遥感课件：第4章遥感应用.ppt

1、7.1 地质遥感7.1.1岩性的识别1. 岩石的反射光谱特征 岩石的反射光谱特征与岩石本身的矿物成分和颜色密切相关。由石英等浅色矿物为主组成的岩石具有较高的光谱反射率，在可见光遥感影像上表现为浅色调。铁镁质等深色矿物组成的岩石，在影像上表现为深色调。 岩石光谱反射率受组成岩石的矿物颗粒大小和表面粗糙度的影响。矿物颗粒较细，表面比较平滑的岩石，具有较高的反射率。反之，反射率较低。 岩石的表面湿度对反射率有影响。 岩石表面风化程度的影响。2. 三大岩类的判读（1）沉积岩的判读色调：沉积岩若以浅色矿物为主，岩石风化面颜色又较浅反射率偏高，色调较浅；以暗色和杂色矿物成份为主，风化面颜色较深，反射率偏低

2、，色调偏深。图形：沉积岩一般具有清晰的层理，在卫星图像上多呈条带状、条纹状。碎屑岩：主要是以其清晰的层理作为判读的重要标志。一般呈较典型的条带状空间特征，边界比较清晰，形成的山岭、谷地也较清晰。坚硬沉积岩：卫星图像上石英岩常形成正地形,较松软的泥岩和页岩常形成负地形。粘土岩的基岩裸露地，一般呈现细条纹或条纹夹条带的图形。碳酸盐岩：由于具有不同程度的可溶性，在不同的气候条件下，色调、图形特征的差异较大。 在高温多雨的气候带内，岩石被溶蚀的速度快，形成各种典型的喀斯特地貌。在高分辨率的卫星影像上可以观察到各种喀斯特地貌类型。 在半干燥区和干燥区，化学溶解作用较弱，因而石灰岩成为较强的抗物理风化的岩

3、石，地表缺乏典型的喀斯特地貌，在影像上区别较困难。（2）岩浆岩的判读 在岩浆岩中，酸性、中性、基性和超基性的反射光谱特性有明显的变化规律：从酸性到超基性，随着SiO2含量减少，铁镁质矿物含量逐渐增高，反射率逐渐降低，色调随之变深。（3）变质岩的判读 正变质岩的光谱特性及其色调特征与岩浆岩相似；负变质岩与沉积岩和部分岩浆岩相似。7.1.2地质构造的识别1.水平岩层的识别2.倾斜岩层的识别3.褶皱及其类型的识别4.断层及其类型的识别5.活动断裂的确定7.1.3构造运动的分析7.2.1 水体的光谱特征 在可见光波段0.6m之前，水的吸收少、反射率较低、大量透射。其中，水面反射率约5%左右；水体可见光

4、反射包含水表面反射、水体底部物质反射及水中悬浮物质的反射。 对于清水，在蓝绿光波段反射率4%5%，0.6 m以下的红光部分反射率降到2%3%，在近红外、短波红外部分几乎吸收全部的入射能量。电磁波与水体的相互作用： （1）水体的散射与反射主要出现在一定深度的水体中，称为“体散射”。水体的光谱特性主要表现为体散射而非表面反射。 （2）离开水面的辐射部分，除了水中散射光的向上部分外，还应包含在日光激励下水中叶绿素经光合作用所发出的荧光。 （3）水面入射光谱中，仅有可见光才透射入水，其他波段的入射光或被大气吸收或被水体表面吸收。1. 水体光谱特征与水中叶绿素含量的关系 随着叶绿素含量的不同，在0.43

5、0.70 m光谱段会有选择地出现较明显的差异。在波长0.44 m处有个吸收带。0.40.48 m（蓝光）反射辐射随叶绿素浓度加大而降低；在波长0.55 m处出现反射辐射峰，并随着叶绿素含量增加，反射辐射上升。2.水体光谱特征与悬浮泥沙含量的关系 随着水中悬浮泥沙浓度的增加，水体在整个可见光谱段的反射亮度增加，水体由暗变得越来越亮，同时反射峰值波长向长波方向移动，即从蓝绿更长波段移动。3.水体光谱特征与水深的关系 对于清澈的水体，近水面的曲线形态近乎于太阳辐射，随着水深的增大，水体对光谱组成的影响增大。在20m处，由于水体对红外波段光的有效吸收，近红外波段的能量几乎不存在，仅保存蓝绿波段的能量。

6、 同时光对水的穿深能力还与水体浑浊度有关。随着水中悬浮物质含量的增加，反射率明显增强，透射率明显下降。最大透射波长向长波方向移动。4.水体光谱与水温的关系 白天，水体将太阳辐射能量大量地吸收储存，增温比陆地慢，在遥感影像上表现为热红外波段辐射低，呈暗色调。在夜间，水温比周围地物温度高，发射辐射强，在热红外影像上呈高辐射区，为浅色调。5.水体污染的探测 可以采用遥感的方法探测到水体的污染的情况为： 水体污染物浓度较大且水色显著变黑、变红或变黄，并与背景水色有较大的差异时。 水体高度富营养化。 水体受到热污染。7.3.1 叶片和植被结构1.叶片结构 叶片的最上边是上表皮,下层为下表皮，上下表皮之间

7、是栅栏组织和海棉组织。栅栏组织是由叶绿素和其他色素组成；海棉组织由相互分离的不规则细胞组成。2.植被结构 从植物与光的相互作用出发，植被结构主要指植物叶子的形状，大小，植被冠层的形状、大小以及几何与外部结构。7.3.2 植物的光谱特征1.叶片的光谱特征 健康植物的波谱曲线有明显的特点，在可见光0.55 m附近有一个反射率为1020%的小反射峰。在0.45 m和0.65 m附近有两个明显的吸收谷。在0.70.8 m是一个陡坡，反射率急剧增高。在近红外波段0.81.3 m之间形成一个高的，反射率达40%或更大的反射峰。在1.45 m，1.95 m和2.62.7 m处有三个吸收谷。2.影响植物光谱的

8、因素 叶子的颜色： 叶子的组织构造： 叶子的含水量： 植物覆盖程度：7.3.3 不同植物类型的区分1.不同植物由于叶子的组织结构和所含色素不同，具有不同的光谱特征。如图：2.利用植物的物候期差异来区分植物，也是植物遥感重要方法之一。3.根据植物生态条件区别植物类型。7.3.4 植物生长状况的解译 健康的绿色植物具有典型的光谱特征，当生长状况发生变化时，波谱曲线形态也会随之改变。 植物受到病虫害影响时会因缺乏营养和水分而生长不良，叶子吸收比例会发生变化，使可见光的两个吸收谷不明显。近红外的变化更明显，峰值被削低，甚至消失。7.3.5 大面积农作物的遥感估产 大面积农作物的遥感估产主要包括三方面内

9、容：一，农作物的识别与种植面积估算；二，长势检测；三，估产模式的建立；1. 可以根据作物的色调、图形结构等差异最大的物候期的遥感影像和特定的地理位置等的特征，将其与其他植被区分开来。2.利用高时相分辨率的卫星图像对作物生长的全过程进行动态观测。植被指数：是由遥感图像的多光谱数据，经线性和非线性组合构成的对植被有一定指示意义的各种数值。常用的植被指数的类型为：（1）比值植被指数 由于可见光红光波段与近红外波段对绿色植物的光谱响应十分不同，两者简单的数值比能充分表示两反射率之间的差异，为比值植被指数。RNIRDNDNRVI（2）归一化植被指数归一化植被指数为近红外波段与可见光红波段数值之差和这两个

10、波段数值之和的比值。RNIRRNIRDNDNDNDNNDVI在植被遥感中，NDVI应用广泛的原因：（1）NDVI是植被生长状态及植被覆盖度的最佳指示因子。（2）NDVI经比值处理，可以部分消除与太阳高度角、卫星观测角、地形、云和大气条件有关的辐照度条件变化等的影响。（3）对于陆地表面主要覆盖而言，云、水、雪在可见光波段比近红外波段有较高的反射作用。（3）差值植被指数差值植被指数为近红外波段与可见光红波段数值之差。RNIRDNDNDVI（4）正交植被指数 PVI表征着在土壤背景上存在的植被的生物量，距离越大，生物量越大。065.11)(297. 2)(622. 1RNIRPVI3.遥感大面积农作

11、物估产 遥感大面积作物估产主要涉及3方面内容：作物识别、作物面积提取、作物长势分析。在这3方面内容综合的基础上，建立不同条件的多种估产模式，进行作物的遥感估产。1）作物识别与作物面积提取（1）遥感数据的采集与预处理 根据区域分布、作物类别、农事历等特点，选择空间、波谱、时间分辨率相对应的遥感图像数据。 气象卫星数据周期短，对监测作物全生长期的长势动态变化有明显优势，是作物估产不可缺少的信息。 在遥感数据时像的选择上，还要注意选择不同作物最易识别或对产量最有意义的生长期。（2）作物专题信息的提取 采用植被指数法提取作物专题信息。如DNVI与作物覆盖度关系密切，可以有效地提取面积信息；RVI反映作

12、物长势，可以提取生物量信息；PVI有效地滤去土壤背景及大气的干扰等。（3）作物面积的自动提取 遥感数据的自动分类 采用绿度分层技术自动提取作物面积 利用TM与NOAA数据结合提取作物面积（4）精度评价2）作物长势分析 以数量化的植被指数作为评价作物生长状态的定量标准。在某一时刻的植被指数是该时刻作物长势和面积的函数。当面积相对稳定时，植被指数的变化主要与作物长势有关，能直接建立绿度与作物长势的关系。结合地面已知样地的实测数据，可建立起各种不同条件下，单位面积产量与植被指数间的数量关系，即估产模式。7.3.6 遥感植被解译的应用1 植被制图 应用遥感影像进行植被的分类制图，尤其是大范围的植被制图

13、，是一种非常有效而且节约大量人力物力的工作，已被广泛的采用。2 城市绿化调查与生态环境评价3 草场资源调查4 农业资源调查1.土壤的遥感解译的理论基础1）成土因素学说 根据成土因素，分析推断出土壤的剖面形态、理化性状，确定土壤类型和分布。在遥感影像上，根据影像特征，可以解译出地貌、植被、母质、水文和农业生产等因素，对它们进行综合分析，揭示出这些因素信息与土壤的关系，可确定土壤类型和分布范围。2）表土性状的反映 没有植被覆盖的裸露土壤，其顶层的光谱特征可以在遥感影像上表现出来。而土壤的全部土层在发育过程中是相互联系的，剖面是一个不可分割的整体，不同类型的土壤具有不同的剖面构造和表土性态，表土的性

14、态是土壤属性的重要组成部分，可以指示整个土壤剖面的性态。3）分类依据 我国目前实行的分类系统中，有一部分分类单位的划分依据是地表特征，这些地表特征在遥感影像上 表现清楚，反映明显，很容易识别，可用于土壤解译。2.土壤解译的标志1）土壤的光谱特征 颜色：颜色浅的土壤具有较高的反射率，颜色较深的土壤反射率较低。 表面状况：在干燥条件下同样物质组成的细颗粒的土壤，表面比较平滑，具有较高的反射率，而较粗的颗粒具有相对较低的反射率， 有机质：土壤的反射率会随着有机质含量的增高而降低。 土壤水：土壤的反射率会随着水量的增加，反射率降低，并有两个明显的吸收带。2）土壤类型的解译标志 土类是由区域生物气候条件

15、决定的，需要根据调查区土壤的水平地带性和垂直地带性及非地带性与人为耕作熟化等方面的情况来确定。 亚类是在成土过程中受局部条件的影响使土类发生变化的因素，如不同的地形、植被条件，会使水热形成差异。 土属主要以地区性条件为依据，如地貌和母质。 土种根据一定的土壤剖面及其土体构型为依据划分，遥感图像虽难以达到要求，但可以作为土壤剖面的定性辨别。1. 精细农业基本概念 精心农业又称处方农业，可以在RS、GIS、GPS技术支持下，进行抽样调查，获取作物生长的各种影像因素。通过进行农田小区作物产量对比，分析影响小区产量差异的原因，获取农业生产中存在的空间和时间差异性信息，可以根据每个地块的农业资源特点，按

16、需实施微观调空，以充分利用现代化和机械化，精耕细作，获取高的经济效益。2.在3S技术支持下的精细农业的特点： 技术性强：3S技术涉及到电磁波理论、图像处理，图像解译、计算机硬件与软件技术、空间分析技术等多个领域，将这些理论、方法和技术与农业生产结合，具有很强的技术性。 定量化：通过3S技术，计算机可以精确控制着种子、肥料、农药等用量，它可以根据不同的土质、作物长势和其他农业生态环境特点，定量投放种子、肥料、农药等。 定位化：GPS提供的准确定位功能。具有GPS导航仪的收割机在经过每块土地内的作物或土壤区别对待的田间助手，农田机械可以根据不同地块的差别，自动调节种子、化肥和化学剂的投入量。 遥感

17、技术在精细农业中具有以下的应用： 农作物播种面积遥感监测与估算。 遥感监测作物长势与作物产量估算。 作物生态环境监测 灾害损失评估。（2）GIS在精细农业中的作用 GIS在精细农业中的应用包括以下方面： 绘制作物产量分布图。 农业专题地图分析。3.3S技术在精细农业中的综合应用（1）RS在精细农业中的作用（3）GPS在精细农业中的作用 GPS在接收机在精细农业中的作用包括精确定位、田间作业自动导航和测量地形起伏状况。（4）3S技术在精细农业中的综合应用 GIS和GPS结合提供了科学种田需要的定位和定量进行田间操作与田间管理的技术手段。 遥感和GIS结合提供了多种数据源，这为建立农田基础数据库奠定了基础。（1）深入开展遥感机理和农业遥感图像解译机理研究（2）提高农田作业定位精度（3）加强农田基础数据库自动更新研究（4）重视新型农田机械与3S技术的集成4. 3S技术在精细农业应用中面临的问题与解决途径