北京建筑大学遥感基础PPT第六次课遥感影像地学分析与应用.ppt
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1、北京建筑大学遥感基础PPT第六次课遥感影像地学分析与应用 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望本章内容本章内容7.1 遥感影像地学分析方法7.2 植被信息提取与应用7.3 水体信息提取与应用7.4 居民地特征提取7.5 土壤信息提取与应用7.6 高光谱遥感及应用11/7/20222本章要求本章要求l本章主要讲述遥感影像在地学方面的应用,要求学生了解遥感技术在地学方面的主要应用领域,以及在该领域中遥感技术应用的一般原理和基本方法。11/7/202237.1
2、 遥感影像地学分析方法遥感影像地学分析方法l遥感图像反映的是某一区域特定地理环境中的综合信息,它综合地反映了地球系统各要素的相关性。l遥感地学相关分析,指的是充分认识地物间的相关性,在遥感图像上寻找目标识别的相关因子,建立直接解译标志和间接解译标志,推断出识别目标本身。11/7/202247.1 遥感影像地学分析方法(续)遥感影像地学分析方法(续)l地学(地理、地质、气象等)背景知识l遥感影像的尺度特征l混合像元l光谱分辩率l时间分辩率(影像获取时间)11/7/202257.2 植被信息提取与应用植被信息提取与应用l植被光谱特征与影响因素l不同植物类型信息的提取l植物遥感应用11/7/2022
3、61 1)植被光谱特征与影响因素植被光谱特征与影响因素 植被调查是遥感的重要应用领域。植被是环境的重要组成因子,也是反映区域生态环境的最好标志之一,同时也是土壤、水文等要素的解译标志。个别植物还是找矿的指示植物。植被解译的目的是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作出估算,因而可以为环境监测、生物多样性保护、农业、林业等有关部门提供信息服务。11/7/20227(1 1)植物的光谱特征)植物的光谱特征l健康绿色植物的反射光谱特征叶绿素的吸收波段水的吸收绿叶的反射率11/7/20228l叶子的颜色:植物叶子中含有多种色素,在可见光范围内,其反射峰值落在相应的波长
4、范围内。l叶子的组织构造l叶子的含水量l植物覆盖程度(2)影响植物光谱的因素影响植物光谱的因素11/7/20229l不同植物类型的区分不同植物类型的区分 不同植被类型,由于组织结构不同,季相不同,生态条件不同,而具有不同的光谱特征、形态特征和环境特征,在遥感影像中可以表现出来。在0.81.1微米的近红外光影像上,可以有效地区分出针叶树、阔叶树和草本植物。2)不同植物类型信息的提取)不同植物类型信息的提取11/7/202210l利利用用植植物物的的物物候候期期差差异异来来区区分分植植物物,也是植被遥感重要方法之一。最明显的是冬季时,落叶树的叶子已经凋谢,叶子的色素组织都发生变化,在遥感影像上显示
5、不出植物的影像特征,无论是可见光区和近红外光区,总体的反射率都下降,蓝光和红光的吸收谷都不明显。而常绿的树木仍然保持植物反射光谱曲线特征,两者很容易辨别。11/7/202211l根根根根据据据据植植植植物物物物生生生生态态态态条条条条件件件件区区区区别别别别植植植植物物物物类类类类型型型型。不同种类的植物,有不同的适宜生态条件,如温度条件、水分条件、土壤条件、地貌条件等等。这些条件在一个地区综合地影响着植被的分布,但其中的主导因素起着重要的作用。受温度的限制,不同地理地带生长着不同的植物,在同一地理地带受海拔高度的影响,形成不同的温度-湿度组合和植被类型。11/7/202212l在高分辨率遥感
6、影像上,可比较直接地确定乔木、灌木、草地等类型,还可以分出次一级的类型。l草本植物在高分辨遥感影像上表现为大片均匀的色调,由于草本植物比较低矮因而看不出阴影。l灌木:遥感影像呈不均匀的细颗粒结构,一般灌木植株高度不大,阴影不明显。l乔木:形体比较高大,有明显的阴影,根据其落影可看到其侧面的轮廓。从乔木的树冠也可明显地识别出其阳面和阴面(本影)以及树冠的形状,并结合其纹理结构的粗细,明确区分出针叶树和阔叶树,甚至具体的树种。11/7/202213l植物生长状况的解译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。当植物生长状况发生变化时,其波谱曲线的形态也会随之改变。如植物因受到病虫害,农
7、作物因缺乏营养和水分而生长不良时,海绵组织受到破坏,叶子的色素比例也发生变化,使得可见光区的两个吸收谷不明显,0.550.550.550.55微微微微米米米米处处处处的反射峰按植物叶子被损伤的程度而变低、变平。近近近近红红红红外外外外光光光光区区区区的变化更为明显,峰值被削低,甚至消失,整个反射光谱曲线的波状特征被拉平。健康植物轻微受损严重受损11/7/202214遥感植被解译有极为广泛的用途,资源卫星都把植被的探测作为重要的目标,无论是传感器波段的选择或是重复周期(时相分辨率)的选择都充分考虑植被的生长规律。l植被制图l城市绿化调查与生态环境评价l草场资源调查l林业资源调查3)遥感植被解译的
8、应用)遥感植被解译的应用11/7/202215l遥感植被解译的应用l植植被被制制图图: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,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。在我国内蒙古草场资源遥感调查,“三北”防护林遥感调查、水土流失遥感调查、洪湖水生植被调查、洞庭湖芦苇资源的调查等等研究中,都充分利用了遥感影像,其制图精度超过了传统方法。此外,在湖北的神农架地区以及湖北、四川部分地区的大熊猫栖息地的调查中,利用遥感影像把大熊猫的主要食用植物箭竹与其他植物区别开来,从而为圈定大熊猫的栖息地起到了重要的作用。11/7/202216l遥感植被解译的应用遥感植被解译的应用
9、l城市绿化调查与生态环境评价:改善城市的生态环境,提高城市绿化水平是我国城市生态建设的重要问题。近20年来,我国应用高分辨率遥感影像进行城市绿化调查已取得了显著的成效。我国的几个主要特大城市都进行过这方面的工作,上海市曾在航空遥感综合调查中,通过遥感影像解译与野外实测相结合找出遥感影像特征与植株高度、胸径的关系,提出“三维绿化指数”或“绿量”指标,以代替原先的“绿化覆盖率”指标来评价城市绿化水平。相同面积的草地、灌木和乔木具有相同的“绿化覆盖率”,但具有不同的“绿量”,其中,乔木具有最高的“绿量”,而草地的绿量最小,同样面积的乔木制氧和净化空气的效率为草地的45倍。这对改善城市生态建设和管理的
10、理论和实践都有重要指导意义。11/7/202217l遥感植被解译的应用遥感植被解译的应用l草场资源调查:牧草的产量与长势的好坏直接相关,而产草量是载畜量的决定因素。我国在内蒙古草场、天山北坡草场等遥感综合调查中,应用遥感技术确定草场类型,进行草场质量评价。内蒙古草场资源遥感结合地面样点光谱测量数据,指出比值植被指数与产草量有良好的关系,计算草场总产草量。在具体工作中还可以划分出不同草场类型,不同产草量等级,分别确定合理的载畜量。11/7/202218l遥感植被解译的应用l林林业业资资源源调调查查:林业部门是我国采用遥感技术进行资源调查最早的部门之一,在我国的各大林区都应用过遥感影像制作森林分布
11、图、宜林地分布图等。其中尤其是19871990年之间全面开展的“三北”防护林遥感综合调查的重点科技攻关项目,对横贯我国的东北、华北和西北已建的防护林网的分布、面积、保存率和有效性进行评估。在调查研究中采用陆地卫星TM影像,国土卫星影像和试点区的航空遥感影像进行解译,制作了林地分布、立地条件、土地利用、土地类型等多种专题图。11/7/2022197.3 水体信息自动提取与应用水体信息自动提取与应用l水体的光谱特征l水体遥感信息的应用11/7/202220水体遥感的主要任务水体遥感的主要任务 水体遥感监测的主要任务是通过对遥感影像的分析,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,
12、从而对一个地区的水资源和水环境等作出评价,为水利、交通、航运及资源环境等部门提供决策服务。11/7/2022211)水体的光谱特征)水体的光谱特征l太阳光照射到水面,少部分被水面反射回空中,大部分入射到水体。l入射到水体的光,又大部分被水体吸收,部分被水中悬浮物(泥沙、有机质等)反射,l少部分透射到水底,被水底吸收和反射。被悬浮物反射和被水底反射的辐射,部分返回水面,折回到空中。l因此遥感器所接收到的辐射就包括水面反射光、悬浮物反射光、水底反射光和天空散射光。11/7/2022221 1)水体的光谱特征(续一)水体的光谱特征(续一)l在可见光范围内,水体的反射率总体上比较低(一般为4%5%),
13、并随着波长的增大逐渐降低,到 0.6微米处约2%3%,过了0.75微米,水体几乎成为全吸收体。l因此,在近红外的遥感影像上,清澈的水体呈黑色。l为区分水陆界线,确定地面上有无水体覆盖,应选择近红外波段的影像。l水体在微波1mm30cm范围内的发射率较低,约为0.4%。平坦的水面,后向散射很弱,l因此侧视雷达影像上,水体呈黑色。故用雷达影像来确定洪水淹没的范围也是有效的手段。11/7/202223黄河水(泥沙含量960mg/L)长江水(92.5mg/L)湖水(47.9mg/L)11/7/2022241 1)水体的光谱特征(续二)水体的光谱特征(续二)含有泥沙的浑浊水体与清水比较,光谱反射特征差异
14、:l浑浊水体的反射波谱曲线整体高于清水,随着悬浮泥沙浓度的增加,差别加大;l波谱反射峰值向长波方向移动(“红移”)。清水在0.75微米处反射率接近于零,而含有泥沙的浑浊水至0.93微米处反射率才接近于零;l随着悬浮泥沙浓度的加大,可见光对水体的透射能力减弱,反射能力加强。有时,近岸的浅水区,水体浑浊度与水深呈一定的对应关系,浅水区的波浪和水流对水底泥沙的扰动作用比较强烈,使水体浑浊,故遥感影像上色调较浅。而深水处扰动作用较弱,水体较清,遥感影像上色调较深。这种情况下,遥感影像的色调间接地反映了水体的相对深度。11/7/2022251 1)水体的光谱特征(续三)水体的光谱特征(续三)l波长较短的
15、可见光,如蓝光和绿光对水体穿透能力较强,可反映出水面下一定深度的泥沙分布状况。在洪泽湖的试验表明,0.50.6微米的影像可反映 2.5m水深的泥沙;0.60.7微米的影像可反映1.5m水深的泥沙;0.70.8微米影像反映0.5m泥沙;0.81.l微米仅能反映水面0.02mm厚水层的泥沙分布状况。因此,以不同波段探测泥沙可构成水中泥沙分布的立体模式。11/7/202226水中叶绿素的浓度与水体反射光谱特征存在以下关系:l水体叶绿素浓度增加,蓝光波段的反射率下降,绿光波段的反射率增高;l水面叶绿素和浮游生物浓度高时,近红外波段仍存在一定的反射率,该波段影像中水体不呈黑色,而是呈灰色,甚至是浅灰色。
16、水温可在热红外波段有明显特征11/7/2022272)水体遥感信息的应用水体遥感信息的应用遥感在水问题研究中的优势:l持久地提供面状信息,这以稀疏零散点的水文观测来说是一次革命和飞跃,且信息具有多时空分辨率,有助于解决尺度问题;l遥感信息和水文实测信息具有良好的互补性(点与面、单一与综合等),应用前景良好;l遥感信息由于自身限制,目前应用尚受到一定局限,未来也不可能完全替代传统水文信息的获取手段。11/7/202228水体遥感(或水环境遥感)的内容(1)水资源调查与预测水文要素提取、水质、水系变化提取;(2)水污染监测;(3)水环境监测叶绿素、水色、泥沙、污染物;(4)洪涝旱灾害监测淹没面积以
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