《遥感导论》课程教学大纲文档格式.docx

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张金萍

一、课程性质、目的和任务　

《遥感导论》是资源环境、地理信息系统及地理科学专业的一门专业基础课。

课程注重反映现代遥感技术的最新成果与应用内容，并结合经济建设实际，详细介绍了遥感的基本概念、电磁辐射与地物波谱、遥感成像原理、遥感图像特征、遥感图像分析的原理与方法、图像信息的提取与分类处理、遥感的应用及实例，3S集成，以及新型遥感平台与传感器等。

该课程的目的和任务：

通过本课程学习，要求学生牢固掌握遥感技术的基本概念和基本原理；

掌握运用遥感技术原理、方法解释和解决实际问题的能力；

了解遥感技术的前沿动态和发展趋势。

尤其注重培养学生的实际动手和应用能力，为学习专业课程、从事专业技术工作和进行科学研究打下基础。

二、课程教学和教改基本要求　

1.本课程主讲授遥感基本理论。

内容比较枯燥，所以在教学中应尽量采用通俗易懂和形象化语言表述，着重讲清地物电磁波谱的基本遥感理论问题。

2.对于有关物理学公式，不须推导过程，重点理解其基本原理。

3.根据课程进程的需要，适当的布置课外阅读文献报告和体会，以加深对所学理论知识的理解和了解本学科的研究动态。

三、课程各章重点与难点、教学要求与教学内容　

第一章绪论

一、教学重点：

遥感的定义（广义与狭义）、遥感技术过程、遥感技术的特点与分类。

二、难点:

遥感技术的基本过程

三、教学要求：

（一）从广义与狭义两方面掌握遥感的定义，了解遥感技术的基本过程；

（二）掌握遥感的分类；

（三）与常规方法相比，掌握遥感的主要特点；

（四）了解遥感发展简史及我国遥感事业的成就。

四、教学内容：

第一节遥感与遥感技术过程

1遥感（RemoteSensing）概念

遥感定义：

遥感一词来源于英文“remotesensing”,从字面上可理解为“遥远的感知”。

准确地说,遥感是指从高空或外层空间,通过飞机或卫星等运载工具所携带的传感器,“遥远”地采集目标对象的数据,并通过数据的处理、分析,获取目标对象的属性、空间分布特征或时空变化规律的一门科学和技术。

广义：

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遥感技术过程

遥感技术过程由数据获取,数据传输、接收和处理,数据解译、分析与应用三部分组成,这三部分是遥感技术过程的相辅相成、不可分割的三个阶段。

第二节　遥感技术的特点与分类

1遥感技术的特点

（1）宏观观测能力强

（2）动态监测优势明显

（3）探测手段多样,数据量大

（4）数据具有综合性与可比性

正是因为这些突出特点,使得遥感技术的应用可以节约大量的人力、物力和财力,也必然产生极高的经济效益和社会效益。

2遥感的分类

（1）按遥感平台分类：

宇航遥感、航天遥感、航空遥感、地面遥感

（2）按遥感所利用的电磁波谱段分类：

子外遥感、可见光/反射红外遥感、热红外遥感、微波遥感

（3）按传感器的工作原理分类：

主动遥感、被动遥感

（4）按遥感资料的获取方式分类：

成像方式遥感、非成像方式遥感

（5）按遥感应用领域分类：

环境遥感、城市遥感、农业遥感、林业遥感、海洋遥感、地质遥感、气象遥感和军事遥感等。

第三节遥感技术的发展历史与展望

1遥感技术的发展历史

“遥感”这一科学术语最早是1960年由美国学者艾弗林·

普鲁伊特提出的,之后于1961年在美国密歇根大学召开的一次国际学术研讨会上得到了学者们的认同,从此遥感这门新的学科就诞生了。

事实上,在“遥感”一词出现以前,就已经有了遥感技术,遥感的渊源可以追溯到很久以前。

（1）遥感思想的萌芽阶段（1610~1858年）

（2）空中摄影阶段（1858~1903年）

（3）航空遥感阶段（1903~1957年）

（4）航天遥感阶段（1957年至今）

2现代遥感技术发展展望

遥感技术是一门多学科交叉的综合性应用学科。

随着空间科学、信息科学等相关学科的发展,21世纪遥感技术的发展将呈现出许多新的特点,主要表现在以下五个方面。

（1）遥感数据获取手段趋向多样化

（2）微波遥感、高光谱遥感是未来空间遥感发展的核心内容

（3）遥感数据的计算机处理更趋自动化和智能化

（4）全定量化遥感方法将走向实用

（5）遥感综合应用将不断深化

第二章遥感电磁辐射基础

一、教学重点:

电磁波谱、电磁辐射、黑体辐射及黑体辐射规律、实际物体辐射规律、太阳光谱、大气吸收、大气散射（瑞利散射、米氏散射、无选择性散射）、大气窗口及投射分析、地表自身的热辐射、反射率、反射的类型及地物电磁反射特性、地物电磁发射特性的测量。

黑体辐射及黑体辐射规律、大气散射（瑞利散射、米氏散射、无选择性散射）、大气窗口、地物波谱特性的测量

三、教学要求

（一）掌握什么是电磁波谱、电磁辐射，电磁辐射的度量；

（二）掌握什么是黑体辐射、黑体辐射与实际物体辐射的规律；

（三）了解太阳光谱的特点；

（四）理解太阳辐射传播到地表面又返回到传感器的过程中所发生的物理现象；

（五）掌握大气散射的类型与其特点；

（六）掌握大气窗口的概念及大气窗口的主要光谱段；

（七）掌握反射率及其类型；

（八）理解太阳辐射与地表之间的相互作用；

（九）掌握植被、土壤、水体及岩石的光谱特征；

（十）地物波谱特性的测量。

四教学内容

第一节电磁波与电磁波谱

1电磁波的性质

电磁波：

交互变化的电磁场在空间的传播。

电磁波具有波动性和粒子性两种性质。

电磁波有四个要素,即频率（或波长）、传播方向、振幅、偏振面。

2电磁波谱

为了更好地认识和描述电磁波,将各种电磁波按波长的大小（或频率的高低）依次排列并制成图表,这个图表就是电磁波谱（electromagneticspectrum）。

目前遥感应用的主要波段包括紫外线、可见光、红外线、微波等。

3电磁辐射源

凡是能够产生电磁辐射的物体都是辐射源。

自然界的一切物体在一定的温度下都具有发射、辐射电磁波的特性。

电磁辐射源可分为自然辐射源和人工辐射源两大类。

4电磁辐射的度量

遥感探测实际上是对物体辐射能量的测定与分析,为此需要定义一些基本的概念和术语。

辐射能量（radiantenergy）、辐射通量（radiantflux）、辐射出射度（radiantemittance）、辐射照度（irradiance）、辐射强度（radiantintensity）、辐射亮度（radiance）。

第二节物体的电磁波发射特性

1黑体辐射

黑体（blackbody）是个假设的理想辐射体,是指能全部吸收而毫无反射和透射能力的理想物体。

斯特藩-玻尔兹曼定律

维恩位移定律

2地物的发射特性

表地物吸收太阳辐射后又向外发射电磁辐射,但其辐射能力总是要比同温度下的黑体辐射能力低。

地物发射能力的大小,通常用发射率来表示。

地物的发射率ε也称比辐射率或发射系数,是指地物发射的辐射通量W′与同温度下黑体辐射通量W之比

地物的光谱发射特征曲线

基尔霍夫定律:

在任一给定温度下,地物单位面积上的辐射通量密度和吸收率之比,对于任何地物都是一个常数,并等于该温度下同面积黑体辐射通量密度。

第三节　物体的电磁波反射特性

1物体反射电磁波的三种形式

（1）镜面反射

（2）漫反射

（3）方向反射

2地物的反射光谱特性

（1）光谱反射率反射率：

地物的反射辐射通量Eρ与入射辐射通量E之比。

（2）地物的反射光谱特性：

地物的反射率随波长变化而变化的规律。

严格地说,地物的反射光谱曲线不应是一条线而应是呈带状,这是因为在某一特定类型中,光谱反射率也是有变化的。

在可见光波段,植物的光谱特性主要受叶片中各种色素的支配,其中叶绿素起着最重要的作用。

在近红外波段,植物的光谱特征取决于叶片内部的细胞结构。

在短波红外波段，植物的光谱特性受叶片总含水量的控制。

（3）影响地物反射率的因素

受多种因素的综合影响,地物的光谱反射率并不是一成不变的。

概括起来,影响地物反射率的主要因素有三方面：

地物的结构与组分变化、太阳位置、环境因素。

3地物反射光谱的测量

（1）反射光谱测量的理论：

二向性反射率分布函数、二向反射比因子

（2）地物光谱的测量方法：

垂直测量和非垂直测量

第四节大气对电磁波传输过程的影响

所有用于遥感的电磁辐射都要通过大气层,经过大气传输才能被传感器接收。

电磁辐射在传输过程中与大气中的气体和微粒相互作用造成辐射能量的衰减,进而对遥感成像质量和遥感图像解译产生影响。

这种相互作用主要表现在大气的散射、吸收和透射等方面。

1大气的组成与结构

（1）大气成分：

“不可变气体成分”和“易变气体成分”

（2）大气层的结构：

对流层、平流层、中间层、热层和散逸层

2大气散射

根据大气中微粒的直径大小与电磁波波长的对比关系,通常把大气散射分为瑞利散射、米氏散射和非选择性散射三种主要类型。

瑞利散射的强度与波长的四次方成反比,波长越短散射越强。

瑞利散射降低了图像的“清晰度”或“对比度”。

大气散射作用改变了太阳辐射的方向,降低了太阳光直射的强度,是太阳辐射能量衰减的主要因素之一。

3大气吸收

太阳辐射穿过大气时受到多种大气成分的吸收,从而导致辐射能量的衰减。

在紫外、红外以及微波波段,大气吸收是引起电磁辐射能量衰减的主要原因。

臭氧、二氧化碳和水汽是三种最重要的吸收太阳辐射能量的大气成分。

4大气窗口

受大气吸收作用影响相对较小、大气透过率较高的电磁波段就成为遥感探测可以利用的有效电磁辐射波段,称为大气窗口。

第三章　传感器及其成像方式

一、教学重点

传感器及传感器的性能、摄影像片的几何特征、遥感图像的空间、时间、光谱、辐射分辨率。

摄影像片的几何特征

（一）掌握传感器的组成及如何评价其性能；

（二）了解摄影与扫描成像的基本原理，两者所形成的图像有什么区别；

（三）了解摄影像片的几何特征。

掌握像片比例尺的计算方法；

（四）掌握图像的空间分辨率、波谱分辨率、辐射分辨率与时间分辨率。

（五）了解成像光谱技术。

第一节传感器概述

1传感器的分类

传感器的种类繁多,分类方法也多种多样。

常见的分类方式有以下三种。

（1）按电磁波辐射来源：

主动式传感器（activesensor）和被动式传感器（passivesensor）；

（2）按成像原理和所获取图像性质：

摄影机、扫描仪和雷达三种类型；

（3）按记录电磁波信息方式：

成像方式（imagingmethod）的传感器和非成像方式（non-imagingmethod）的传感器。

2传感器的组成

从结构上看,所有类型的传感器基本上都由收集器、探测器、处理器、输出器四部分组成。

3传感器的性能

衡量传感器性能的指标很多,其中最重要的就是传感器的分辨率。

分辨率是遥感技术中经常使用的概念,是反映遥感数据质量的重要指标,包括空间分辨率、光谱分辨率、辐射分辨率和