遥感地质学1.doc

第一章
遥感的类型
§ 按照遥感平台划分
§ 按照传感器使用的波段划分
§ 按照空间分辨率划分
§ 按工作方式划分
§ 按遥感的应用领域划分
按照传感器使用的波段划分
§ 紫外遥感:探测波段在0.05-0.38μm之间;
§ 可见光遥感:探测波段在0.38-0.76μm之间;
§ 红外遥感:探测波段在0.76-1000μm之间;
§ 微波遥感:探测波段在1mm-1m之间;
§ 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
§ 高光谱遥感：纳米级的窄波段
按照空间分辨率划分
§ 低分辨率 气象卫星遥感
§ 中分辨率 MSS、TM
§ 中高分辨率 ETM+、SPOT、IRS-P6
§ 高分辨率 IKONOS、QUICKBIRD、ALOS
按工作方式划分
§ 成像遥感与非成像遥感
主动遥感和被动遥感
遥感技术的特点
遥感范围大，可实施大面积的同步观测
获取信息快，更新周期短，具有动态监测的特点
数据的综合性和可比性，具有手段多，技术先进的特点
§ 多分辨率
§ 多时相
§ 多光谱
§ 多平台
经济效益高，用途十分广泛
§ 高投入
§ 高风险
§ 高回报
第二章
1、黑体、灰体和选择性辐射体
l 黑体的发射率 ε= ελ =1
l 灰体的发射率 ε= ελ =a 0≤a≤1
l 选择性辐射体： ０＜ ελ ＜１
2、电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的，透过率较高的波段被称为大气窗口
3、常用遥感波段
l 0.3-1.3μm，紫外、可见光、近红外波段
l 1.5-1.8μm，（1.4-1.9μm），近、中红外波段
l 2.05-3.0μm 中红外波段
l 3.5-5.5μm，中红外波段
l 8-14μm 热红外波段
l 0.8-2.5cm-100cm， 微波波段
4、物体对不同波长的电磁辐射发射能力的变化规律叫做物体的发射波谱
5、地物发射电磁辐射的基本特点
在相同温度条件下，物体的发射本领取决于：
1.表面性质(颜色和光洁度)
2.内部热学性质。
（1）表面比较粗糙和颜色较深的物体，具有较高的发射本领
（2）表面比较光滑和颜色较浅的物体、发射率较低
（3）金属的发射率很低，金属的发射本领随温度的升高而增加；
（4）.但是，当金属表面形成氧化层时，可以数十倍或以更大的倍数增加。
（5）非金属的发射本领较高，一般发射率大于0.8，并且在地面常温下，随温度的增高而减小
6、雷达遥感的信息特征
(1)雷达影像的色调差异主要取决于回波的强弱
（2）一般来说,距离近的物体回波强,距离远的物体回波较弱
(3)金属物体往往都有较强的回波
(4)平行于航向的物体回波较强
(5) 受地形起伏的影响,雷达波不能到达之处,形成雷达阴影
(6) 受天线角度影响,地面镜面目标无回波
(7) 在雷达影像上,线状地物一般比较清晰
(8) 雷达影像的立体感较强
7、回波的强弱主要影响因素
l 地物表面的粗糙度
l 极化方式
l 地物的物理电学特性
第三章
1、色彩系统
蒙塞尔颜色系统
数字色彩模型——HLS色彩模型
混色系统——加色法系统
混色系统——减色法系统
2、颜色三要素：
• 明 度：又称亮度，是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。物体辐射强度越高，明度就越高。
• 色 度：又称色调，是色彩彼此相互区分的特性，即波长。
• 饱和度：是色彩纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄的表示。
3、色彩系统——蒙塞尔颜色系统
5种基础色相
5种过渡色相
每种分为10个等级，
共100个色相
饱和度最高14级
明度也划分为10级
4、数字色彩模型——HLS色彩模型
• 类似于颜色立体，取其下半段
• 色度—360等级
• 亮度—100-200等级
• 饱和度—100-200等级
5、通常把红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色定为三原色（三基色）
三原色——选择规定：
1、若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生
R ≠ G + B
* G ≠ R + B
* B ≠ G + R
2、这三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色
• Ci = aR +bG +cB
* 白色 = 1R +1G +1B
* 灰色 = a%R +a%G +a%B
* 黑色 = 0R +0G +0B
6、若两种颜色（光）混合产生白色或灰色，这两种颜色就称为互补色
7、以加色法三原色的互补色作为基色，即把不同色彩的颜料混合在一起生成新的颜色，称为减色法原理。青(C)、品红(M)、黄(Y)三色是常用的颜料三原色。
8、数字图像：遥感数据有光学图像和数据图像之分。数字图像是能被计算机存储、处理和使用的用数字表示的图像。数字图像的表示：矩阵函数。
9、数字图像的校正
（1）辐射校正
1. 产生辐射畸变的因素
Ø 传感器本身的影响：导致图像不均匀，产生条纹和噪音。
Ø 大气对辐射的影响， 特别是在短波范围较大，在中红外较少，如TM7波段
2. 去除方法 P70
Ø 直接去除法
Ø 一元线性回归分析法
Ø 直方图对比法
（2）几何校正
几何畸变：遥感图像的几何位置上发生变化，产生诸如行列不均匀，像元大小与地面大小对应不准确，地物形状不规则变化等变形。
几何畸变校正具体步骤
1. 在两幅图上寻找同名点
2. 建立纠正函数
3. 逐个象元进行几何变化
4. 计算每一象元的亮度值
10、几何畸变校正
l 控制点的选取的数目
Ø 最小数目
Ø 6倍于最小数目。
Ø 选择的原则
ü 易分辨、易定位的特征点：道路的交叉口，水库坝址，桥梁、河流弯曲点、汇流点等。
ü 特征变化大的地区应多选些。
ü 尽可能满幅均匀选取。
11、确定新图像上每一个象元值的方法
最近邻法 双线性内插法 三次卷积内插法
12、数字图像直方图：以每个像元为单位，表示图像中各亮度值或亮度值区间像元出现的频率的分布图。
直方图的作用：直观地了解图像的亮度值分布范围、峰值的位置、均值以及亮度值分布的离散程度。直方图的曲线可以反映图像的质量差异。
13、对比度变换
1. 线性变换(扩展）：在改善图像对比度时，如果采用线性或分段线性的函数关系，那么这种变换就是线性变换。
Ø （1）线性变换
Ø （2）分段式线性变换
2. 非线性变换(扩展）：变换函数为非线性函数时，即为非线性变换。
3. 直方图调整
通过函数变换，使原图像直方图形态改变
直方图均衡化 产生一幅各种象元值的数量基本一致的图像
高斯分布 将直方图变为正态分布
14、同物异谱：同类地物具有不同的光谱特征
同谱异物：不同的地物可能具有相似的光谱特征。
15、遥感数字图像的计算机分类方法
§ 分类执行方式：
• 监督分类：与非监督分类区别在于,通过选择代表各类别的已知样本（训练区）的象元光谱特征，事先取得个类别的参数
§ 过程:定义信息类 选取样本 分析样本的统计数据 建立分类模板 确定判别函数 分类
非监督分类：根据事先指定的某一准则，计算机自动判别归类，建立分类模板，无须人为干预，分类后需再确定地面类别
§ 分类模型或分类器：
• 统计分类
• 模糊分类
• 邻域分类
• 神经网络分类
•
16、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
第四章
1、按传感器的成像原理和所获取图像的性质不同可将传感器分为三种：摄影机、
扫描仪、雷达。
2、摄影成像的特点
1.中心投影 2.像点位移 3.比例尺变化 相片上不同位置，比例尺不同
扫描成像：光机扫描成像 固体自扫描成像 高光谱扫描成像
3、地面遥感
平台与地面接触，对地面、地下或水下所进 行的遥感和测试， 常用平台为汽车、船舰、三角架、塔
4、航空遥感
l 平台为飞机或气球，从空中对地面目标的遥感，高度百米至十余千米
l 三种类型：高空（10000米-20000米）、中空（5000米-10000米）和低空(<5000米)
l 特点：灵活性大，图像清晰，分辨力高，并且历史悠久．形成了较完整的理论和应用体系
5、航天遥感
从外层空间对地球目标物所进行的遥感平台——卫星、火箭和航天飞机
航天遥感特点：
1. 在数百公里的高度上对地观测
2. 能对同一地区周期性地重复成像
3. 能迅速地获得所覆盖地区的各种自然现象的最新资料
4. 不受沙漠、冰雪、高山、海洋和国界等现象和条件的限制
6、遥感图像特征参数
l 空间分辨率是用来表征传感器获得的影像反映地表景物细节能力的指标
辐射分辨率
• 灰度值——传感器记录地面辐射强度，量化分级记录在计算机里
• 又称灰度分辨率
l 波谱分辨率：波谱分辨率指传感器所用波段数、波长、波段宽度
l 或者说是选择的通道数、每个通道的波长和带宽
时间分辨率：指遥感影像对同一地区重复覆盖的频率，重访周期
第五章
1、遥感图像目视解译标志——地物识别特征
（1）色——色调：色调 (Tone), 指图像的相对明暗程度，是地物电磁辐射能量强弱在影像上的表现。
（2）色——颜色
（3）色——纹理：纹理：又称影纹图案，图像上大的色块内部往往能看到色调的细微变化，显示图像的细部结构。是地物的形状、大小、色调、阴影、小水系、植被微地貌、环境因素等的综合显示
（4）色——阴影
• 不同的波段，其阴影成因有所不同，可分为：可见光波段阴影 雷达影像阴影 热红外波段的阴影
阴影(shadow): 指因倾斜照射、地物自身遮挡能源而造成影像上的暗色调
（5）形——大小：大小-指地物尺寸、面积、体积在图像上的记录
（6）形 ––形状：指地物目标的外形、轮廓
1.人造地物形状 2.自然界地物形状
（7）形——格局：格局：物体并不都是单个存在，它们往往重复排列，形成特别的空间形式
（8）位——位置和组合：
1. 位置（site），指地理位置，绝对位置，相对位置
2. 组合（Association），指某些目标的特殊表现和空间组合关系。
（9）地质解译的重要标志——水系特征
2、常见9种水系类型
（1）树枝状水系
发生在岩性均一，土层分布均一，目前或于水系发生时具有平缓坡度的地区
Ø 沉积岩层水平
Ø 或被削平的抗蚀性均匀的结晶岩．
钳状沟头树枝状水系 羽毛状-树枝状水系
（2）格状水系
• 包含菱格状、角状水系
发生在节理裂隙或断块构造比较发育的地区
• 裂隙发育的砂岩区，
• 大面积的结晶岩体，
• 水平或微倾斜的沉积岩区。
（3）平行状水系
• 多发生在黏土、页岩或玄武岩等的倾斜地表
• 单面山的一侧或海滨平原上
（4）.放射状水系：多发生在火山锥和上升穹窿构造地区
（5）向心状水系：多发生在盆地和局部沉陷地区，水系向中心汇集。
（6）环状水系
（7）扇形水系：发育在三角洲、洪积扇上的水系，多撒开呈扇状。
（8）星状水系：发育在岩溶地区是岩溶漏斗、凹地与地表流水结合而成的图形
（9）辫状水系：多沙河流的出山口处，或宽阔间歇河河滩上，河槽来回摆动，形如辫状
3、平原地区水系：扇状水系 网状水系 辫状水系 曲流水系
4、水系分析
（1）水系密度分析：密度大，反映地表径流发育，支沟密集，土壤和岩石透水性不良
• 密度小，反映地表径流小，岩石坚硬，裂隙发育，透水性好，密度中等，比较多见
水系密度一般规律：页岩＞千枚岩、花岗岩＞砂岩＞灰岩、砾岩
（2）水系的均匀性、对称性、方向性分析
均匀性——地质构造、岩性的均匀性
• 均匀水系——地质构造简单，岩性单一稳定，抗风化剥蚀能力和裂隙发育较接近
不均匀水系——地质构造复杂、岩性变化大不稳定
对称性—区域地形或大片成层岩石向一侧倾斜（单斜构造、单面山）方向性—多受地貌和构造控制，可反映区 域山系走向、岩层及构造走向
方向性明显 方向性不明显
（3）冲沟形态
1. 地表径流汇合下切形成冲沟
2. 冲沟形态与岩性有关——长短 宽窄 深浅
5、直接解译标志与间接解译标志
显而易见的地物特征，称为直接解译标志。
间接解译标志：需要通过推断才能判断地物的特征：需要专业知识和判读经验，丰富的知识结构
6、目视解译方法
1. 直接判读法:使用的直接判读标志有色调、色彩、大小、形状、阴影、纹理、图案等。
2. 对比分析法:同类地物对比分析、空间对比分析、时相动态对比法。
3. 信息复合法，系列制图法:利用透明专题图或透明地形图与遥感图像复合，根据专题图或者地形图提供的多种辅助信息，识别遥感图像上目标地物的方法。
4. 环境本地法:首先建立区域地学信息的正常背景值，然后突出各种异常。
5. 地理相关分析法:综合考虑遥感图像多种解译特征，根据地理环境中各种地理要素之间的相互依存，相互制约的关系，借助专业知识和生活常识，分析推断某种地理要素性质、类型、状况与分布的方法。
7、遥感图像目视解译步骤
1. 目视解译准备工作阶段
ü 明确解译任务与要求；
ü 收集与分析有关资料；
ü 选择合适波段与恰当时相的遥感影像。
2. 初步解译与判读区的野外考察
ü 掌握解译区域特点，确立典型解译样区，初步建立目视解译标志
ü 野外考察：填写各种地物的判读标志登记表
ü 制定出影像判度的专题分类系统，建立遥感影像解译标志。
3. 室内详细判读
ü 统筹规划、分区判读，
ü 由表及里、循序渐进，
ü 去伪存真、静心解译
4. 野外验证与补判
ü 野外验证包括：检验专题解译中图斑的内容是否正确;检验解译标志.
ü 疑难问题的补判：对室内判读中遗留的疑难问题的再次解译。
5. 目视解译成果的转绘与制图
ü 一种是手工转绘成图；
ü 一种是在精确几何基础的地理地图上采用转绘仪进行转绘成图。
ü 人机交互式解译整饰后可直接成图
第六章
1、侵蚀沟及洪积扇的图像特征
（一）侵蚀沟
概念：为线形伸展的槽形凹地，是暂时性流水形成的侵蚀地貌 。
发育阶段：细沟 ®切沟 ®冲沟
意义：侵蚀沟的形态特征往往受岩性和构造节理、断裂控制，侵蚀沟组合形成水系网（水系影纹图案），显示地区的水系类型及水系密度，是岩石和构造解译的间接标志。
（二）洪积扇
l 位置：侵蚀沟沟口
l 形态：锥形或扇形
l 意义：利用洪积扇形态和叠置关系分析隐伏构造和活动构造
3、河流地貌的图像特征
l 形态：不同形状的带状（大比例尺图像）或线状（小比例尺图像）
l 意义：判断河流水体质量，河流变迁
河流地貌单元：河谷 河漫滩 阶地
4、沙丘地貌的图像特征
l 形态：新月形沙丘 金字塔形沙丘 沙丘链 沙梁
l 少植被，水系
5、海岸地貌解译
l 位置：海洋与陆地的交互地带
l 意义：
1. 直线状海蚀崖——断层海岸
2. 海岸类型（基岩海岸、沙质海岸、泥质海岸、珊瑚礁海岸、红树海岸……）及演化变迁
3. 三角洲发展变化
4. 水下地形，泥沙流
6、重力地貌解译：崩塌 滑坡 泥石流
标准型的泥石流流域能看到三个区：形成区 流通区 堆积区
7、泥石流解释标志
（1）形成区：
l 山坡陡峻，影像杂乱，
l 色调极不均匀，
l 岩石风化严重，松散固体物质丰富
l 滑塌标志明显
（2）流通区：
l 河床较短直，
l 纵坡较缓，但比堆积段陡，
l 沟谷较窄
（3）堆积区：
l 位于沟谷出口处，
l 纵坡平缓，常形成冲积扇，冲积扇轮廓明显，
l 色调浅，
l 扇面无固定沟槽
8、微地貌是指各种地貌部位形成的细部的形态。如
l 山顶、山脊的形态，
l 山坡的剥蚀、堆积形态，
l 洪积扇表面的细沟，
l 河漫滩上的沙堤
9、山体构造地貌解译
1、小规模单个山体：
方山 单面山 猪背岭
2、大规模群山：
褶皱山 穹状山 断块山
① 褶皱山——长条状，水系、山体走向与区域构造走向一致，
沉积岩、中浅变质岩、线状褶皱、褶皱强烈地带
① 穹状山——放射状水系及穹窿构造，
大型穹窿构造构造形成的山脉
① 断块山——深谷陡坡，断层崖发育
岩浆岩、深变质岩、断裂交错区
10、坡面构造的解译
1. 倾向坡 逆向坡
2. 断层陡崖：较大规模的断层，在山前往往形成平直的陡崖，称断层陡崖。
3.断层三角面：断层陡崖如被沟谷切割，便形成一系列三角形的陡崖，称断层三角面
11、构造盆地解译
1. 构造盆地——向斜盆地
2. 断陷盆地
3. 火山构造盆地
第七章
1、遥感地质解译标志
1. 色调——不同岩石的光谱特征差别
2. 形状、大小
3. 影纹图案（纹理）
4. 水系
5. 地貌
6. 植被、水文、人类活动、土壤
2、植被标志——利
① 植被的选择性生长特性,某些植被与岩性及矿产有关;
② 植物分布与地质构造有关;
③ 利用植物种属可间接推断基岩岩性
弊: 掩盖岩石露头
3、水文标志
指某些陆地水文特征：
Ø 地下水溢出带
Ø 基岩及松散沉积物的含水性、渗透性
Ø 温泉、矿泉水化学异常
Ø 土壤含水性
如：线状排列的泉水—断裂构造； 串珠状湖泊—断裂构造
4、土壤标志：指狭义的基岩风化后的松散残积层
∵其颜色、色调、成分、结构、植被等与母岩有直接关系
∴ 具有一定的岩性指导意义
5、岩性识别的主要方法
1. 利用岩石波谱特征（反射、发射）
① 多波段遥感资料
② 高光谱分辨率（超多波段）成像波谱仪遥感资料
③ 岩石热惯量——不同时段热红外遥感资料对比分析
2. 利用岩石图形特征
图像的影纹图案和结构特征
3. 利用多源地学信息资料
6、中酸性侵入岩体解译
波谱特征——色调 反射率高
（二）几何形态
（三）地貌——丘陵盆地 穹状山丘
（四）水系影纹图案（水系类型