遥感课程教案(0506)

及备注

学时安排：48学时，周学时3（16周）

          讲授40学时，实验8学时

教学形式：讲授（多媒体）

考试形式：平时作业+期末考试

上课教师：杨德明（地球科学学院）

办公室地址：朝阳校区 鸽子楼 302-1

办公室电话：8502624

手机：

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学习目的：

1.掌握遥感科学技术的基本理论；

2.掌握遥感技术及应用的基本知识内容；

3.基本掌握遥感在资源与环境等方面应用的技术方法；

主要参考书：

1．梅安新等，遥感导论，高等教育出版社，2001

2．朱亮璞，遥感地质学，地质出版社，1994

3．王宇明，遥感技术及其应用，人民交通出版社，1991

4．孙天纵等，城市遥感，上海科学技术文献出版社，1995

一、什么是遥感

（一）遥感基本概念

遥感—是指不接触目标物而了解目标的某些特征，既遥远的感知。

遥感—通过获取目标物的电磁辐射信息，识别目标物及其性质的技术方法。

二、遥感技术系统与特点

（一）遥感技术系统

  遥感器和运载工具、遥感信息接收与预处理系统、遥感资料分析解译系统

（二）遥感技术特点

 视阈广阔：一幅TM图像覆盖地面面积34385km2。

 信息丰富：电磁波从可见光——微波多波段。

 定时定位观测：周期性观测、动态分析同一目标。

 遥感资料数据库建立和计算机处理技术的广泛应用

三、遥感科学技术的发展历史和前景

（一）遥感科学技术发展历史

早期阶段—第二次世界大战前，航空摄影阶段。

中期阶段—1937-1960，航空摄影发展到电视、扫描、雷达等多种成像技术，应用广泛。

第三阶段—60年代后，航空摄影、航天遥感科学技术。遥感电磁波段的拓宽—可见光、红外光、微波。计算机的研发和应用—发展了遥感图像处理技术

（二）遥感科学技术发展前景

四、遥感技术的应用领域

第一和第二部分学时

第三和第四部分学时

第一节学时

一、电磁辐射度量与单位

二、物体的热辐射

（一）绝对黑体及辐射测定

热辐射——由物体内部粒子的热运动所引起的电磁辐射。

温度高于绝对零度（0K= －）物体都热运动，并产生热辐射。

绝对黑体——在任何温度下，对于任何波长的入射辐射的吸收系数（率）恒等于1的物体，简称黑体。

普朗克热辐射定律：M（λ，T）= 2πhc2λ-5[exp（hc/λkT）-1]-1 

      c—真空中光速，

      h—普朗克常数（×10-34焦耳·秒)

      k—波耳兹曼常数（ ×10-23焦耳/开）

      M—辐射出射度

斯蒂芬—波耳兹曼定律：

在 0→∞波长内对上式积分得：M（λ，T）=σ· T 4　

σ=  ×10-8瓦/米2·开 4（为斯蒂芬—波耳兹曼常数）

 M—电磁波总辐射出射度

维恩位移定律：

对普朗克公式求导，得出λmax = b / T

                     b = ×10-3m · k（常数） 

几种温度下的黑体波谱曲线

物体按其发射特性一般分为三种类型

   ①黑体，发射辐射最大（ε=1），发射率与波长无关。

   ②灰体，发射率与波长无关，发射辐射比黑体小。

   ③选择性辐射体，发射率随波长而改变，一般小于黑体的发射率。

热惯量（P）是物体对环境温度变化的反映灵敏性的一种量度，热惯量越大，对环境温度变化的热反应越迟钝。它是描述物体热特性的一个宏观物理量。

P = （k ·ρ · c ）1/2    单位为焦耳/厘米2 ·秒1/2 ·度；

 k 为热扩散系数，单位为厘米2/秒，表示物体内温度变化的速率；

ρ为密度，单位为克/厘米3；c 为比热，单位为焦耳/克·度。

三、太阳辐射和地球辐射

（一）太阳辐射

太阳是太阳系中最大的电磁辐射源。最大辐射值在可见光波段，其波长峰值在μm 。

太阳常数—太阳辐射在大气上界处的垂直入射通量密度。平均太阳常数——1400W/m2

（二）地球辐射

 地球辐射的能量来源太阳短波辐射和地球内部热能与地球热辐射直接相关联的是地表的热平衡。

及要求

与难点

一、大气散射

散射比值因子：

 q =2πγ/λ

  γ—— 大气中微粒的半径     λ—— 电磁波的波长

（一）瑞利（Rayleigh）散射

      当q < 1 ，γ<<λ时的大气分子散射

  散射强度与λ4成反比，对短波长的电磁波散射强于长波长的。

（二）米氏（Mie）散射

 当q = 3 ， γ≈λ时的大气分子散射

  大气中的烟尘、水蒸气等引起的散射。对较长波段的电磁波影响较大。

（三）无选择性散射

 当q > 3 ， γ>>λ时的大气分子散射散射强度与波长无关，水滴的散射使云、雾成白色。

二、大气吸收

  大气中吸对电磁辐射影响更大。

  收太阳辐射的主要成分有：水汽（H2O）、臭氧（O3）、二氧化碳（CO2）。

三、大气反射

大气反射主要是云层的反射

云层厚度达50m时，反射量达>50%；云层厚度达500m时，反射量达>80%

四、大气窗口

电磁辐射与大气相互作用产生的效应，使得能够穿透大气的电磁辐射，局限在某些波长范围内，通常将这些透射率高的电磁辐射波段称为——大气窗口。

及要求

与难点

一、地物波谱与波谱分析

 遥感技术获取的地物基本信息——电磁波谱信息。物体在同一时间、空间条件下的地磁辐射特性是波长的函数。

二、反射波谱和发射波谱

（一）反射波谱

 反射波谱是某地物的反射率（ρ）随波长（λ）变化的律，用曲线表示即为反射波谱。

（二）发射波谱

 表示物体辐射发射率（ε）随波长变化规律的曲线即为该物体的发射波谱。目前可测量的物体发射波谱主要集中在3—5μm和8—14μm波段范围内。

三、植被的波谱特征

  植被的波谱特征最明显。绿色植被种类很多，但都有相似的反射波谱特征。

  在可见光绿波段μm附近有10-20%的反射峰。

  在红外线 μm间具有50-60%的强反射峰。

  在红光 μm和红外线 μm 、 μm附近具有强烈的吸收谷

四、水体的波谱特征

 水体的波谱特征主要受水的浑浊度、微生物含量、叶绿素含量、水深及水波浪等因素的影响。

   水体对电磁波吸收很强，在各波段反射率都较低，波长越长反射率越低。

 水的比热较大，热惯量较大，对红外线几乎全吸收，在红外

波段图像上呈的黑色调。夜间温度高的水体在热外图像呈浅色调。

五、 岩石的波谱特征

（一）岩石反射波谱基本特征

 影响岩石的波谱特征主要因素：

 岩石的矿物成分和化学成分（Fe+3、HO-、Al++、SiO2、羟基）

 结构构造、表面粗糙度、空间产出状态、裂隙发育程度、含水性、含水量

及要求

与难点

相同的地物对不同的电磁波谱有不同的电磁辐射特征，产生不同形态的波谱曲线。                                                                             

一、彩色视觉

彩色是可见光的一种属性，是一定波长内的电磁波在人眼中引起的视觉反映。

二、彩色三要素

消色体— 对入射光的各种单色光都能非选择性的吸收和反射的物体。

彩色体— 对入射光的各种单色光都能选择性的吸收和反射的物体。

彩色三要素：色别(调)— 彩色的类别

饱和度— 颜色的纯洁程度、白色的数量

明亮度— 彩色在视觉上引起的亮暗程度

三、三基（原）色原理

1．三原色：

国际上规定三原色光标准波长：红色光（R）— 波长 μm

绿色光（G）— 波长 μm 

蓝色光（B）— 波长 μm

2．三间色：

两原色光相加可合成三种间色光。

红光（R）+  绿光（G） =  黄光（Y）

 绿光（G）+ 蓝光（B）  =  青光（C）

 蓝光（B）+  红光（R）  =  品光（M）

 红光（R）+  绿光（G）+蓝光（B） = 白光（W）

3．补色光：

两色光相加成为白色光，这两色光称为互补色光

   红光（R） + 青光（C）  白光（W）

   绿光（G） + 品光（M）  = 白光（W）

   蓝光（B） + 黄光（Y）  = 白光（W）

加色法彩色合成               减色法彩色合成

四、多光谱摄影

1．滤光片基本特性

2．彩色合成

（1）加色法彩色合成（2）减色发彩色合成（3）摄影成像过程

第一节  遥感技术系统

一、遥感平台

（一）遥感平台类型 

地面遥感平台，航空遥感平台，航天遥感平台。

（二）卫星轨道参数与轨道特征

主要轨道参数：

a 轨道——近圆形轨道（长半轴≈短半轴）

b 偏心率——近趋近于0

c 轨道倾角（ i ≈90°）—近极地轨道（ i  = 轨道面与赤道面间夹角）

d 升交点、降交点  （卫星轨道与赤道面的交点）

e 轨道周期——卫星在轨道上绕地球一周的时间

f 轨道类型——与太阳同步卫星轨道（卫星轨道面与太阳光之间的夹角始终保持一直） 

二、遥感器

（一）遥感器基本组成及工作原理

（二）遥感器的主要特性参数

1．空间分辨率：遥感器能分辨目标物的能力（目标物间最小距离）

2．波谱分辨率：遥感器能分辨出目标物辐射电磁波的最小波长间隔（波段数、各波段的波长、各波段的间隔）

3．辐射分辨率：遥感器能分辨出目标物的最小辐射度差（反映目标物地磁辐射度上的微细差异）

4．时间分辨率：遥感器对同一目标物重复成像的周期

（三）主要类型的遥感器简介

摄影方式遥感器

扫描方式遥感器

光机扫描方式遥感器 红外扫描仪、多波段扫描仪（MSS、TM、ETM）

  固体扫描方式遥感器（电荷偶合器件CCD）

 成像波谱仪

 天线扫描成像遥感器  真实孔径侧视雷达、合成孔径侧视雷达

三、遥感地面接收站

四、遥感信息的传输

直接回收：飞机、航天飞机、返回式卫星

视频数据传输

五、遥感图像类型

1．按遥感平台划分

航天遥感图像、航空遥感图像、地面遥感图像

2．按影像比例尺划分

大比例尺遥感图像、中比例尺遥感图像、小比例尺遥感图像

3．按成像电磁波段划分 

紫外遥感图像、可见光遥感图像、近红外遥感图像、热红外遥感图像、微

波遥感图像、多波段遥感图像、高光谱遥感图像

第一节1学时

1．遥感图像波谱特性（物理特性）

波谱特性—是指遥感图像上影像的色调、色彩的物理意义，代表各类遥感图像在其响应波段内电磁辐射能量的大小。

（1）黑白全色、天然彩色像片—地物对可见光（微米)的反射能量；

（2）黑白红外、彩色红外像片—地物对可见光和摄影红外波段（微米)的反射能量；

（3）热红外图像—地物在热红外波段（8-14微米）的热辐射能量；

（4）成像雷达图像—地物对人工发射的微波（—100cm）后向散射回波的能量；

（5）多波段（多光谱）、超光谱（高光谱）图像—是各自响应波段辐射能量的大小反映。

2．遥感图像空间特性（几何特性）

空间分辨率——图像能分辨具有不同反差、相距一定距离相邻目标的能力。

影像分辨率——用显微镜观察影像时，1mm宽度内所能分辨出相间排列的黑白线对数（线对/mm）。

地面分辨率——遥感影像上能分辨的两个地物间的最小距离。扫描影像常用遥感器探测单元的瞬间视场（像元）的大小表示。

美国陆地卫星图像

多光谱扫描仪（MSS）图像——80m

专题制图仪（TM）图像——30m

增强型专题制图仪（ETM）——15m、 30m

法国SPOT卫星图像

多波段图像——20m；全波段图像——10m

法国SPOT-5卫星图像

多波段图像——5m；全波段图像——

印度IRS卫星图像

多波段图像—— 23  m；全波段图像——5m

中国—巴西地球资源卫星图像

全波段图像——19m

美国IKONOS卫星图像

多波段图像——4m；全波段图像——1m

美国Quickbird（快鸟）卫星图像

多波段图像——；全波段图像——

及要求

与难点

一、帧幅式摄影像片类型

水平航空像片、倾斜航空像片

单张航空像片、带状航空像片、面状航空像片

二、帧幅式摄影像片的影像重叠

1．面状航空摄影的地面覆盖和影像重叠：航向重叠：>53%  旁向重叠：20—30%

航空像片大小

2．按航空像片成像底片和洗印出的像片的尺寸分为：

18×18cm；23×23cm；30×30cm三种类型。

3．航空像片的注记

航空像片的注记有不同种表示式，但都表示的是：

航片编号（飞行日期）、航摄时间、航片水平状态、航片中心（像主点）等。

4．影像比例尺

图像上某一线段的长度与地面上相应的水平距离的比值。

比例尺：1 / m =f / H  f —焦距  H—航高

5．投影性质与几何变形——中心投影所有投影线都经过一个投影中心（S）

地形起伏对航片比例尺的影响

航片中心投影引起的像点位移  δh=±Δh · r/H

三、航空像片的波谱特性

1．消色物体的色调

2．彩色色物体的影像色彩

与难点

一、陆地卫星系列和轨道特征

美国陆地卫星Landsat-7 主要轨道参数：

轨道高度：；每天绕地球：圈，16天覆盖地球一遍，共绕行233圈；轨道倾角——；与太阳同步轨道。卫星设计寿命——5年

二、陆地卫星的遥感器和成像方式

三、陆地卫星图像的空间特性

像幅面积：185⨯185km2；像元数：61662个扫描点；像元点：30m

图像歪斜畸变、图像重叠、图像经纬度、图像比例尺

增强型专题制图仪（ETM）的波段和分辨率

波段号

及要求

与难点

一、地球观测卫星系列（SPOT）

SPOT—1 1986年2月22日发射

SPOT—2 1990年1月22日发射

SPOT—3 1993年9月发射 ，1996年11月14日因故失效

SPOT—4 1998年3月23日发射

SPOT—5计划2002年发射

SPOT卫星带有2台高分辨率可见光相机（HRV）

SPOT系列产品主要用于制图，也可用于陆地表面、农林调查、环境监测、区域和城市规划与制图

二、SPOT—卫星主要轨道参数

卫星

10 m

10 m

10 m

20 m

 -  (Green)

 -  (Red)

 -  (Near IR)

 -  (Mid IR)

及要求

与难点

一、我国卫星发射简介

二、返回式对地观测—国土普查卫星

FSW—0、 FSW—1、 FSW—2

三、中—巴地球资源卫星1号（CBERS-1）

中—巴地球资源卫星1号主要参数

四、中—巴地球资源卫星1号主要用途

监测国土资源的变化，每年更新全国土地利用图；

监测耕地面积，估计森林蓄积量、农作物长势、产量和草场载蓄量及每年的变化；

监测自然和人为灾害，快速查清洪涝、地震、林火和风沙等破坏情况；

对沿海经济开发、滩涂利用、水产养殖、环境污染提供动态情报；

勘探地下资源，圈定黄金、石油、煤炭、和建材等资源，监督资源合理开发。

五、卫星简介

福尔摩沙卫星二号 

‧空间分辨率：全波段2米、多波段8米

∙重量： 742公斤 左右

‧形状：六角柱形 

‧尺寸：高 米 、外径约 米 （太阳电能板未展开时） 

‧轨道： 1公里 高，太阳同步轨道，每日通过上空二次 

‧任务寿命：5年以上 

‧主要任务：地表遥测实用任务及高空大气闪电观测科学用途 

‧发射日期： 2004年5月

1学 时

及要求

与难点

印度地球资源遥感卫星及图像简介遥感卫星系列

俄罗斯遥感卫星RESRS—1

日本地球资源卫星（JERS）

欧空局地球资源卫星ERS-1 ERS-2 

加拿大地球资源卫星RADARSAT

美国terra卫星

美国IKONOS卫星

分辨率

波段2(绿色): 微米 

波段3(红色): 微米 

波段4(近红外): 微米

有地面控制点：水平精度2米，垂直精度3米

波长

450-900nm

及要求

与难点

2学 时

第一节   光学图像处理

一、光学密度分割处理

对于一幅色调（灰阶）连续变化的黑白图像，肉眼很难将其影像划分出界线，采用密度分割方法可将其连续变化的色调等密度的分成几个可识别的密度区间。

二、光学彩色合成影像

三、其它光学图像处理

1．边缘增强处理

2．光学比值方法

3．近代相干光图像处理

第一节1学时

一、数字图像和数字图像处理

1．数字图像—又称数字化图像，是一种以二维数组（矩阵）形式表示的图像。是

对连续变化的空间图像做等间距抽样所产生的抽样点—像元点组成。

2．遥感数字图像处理基本流程

二、图像恢复处理

大气校正——校正由大气散射（瑞利散射）引起的电磁辐射失真（对波长较短

的图像影响较大）。

几何校正——消除遥感图像在成像过程中的各种几何位置失真（畸变）的图像

处理过程。

数字镶嵌 ——指将相邻且互有重叠的两幅或数幅CCT数据，拼接生成一个在

几何形态上和色调分布上协调一直的，统一为一个的新图像。

数字放大——是对数字图像的采样点内插加密，即逐行逐列地在原图像的相邻

像元间等量插入新像元，并按一定的插值原理赋其亮度值

三、图像增强处理

反差增强处理——也称反差扩展或拉伸增强，是一种通过扩展图像的亮度数据分布，使之占满整个动态范围（0—255），以达到扩大地物间亮度差异，尽可能分辨出更多的亮度等级。

(一) 亮度统计

统计直方图——实际是一种亮度分布函数，反映出一幅图像中像元亮度的统计特征。

(二) 几种反差扩展

1．线性反差扩展；2．非线性反差扩展；3．直方图调整

(三) 多波段彩色增强处理

（四）比值增强

1.基本比值；2.和差组合比值；3.交叉比值；4.标准化比值

（五）卷积增强处理

卷积增强是一种邻域处理技术。它是通过一定尺寸的模板（矩阵）对原图像进行卷积运算达到图像增强的目的。

四、图像分类处理

   图像分类处理是由计算机按一定的判别模式来自动完成对数字图像中地物类别的划分和归类。

1．非监督分类—是在没有已知类别的训练数据及分类数的情况下，依据图像数据的结构（统计特征），按照待分样本在波谱空间中亮度值向量的相似程度，由计算机程序自动总结出分类参数进行分类。

2．监督分类—首先在图像中选取已知样本（训练区）的统计数据，从中找出分类的参数、条件，建立判别函数，在此基础之上对整个图像或待分类像元做出判别归类。

第一节  遥感解译

1．什么是遥感解译

遥感解译是指从图像获取地物信息的基本过程。根据工作的要求应用各种解译技术和方法，识别出目标物的性质和运动特点，测算出某种数量指标的过程。

2．遥感图像解译的基本要求

1.判明目标物的形态、属性空间展布特征；

2.量测目标物的各种参数；

3.推测各目标物间的时空关系，以及成因上的相互联系；

4.编制出相关的解译图件。

第二节 遥感解译标志

一、什么是解译标志

影像特征—是指遥感图像上地物的几何形状、大小、花纹、色调和色彩等。

解译标志—是指能用来识别目标物，并能说明其性质和相互关系的影像特征。

直接解译标志—是指在图像上能直接用来判断目标物的某些影像特征。

间接解译标志—是指需要通过分析、判别才能识别目标物及其属性的影像特征。

二、色调与色彩

色调与色彩——是地物电磁辐射信息构成的影像特征。是解译常用和重要的解译标志。

主要影响因素——地物本身的颜色、含水量、表面粗糙度、风化程度、表面土壤和植被覆盖程度以及光照条件的变化等等多种因素。

色调——多用于描述黑白图像上的地物，也称之为灰阶；

色彩——多用于描述彩色图像上的地物。

注意——不同类型的遥感图像上地物的色调和色彩的物理意义是不同的

三、地物的几何形态

地物的几何形态——是指遥感图像上地物的形状、大小。如圆形、方形、矩形、带状或其他形状等。

四、阴影

阴影——是形态和色调派生的解译标志。阴影的大小、形态和方向取决于地物的形态和光照条件。阴影一般是黑色调。

1.本影—地物未被阳光直接照射的阴暗部分。有助于建立立体视觉效果。山体阴阳坡的明暗界线既为山脊线。

2.落影 —地物投落在地面的影子。有助于识别地物的侧面形态，估测地物的高度

五、水系类型和水系分析

水系—是多级水道组合成的地表水文网。水系是遥感解译非常重要的解译标志，对地形、岩性、构造解译都非常重要。

（一）水系分级：水系分级是将水动力最小的一级定为第一级,支流与支流汇合后级别增加为前两支流的代数和.

第一节1学时

第二节3学时

1．山区水系类型

树枝状水系、钳形钩头树枝状水系、羽毛状树枝状水系、格状水系、棱格状水系、平行状水系、放射状水系、环状水系、星状水系、倒钩状水系、杂乱无章的水系 

2．平原区水系类型

扇状水系、辫状水系、曲流水系、网状水系

（三）水系分析

1．水系密度分析

2．水系分布分析

3．冲沟形态分析

五、影纹图案

1．影纹图案—是地物的形状、大小、色调、阴影、小水系、植被、微地貌、环境因素的综合显示。影纹图案可以宏观地反映大面积出露的某一种地物。在遥感图像上可以由点、斑、纹、线、带、垅、链、格、栅等影纹组成。

2．常见的影纹图案：

条带状、条纹状、网格状、环带状、垅岗状、链状、斑点状、斑块状等。

不同的比例尺图像上，同一种影纹有不同的变化。如大比例尺图像的条带状影纹在小比例尺图像上则成条纹状影纹。

六、其他解译标志

1．土壤、植被标志

植被——土壤——松散沉积物——母岩的相关性

2．人类活动标志

古代与现代的采场、采坑、矿冶遗址、渣矿砖窑、灰窑等是找矿或特殊岩性段的标志。

耕地的排布反映地形地貌特征，有时也反映出土壤层下的基岩构造特征，如火山口周围耕地呈环状布列，褶皱转折端的耕地常成弧形分布等。

村落与耕地密集程度反映当地土壤的宜耕性，地下潜水的供水情况等。

井、泉的线性分布常常反应隐覆断裂的展布特征。

与难点

第一节  岩浆岩解译 

形态标志 

大多数岩浆岩体具有较规则的平面几何形态，如圆形、椭圆形、环形、透镜状、脉状、块状等；除少数熔岩外，岩浆岩多数缺少层理影像特征；规模较大的侵入岩体常具有树枝状、环状、和放射状水系；常伴有节理群和岩脉。

色调标志 

岩浆岩反射率高低、色调的深浅与岩浆岩中SiO2含量铁镁质暗色矿物含量关系密切。

浅色矿物含量高——反射率高色调浅；暗色矿物含量高——反射率低色调深。

 一、中酸性岩体解译

1．波谱或色调特征

一般都具有较高的反射率，图像上呈浅色调。（受风化程度、岩石粒度、含水性、地势高差、植被和残坡积物的影响。）

2．几何形态特征

大型岩基多成圆穹状或不规则块状。中小型侵入体常成圆形、椭圆形、透镜状、串珠状或宽脉状。

3．地形地貌特征

形成具有环形影像的穹状山丘，时代晚的地势高差较大，时代早的地形多低缓或成低地形。

4．影纹图案

常具有粗斑状、姜块状、鸡爪状等特殊影纹。

5．水系特征

钳形树枝状水系、菱格状水系、环形放射状水系

二、脉岩解译

分布多成群成带定向分布，平面上多成平行状、斜列状、共轭状、环状、放射状等组合形态；成群的岩脉受区域断裂控制，具有明显的方向性；

花岗斑岩、伟晶岩等长英质岩脉图像上多呈浅色调，岩石抗风化能力强，地貌上多成线性垄岗状地形；

辉绿岩、煌斑岩等基性岩脉色调一般较深，易风化成低缓平地或线性沟槽状地形。多侵入于花岗岩中，或平行岩体边缘分布。

三、火山岩解译

近代火山岩解译效果很好。第四纪的火山机构在遥感图像上都有很明显的影像特征。如环形的火山锥、火山口，锥状穹岗状地形，火山锥区域分布多受大断裂控制。

第一节学时

一、沉积岩基本解译标志

1．影响沉积岩波谱和色调的主要因素：

岩石中有机质成分、暗色或杂色碎屑矿物含量、三价铁、锰的氧化物含量； 岩石孔裂隙的发育程度、岩石的湿度和含水量。沉积岩层理发育程度、产出状态及与地形的关系等。

2．沉积岩的主要图形特征：

层理显示出的条纹条带状影像是沉积岩最主要的图形特征。条带条纹可以是直线状、弧线形、折线性、曲线形和环形以及隐现状。

二、主要沉积岩的图像特征

1.粗碎屑岩（中粗粒砂岩、含砾砂岩、砾岩）解译

地形—常成桌状山、平顶山、单面山、猪背岭或阶梯状地形；

水系—以羽毛状、菱格状- 树枝状为主，水系密度小。。

影纹—成层性好，层理条纹条带状影像明显；

特殊影像—岩层三角面发育，是解译和追索的主要标志。

2．粉砂岩、粘土岩、页岩解译

地形—地形低缓，波状起伏地形上分布有大小不等、高差不大的浑圆状山头。

水系——水系密度大，较典型的树枝状水系。地面水体较多。

植被、耕地—土壤发育，耕地、农田、村庄较多。

影纹—由于岩石层理发育，颜色多样，图像上可见色彩不同的条纹。

3．碳酸盐岩解译

碳酸盐岩的风化与气候环境关系密切，在干旱和潮湿地区，其景观特征与解译标志明显不同。

  ①北方干旱地区：多为单调的浅色调，地势较陡峻，山脊尖棱状，沟谷“V”形，

水系较发育，基岩裸露，植被稀少，耕地不多。

②南方潮湿地区：色调较浅、杂斑状、斑点状，溶蚀地貌发育，内向水系，冲沟稀短、浅，植被较发育，耕地、村庄道路集中在河谷内。大面积碳酸岩地区可见有规律的裂隙，在卫星图像上呈现“桔皮”状“花生壳”状影纹图案。

三、松散沉积物的解译

1．黄土解译

色调 —— 均匀的浅色调；地貌 — 特殊的微地貌（塬、垛、峁等）；水系 — 树枝状、格状水系，密度大，“U”形冲沟；影纹 — 菱格状、条块状影纹。      

2．冲积物的解译

色调 — 河流的心滩、边滩和新洪积扇色调较浅；植被 — 河流两侧阶地农田发育；影纹 — 老洪积扇、阶地具有格子状、斑块状或斑点状影纹

3．干旱地区风沙、盐碱沉积物解译。

风沙沉积 — 色调浅而均匀，基本无植被，单个沙丘成新月状，组合成链状

盐碱地 — 色调较浅，水系不发育，植被稀疏，斑点状和斑块

变质岩是岩性解译中较困难的，浅变质岩解译效果较好。

原岩为岩浆岩的变质岩，其影像特征与岩浆岩相似；

原岩为沉积岩的变质岩其影像特征与沉积岩相似。

波谱和色调特征 — 在可见光、近红外和短波红外（—μm）的反射波谱特征主要是铁、锰、铜等金属离子和羟基、碳酸根离子及水等成分引起的。

一、区域变质岩的解译主要解译标志

地貌标志 — 地形细碎，微地貌发育，小冲沟、小山脊多受辟理、节理、片理和片麻理等定向性组构控制，分布有一定方向性。

影纹标志— 图像可见隐现的细线纹，宽窄不一，弧形、蛇曲形断续延伸。

有时可见大理岩、石英岩、磁铁石英岩夹层，成正突起地形。片岩、千枚岩的夹层则成槽形负地形。

水系标志— 密集的树枝状水系，平面组合多成环形放射状树枝状水系。

第四节  岩性解译原则与解译方法

一、岩性解译难点

像幅面积大，景物多而杂岩性解译标志变化较大；

地表干扰因素多，如覆盖土层、植被、含水性、风化程度、气候环境等；

岩石本身物质成分、空间产出状态，后期的岩浆活动、蚀变、构造叠加等。

二、岩性解译原则

先宏观后微观、 从已知区到未知区、从典型到一般、先构造后岩性、先大类

后具体类型、一般先岩浆岩后沉积岩再变质岩、先卫片后航片再图像处理。

三、基本解译方法

（1）利用多波段、多种类遥感等资料识别岩性；

（2）利用岩石热惯量识别岩性；

（3）利用高光谱遥感资料识别岩性；

（4）利用多源地学信息资料识别岩性；

（5）遥感解译与实际调查密切结合识别岩性。

第四节学时

构造解译内容

（1）解译各种构造形迹和尺度；

（2）判别各种构造形迹的性质和类型；

（3）编制构造解译图；

（4）分析各种构造形迹的空间展布及组合规律，总结区域构造特征。

基本解译原则

（1）根据研究区域的尺度，应用相应比例尺的遥感图像；

（2）多时像、多片种、多波段遥感资料对比分析；

（3）各种相关地学资料相结合；

（4）从区域构造格架入手，逐级解译，综合分析。

第一节   岩层产状解译

一、不同产状岩层的遥感图像特征

（一）水平岩层的图像特征（倾角小于5o）

1．地形平坦地区 —  地表只出露最上部地层，图像色调、水系、影纹都较均一；

2．地形起伏地区 — 地层被切割较强烈，新岩层分布在高处，老岩层分布在低处。岩层条带在图像上呈现：同心环形、贝壳形、花边状、云朵状等。

地形上多成阶梯状地形，方山、桌状山、平顶山。水系多为深切而较密集的河谷，地形较破碎。

（二）直立岩层的图像特征（倾角大于85o）

不同的岩层在遥感图像上呈现出由色调、微地貌、影纹组成的直线形或弧线形条带。条带可穿越沟谷、山脊。

坚硬的岩层可成两坡对称平直的脊垅状地形；软岩层可成平直的沟槽洼地，二者组成“肋状”地形。

（三）倾斜岩层与单斜构造的图像特征（倾角5o — 85o）

1．地形平坦区倾斜岩层与直立岩层的图像特征相似，为直线形的条纹或条带；

2．地形起伏和地表侵蚀切割较大地区，岩层条或条带可组成一系列的折线状、锯齿状、弧线状等影像特征；

3．地貌上常常形成单面山、猪背岭等地形。单面山两侧水系发育不对称，色调和影纹也不同。

二、岩层产状解译

岩层三角面 — 在遥感图像上同一倾斜岩层地表露头上的最高点（山脊点）和与之相邻的两个最低点（沟谷点），相连结而成的一假想三角形平面。可以用其判断岩层产状。 

受岩性和地形侵蚀形态的影响，图像上岩层三角面可以是三角形、半圆形、半月形、梯形。多个三角面沿岩层倾向形成叠瓦状影像。沿岩层走向相连成锯齿状、波浪状或不规则折线状条带。

第一节1学时

一、褶皱构造解译标志

形态标志— 图像上色调、地形、影纹条带呈圈闭或半圈闭的圆形、椭圆形、弧形、长条形，并有较明显的对称图形。

1．构造地貌对称性分布：岩层三角面、单面山、猪背岭等构造地貌沿某一界面对称重复分布。

2．岩层条带对称重复分：具有相同影像特征的条带对称重复分布。

转折端的标志：转折端岩层条带弯曲，岩层三角面有规律的偏转成弧形。

3．水系标志：褶皱两翼的地表水系的密度、类型对称分布，转折端水系可成弧形

分布，在转折端也可呈现收敛或撒开状的水系。

二、褶皱构造特征分析

（一）褶皱构造类型分析

1．岩层三角面标志：背斜—岩层三角面尖端指向相对，两翼单面山顺向坡向外倾斜，顺向坡水系向外流且对称；向斜—岩层三角面尖端指向相背，两翼单面山顺向坡向里倾斜，顺向坡水系向内流且对称。

2．转折端标志：背斜具有外倾转折端及撒开水系，河流在通过转折端弧形弯曲；向斜具有内倾转折端和收敛水系。

3．图形标志：河流横切背斜核部时，岩层条带成纺锤形；河流横切向斜核部时，岩层条带成哑铃形。

4．褶皱内部节理、裂隙组合标志：背斜核部多形成纵向或横向张节理，翼部成扭性节理；向斜核部多发育扭性节理，翼部发育横向张节理。

（二）褶皱横剖面形态的遥感分析

在遥感图像上通过影像特征分析两翼岩层产状及两翼同一岩层条带出露宽度的变化，推断褶皱的剖面形态。

1．直立褶皱：图像上两翼岩层三角面的形态相同或相似，岩层三角面尖端（山脊点）指向相对。同一单元的岩层条带在两翼露宽度大致相同。

2．歪斜褶皱：两翼岩层三角面的形态明显不同，产状平缓翼岩层三角面长，产状较陡翼岩层三角面短。同一单元岩层条带在缓翼出露较宽，在陡翼出露较窄。

3．倒转褶皱：两翼岩层三角面尖端（山脊点）指向相同，形态明显不同，正常翼岩层三角面长，倒转翼岩层三角面短。同一单元岩层条带正常翼出露较宽，倒转翼出露较窄。

4．同斜褶皱：两翼岩层三角面尖端（山脊点）指向相同，形态相同或相似，同一单元岩层条带正常翼和倒转翼出露宽度相等。

（三）褶皱构造组合的影像特征

1．紧闭形褶皱构造

2．宽展型褶皱组合

3．平缓型褶皱构造

4．叠加型褶皱构造

一、断裂与线性构造

1．线状形迹（Linear  features）

线状形迹是指遥感图像上由色调或地形、地物所显示的沿某一方向有规律地展布的直线状或微弯曲的线状影像。如：线状的地质构造、线状的自然地物或边界、线状的人类工程。

2．线性构造（Lineament）

线性构造是指在遥感图像上与地质作用有关的直线、弧线、折线状的线性影像。

二、断裂构造解译标志

1．地层岩体被错开、同一单元地层条带重复出现或缺失；

2．构造标志：构造线或构造形迹的不连续构造破碎带的直接出露；

3．色调标志色调异常带、色调异常线、色调异常界面；

4．地貌标志：断层三角面、断层崖的线状排列；各种地貌要素的错动；两类地貌单元直线或折线状的分界线；线状展布异常地形地貌。

5．岩浆活动标志：岩浆及热液活动受断裂控制，是断裂主要解译标志。 

三、断裂构造特征分析 

（一）断层运动方向的判定

①根据地物被断层错动的图像特征判断；②根据断层两侧派生构造的图像特征判断；③根据水系、水文网的扭曲、错动图形判断；④根据断层两盘褶皱核部的宽窄影像判断；⑤在松散沉积物覆盖区，根据断层两侧色调深浅判断。

（二）断层力学性质分析

1．压性断裂：线性影像多成舒缓波状，延伸远，走向较稳定；多条线性断裂平行排列，断裂带内常见透镜状构造岩块； 

2．扭性断裂：线性构造多为平直较窄的直线状线性影像，走向稳定、延伸远，可穿切不同的地貌单元；有规律的成组出现；在图像上可较明显的见到错移现象；

3．张性断裂：线形构造常成锯齿状的折线形，宽窄变较大，断续延伸，雁行状排布；沿张性断裂可见断层陡崖、断层三角面、不规则的陡坎。 

（三）断层类型遥感图像分析

1．正断层断：层线性影像较平直，沿断层常见断层陡崖和断层三角面，沿断层常出现断续的沟槽状地形。正断层常组合成地堑、地垒和阶梯状断层，地貌上成带状断陷盆地地垒山、地堑湖；

2．逆断层：高角度逆断层线性影像较平直，中等角度的逆断层线性影像多成舒缓波状，连续性好。上升盘断层藏形成阶梯状崩塌地形。（与压性断裂影像相似）；

3．平移断层：平移断层的图像特征与扭性断裂相似；

4．逆冲断层：线性影像多弧线形、曲线形，断层上盘可见平行断层线的弧形褶皱构造，叠瓦式排列。推覆构造附近可见与周围影像标志差异“构造窗”、“飞来峰”；

5．韧性剪切带：图像上成相互平行、断续延伸的密集细线纹组成的线纹构造带。线纹带中部影像清楚，带内细线纹构造与线纹带总体走向小角度斜交。

一、环形影像与环形构造

环形影像—在遥感图像上由色调、水系、地形、影纹结构等标志显示出的近圆形、环形或未封闭的弧形等影像特征。

1．地理地貌景观：近圆形的湖泊、风化残山、冻土鼓丘、弧形的牛轭湖等

2．人类活动痕迹：近圆形的水库、农田果园和林地、人造工程等；

3．地质作用成因：火山机构、岩浆活动中心、岩体、盐丘、 穹隆、短轴褶皱；

4．宇宙成因：陨石撞击坑

环形构造—是指成因上与地质作用或宇宙作用有关的环形影像。

二、环形构造影像特征

1．在遥感图像上，环形构造多以色调环、地形环、水系环、植被环、影纹环或它们的复合类型的环形影像表现出来。

2．在松散沉积物覆盖区的环形构造多表现为环形的色调异常，轮廓较模糊或成晕环状；

3．平原区的环形构造也可由环形或弧形分布的残山、小型水体，以及圆形组合的斑点或斑块影纹表现出来；

4．在山区环形构造多表现为环形分布的山脊、沟谷，近圆形的山体或山间盆地。

三、环形构造的分布特征

1．在遥感图像上环形构造显示可以是显现的、隐现的、连续的、断续的。

2．环形构造的规模大可以达数百公里，穿过地表各种地质界线；小的可以数百米，甚至更小。

3．平面分布可以是单个环、套环、同心环、子母环、群环、项环线状串珠环或斜列环等，不同的形态组合反映出不同的构造成因。

四、 环形构造的成因

1．与构造成因有关的环形构造

（1）短轴褶皱、叠加形成的穹隆和构造盆地、前寒武纪片麻岩穹隆；（2）隆起和拗陷盆地；旋扭构造形成的弧形、环形组合构造；（3）各种构造岩块、地块；（4）盐丘底辟构造、古潜山、隐伏礁体。

2．与岩浆活动成因有关的环形构造

（1）环状火山机构（火山锥、火山口湖、破火山口）；（2）环形侵入岩体、混合岩化作用和古老侵入体形成的环形构造，以及与岩浆作用有关环形构造。

3．热液蚀变、烃类扩散、热辐射等成因造成环形构造。

（1）热液蚀变形成的环形晕圈状色调异常；（2）油气藏上部的烃类微渗漏形成的“团块状”或“晕圈状”异常；（3）地热异常在热红外图像上呈现的“雾状”色调异常。

4．地学成因未能确定的环形构造

遥感图像上呈现出的某些环形构造 ，根据地质和地球物理资料初步判断与地质成因有关，但目前还无法查明其具体成因。

5．陨石撞击成因的环形构造

第一节  城市遥感信息识别提取

一、城市的电磁波谱与影像特征

（一）城市的电磁波谱特征

1．城市建筑物波谱特征

2．城市水体的波谱特征

3．城市土壤的波谱特征

4．城市道路的电磁波谱特征

5．城市垃圾的波谱特征

6．建筑物和道路的热辐射特征

（二）城市影像特征

1.城市的色调特征（物理特征）—主要取决于组成城市的各单元体的空间结构和电磁辐射特征。

主要影响因素有：（1）城市地物的质材、空间结构、粗糙度、含水性；（2）成像季节、光照条件、太阳高度角、地形地势；（3）成像电磁波谱段、感光材料和像片冲洗条件；（4）图像比例尺、空间分辨率。

2.城市的空间几何特征

——主要是指城市整体和城市内部各单元的形态和空间布局特征，也可称图形结构特征。

（1）城市形状

城市整体形状—取决于城市的地形地貌、交通、城市的地位等。

城市各单元形态—取决于各单元体的功能、环境位置等。

城市空间布局—取决于城市的经济地理位置、城市发展水平、城市的社会环境及条件等。

（2）城市规模—是指城市的空间分布大小以及内部各组成单元体的大小。

     城市整体规模：主要取决于城市的社会经济及地理位置。

     各单元的规模：主要取决于各单元的功能、经济水平、地理位置等。

（3）文理或结构—是指城市内部各组成单元的形状、规模、位置相互关系等在空间上构成的图形。影响城市文理结构的主要因素有：城市的社会经济地理位置 、城市的功能、城市的发展水平及遥感图像的空间分辨率和比例尺等。

第二节 城市用地遥感图像特征分析

1．城市占地位置的遥感图像特征 

2．城市空间用地结构特征

3．城市内部各组成单元影像特征

第一节学

第一节学

一、居民地及背景地物光谱分析

   以成都市为例，应用图像数据分析不同类型居民点与背景地物在光谱特征上的差异。

1．采样，对所有采样数据进行均值、最小值、最大值统计；

2．各类地物采样光谱的均值和光谱曲线。

二、居民地及背景地物光谱均值特征分析

典型地物：道路、河滩地、河流、城市、县城、乡镇、村集、菜地、水稻

三、基于光谱分析的居民地的提取模型

（1）城镇光谱提取模型：（2）村集光谱提取模型

第四节  城市人口的遥感估算

一、人口估算的可行性

1．选择用于人口估算的航空像片和卫星图像。

2．通过房屋的各种标志、房屋结构、房屋布局以及与周围地物的关系等，识别住房与非住房，划分居住地与非居住地。

3．对居住地住房区分住房类型。

4．通过航空像片立体观察识别住房的楼层数。

5．.确定住宅的户数。

二、城市人口的遥感估算方法

1．居住单元估算法

2．土地利用密度法

3．建成区面积估算法

4．多光谱遥感数据估算法

三、南京市人口遥感估算试验（案例）

1．航空像片判读，建立识别标志 

2．划分详细等级类型，建立相应识别标志

3．测算人口密度

4．计算各街道管辖区人口数

5．结果对比分析

第四节学时

第一节  遥感技术在农业上的应用方向概述

（一）农业资源调查

土地利用现状、土壤类型、草场资源、低产田、土地资源和水资源的调查。

调查之后，进行综合评价，为农业资源开发提供基础数据、科学依据和基本图件。

（二）农业资源动态监测

农作物长势监测、土地沙化和盐渍化监测、鱼群监测、农业用地污染的持续性

和动态性监测。

在监测过程中不断提供农业资源动态变化数据和图件，提出应该采取的对策或

措施，用于农业生产管理和决策。

（三）生物量估测（估产）

结合农学知识和环境因素，预测大宗农作物的产量，预测淡水养殖的产量和草场的产草量等。

（四）农业灾害预报

农作物病虫害、草场雪灾和火灾的监测和预报；洪水预警、测定受灾面积和灾后评估。

（五）特殊应用

农业人口分布和农村运输网调查；水土流失监测；野生动物调查

第一节学时

一、概述

（一）遥感土地调查

土地调查：查清土地资源的数量、质量、分布、利用和权属状况。包括土地利用现状调查、地籍调查和土地条件调查。

遥感土地资源调查：运用遥感技术，对一定区域内的土地资源的数量、质量分布、利用状况和变化规律的调查。特点：速度快、精度高；但是应该以常规调查方法作为辅助。

（二）遥感土地资源动态监测

利用遥感技术，对土地资源类型、质量、数量、社会经济属性以及土地利用的

动态变化规律和特征，进行系统的研究。

遥感土地资源动态监测的对象不同，其监测内容和目标也不同。

（三）遥感土地资源动态监测方法

1．遥感图像预处理方法

2.土地资源变化信息提取方法

二、遥感土地资源调查特点

1．校准确地观察地表土地资源类型及其构成的信息，覆盖面积大，宏观性强；

2．遥感光谱视域宽（紫外—红外）可获取多波段土地资源类型、土地利用类型信息，信息丰富多样；

3．可获取多时相、多种类、多比例尺、速度快的遥感数据，有利于土地资源的动态监测；

4．与常规调查技术相比较具有成本低、效率高，信息现势行腔强的特点。

三、遥感土地资源调查的程序和方法

（一）遥感土地调查程序

（二）遥感土地利用动态监测程序

四、 遥感土地调查基本程序

（一）准备工作

1．组织准备；2．资料的准备及整理；3．物质准备；4．技术准备

 (二) 野外概查

1．路线调查；2．拟定工作分类系统；3．建立影像解译标志

（三）室内预判与实地调绘

1．目视判读；3．掌握调绘底图的比例尺；2．选择调绘路线；4．确定验证样区；5．选好野外观测点实地解译；6．调绘底图的定向、定位；7．调绘填图。

第三节  农业、林业典型遥感图像分析

一、农业、林业典型遥感图像分析

二、黄河三角洲土地动态变化遥感监测实例分析

第三节学时

遥感环境监测应用领域：

•洪水灾情预报监测

•大气环境遥感监测

•森林草原火灾预报监测

•火山活动的遥感监测

•海洋环境及水污的遥感监测

•土地沙化、碱化等荒漠的遥感监测

•地质灾害的遥感监测

第一节  洪水灾情预报遥感监测典型图像分析

第二节  大气环境遥感监测典型图像分析

第三节  森林火灾遥感监测典型图像分析

第四节  火山活动遥感监测典型图像分析

第五节  海洋环境及水污染遥感监测典型图像分析

第六节  土地荒漠化遥感监测典型图像分析

第七节  地质灾害遥感监测典型图像分析

第一、二、三节1学时

第四、五、六、七节1学时

 第一节 地理信息系统

一、地理信息系统的概念

二、地理信息系统的研究与应用现状

三、地理信息系统在资源环境研究中的应用

 第二节 卫星定位导航系统

一、卫星定位导航系统的基本概念

二、美、俄卫星定位导航系统简介

三、卫星定位导航系统在资源环境研究中的应用

第三节 遥感、地理信息系统和全球定位系统的集成与应用

一、遥感与地理信息系统的集成

二、遥感与全球定位系统的集成

三、遥感、地理信息系统和全球定位系统的整体集成

四、遥感、地理信息系统、全球定位系统、数字摄影测量系统和专家系统的结合—5S集成系统

实验一2学时

实验二2学时

实验三2学时

实验四2学时

②掌握地貌单元、地质灾害图像特征和解译方法；

③掌握主要农作物、森林植被与农林灾害的图像特征和解译方法；

④掌握主要类型土地资源、城市土地动态变化的图像特征和解译方法。