遥感地学分析总结

离接收土壤反射或发射的电磁波谱信号，经加工处理后，得到能直接识别的图像或供电子计算机处理的电子数据，通过分析这些图像和数据可以掌握土壤特性、土壤类型、分布规律和利用现状，从而绘制土壤图，计算土壤类型分布面积。

土壤遥感能对某些土壤性状、水分含量、养分供应状况，以及对土壤盐渍化、沼泽化、风沙化、水土流失、土壤污染等变化进行动态监测，为合理开发、利用与管理土壤资源及时提供科学数据。

土壤反射光谱特征 土壤的辐射传输

土壤是由固体、液体、和气体组成的三相系统，其中固相颗粒是组成土壤的物质基础。 固相颗粒的排列方式、孔隙数量和大小以及团聚体的数量和大小等决定了土壤结构。 电磁辐射在土壤中与土壤颗粒、水分等发生碰撞，并在土壤孔隙中传输，被吸收或散射，最后从土壤表层反射并被传感器接收。这一过程与土壤结构密切相关，土壤结构的不同将导致土壤中多次散射次数、散射方向性、后向散射能量大小的差异。 土壤反射光谱特征

土壤是岩矿的风化产物，其主要物质组成与岩矿一脉相承，因而土壤和岩矿的光谱反射特性在整体上基本一致：即反射率从可见光的短波段起随波长的增加而逐渐抬升。 但土壤是岩矿经历不同的风化过程，又是在不同的生物气候因子和人类长期耕作活动的共同作用下形成的，因此，土壤类别是多种多样的，其光谱反射特性也必然相应地发生许多变化。

土壤反射光谱特征的影响因素

土壤是一种极其复杂的多孔体系，由不同含量的矿物质、水分、气体和土壤有机质组成。 土壤反射率由土壤的组成成分及其结构的内在的散射和吸收性质决定。

土壤反射光谱受土壤地球化学（矿物成分、湿度、有机质、氧化铁含量、土壤结壳等），几何光学散射（几何、照明、微粒形状、大小、方位、粗糙度）以及外部环境（气候、风化程度、植被覆盖度、落叶）等因素的影响。其中土壤有机质、氧化铁和水分含量、土壤质地、土壤母质等性状均明显地随地理分布的差异而不同。因此，土壤光谱的反射特性也必然会随土壤地理的分布规律和土壤剖面而发生变异。 土壤热红外特性

土壤的热红外和微波辐射、散射特性与岩矿有许多类似之处，但由于土壤是疏松的有机和无机复合体，固、液、气三相共存，成分多样，且处于相互消长、快速多变之中，故更为复杂。 土壤微波辐射、散射特性

土壤的微波辐射特性，与土壤含水量有很大关系。

影响土壤微波后向散射系数的另两个重要因素是表层土粒粗细与土壤结构状况。 土粒粗细以机械组成即质地表征，这个因素比较稳定。土壤结构状况在农区将随耕作管理等措施而变化，不过对于使用波长较长的雷达遥感而言，结构变化幅度一般不超过表面粗糙度判据范围，这时可忽略不计。 土壤水分是土壤的重要组分，不仅是植物生活必需物质，且是土壤系统中物质与能量的流动介质。 土壤水分

来源于大气降水、地下水、灌溉水和大气凝结水；损耗于土壤蒸发、植物吸收、植物蒸腾和水的渗漏与径流。通常给定地区，土壤特性中的土壤水分随时间和空间的变化最大。因此，一定时间内，土壤的反射率主要随土壤粗糙度和土壤水分含量的变化而变化。

土壤水分即土壤湿度。一般情况下，土壤水分含量与反射率呈反比，甚至可以认为土壤水分含量与反射率之间在一定范围内呈线性关系。

由于各种土壤的持水能力有差异，导致反射率变化对应于湿度变化的灵敏度范围也不同。

? 一般含水量在10%～ 25% , 反射率变化显著。 ? 而持水性差的土壤, 其灵敏度范围可能小于10%。

? 当超过田间持水量时, 由于土壤表面膜水层形成镜面反射, 反而会

提高反射率。

应用近红外波段来估计土壤水分含量。 城市遥感

城市遥感的任务就是为城市规划、建设和管理提供多方面的基础地理信息和其他与城市发展有关的资料，诸如城市土地利用现状、城市演变、城市及区域的自然状况、城市人口及其分布情况、城市道路与交通状况、城市热岛、通讯受地理限制的因素等。

城市遥感内容（1）城市土地利用（2）环境污染监测（3）城市道路交通遥感调查（4）地质灾害的遥感调查（5）城市热环境的遥感调查（6）城市绿化调查规划（7）城市规划、建设遥感调查（8）城市遥感调查的其它内容人口密度调查建筑垃圾排查 水体遥感

水环境是由地球表层水圈所构成的环境，它包括在一定时间内水的数量、空间分布、运动状态、化学组成、生物种群和水体的物理性质。

水环境遥感监测多是对地表各种水体进行空间识别、定位、及定量计算面积、体积或模拟水体动态变化。

水中溶解固体-天然水中八大离子：Cl-，SO4-，HCO3-，Na+，K+，Ca2+，Mg2+，总量占水中溶解固体的95%以上。

水中微量元素-溴、碘、铜、钴、镍、氟、铁等。 物理性质

温度—水温随季节变化，但月均温低于大气月均温，且各部分温差不大。 臭与味—水中臭与味主要来源于水生动植物或微生物的繁殖与衰亡。 颜色和色度—有机物分解导致水中颜色

浑浊度—水中悬浮物和胶体物质对透水光线的阻碍程度，由泥沙、黏土、有机物导致 悬浮物质—主要来自水体所在区域地表

电导率—各种无机盐离子使水具有电导率，天然水电导率低，污染水电导率高 溶解气体—溶解氧（DO） 化学性质

? 天然水是众多元素和化合物的混合液 ? 天然水体是一个复杂的氧化还原系统 ? 天然水体是一个复杂的缓冲溶液系统

水污染分类

感官性污染-混浊需氧物质污染-生活污水、食品加工和造纸工业排放的污染导致水难闻 无机污染-酸、碱、无机盐类的污染植物营养物质污染-富含氮、磷的废水

有毒化学物质污染-农药、重金属油污染-石油、工业废水病原体污染-医院、畜禽饲养场污水放射性污染-核工业，核电站热污染-热电厂的高温废水

水中可见光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3方面的贡献。 水的光谱特征由水本身物质组成决定，又受各种水状态影响。 对于清水（H2O），无任何溶解或悬浮物质：浅层表现为无色，水深为浅蓝色。 反射波谱从可见光到近红外波段呈递减的趋势 在蓝-绿光波段反射率4%-5%，

0.6um以下的红光部分反射率降到2%-3%，

近红外部分几乎吸收全部的入射能量，因此水体在这两个波段的反射能量很小。 在热红外，晚上比陆地地物亮，白天则相反。 在微波雷达中回波强度因镜面反射而很小。

受水

体光谱特征的影响，水体的影像特征表现为：水体清澈时，对短波的散射能力强，水体影像呈蓝色；水体混浊时，影像呈绿色或黄绿色。 水面的反射波谱主要受如下因素决定：

纯水及浮游生物或叶绿素、悬浮物、黄色物质等水中组分的光学特性；浅水、清澈水体底质光学特性；日照角度与观测角度；水面的入射辐射；水表面粗糙度；气-水界面的相对折射率。

纯水的吸收和散射特性

就是指含水分子自身及一些可溶性盐无其他物质。吸收系数：水体的吸收能量与入射能量的比值。纯水光谱吸收特性：可见光区，蓝光透射率最大，红光衰减最强；与散射比较，纯水对光的衰减主要由吸收引起。红外光谱区，相对于吸收而言，散射影响可以忽略。

由于选择性吸收效应，纯水在750-760nm处吸收达到最大，在其它波段存在若干窄的吸收带。

散射系数：辐射通过介质时散射所造成的衰减部分占总入射辐射的比例。纯水光谱散射特性：纯水对光的散射源于水分子密度的涨落和极性水分子的取向的不均一性。纯水分子间的相互作用远远大于空气分子间的相互作用；纯水的散射系数与波长的-4.32次方成正比 遥感器接收到的光包括天空散射光、水面反射光和水中光

天空散射光—大气程辐射Lp：太阳辐射在大气传输过程中各组分及气溶胶微粒散射后直接到达传感器的辐射。水面反射光—水面反射Ls：它的强度与水面状况有关，但除发生镜面反射外，一般仅占到入射光3.5％左右；水中光-离水反射Lw—太阳光经折射和透射进入水中，大部分被水体吸收，部分被水体悬浮泥沙和有机生物散射、反射、衍射，构成水体散射光，与浑浊度呈正相关其中返回水面的部分称后向散射光；部分透过水层，到达水底再反射，构成水底反射光，与水深及水的浑浊度呈负相关水底反射光与后向散射光一起组成水中光（或称离水反射辐射），回到水面再折向空中。

水质遥感监测水位-面积和流域界定水深探测水温探测径流估算 水域变化监测河流水系变化湖泊演变河口三角洲演变海岸带演变 水库库容的计算

? 建立水库水位-库容关系模型TM遥感影像提取水库面积

? 寻找特定时期某一水库面积下的水位值依据水位值建立水库面积-库容模型 依据统计关系建立多项式回归模型如下

? 在遥感影像上提取特定时间的水库的面积，并查询水文数据中同一时间的水库水位，

再寻找特定水位下的水库的库容，建立水库面积-库容表，并进行水库面积-库容拟合。

这一方法构建的模型简洁实用，只要从遥感影像上获得水库的面积，就可很快得到水库的现存库容水量。这种通过遥感信息的提取技术结合常规的水文监测数据，利用了遥感卫星数据，构建了基于遥感的水库库容测算模型，对水库水容量进行量测的方法是行之有效的。结果证实该方法的数据测算精度高，拟合效果好，证明该方法应用区域水资源动态变化方向是科学合理的。对于区域水资源水量的调蓄、灌区的灌溉以及下游地区防洪意义很大。 水深遥感估算

通过水深研究获取水库泥沙淤积分布、淤积体形态、淤积体积对于库容变化研究、水库运行调度及库区生态环境防治与治理都有很好的指导作用。

鉴于现场施测的困难性，考虑到结合遥感手段进行水深探测对于坝前及上部水深大于3O In的区域，根据水体的反射和吸收特征，目前通过遥感影像很难获取准确实用的水深数据。 但是对于上游库区，水深相对较小、水体相对较清的水域，可在短时间内获取浅水区的水深情况，从而配合其他区域的水深人工施测，为后续的坝区泥沙淤积提供新方法。 遥感测深原理

影响水深探测的因素主要包括波长及水体浑浊度。不同波长的可见光，对水体具有不同的穿透能力。实验表明，可见光中绿波段(O．50～0．56／lm)具有最大的大气透过率和最小的水体衰减，是水深遥感的最佳波段。

水体浑浊度是影响光在水中穿透能力的主要因素。不同水体，因所含物质不同，在可见光波段有不同的衰减系数。当水体足够清澈时，水体衰减系数减小，太阳光辐射穿透能力增强。当水体浑浊时，衰减系数增大，光线在水中穿透能力减弱； 水深遥感方法主要包括波浪法、密度法和水体散射模型。目前对于大范围浅水区实用的遥感水深模型主要是密度法中的统计方法模型——波段比值法：不仅能消除水体衰减系数和水底反射的影响，还可在一定程度上减小太阳高度角、水面波动及卫星姿态、扫描角等变化产生的影响。

研究步骤：ETM影像获取实际水深点测量模型建立 遥感反演水深模型建立

水污染遥感监测方法：

定性遥感方法是通过分析遥感图像的色调（或颜色）特征或异常对水环境化学现象进行分析评价的，这往往需要了解水环境化学现象与遥感图像的色调（或颜色）之间的关系，建立图像解译标志。

定量遥感方法建立在定性方法的基础之上，为了消除随机因素的影响，通常需要获得与遥感成像同步（或准同步）的实测数据，以标定定量数学模型。