地理信息系统gis第6章 遥感技术及其应用课件

1、第六章 遥感技术及其应用6.1遥感影像的获取6.2常用的遥感影像6.3图像解译的主要依据6.4图像校正与信息提取的常用方法6.5遥感信息技术在城市规划中的典型用途6.1遥感影像的获取1、遥感的概念1962年 术语 remote sensing technology 1972年美国第一颗陆地人造卫星（landsat-1）通过某种传感器装置,在不与研究对象直接接触的情况,获得其特征信息,并对这些信息进行提取、加工、表达应用的一门技术。2、基本原理从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线结目标进行探测和识别的技术自然界的地表物体具有自身的电磁辐射规律,不同地物对不同电磁波具有不同的反射

2、、发射、吸收的能力,被称为地物的光谱(波谱)特征 。在同一光谱区各种物体反映的情况不同，同一物体对不同光谱的反映也有明显差别。即使是同一物体，在不同的时间和地点，由于太阳光照射角度不同，它们反射和吸收的光谱也各不相同。遥感技术就是根 据这些原理，对物体作出判断。遥感技术通常是使用绿光、红光和红外光三种光谱波段进行探测。绿光段一般用来探测地下水、岩石和土壤的特性；红光段探测植物生长、变化及水污染等；红外段探测土地、矿产及资源。此外，还有微波段，用来探测气象云层及海底鱼群的游弋。 按平台距地面的高度大体上可分为三类：地面平台航空平台航天平台 类 型 高 度 特 性 地面遥感 地面平台 离地面0.7

3、5米或2米 进行岩石、水、植物的波谱测试 遥感塔 高6米 可进行单元景观波谱测试，立面遥感(陆摄)并把各种传感器获得同步资料 遥感车(船) 高l0米 遥感船还可以进行水下电视，进行海底遥感 航空平台 飞 机 低 空 2000米以下(直升飞机10米，侦察机300500米) 中 空 20006000米 可得1：5万的影象 高 空 1200030000米 气 球 低 空 定位遥感监测地面动态变化，覆盖面积5001000平方公里 高 空 1240公里 传感器组成传感器的分类传感器的性能 传感器（sensor）：也叫敏感器或探测器，它是收集、探测并记录地物电磁辐射信息的仪器。 传感器是遥感技术系统的核心

4、部分，它的性能制约着整个遥感技术的能力。传感器组成 传感器的种类很多，但从结构上看，基本都是由收集器、探测器、处理器、输出器等器件组成，只有摄影方式的传感器探测与记录同时在胶片上完成，无需在传感器内进行信号处理。透镜反射镜天线胶卷光电器件热电器件光电倍增管电子倍增管胶片磁带探测器 传感器中最重要的部分，探测元件是真正接收地物电磁辐射的器件，它的功能是负责能量转换，测量和记录接收到的电磁辐射能。 常用的探测元件有：感光胶片、光电敏感元件、固体敏感元件和波导。探测器 （1）感光胶片 感光胶片通过光化学作用探测近紫外至近红外的电磁辐射，它的响应波段约为0.31.4m之间，这一波段的电磁辐射能使感光胶

5、片上的卤化银分解，析出银粒子颗粒的多少反映了光照的强弱并构成地面物象的潜影，胶片经过显影、定影处理，就得到稳定的可见影像。处理器 处理器的主要功能是负责将探测到的化学能或电能信息进行加工处理，即进行信号的放大、增强或调制。 注意：摄影成像无须信号转换。输出器 传感器的最终目的是要把接收到的各种电磁波信息，用适当方式输出，亦即提供原始的资料、数据。 遥感影像信息的输出一般分直接与间接两种方式。传感器的分类按电磁辐射来源分类： 分为主动式传感器和被动式传感器。按传感器的成像原理和所获取图像的性质不同分类： 分为摄影机、扫描仪和雷达三种。按传感器对电磁波信息的记录方式分类： 分为成像方式的传感器和非

6、成像方式的传感器。传感器的性能 传感器是遥感技术系统的关键设备，其性能直接影响到遥感成果的好坏。反映传感器的性能指标很多，其中最重要的且直接影响到应用效果的有三个： 地面分辨率 灰度分辨率 波谱分辨率 地面分辨率 地面分辨率：影像上能够详细区分的最小单元所代表的地面距离的大小。 地面分辨率使用来表征传感器获得的影像反映地表景物细节能力的指标，亦称空间分辨率。 地面分辨率m是由传感器系统的分辨率n及传感器工作时的比例尺s决定的： m=n/s SPOT 5的空间分辨率 灰度分辨率 灰度分辨率：是表征传感器所能探测到的最小辐射功率的指标，指影像记录的灰度值的最小差值。 在不同的波段，用不同传感器获得

7、的影像灰度分辨率很不同。 波谱分辨率 波谱分辨率：传感器所用的波段数、波长及波段宽度，也就是选择的通道数、每个通道的波长和带宽。 一般来说传感器的波段越多，频带宽度越窄，所包含的信息量越大，针对性越强。遥感数据的接收记录与处理系统地面接收站遥感数据处理中心遥感基础研究与应用中心地面接收站 航空遥感一般采用直接回收的方式回收遥感数据，而卫星遥感则采用视频传输方式回收信息，需要地面接收站接收数据。 遥感数据的接收站主要接收卫星发送下来的遥感图像信息及卫星姿态、星历参数等，将这些信息记录在高密度数字磁带上，然后送往数据处理中心处理成可提供用户使用的胶片和数字磁带等。 中国遥感卫星地面站位于北京密云，

8、于1986年建成并投入运行，邓小平同志亲笔题写了站名。 地面站主要任务是：接收、处理、存档、分发各类地球对地观测卫星数据，为全国服务，同时开展卫星遥感影像数据接收与处理以及相关技术的研究。 接收站内配备大型接收天线 2 部、中小型接收天线 2 部及相关的各种卫星数据接收、记录设施多套，具备接收国内外15颗遥感卫星数据的能力，目前全天候运行性接收9颗卫星数据，初步实现了一站多星，多种分辨率和全天候、全天时、准实时。成为国家关键的空间信息基础设施，也是国际上接收与处理卫星数量最多的地面站之一。地面站代表我国与美国、日本、欧空局、加拿大、法国各卫星管理机构签订各类卫星数据接收协议10份，成为国际对地

9、观测网中有较大影响的重要一员。 中国遥感卫星地面站正在接收处理的卫星示意图中国遥感卫星地面站遥感数据处理中心 地面数据处理中心对收到的地面接收站送来的高密度数字磁带进行数据转换，生产可供用户使用的计算机兼容磁带CCT（cumputer compatible tape）和70mm的胶片。遥感数据处理中心 我国卫星图像接收站的数据处理中心设在北京市海淀区，它包括计算机处理系统和照相处理系统两个部分。 数据处理中心除了担负加工处理和生产任务外，同时也是管理中心和发行中心，它必须将数据和资料进行编目、制卡，把高密度磁带存入数据库。遥感数据处理中心 我国卫星地面站已积累保存了自1986年以来，不间断地接

10、收的美国陆地卫星系列、 法国资源卫星系列、欧空局雷达卫星系列、日本以及加拿大雷达卫星等共15颗资源遥感卫星（约100万余景）数据。这是我国目前唯一的、极其珍贵的空间遥感数据历史资料和资源。 地面站多种遥感卫星图像检索与查询数据库，是我国目前唯一的大型多种民用资源遥感卫星检索数据库。存储着地面站接收的每一景遥感影像描述数据以及相应的快视浏览图像，并通过互联网为国内外遥感用户提供一年365天、每天24小时的不间断在线检索与查询服务，是向用户提供数据服务的重要窗口。遥感基础研究与应用中心 遥感的发展有赖于运载工具和传感器的研制，但目的是为种种应用服务。为了使遥感的应用领域不断拓宽和深化，必须以切实的

11、基础研究作保证。遥感基础研究与应用中心 除星体、传感器、发射、测控、通讯等方面的基础研究外，还应有四个方面的研究：其一，进行卫星和航空遥感的模拟试验；其二，实验遥感仪器设备的性能；其三，研究地物波谱特性；其四，遥感图像解译理论和应用理论的研究。6.2常用的遥感影像 1、SPOT影像 2、IKONOS影像 3、QUICKBIRD影像 4、ORBVIEW影像 5、GeoEye-1影像 6、RapidEye影像基本情况介绍 ：1978年起，以法国为主，联合比利时、瑞典等欧共体某些国家，设计、研制了一颗名为“地球观测实验系统”(SPOT)的卫星，也叫做“地球观测实验卫星”。SPOT1，1986年2月发

12、射，至今还在运行。SPOT2，1990年1月发射，至今还在运行。SPOT3，1993年9月发射，1997年11月14日停止运行。SPOT4，1998年3月发射，至今还在运行。SPOT5, 2002年5月4日凌晨当地时间1时31分，在法属圭亚那卫星发射中心由阿里亚娜4号火箭运载成功发射。1、SPOT 影像 SPOT 卫星参数标称轨道高度832 km轨道倾角98.7运行一圈的周期101.46 min日绕总圈数14.19圈重复周期26 d降交点地方太阳时10:30(15min)HRV地面扫描宽度60 km舷向每行像元数3 000/6 000 个传感器情况SPOT 卫星搭载的主要传感器有： 1、高分辨

13、率可见光扫描仪 -HRV（SPOT 1-4搭载) 2、高分辨率几何装置 -HRG 3、植被探测器 -VEGETATION 4、高分辨率立体成像装置 -HRS（SPOT5特有的） SPOT卫星的运行 Spot的HRV波普段SPOT13号卫星上携带两台HRV传感器。 Spot数据特征SPOT5全色波段图像（2.5米） Spot主要应用领域 Spot卫星的主要任务是监测自然资源分布，特别是监测农业、林业和矿产资源，观测植被生长状况与农田含水量等，对农作物进行估产； 了解城市建设与城市土地利用状况； 在制图、路网信息提取及更新、三维模拟仿真数据的制作中都应有广泛； Spot全色波段，可用于调查城市土地

14、利用现状、区分城市主要干道、识别大型建筑物，了解都市发展状况。2、IKONOS数据基本情况介绍 ： IKONOS是美国空间成像公司(Space Imaging)为满足高解析度和高精度空间信息获取而设计制造，是全球首颗高分辨率商业遥感卫星。IKONOS-1于1999年4月27日发射失败，同年9月24日，IKONOS-2发射成功，紧接着于10月12日成功接收到第一幅影像。 IKONOS卫星参数轨道高度681 km轨道倾角98.1轨道形式太阳同步运行一圈的周期98min重复周期3-4 d降交点地方太阳时10:30 am地面扫描宽度11 x 11km速度6.5-11.2 千米/秒 IKONOS卫星的传

15、感器系统 KONOS卫星的传感器系统由 1m分辨率的全色传感器和一个4m分辨率的多光谱传感器组成。传感器由三个CCD阵列构成三线阵推扫成像系统。其中的全色传感器由13816个CCD单元以线阵列排成，CCD单元的物理尺寸为12m x 12m，多光谱传感器分四个波段，每个波段由3454个CCD单元组成。 IKONOS光谱段全色光谱响应范围： 0.450.90m 1米而多光谱则相应于Landsat-TM的波段： MSI-1 0.450.52m 蓝绿波段 4米 MSI-2 0.520.60m 绿红波段 4米 MSI-3 0.630.69m 红波段 4米 MSI-4 0.760.90m 近红外波段 4米

16、IKONOS卫星的外形 IKONOS影像地区：上海浦东分辨率： 1 m采集时间： 2000年 3月26日 IKONOS主要应用领域在城市规划、城市建设、城市监控、城市资源配置、数字交通（汽车导航等）、数字旅游、数字经济、房地产销售、电信电力建设等。资源调查、环境监测评价、区域分析规划以及全球宏观研究等 。3、QuickBird数据美国DigitalGlobe公司的高分辨率商业卫星，于2001年10月18日在美国发 射成功。 QuickBird卫星参数QuickBird数据的光谱段数据类型 波段范围/ m分辨率/ m多波段蓝：0.450.52 2.44绿：0.520.60 2.44 红：0.63

17、0.69 2.44 近红外：0.760.90 2.44 全 波 段 0.450.90 0.61 QuickBird影像图QuickBird应用领域精细农业：61cm分辨率的图像可区分作物种类，清楚分辨农作物的行数，监测农业灌溉、施肥、杀虫、施除草剂后的效果；监测暴雨、干早、虫灾等灾害后的受灾情况并对产量作出预测，有利于农业生产向精细化方向发展 。数字城市服务：城市规划建设、地籍管理 、数字交通 、数字旅游 、监测各种基础建设工程 、准确地理定位的能力能有效跟踪非法占用土地资源等。虚拟现实服务：QuickBird遥感卫星数据提供立体像对，能生成数字高程模型和数字正射影像图，进行城市三维景观制作，

18、有利于高分辨率虚拟城市的建立。4、OrbView影像OrbView目前共有3颗卫星，其中Orb View-3是由美国OrbImage公司（轨道成像公司）在2003年6月26日由美国加利福尼亚州范登堡空军基地发射的卫星。轨道图像公司经营的OrbView-3号卫星携带了全色1米分辨率和多光谱4米分辨率的遥感器，可以提供高分辨率图像。OrbView卫星参数OrbView的外形OrbView-3 是最早提供高分辨率影像的商业卫星之一。 OrbView-3影像OrbView-3的多光谱数据可用于农作物的早期估产。 OrbView-3的立体成像能力可提供3D地形影像。 OrbView应用领域OrbView

19、-3拍摄的数据可以实时的下载传输到分布于世界各地的地面接收站，或数据先存储于星载磁盘上再下载到ORBIMAGE的美国主地面接收站。 OrbView-3数据可广泛应用于通信、石油、天然气、测绘、农业、林业，以及国防等各个领域。 比如可以用于农作物的早期估产，也可以利用其立体成像能力提供3D地形影像5、GeoEye-1 影像GeoEye-1是美国的一颗商业卫星 ，于2008年9月6日 从美国加州范登堡空军基地发射； GeoEye-1轨道高度为684km,太阳同步； GeoEye-1为当今世界上能力最强、分辨率和精度最高的商业成像卫星；GeoEye-1传感器系统携带高分辨率的CCD相机；其搭载着分辨

20、率为1米的全色传感器和分辨率为4米的多光谱传感器。GeoEye-1基本参数GeoEye-1影像宾西法尼亚的 Kutztown 大学GeoEye-1应用领域能够更好的满足城市规划管理等领域的需求；由于其较高空间分辨率，在城市测绘领域得到很好的应用。6、RapidEye 影像RapidEye卫星星座为德国所有的商用卫星，2008年8月29日，RapidEye 5颗对地观测卫星已成功发射升空，目前运行状况良好。 大范围覆盖、高重访率、高分辨率、多光谱获取数据方式，这些优点整合在一起，让RapidEye拥有了空前的优势。 日覆盖范围达400万k以上，每天都可以对地球上任一点成像 ，空间分辨率为5米 。

21、 RapidEye主要参数RapidEye影像RapidEye应用领域RapidEye作为地理空间信息的提供者，致力于将用户解决方案融入全球农业、林业、能源、国防和相关市场的客户工作流程。 RapidEye是第一颗提供“红边” 波段的商业卫星，结合这5个光谱波段是适用于监测植被状况和检测生长异常的理想条件。 遥感数据的应用领域林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。林业：清查森林资源、监测森林火灾和病虫害。农业：作物估产、作物长势及病虫害预报。水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究农业：作物估产、作物长势及病虫害预报。水文与海洋：水资源调查、水资源动态研究、冰雪监控、海洋渔业。国土资源：国土资源调查、规划和政府决策。气象：天气预报、气候预报、全球气候演变研究6.3图像解译的主要依据获得遥感图像后可以进一步辨认地物的空间分布、有关属性,这就是判读、解译。图 像解译的主要依据有: 1.波谱特征。建筑物、道路、水体、植被、裸地在影像图上的表现往往有明显的差异,如:同是建筑,屋顶是沥青砂的和一般水泥的、瓦片的明显不同;同是道路,沥青路 面和水泥路面、土路面也明显不同;污水排放口的水体和附近的元污染水往往也可分辨出来。在彩色红外像片上,植被的颜色是红的,极