北京師范大學(xué)2025年遙感地理專業(yè)綜合實習試題及答案考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述遙感成像的基本原理。說明影響遙感圖像輻射分辨率、空間分辨率和光譜分辨率的主要因素。二、遙感圖像大氣校正的目的是什么？簡述一種常用的輻射傳輸模型及其基本思想。列舉至少三種不同的大氣校正方法，并簡述其適用條件。三、什么是幾何畸變？簡述遙感圖像輻射畸變和幾何畸變的主要來源。列舉兩種主要的幾何校正方法，并比較其優(yōu)缺點。四、說明遙感圖像目視解譯的基本原理和流程。列舉四種常用的遙感圖像解譯標志，并簡述其含義。五、簡述監(jiān)督分類和非監(jiān)督分類的基本思想。說明選擇監(jiān)督分類訓(xùn)練樣本時應(yīng)注意的問題。比較最大似然法分類在何種條件下效果較好。六、什么是纓帽變換（K-L變換）？簡述其基本原理和特點。說明其在遙感圖像地物光譜特征分析和分類中的應(yīng)用。七、論述遙感數(shù)字高程模型（DEM）的構(gòu)建方法及其在計算坡度、坡向和地形起伏等方面的應(yīng)用。簡述DEM數(shù)據(jù)獲取的主要途徑。八、簡述多光譜遙感影像與高分辨率遙感影像各自的特點和主要應(yīng)用領(lǐng)域。舉例說明多源遙感數(shù)據(jù)融合的必要性及其主要方法。九、選擇一個你熟悉的應(yīng)用領(lǐng)域（如土地資源調(diào)查、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害評估等），闡述遙感技術(shù)在該領(lǐng)域中的應(yīng)用流程，并說明遙感數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)（如地理信息數(shù)據(jù)）的綜合利用方式。十、簡述遙感圖像質(zhì)量評價的主要內(nèi)容和指標。列舉至少三種影響遙感圖像質(zhì)量的因素。說明如何根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的遙感數(shù)據(jù)源。試卷答案一、遙感成像的基本原理是利用傳感器接收目標地物自身發(fā)射或反射的電磁波信息，通過處理轉(zhuǎn)換成可供分析應(yīng)用的圖像或數(shù)據(jù)。遙感成像過程涉及輻射源、目標地物、傳感器和傳播介質(zhì)四個基本要素。影響遙感圖像輻射分辨率的主要因素包括傳感器探測器元件的個數(shù)、信號處理電路的信噪比、大氣透過率等。空間分辨率主要取決于傳感器的瞬時視場角、焦距、探測器陣列的大小和地面分辨率元素（GSD）等。光譜分辨率主要取決于傳感器的光譜通道數(shù)量、每個通道的帶寬和光譜響應(yīng)曲線的形狀等。二、遙感圖像大氣校正的目的是消除大氣散射和吸收對遙感圖像輻射亮度的影響，恢復(fù)地物真實反射率信息，從而提高圖像的定量化分析和解譯精度。一種常用的輻射傳輸模型是大氣輻射傳輸模型，其基本思想是建立地物輻射亮度、大氣參數(shù)和傳感器接收信號之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，通過輸入大氣參數(shù)和傳感器數(shù)據(jù)，反演計算地物真實反射率。常用的方法有基于物理的模型（如MODTRAN）和基于經(jīng)驗的模型（如暗像元法、不變目標法）。三種不同的大氣校正方法包括：暗像元法（選擇圖像中無信號或信號很弱的像元作為大氣散射參考）、不變目標法（選擇圖像中地物光譜反射率相對穩(wěn)定的目標像元進行校正）、經(jīng)驗?zāi)Ｐ头ǎɡ脤崪y數(shù)據(jù)建立大氣影響模型進行校正）。其適用條件分別為：暗像元法適用于像元分布均勻的區(qū)域；不變目標法適用于有穩(wěn)定地物目標且大氣影響相對一致的情況；經(jīng)驗?zāi)Ｐ头ㄐ枰囟▍^(qū)域的大氣參數(shù)或?qū)崪y數(shù)據(jù)支持。三、遙感圖像幾何畸變是指遙感影像上地物點的實際地理位置與其在影像上投影位置之間存在偏差。輻射畸變主要來源于地球曲率、地形起伏以及傳感器視角等因素引起的像點位移。幾何畸變主要來源于傳感器成像系統(tǒng)的光學(xué)畸變（如像差）、地球曲率和自轉(zhuǎn)、地形起伏、大氣折射以及圖像掃描和幾何校正過程中的誤差等。兩種主要的幾何校正方法包括：基于地面控制點的幾何校正（GCPs-basedGeometricCorrection），該方法通過在影像上選擇已知地理坐標的地面控制點，建立影像坐標與地理坐標之間的轉(zhuǎn)換模型（如多項式模型、分塊多項式模型、RPC模型等），然后對影像進行糾正；基于景物的幾何校正（Scene-basedGeometricCorrection），該方法利用影像自身地物特征之間的幾何關(guān)系進行校正，通常需要先進行圖像配準或特征提取，然后建立幾何變換模型。其優(yōu)缺點比較：基于GCPs的幾何校正精度較高，但需要精確的地面控制點信息，且GCPs數(shù)量和質(zhì)量會影響校正效果；基于景物的幾何校正不需要外部控制點，適用于無GCPs的區(qū)域，但通常精度低于基于GCPs的方法，且對影像特征明顯程度要求較高。四、遙感圖像目視解譯的基本原理是通過人眼觀察和分析遙感圖像，依據(jù)地物的波譜特性、幾何形狀、顏色、紋理等特征，識別地物的種類、性質(zhì)、分布、狀態(tài)及其相互關(guān)系，并推斷其成因、屬性和變化規(guī)律。遙感圖像解譯流程通常包括：準備工作（了解解譯區(qū)概況、收集資料、選擇合適影像）、圖像預(yù)處理（輻射校正、幾何校正、圖像增強等）、解譯準備（選取解譯標志、劃分解譯單元）、目視解譯（系統(tǒng)觀察、判讀、勾繪、標注）、解譯檢查（內(nèi)部檢查、外部檢查）和成果整理（編制解譯圖件、撰寫解譯報告）。常用的遙感圖像解譯標志包括：形狀標志（如河流呈帶狀、湖泊呈圓形或橢圓形）、大小標志（如建筑物呈點狀、農(nóng)田呈面狀）、顏色標志（如健康植被呈紅色、水體呈藍色）、紋理標志（如森林呈顆粒狀紋理、城市呈斑點狀紋理）、陰影標志（如山峰呈尖頂陰影、洼地呈暗色陰影）、組合標志（如道路兩側(cè)的植被生長狀況不同）、位置標志（如建筑物位于道路旁）。五、監(jiān)督分類的基本思想是利用少量已知類別標簽的訓(xùn)練樣本，建立不同類別地物在特征空間（通常是光譜空間或光譜-紋理空間）中的統(tǒng)計分布模型（如高斯分布），然后對未知類別的像元，根據(jù)其特征向量與各模型之間的相似度（如距離度量），將其劃分到最相似的類別中。非監(jiān)督分類的基本思想是不需要預(yù)先提供訓(xùn)練樣本的類別信息，而是直接對影像數(shù)據(jù)進行處理，自動將特征相似的像元聚類成不同的類別，形成不同的類別圖。常用的算法有K-means聚類、ISODATA分類、最大似然法（在非監(jiān)督分類中常用于迭代聚類過程中的類別確認）等。選擇監(jiān)督分類訓(xùn)練樣本時應(yīng)注意：樣本應(yīng)具有代表性，能夠真實反映該類地物的主要光譜和空間特征；樣本應(yīng)盡可能均勻分布，避免集中在某個區(qū)域；樣本數(shù)量應(yīng)足夠，以保證分類模型的穩(wěn)定性；應(yīng)避免選擇光譜相似但類別不同的地物作為同一個訓(xùn)練樣本；對于光譜復(fù)雜性高的地物，應(yīng)選取多個樣本或進行樣本光譜混合分析。最大似然法分類是一種基于統(tǒng)計假設(shè)的分類方法，其基本原理是假設(shè)每個類別地物在特征空間中的光譜分布符合多元高斯分布，計算未知像元屬于各個類別高斯分布的概率，將其分配給概率最大的類別。該方法在假設(shè)條件（高斯分布）滿足且類別間光譜差異較大、類內(nèi)方差較小的情況下效果較好。六、纓帽變換（K-L變換），也稱為主成分分析（PCA）或Karhunen-Loève變換，是一種線性變換方法，用于將原始多波段遙感影像數(shù)據(jù)投影到一個新的、正交的、不相關(guān)的特征空間（即主成分空間）中。其基本原理是通過對原始數(shù)據(jù)協(xié)方差矩陣進行特征值分解，得到特征向量和特征值。特征向量構(gòu)成了新的特征空間（主成分），特征值表示了該主成分的方差或信息量。變換過程包括計算數(shù)據(jù)均值、計算協(xié)方差矩陣、對協(xié)方差矩陣進行特征值分解、將原始數(shù)據(jù)投影到特征空間。變換后的主成分圖像中，第一主成分包含了原始數(shù)據(jù)最大的方差信息，后續(xù)主成分依次包含遞減的方差信息。纓帽變換的特點包括：能夠有效地去除數(shù)據(jù)中的噪聲和冗余信息；能夠?qū)⑾嗷ハ嚓P(guān)的原始波段信息轉(zhuǎn)化為相互獨立的主成分信息；能夠突出地物的主要光譜特征；變換后的第一主成分圖像具有明顯的幾何特征（如纓帽形狀），可用于特定地物（如植被、水體、城市）的提取。纓帽變換在遙感圖像地物光譜特征分析和分類中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：利用主成分圖像進行信息篩選和增強，突出感興趣地物的特征；利用主成分光譜曲線的形狀和位置進行地物分類或特征提取；構(gòu)建基于主成分的專題地圖。七、遙感數(shù)字高程模型（DEM）的構(gòu)建方法主要包括：航空攝影測量法（利用航空影像通過立體測圖技術(shù)獲取地面高程）、地面測量法（使用水準儀、全站儀等設(shè)備實地測量高程點，然后插值生成DEM）、雷達干涉測量法（InSAR，利用兩幅或多幅合成孔徑雷達影像的相位信息干涉計算地表高程）、激光雷達法（LiDAR，利用飛機或地面平臺發(fā)射激光束并接收回波時間計算高程）、數(shù)字攝影測量法（利用立體影像的光學(xué)原理通過匹配同名點計算高程）等。DEM數(shù)據(jù)在計算坡度、坡向和地形起伏等方面的應(yīng)用非常廣泛。坡度是地表單元的傾斜程度，可以通過DEM數(shù)據(jù)計算每個格網(wǎng)單元的高程差來獲得。坡向是地表單元的法線向量在水平面上的投影方向，可以通過DEM數(shù)據(jù)計算每個格網(wǎng)單元的高程梯度向量然后轉(zhuǎn)換為方位角得到。地形起伏可以通過DEM數(shù)據(jù)計算多個地統(tǒng)計分析指標（如坡度、曲率、地形起伏度、地形濕度指數(shù)等）來量化，這些指標可以反映地形的起伏形態(tài)、切割程度、水流方向等重要信息。DEM還廣泛應(yīng)用于水文分析（如流域劃分、河道網(wǎng)絡(luò)提?。⑼寥狼治g模擬、植被生長研究、景觀格局分析、可視域分析等領(lǐng)域。八、多光譜遙感影像通常具有多個（通常為3-14個）連續(xù)的光譜通道，覆蓋可見光、近紅外等波段，能夠提供地物較豐富的光譜信息，適用于大范圍、宏觀的地物分類和變化監(jiān)測。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：土地利用/覆蓋分類、植被參數(shù)反演（如葉面積指數(shù)、生物量）、水質(zhì)監(jiān)測、農(nóng)業(yè)估產(chǎn)、環(huán)境監(jiān)測等。高分辨率遙感影像具有較小的地面分辨率（如幾米到幾十米），能夠提供地物更精細的空間細節(jié)信息，適用于小范圍、精細化的地物識別和監(jiān)測。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：城市精細化管理（如建筑物提取、道路識別）、災(zāi)害詳查（如滑坡體紋理分析）、農(nóng)作物品種識別、礦產(chǎn)資源勘探、考古調(diào)查等。多源遙感數(shù)據(jù)融合的必要性主要源于不同遙感平臺和數(shù)據(jù)類型在空間、光譜、時間分辨率等方面的優(yōu)勢和局限性。單一遙感數(shù)據(jù)往往難以滿足特定應(yīng)用對數(shù)據(jù)各方面特性的綜合需求。融合可以充分利用不同數(shù)據(jù)源的優(yōu)勢，彌補單一數(shù)據(jù)的不足，提高信息獲取的全面性、準確性和可靠性。主要方法包括：像素級融合（如Pan-sharpening，將全色影像的空間細節(jié)信息融合到多光譜影像中）、特征級融合（先提取不同數(shù)據(jù)源的特征向量，再進行分類或融合）、決策級融合（先對不同數(shù)據(jù)源進行獨立分類或解譯，再根據(jù)一定的規(guī)則進行決策融合）。九、以土地資源調(diào)查為例，遙感技術(shù)在該領(lǐng)域中的應(yīng)用流程通常包括：確定調(diào)查目標和范圍、選擇合適的遙感數(shù)據(jù)源（如Landsat、Sentinel、高分系列等）、對遙感數(shù)據(jù)進行預(yù)處理（輻射校正、幾何校正、大氣校正、圖像鑲嵌、圖像分類等）、進行土地覆蓋分類（利用監(jiān)督分類或非監(jiān)督分類方法對影像進行分類，得到土地覆蓋圖）、提取專題信息（如建筑物、道路、水體等）、生成土地利用現(xiàn)狀圖、進行變化檢測（對比不同時相的遙感影像，識別土地利用變化區(qū)域和類型）、精度評價（選取樣本點，對比遙感解譯結(jié)果與地面真實情況，評估解譯精度）、編制調(diào)查報告和成果圖件。遙感數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)（如地理信息數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)、地面調(diào)查數(shù)據(jù)等）的綜合利用方式包括：疊加分析（將遙感影像數(shù)據(jù)與GIS矢量數(shù)據(jù)（如行政區(qū)劃、道路網(wǎng)、水系等）進行疊加，分析地物與地理環(huán)境要素的空間關(guān)系）、空間統(tǒng)計分析（利用遙感影像數(shù)據(jù)作為變量，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)進行空間統(tǒng)計分析，如熱點分析、空間自相關(guān)分析等）、模型集成（將遙感數(shù)據(jù)輸入到地理模型（如土地利用變化模型、生態(tài)系統(tǒng)模型）中，進行模擬和預(yù)測）、數(shù)據(jù)融合（將不同來源、不同類型的土地數(shù)據(jù)（如遙感影像、地面調(diào)查、無人機數(shù)據(jù)）進行融合，生成更全面、精確的土地信息產(chǎn)品）。十、遙感圖像質(zhì)量評價的主要內(nèi)容包括：空間分辨率（如地面像元大小GSD）、光譜分辨率（如波段數(shù)量、波段寬度、光譜范圍）、輻射分辨率（如比特深度、動態(tài)范圍）、幾何精度（如定位誤差、幾何畸變）、時間分辨率（如重訪周期、獲取頻率）、圖像清晰度、噪聲水平、數(shù)據(jù)完整性（如云覆蓋、云陰影、無效值）等。影響遙感圖像質(zhì)量的因素主要包括：傳感器本身的設(shè)計和性能限制（如探測器噪聲、像質(zhì)差）、平臺運行狀態(tài)（如軌道偏差、姿態(tài)穩(wěn)定性）、大氣環(huán)境狀況（如云、霧、氣溶膠）、地面目標特性（如高反照率地物、陰影）、數(shù)據(jù)處理過程（如幾何校正誤差、大氣校正模型不精確、圖像融合質(zhì)量等）。根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的遙感數(shù)據(jù)源需要綜合考慮