Mindmap-Galerie Prinzipien der Fernerkundung Kapitel 2 Physikalische Grundlagen der Fernerkundung
Dies ist eine Mindmap über Kapitel 2 der Prinzipien der Fernerkundung, die physikalischen Grundlagen der Fernerkundung, einschließlich des elektromagnetischen Spektrums und der elektromagnetischen Strahlung, des Licht- und Farbsehens, der Strahlungsemissionseigenschaften von Objekten, des Einflusses der Atmosphäre auf die Sonnenstrahlung usw.
Bearbeitet um 2024-03-26 10:55:11Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Einhundert Jahre Einsamkeit ist das Meisterwerk von Gabriel Garcia Marquez. Die Lektüre dieses Buches beginnt mit der Klärung der Beziehungen zwischen den Figuren. Im Mittelpunkt steht die Familie Buendía, deren Wohlstand und Niedergang, interne Beziehungen und politische Kämpfe, Selbstvermischung und Wiedergeburt im Laufe von hundert Jahren erzählt werden.
Projektmanagement ist der Prozess der Anwendung von Fachwissen, Fähigkeiten, Werkzeugen und Methoden auf die Projektaktivitäten, so dass das Projekt die festgelegten Anforderungen und Erwartungen im Rahmen der begrenzten Ressourcen erreichen oder übertreffen kann. Dieses Diagramm bietet einen umfassenden Überblick über die 8 Komponenten des Projektmanagementprozesses und kann als generische Vorlage verwendet werden.
Prinzipien der Fernerkundung Kapitel 2 Physikalische Grundlagen der Fernerkundung
1. Elektromagnetisches Spektrum und elektromagnetische Strahlung
Elektromagnetische Wellen
Das Konzept der Wellen: Wellen sind die Ausbreitung von Schwingungen im Raum.
RS bezieht sich auf die Fernerkundung elektromagnetischer Wellen
Eine elektromagnetische Welle ist eine Transversalwelle
Kann ohne Medien verbreitet werden
sich mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten
Welle-Teilchen-Dualität – je kürzer die Wellenlänge, desto deutlicher sind die Teilcheneigenschaften und umgekehrt.
Der Grund, warum die Fernerkundung Bodenobjekte und Naturphänomene anhand gesammelter elektromagnetischer Wellen beurteilen kann, liegt darin, dass alle Objekte aufgrund ihrer unterschiedlichen Typen, Eigenschaften und Umgebungsbedingungen völlig unterschiedliche Reflexions- oder Emissionsstrahlungseigenschaften elektromagnetischer Wellen aufweisen.
elektromagnetisches Spektrum
Das Diagramm, das durch die Anordnung der Wellenlängen elektromagnetischer Wellen entsteht, wird elektromagnetisches Spektrum genannt.
Die Reihenfolge ist: γ-Strahlen – Röntgenstrahlen – ultraviolette Strahlen – sichtbares Licht – Infrarotstrahlen – Mikrowellen – Radiowellen.
Messung elektromagnetischer Strahlung
Strahlungsenergie (W): Die Energie elektromagnetischer Strahlung, Einheit: J.
Strahlungsfluss (Φ): Strahlungsenergie, die pro Zeiteinheit einen bestimmten Bereich durchdringt, Einheit: W.
Strahlungsflussdichte (E): Strahlungsenergie, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit geht, Einheit: W/m2
Bestrahlungsstärke (I): Strahlungsfluss pro Flächeneinheit der Oberfläche des bestrahlten Objekts, Einheit: W/m2
Strahlungsaustritt (M): Strahlungsfluss pro Flächeneinheit der Oberfläche des Strahlungsquellenobjekts, Einheit: W/m2.
Solarkonstante 1367±7 W/m2
Strahlungshelligkeit (L): Der Strahlungsfluss der Strahlungsquelle in eine bestimmte Richtung, Einheit Projektionsfläche, Einheit Raumwinkel, Einheit W/(sr·m2)
Licht- und Farbsehen
Achromatisches Objekt: Ein Objekt, das keinen Unterschied in der Absorption oder Reflexion der einzelnen Bänder aufweist.
Farbige Objekte Farbige Objekte haben die Fähigkeit, einfallendes weißes Licht zu zerlegen und es selektiv zu absorbieren und zu reflektieren. Im Vergleich zum einfallenden Licht nimmt die Intensität des reflektierten Lichts zu diesem Zeitpunkt nicht nur ab, sondern ändert auch seine spektrale Zusammensetzung, d. h. das reflektierte Licht wird zu einem Farblicht mit einem unterschiedlichen Verhältnis der Strahlungsintensität in jedem Band des einfallenden Lichts. Dies führt dazu, dass das Objekt Farbe zeigt.
Farbeigenschaften
Farbe
Auch Farbton genannt, bezieht sich auf die Kategorie der Farbe. Es ist das Merkmal, das Farben voneinander unterscheidet.
Der Farbton eines Objekts hängt von der spektralen Zusammensetzung und Intensität der Lichtquelle, dem Anteil der von der Oberfläche des Objekts reflektierten oder durchgelassenen Strahlung jeder Wellenlänge und der Wahrnehmung der dominanten Wellenlänge durch das menschliche Auge ab.
Sättigung
Die Sättigung bezieht sich auf die Reinheit der Farbe. Sie gibt den Grad der Konzentration einer Farbe an.
Generell gilt: Je heller die Farbe, desto größer die Sättigung; andernfalls ist die Sättigung gering. Die verschiedenen Spektralfarben im sichtbaren Spektrum sind die am stärksten gesättigten Farben. Die Änderung der Sättigung hängt vom Anteil des weißen Lichts ab, das der Spektralfarbe beigemischt wird. Je mehr weißes Licht der Spektralfarbe beigemischt wird, desto weniger gesättigt ist sie.
Helligkeit
Unter Helligkeit versteht man die Helligkeit oder Dunkelheit einer Farbe, die durch die Strahlungsintensität des Leuchtkörpers bzw. das Lichtreflexionsvermögen der Objektoberfläche bestimmt wird. Je höher das Reflexionsvermögen, desto höher die Helligkeit.
Unbunte Farben unterscheiden sich nur in der Helligkeit, ohne die beiden Merkmale Farbton und Sättigung.
Grundprinzipien der Farbsynthese
Die Auswahlbedingung für die drei Primärfarben besteht darin, dass keine der drei Primärfarben durch Addition der anderen beiden gemischt werden kann. Die Methode zur Synthese von Farben ist einfach und stabil und es können mehr Farben synthetisiert werden. Rot (R) – 0,7 µm, Grün (G) – 0,5461 µm, Blau (B) – 0,4358 µm
Von einem Objekt emittierte Strahlungseigenschaften
Schwarzkörperstrahlung
absolut schwarzer Körper
Objekte absorbieren die gesamte elektromagnetische Strahlung jeder Wellenlänge bei jeder Temperatur (d. h. der Absorptionskoeffizient ist immer gleich 1).
Gesetz der Schwarzkörperstrahlung – Plancksche Formel
Objektstrahlung ist eine kontinuierliche Funktion von Wellenlänge und Temperatur
Gesetz der Schwarzkörperstrahlung – Stefan-Boltzmann-Gesetz
Je höher die Temperatur eines Objekts ist, desto stärker ist seine Strahlungsfähigkeit.
Gesetz der Schwarzkörperstrahlung – Wiener Verschiebungsgesetz
Je höher die Temperatur des schwarzen Körpers ist, desto mehr verschiebt sich die dem Strahlungsmaximum entsprechende Spitzenwellenlänge in Richtung der Kurzwelle. Die Wellenlänge (max) des stärksten Teils seiner Strahlung ist kürzer.
Inferenz
Je höher die Temperatur des Objekts, desto kürzer ist die Wellenlänge der maximalen Strahlungsenergie. Mit zunehmender Temperatur des Objekts verschiebt sich die maximale Strahlungswellenlänge von lang nach kurz.
Sonnenstrahlung ist kurzwellige Strahlung und Strahlung von Menschen, Boden und Atmosphäre ist langwellige Strahlung.
Die Strahlungsflussdichte variiert kontinuierlich mit der Wellenlänge und jede Kurve hat nur einen Maximalwert.
Je höher die Temperatur, desto größer ist die Strahlungsflussdichte und die Kurven bei unterschiedlichen Temperaturen sind unterschiedlich.
Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich die Wellenlänge, die dem Strahlungsmaximum entspricht, in Richtung Kurzwelle.
Strahlung, die von realen Objekten abgegeben wird
Sonnenstrahlung
Das Sonnenspektrum kommt der Schwarzkörperstrahlung von 5777 K (6000 K) am nächsten.
Die Energie der Sonnenstrahlung ist hauptsächlich im sichtbaren Licht konzentriert, wobei die Energie des sichtbaren Lichts zwischen 0,38 und 0,76 µm 46 % der gesamten Sonnenstrahlungsenergie ausmacht und die maximale Strahlungsintensität bei einer Wellenlänge von etwa 0,47 µm liegt;
Die den Boden erreichende Sonnenstrahlung konzentriert sich hauptsächlich im 0,3-3,0-µm-Band, einschließlich nahem Ultraviolett, sichtbarem Licht, nahem Infrarot und mittlerem Infrarot;
Die Dämpfung jedes Bandes ist ungleichmäßig.
Die Sonnenstrahlung, die die Atmosphäre durchdringt, wird stark gedämpft;
Erdstrahlung
Die Erdstrahlung entspricht der Schwarzkörperstrahlung von etwa 300 K
künstliche Strahlungsquelle
Atmosphärische Auswirkungen auf die Sonnenstrahlung
Atmosphärische Effekte
Ebenen und Zusammensetzung der Atmosphäre
Troposphäre: 7 bis 12 km Die Temperatur nimmt mit der Höhe ab und das Wetter ändert sich häufig in dieser Schicht.
Stratosphäre: 12 bis 50 km. Der Boden ist die Stratosphäre (aktive Flugfernerkundungsschicht). Oberhalb der Stratosphäre steigt die Temperatur aufgrund der starken Absorption ultravioletter Strahlen durch die Ozonschicht allmählich an.
Ionosphäre: 50 bis 1.000 km in der Atmosphäre werden durch ultraviolette Strahlung ionisiert und sind für das Fernerkundungsband transparent.
Äußere Schicht der Atmosphäre: 800–35.000 km Die Luft ist extrem dünn und hat grundsätzlich keinen Einfluss auf Satelliten.
atmosphärische Zusammensetzung
Gas: N2, O2, H2O, CO2, CO, CH4, O3 konstante Bestandteile (N2, O2, CO2), variable Bestandteile (Wasserdampf, Aerosol)
Atmosphärische Absorption
Die Wirkung von Sauerstoff auf elektromagnetische Wellen liegt in einem anderen Bereich als ultraviolettem Licht (<0,2 um).
Ozon hat eine starke Fähigkeit, elektromagnetische Wellen von weniger als 0,3 µm (<0,3 µm) zu absorbieren.
Kohlendioxid: 2,8, 4,3, 14,5 µm starke Absorptionsbanden
Wasserdampf: hauptsächlich im Infrarot- und Mikrowellenbereich konzentriert
atmosphärische Streuung
Das Konzept der Streuung: ein Phänomen, bei dem elektromagnetische Wellen nach der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Wellen und Materie von ihrer ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abweichen.
Im Gegensatz zur Absorption ändert sie lediglich die Ausbreitungsrichtung und kann nicht in innere Energie umgewandelt werden.
Atmosphärische Streuung ist die Hauptursache für die Schwächung der Sonnenstrahlung.
Bei Fernerkundungsbildern verringert sich die Qualität der vom Sensor empfangenen Daten, wodurch das Bild unscharf wird.
Streuung findet hauptsächlich im Bereich des sichtbaren Lichts statt.
Rayleigh-Streuung (molekulare Streuung): d <<λ
Rayleigh-Streuung: Streuung, die auftritt, wenn die Größe von Gasmolekülen viel kleiner als die Wellenlänge von Lichtwellen ist; es handelt sich um die Streuung kleiner Teilchen.
Typische Eigenschaften der Rayleigh-Streuung: Die Streulichtintensität ist umgekehrt proportional zur vierten Potenz der Wellenlänge.
Mie-Streuung (Aerosolstreuung): d ≈ λ
Mie-Streuung: Streuung, die auftritt, wenn der Durchmesser von Aerosolpartikeln, Wolkentröpfchen, Regenwolkentröpfchen usw. in der Atmosphäre vergleichbar oder größer als die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist.
Eigenschaften der Mie-Streuung
Elektromagnetische Wellen können die Oberfläche des Mediums durchdringen und tief in das Innere der Streupartikel eindringen.
Hauptsächlich verursacht durch Partikel in der Luft, wie Rauch, Staub, kleine Wassertröpfchen und Aerosole.
Mie-Streuung hat einen größeren Einfluss auf elektromagnetische Wellen mit längeren Wellenlängen als Rayleigh-Streuung.
Warum ist der Himmel blau
Sonnenlicht besteht aus sieben Farben: Rot, Orange, Gelb, Grün, Cyan, Indigo und Violett. Die Lichtwellenlängen dieser sieben Farben sind unterschiedlich. Staub und andere Partikel in der Atmosphäre streuen blaues Licht stärker als andere Photonen mit längeren Wellenlängen.
Der Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts beträgt 380 nm (blau-violettes Licht) bis 760 nm (rotes Licht). Die Wellenlänge des roten Endes beträgt das 1,75-fache der Wellenlänge von blau-violettem Licht Die Streuintensität des roten Lichts ist bis zu zehnmal höher, und weil das menschliche Auge gegenüber violettem Licht nicht empfindlich ist, ist der Himmel, den wir sehen, blau.
Warum sind Morgenlicht und Abendlicht rot?
Eigenschaften der atmosphärischen Streuung
Die Populationsstreuintensität ist die lineare Summe der einzelnen Streuintensitäten.
Die Beziehung zwischen atmosphärischem Streukoeffizienten und Höhe
Der atmosphärische Streukoeffizient besteht aus zwei Teilen: der molekularen Streuung und der Aerosolstreuung.
Die Dichte der Aerosolpartikel nimmt exponentiell mit der Höhe ab.
Unter durchschnittlichen Bedingungen ist die Aerosol-Mie-Streuung unter 4 km vorherrschend und die molekulare Streuung über 4 km relativ dominant.
stimmungsvolles Fenster
Konzept: Wenn Sonnenstrahlung durch die Atmosphäre geleitet wird, schwächen Reflexion, Absorption und Streuung gemeinsam die Strahlungsintensität ab, und der verbleibende Teil ist der durchgelassene Teil.
Jedes Band der Sonnenstrahlung wird unterschiedlich stark abgeschwächt, daher ist auch die Durchlässigkeit jedes Bandes unterschiedlich.
Wenn elektromagnetische Wellen die Atmosphäre passieren, werden sie weniger reflektiert, absorbiert und gestreut, und das Band mit der höheren Durchlässigkeit wird als atmosphärisches Fenster bezeichnet. (Teil, der für die Erdfernerkundung verwendet wird)
Quantitative Analyse der atmosphärischen Übertragung
Im sichtbaren und nahen Infrarotbereich werden 30 % der Sonnenstrahlung von Wolken oder anderen Partikeln reflektiert, 22 % werden gestreut, 17 % werden absorbiert und 31 % der Energie erreichen den Boden.
Reflektierte Strahlungseigenschaften von Objekten
Reflexionsvermögen
Die Wechselwirkung zwischen der den Boden erreichenden Sonnenstrahlung und der Oberfläche P0 Reflexion Pρ Absorption Pa Transmission Pt P0= Pρ Pa Pt
Reflexionsgrad ρ= Pρ/ P0×100 %
Reflexionsspektrum
Streueigenschaften von Mikrowellen