遥感地学分析实验大纲及 指导书 编者：丁建丽买买提沙吾提 张飞 单位：资源与环境科学学院
遥感地学分析实验大纲及 指导书 编者：丁建丽 买买提·沙吾提 张 飞 单位：资源与环境科学学院
遥感地学分析实验大纲 一、实验目标 《遥感地学分析》是一门快速发展的多学科融合的综合性课程。课程的难点多，在教学中采用理论教学、对比分析、野 外实习与实验遥感等多种教学手段相结合，通过实验教学环节使学生加深对知识点的理解和苹捏。本课程的实验教学围绕课 程的重点与难点合理安排实验项目，逐步培养学生的理解能力、动手能力与创新能力。本课程的重点与难点主要包括下面几 个方面： ()区域宏观分异与遥感影像特征的关系的认识。遥感地学分析是基于区域地理分异基础上的遥感分析方法，地理分 布或目标地物的差异性和相似性决定遥感形像的反射或福射特征，是正确理解遥感地学分析的前提。 (2)目标地物信息的提取模型的理解与掌提。 (3)综合分析能力的培养。 依据上述重点与难点，在实验环节上采取以下措施： (1)强化课程野外实习。充分利用遥感影像进行野外实习是解决区域差异性与相似性认识的必要指施。本课程与相关 公司合作制作了滑干河一库车河流域三角洲绿洲的遥感图像，并确定该区域为课程野外实习场所，进行土地利用/覆盖、岩石 类型、士堞等方面的差异性分析并结合遥感图像的影像特征认识，强化了区域差异性在遥感图像上表现的认识，从而提高学 生对遥感图像的理解。 (2)充分利用遥感试验场实验，提高学生对目标地物的反射与辐射特性的认识。结合遥感试验场的士壤、水体的反射 光谱测定和士壤热红外辐射的测定和土壤、水体的化学成分分析，进一步认识不同组分对反射和辐射的影响，从而从微观上 井一步理解成分折方法 (3)本科学生分组参与主讲教师承担的项目，进一步提升学生的研究和综合分析能力， 二、实验计划 实验编号 实验内容 课时 目标地物反射波谱的测量 2 遥感图像典型地物波谱特征分析 图像分类方法比较 6 士地利用/覆盖信息提取 三、考核办法 实验的考核内容是各项实验报告。 评分方法主要依据实验报告的规范程度和分析问匙是否有理有据
遥感地学分析实验大纲 一、实验目标 《遥感地学分析》是一门快速发展的多学科融合的综合性课程。课程的难点多，在教学中采用理论教学、对比分析、野 外实习与实验遥感等多种教学手段相结合，通过实验教学环节使学生加深对知识点的理解和掌握。本课程的实验教学围绕课 程的重点与难点合理安排实验项目，逐步培养学生的理解能力、动手能力与创新能力。本课程的重点与难点主要包括下面几 个方面： （1）区域宏观分异与遥感影像特征的关系的认识。遥感地学分析是基于区域地理分异基础上的遥感分析方法，地理分 布或目标地物的差异性和相似性决定遥感影像的反射或辐射特征，是正确理解遥感地学分析的前提。 （2）目标地物信息的提取模型的理解与掌握。 （3）综合分析能力的培养。 依据上述重点与难点，在实验环节上采取以下措施： （1）强化课程野外实习。充分利用遥感影像进行野外实习是解决区域差异性与相似性认识的必要措施。本课程与相关 公司合作制作了渭干河-库车河流域三角洲绿洲的遥感图像，并确定该区域为课程野外实习场所，进行土地利用/覆盖、岩石 类型、土壤等方面的差异性分析并结合遥感图像的影像特征认识，强化了区域差异性在遥感图像上表现的认识，从而提高学 生对遥感图像的理解。 （2）充分利用遥感试验场实验，提高学生对目标地物的反射与辐射特性的认识。结合遥感试验场的土壤、水体的反射 光谱测定和土壤热红外辐射的测定和土壤、水体的化学成分分析，进一步认识不同组分对反射和辐射的影响，从而从微观上 进一步理解遥感分析方法。 （3）本科学生分组参与主讲教师承担的项目， 进一步提升学生的研究和综合分析能力。 二、实验计划 实验编号 实验内容 课时 1 目标地物反射波谱的测量 4 2 遥感图像典型地物波谱特征分析 4 3 图像分类方法比较 4 6 土地利用/覆盖信息提取 4 三、考核办法 实验的考核内容是各项实验报告。 评分方法主要依据实验报告的规范程度和分析问题是否有理有据
实验一：目标地物反射波谱的测量(4学时) 1.原理与方法 地物光谱反射率野外测定的原理可参看相应教材，这里不再进行赘述。 实习采用垂直测量的方法，计算公式如下： p小-a (1.1) 式中：P()为被测物体的反射率，Ps(2)为标准板的反射率，P()、',()分别为测量物体和标准板的仪器测量值。 2.实验仪器 1.可见光-近红外光普辐射计，波长范围0.4~2.5m(有0.41.11m成1.3~2.5m两种仪器)，以其性能稳定，便 于携带，数据的提取比较容易。表1一]列出了目前常用的光谱仪，仪器的具体使用方法可参见相关的仪器说明书。 2.标准参考板（白板或灰板）。 3.笔记本电脑一台 4.测试地物 表一1常见的光谱辐射仪 型号 生产地 波长范用/m ASD光普辐射计 类国 0.1~1.0/0.42.5 3.实验目的 1学习地物光谱的测定方法 2认识地物光谱反射率的规律。 3学习绘制地物反射光谱曲线： 4、实验内容： 具体实验步骤： (1)首先确定需要测定的地物类型，任何不同地物都具有各自不同的光谱特性，都可以作为测定目标。如：草地、灌木、乔 木、水泥地、大理石地、水体等，植物还可以分为健康与不健康的，水体也可以分为无污染与有污染的。 确定测量时是采用顺光、逆光或项光，然后放置标准板，标准板的位置应该与地物的位置一致。 (2)光诗反射仪的使用：(I)由开关按钮、电池检查钮(Cck)、观测孔等。首先打开镜头盖，不要用手触摸镜头，然后打 开开关按钮，按住电池检查钮(Cck),如果从观测孔中观测到刻度值大于3就能说明电池仍有电，反之则需要更换电池： 从观测孔中除了刻度以外还可以看见一个大圈中间还有一个小圈，大圈是10°视场角的观测范围，小圈是2”视场角的观测 范围，一般使用10°视场角，也就是说在观测时大圈中应该充满所测地物而没有任何其它物体：观测孔中得刻度是从0到4 读取时应该估读出小数点后两位。(2)首先让镜头对准标准板读数记录。(3)然后让镜头对准目标地物，通过观测孔读数并 利用笔记本电脑光谱软件记录，再让，依此按照波长顺序重复数次。 (3)读物波谱反射系数的计算：利用4SD光谱提供的光谱分析软件分别将各个波长获得的目标物反射率计算和输出。 5.实验结果与分析 (①)反射波诺曲线的绘制：以波长(350nm2500m)为横轴，反射率为纵轴，画出光谱反射曲线。如下图
实验一：目标地物反射波谱的测量（4 学时） 1.原理与方法 地物光谱反射率野外测定的原理可参看相应教材，这里不再进行赘述。 实习采用垂直测量的方法，计算公式如下： ( ) ( ) ( ) ( ) s V V s = （1.1） 式中： () 为被测物体的反射率， s() 为标准板的反射率， V() 、 () Vs 分别为测量物体和标准板的仪器测量值。 2.实验仪器 1 .可见光-近红外光谱辐射计，波长范围 0.4～2.5 m （有 0.4～1.1 m 或 1.3～2.5 m 两种仪器），以其性能稳定，便 于携带，数据的提取比较容易。表 1-1 列出了目前常用的光谱仪，仪器的具体使用方法可参见相关的仪器说明书。 2 .标准参考板（白板或灰板）。 3.笔记本电脑一台 4.测试地物 表 1-1 常见的光谱辐射仪 型号 生产地 波长范围/ m ASD 光谱辐射计 美国 0.1～1.0/0.4～2.5 3.实验目的 1 学习地物光谱的测定方法； 2 认识地物光谱反射率的规律； 3 学习绘制地物反射光谱曲线； 4、实验内容： 具体实验步骤： (1) 首先确定需要测定的地物类型，任何不同地物都具有各自不同的光谱特性，都可以作为测定目标。如：草地、灌木、乔 木、水泥地、大理石地、水体等，植物还可以分为健康与不健康的，水体也可以分为无污染与有污染的。 确定测量时是采用顺光、逆光或顶光，然后放置标准板，标准板的位置应该与地物的位置一致。 (2) 光谱反射仪的使用：（1）由开关按钮、电池检查钮(Check)、观测孔等。首先打开镜头盖，不要用手触摸镜头，然后打 开开关按钮，按住电池检查钮(Check)，如果从观测孔中观测到刻度值大于 3 就能说明电池仍有电，反之则需要更换电池； 从观测孔中除了刻度以外还可以看见一个大圈中间还有一个小圈，大圈是 10°视场角的观测范围，小圈是 2°视场角的观测 范围，一般使用 10°视场角，也就是说在观测时大圈中应该充满所测地物而没有任何其它物体；观测孔中得刻度是从 0 到 4， 读取时应该估读出小数点后两位。（2）首先让镜头对准标准板读数记录。（3）然后让镜头对准目标地物，通过观测孔读数并 利用笔记本电脑光谱软件记录，再让，依此按照波长顺序重复数次。 (3)读物波谱反射系数的计算：利用 ASD 光谱提供的光谱分析软件分别将各个波长获得的目标物反射率计算和输出。 5.实验结果与分析 (1) 反射波谱曲线的绘制：以波长（350nm~2500nm）为横轴，反射率为纵轴，画出光谱反射曲线。如下图
例如：（下面的分析不能直接应用.老学生根据自己做的实验写出实验结果.并对它进行分析） 总体上，水泥地和裸地随光谱的升高几乎不变甚至有下降的道势，变化幅度不大：其他四种地物总体上还是呈现上升的首 势。细节上，水泥地在光谱675nm和850处各有一个高峰，而在575m处又一个明显的低谷：灌木在400n一675m范用内 光谱曲线变化不大，在675m处开始陡然上升：草地也是400m一675mm范国内光谱曲线变化不大，在675m处开始徒然上 升，并且灌木草地都在850m达到最高峰时又开始陡然下降：针叶与草地的变化趋势十分相似，不同的是光谱反射率总比草 地要低。 6.实验总结 通过野外测定地物光谱反射率，一方面让我热悉了光谱反射仪的用法，另一方面通过测定不同地物的光谱并通过白己对 光谱曲线的分析，让我了解了不同地物的反射光谱特性及其变化规律，以及它们之间的相同与不同点。通过绘制曲线对不同 地物的光谱反射率有了更直观的认识
例如:(下面的分析不能直接应用,考学生根据自己做的实验写出实验结果,并对它进行分析) 总体上，水泥地和裸地随光谱的升高几乎不变甚至有下降的趋势，变化幅度不大；其他四种地物总体上还是呈现上升的趋 势。细节上，水泥地在光谱 675nm 和 850 处各有一个高峰，而在 575nm 处又一个明显的低谷；灌木在 400nm—675nm 范围内 光谱曲线变化不大，在 675nm 处开始陡然上升；草地也是 400nm—675nm 范围内光谱曲线变化不大，在 675nm 处开始陡然上 升，并且灌木草地都在 850nm 达到最高峰时又开始陡然下降；针叶与草地的变化趋势十分相似，不同的是光谱反射率总比草 地要低。 6.实验总结 通过野外测定地物光谱反射率，一方面让我熟悉了光谱反射仪的用法，另一方面通过测定不同地物的光谱并通过自己对 光谱曲线的分析，让我了解了不同地物的反射光谱特性及其变化规律，以及它们之间的相同与不同点。通过绘制曲线对不同 地物的光谱反射率有了更直观的认识。
实验二：遥感图像典型地物波谱特征分析(4学时) 1.原理与方法 太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是 透过的部分，即： 太阳辐射能量三反射能量+吸收能量+透射能量 反射能量的大小决定了不同地物在不同电磁波波段上的反射率的大小，针对实验一测量获得的典型地物波谱数据分析其 不同波长上的反射和吸收特征。 实验方法采用曲线分析法，分析典型地物的反射光谱峰谷变换。 2.实习仪器 学生实习机房 图象处理软件(EVT4.X),遥感图像 3.实验目的 1、章握真型地物（植被、水体、探岩等）类型的波谱特征 2、掌握应用遥感图像处理软件进行典型地物波谱分析方法。 3、重点分析不同植被类型光差异的影响因素 4、实验内容 具体步骤 ()进入EWI系统主界面，调入系统提供的演示图像bhtmref.img(学生自己查找文件所在目录)，彩色合成为RGB(们N7,TW 4,TM1).见图(1) (2)打开在basic tools菜单下的region of interest工具.见图（）② H 190001. 图(2) 图1 (3)在ROI tools(感兴趣选择)工具的帮助下选择植被，水体，岩石，裸露地等四种地物的感性区域.注意应用O_Type莱单 下面的点，线，而，矩形等工具的应用，选择感性区城时尽量选取单一象素，避免混合象元的选取.见图3
实验二：遥感图像典型地物波谱特征分析（4 学时） 1.原理与方法 太阳辐射到达地面之后，物体除了反射作用外，还有对电磁辐射的吸收作用。电磁辐射未被吸收和反射的其余部分则是 透过的部分，即： 太阳辐射能量＝反射能量＋吸收能量＋透射能量 反射能量的大小决定了不同地物在不同电磁波波段上的反射率的大小，针对实验一测量获得的典型地物波谱数据分析其 不同波长上的反射和吸收特征。 实验方法采用曲线分析法，分析典型地物的反射光谱峰谷变换。 2.实习仪器 学生实习机房 图象处理软件（ENVI4.X）,遥感图像 3.实验目的 1、掌握典型地物（植被、水体、裸岩等）类型的波谱特征； 2、掌握应用遥感图像处理软件进行典型地物波谱分析方法。 3、重点分析不同植被类型光谱差异的影响因素 4、实验内容 具体步骤 (1) 进入 ENVI 系统主界面,调入系统提供的演示图像 bhtmref.img(学生自己查找文件所在目录)。彩色合成为 RGB(TM7, TM 4, TM 1).见图(1) (2) 打开在 basic tools 菜单下的 region of interest 工具.见图(2) (3) 在 ROI tools(感兴趣选择)工具的帮助下选择植被,水体,岩石,裸露地等四种地物的感性区域.注意应用 ROI_Type 菜单 下面的点,线,面,矩形等工具的应用,选择感性区域时尽量选取单一象素,避免混合象元的选取.见图 3. 图(2) 图 1