分辨率 最小波长间隔 ③.时间分辨率 采样的重访周期
④.辐射分辨率 能区分的最小辐射差
12 简答）何为图像增强处理？其处理方法有哪几种？列出其中某种方法的一个具体算法。
答：通过一定的技术，使得遥感数字图像的目视效果更好、有用的信息更加突出，有利于判读或作进一步的处理。其处理有：1>对比度变换：通过改变图像像元的亮度值来改变图像像元对比度，从而改善图像质量的图像处理方法。又叫辐射增强。2>空间滤波：通过像元与其周围相邻像元的关系，来重点突出图像上的某些特征为目的，如突出边缘或纹理等。3>彩色变换：包括单波段、多波段色彩变换、HLS变换等，寻找最佳合成方案，达到最好的目视效果。4>图像运算：完成空间配准后，通过一系列的运算，可以实现图像增强，达到提取某些信息或去掉某些不必要信息的目的。包换差值运算、比值运算等5>多光谱变换：通过函数变换，达到保留主要信息，降低数据量；增强或提取有用信息的目的。包括K-L变换和K-T变换。
差值运算
• 应用于两个波段时，相减后的值反映了同一地物光谱反射率之间的差异
例如用红外波段和红波段之间的差值可以区分把植被与水、土壤区分开来
• 有利于目标与背景反差较小的信息提取
• 还可用于提取同一地区不同时相图像中随时间变化的动态信息
比值运算
•将两幅同样行、列数的图像，对应像元的灰度值进行相除操作
•在矿物调查及植被调查中被广泛利用。
13 陆地卫星TM图像的波段为例，说明怎样进行真彩色合成和假彩色合成？合成图像有什么特殊用途？
利用三原色原理将三个波段的原图像或经过处理的图像组合成一幅彩色图像的技术,是图像处理中使用最广的图像显示和增强方法。它在一幅图像上显示了多个波段(参量)图像的信息,并且将地物在不同波段上强度的差异用不同的颜色显示出来,因而比单波段(或参量)图像容纳了更多的信息。遥感图像彩色合成又有真彩色和假彩色之分,当合成时用红、绿、蓝显示的三个波段图像的波长范围分别位于红、绿和蓝光谱段区间时,地物在合成图像中的颜色与实际颜色相同或相近称为真彩色合成,如专题成像仪TM 3(R)、TM 2(G)、TM l(B)的合成r3g2b1 ；否则,合成图像中地物颜色与实际颜色不相对应,则称为假彩色合成。例如TM的7个波段中地2波段是绿色波段（0.52~0.60um），第四波段是近红外波段（0.76~0.90um），当4，3，2波段被分别赋予红、绿、蓝色时，即绿波段赋予蓝，红波段赋予绿，红外波段赋予红时，这一合成方案被成为标准假彩色合成，是一种常用的合成方案
假彩色合成影像广泛应用于专题制图、资源调查、地学研究和环境监测等方面.实际应用时，应根据不同的应用目的经试验、分析，寻找最佳合成方案，，以达到最好的目视效果。通常，以合成后的信息量最大和波段之间的信息相关最小作为选取合成的最佳目标，例如，TM的4，5，3波段依次被赋予红、绿、蓝色进行合成时，可以突出较丰富的信息，包括水体、城区、山区、平原及线性特征等，有时这一合成方案甚至优于4，3，2波段的假彩色合成。

14 遥感影像质量退化、变形的主要原因是什么？
遥感信息资料获取过程，受地表物体大气传输特性，平台运行特征以及传感器系统等方面因素影响，使所获得的图像发生强度、频度以及空间的变化，出现对比度下降、边缘模糊、几何畸变等。遥感成像过程受到大气和成像系统中的光学、探测器和电子学子系统等的影响,引起成像退化作用。 遥感影像质量退化、变形的原因有（简答）遥感影像变形的主要原因：1>遥感平台位置和运动状态变化的影响2>地形起伏的影响3>地球表面曲率的影响4>大气折射的影响5>地球自转的影响
15 么叫做K-L变换、 K-T变换？它们各自的主要特点是什么？
K-L变换
离散(Karhunen-Loeve)变换的简称，又称作主成分变换（PCA）
数学表达： Y=A•X
A为变换矩阵，是X空间协方差矩阵Σx 的特征向量矩阵的转置矩阵
K-L变换的特点
•变换后，输出图像Y的各分量之间具有最小的相关性
变换后的新波段各主分量所包含的信息量逐渐减少，第一主分量集中了最大的信息量，最后的分量信息几乎为零，包含的全是噪声
Knuth-Thomas变换的简称，也称缨帽变换
数学表达： Y=B•X (B:变换矩阵)
旋转后的坐标轴不是指向主成分方向，而是指向与地面景物有密切关系的方向
主要针对TM数据和MSS数据，常用于研究植物生长情况
16 中心投影与垂直投影的区别？
正射投影:比例尺和投影距离无关
中心投影:焦距固定，航高改变，其比例尺也随之改变
正射投影:总是水平的，不存在倾斜问题
中心投影，若投影面倾斜，航片各部分的比例尺不同
地形起伏对正射投影无影响 对中心投影引起投影差航片各部分的比例尺不同
17 遥感影像解译的主要标志是什么？谈谈你对遥感影像解译标志的理解。
u 遥感图像解译标志又称判读标志，它指能够反映和表现目标地物信息的遥感影像的各种特征，这些特征能帮助读者识别遥感图像上目标地物或现象。
解译标志分为直接判读标志和间接解译标志。
1 直接判读标志是指能够反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征，它包括遥感摄影相片上的色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图型等，解译者利用直接解译标志可以直观识别遥感像片上的目标地物。直接解译标志主要包括以下 形状、大小、色调与颜色、阴影、纹理、图型、位置。
2 间接解译标志是指能够间接反映和表现目标地物信息的遥感图像的各种特征，借助它可以推断与某地物属性相关的其他现象。经常用到的间接解译标志有：目标地物与其相关指示特征;地物及与环境的关系：目标地物与成像时间的关系；
间接解译标志因地域和专业而异，建立和运用各种间接判读标志，一般需要有一定的专业知识和判读经验。

18红外遥感图象解译标志（判读标志）有哪些？结合实例说明它们如何在图象解译中的应用热红外像片的解译
色调：地面温度的构像.（地物热辐射状况不同，影像上色调深浅不同）
形状：被探测地物与背景温度差异形成”热分布”形状.（容易分别中的水体等）
大小：地物的形状和热辐射特性影响影像的尺寸.（区分发热源）
阴影：目标地物与背景之间的辐射差异造成阴影（用于飞机起飞、军事侦探等）
热红外影像低温时呈暗色调，高温时有浅灰至灰白色
水体与道路 白天 水体热传导性较好温度相对低些呈暗色调、道路呈浅灰至灰白
夜晚 水体呈浅灰至灰白 道路呈暗色调
树林与草地：白天 树叶水气蒸腾作用吸热温度偏低呈呈暗灰至黑色
夜晚 森林覆盖地面使树冠增温树林呈浅灰至灰白 草类散热较快温度降低 草地呈黑色调或暗灰色。
土壤与岩石 土壤含水量不同色调也不同。
午夜后土壤含水量高呈灰色或灰白色 含水量低呈暗灰色或深灰色
岩石由于热容量较大 白天曝晒后 夜间多呈淡灰色
效果：热红外夜间较好/ 天气状况
19 述美国陆地卫星MSS /TM的工作原理
（简答）MSS影像：多光谱扫描仪获取的影像。第4波段：绿色波段，对水体有一定透射能力，可以判读浅水地形和近海海水泥沙。第5波段：红色波段，可用于城市研究，对人工建筑反映明显。第6波段：近红外波段，植被有强烈反射峰，水体有强烈吸收作用，水体呈暗黑色。第7波段：近红外波段，植被有强烈反射峰，用来测定生物量和监测作物长势。第8波段：热红外波段，区分岩石与矿物，用于热制图。
TM图像：专题绘图仪获取的图像。采用双向扫描，以256级辐射亮度来描述不同地物的光谱特征。地面分辨率为30米。ETM+增加了全色波段，分辨率为15米。第1波段：蓝色，对水体有透射能力，区分土壤和植被及人造地物类型；第2波段：绿色，区分植被类型和评估作物长势；第3波段：红色，测量植物绿色素吸收率，并依次进行植物分类。第4波段：近红外，测定生物量和作物长势，区分植被类型。第5波段：短波红外，探测植物含水量及土壤湿度，区别云与雪。第6波段：热红外，岩石识别和地质探矿等方面。第7波段：短波红外，监测森林火灾、火山活动等，区分人造地物类型。
20 （简答）微波影像的特点：
①侧视雷达采用非中心投影方式成像，与摄像机中心投影方式完全不同。
②微波影像中的分辨率是由成像雷达的斜距分辨率和方位向分辨率决定的，它们分别由脉冲的延迟时间和波束宽度来控制的。③比例尺在横向上产生畸变。④地形起伏位移。
21 试述监督分类与非监督分类的主要图像分类方法原理
监督分类法(训练分类法)：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（聚类分类）：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
分类原理与基本过程
遥感数字图像计算机分类基本过程
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。
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。
8. 对判别分析的结果进行统计检验。
22 （简答）遥感图像的监督分类和非监督分类有什么区别和联系：监督分类，从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本，通过选择特征参数，建立判别函数，据此对样本像元进行分类，依据样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别。方法有最小距离分类法、多级切割分类法、特征曲线窗口法、最大似然比分类法；非监督分类，在没有先验类别作为样本的条件下，根据像元间相似度的大小，即同类地物的光谱信息进行特征提取、归类合并。方法有分级集群法、动态聚类法。两者最根本的区别点在于是否利用训练场地来获取先验的类别知识。另外，非监督分类方法简单，且分类具有一定的精度。当然，如果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。
23 谈一谈如何利用遥感进行城市土地利用/水体/植被变化监测（包括原理与步骤）
遥感图像计算机分类的依据是遥感图像像素的相似度。相似度是两类模式之间的相似程度。在遥感图像分类过程中，常使用距离和相关系数来衡量相似度。
遥感图像的计算机分类方法包括监督分类和非监督分类。 监督分类方法首先需要从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本。根据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数（如像素亮度均值、方差等），建立判别函数，据此对数字图像待分像元进行分类，依据样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别。这种方法称为监督分类。
选择监督分类法
监督分类常常用于对分类区比较了解情况下,要求用户控制.
1)选择可以识别或借助其他信息可以断定其类型的像元建立模板,然后基于该模板使系统自动识别具有相同特征的像元.
2)对分类结果进行评价后再对模板进行修改,多次反复后建立比较正确的模板,在此基础上最终进行分类.
3)一般经过以下步骤:训练样本/建立模板/评价模板/初步分类/检验分类/分类后处理/分类特征统计.
06级整理
土地利用表示与土地相结合的人类活动而产生的不同利用方式，侧重于土地的社会属性.
步骤：第一：数据的准备，包括影像资料以及相关资料；第二：数据预处理，包括几何精校正、影像配准、影像镶嵌、多源数据的融合；第三：建立土地分类系统，研究土地利用的特点以及遥感信息的可读性，并参考全国土地分类体系；第四：土地利用信息的提取；第五：通过外业调查确定分类图斑的真伪、类型、范围。保证遥感监测结果的可靠性。第六：分类信息后处理；第七：进行成果整理.

24 (简答）计算机分类中存在的主要问题：1>未充分利用遥感图像提供的多种信息2>提高遥感图像的精度受到限制。比如大气状况的影响；下垫面的影响等。（参考P201）
25.（名词）何为高光谱遥感？它与传统遥感手段有何区别？
高光谱遥感是基于高光谱分辨率超多波段遥感图像与光谱合一的特点，利用地表物质与电磁波的相互作用及其所形成的光谱辐射、反射、透射、吸收及发射等特征研究地表物体，识别地物类型、鉴别物质成分，分析地物存在状态及动态变化的新型光学遥感技术。波段多、数据量大、图谱合一是高光谱遥感信息的最主要特点。与传统遥感的主要区别在于：高光谱遥感的成像光谱仪可以分离成几十甚至数百个很窄的波段来接收信息；每个波段宽度仅小于10nm；所有波段排列在一起能形成一条连续的完整的光谱曲线；光谱的覆盖范围从可见光到热红外的全部电磁辐射波谱范围。而一般的常规遥感不具有这些特点。
26 简答）遥感的主要应用包括哪些方面？1>在地质遥感中的应用，通过遥感影像的解译确定一个地区的岩石性质和地质构造，分析构造运动的状况，为地质制图、矿产资源的探查、工程地质和水文地质调查等服务。2>在水体遥感中的应用，通过对遥感图像的分析，获得水体的分布、泥沙、有机质等状况和水深、水温等要素的信息，从而为一个地区的水资源与水环境做出评价，为各个部门提供决策服务。3>在植被遥感中的应用，在遥感影像上有效地确定植被的分布、类型、长势等信息，以及对植被的生物量做出估算，可以为环境监测、生物多样性保护、农业、林业等部门提供信息服务。4>在土壤遥感中的应用，通过遥感影像的解译，识别和划分出土壤类型，制作土壤图，分析其分布规律，为改良土壤、合理利用土壤服务。
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