第二章-遥感信息的地学评价课件.ppt

1、l2，空间宏观性l遥感影像覆盖范围大、视野广，具有概括性l3，遥感信息的时间性l瞬时特征l时效性l重返周期与多时相l4，综合性、复合性l多种地理要素的综合反映l多分辨率遥感信息的综合l5，波谱、辐射量化性l地物波谱反射、辐射的定量化记录l6，遥感信息在地学分析中的模糊性和多解性l 地面信息是多维的、无限的（时间和空间的），而遥感信息是简化的二维信息l遥感信息的复杂性和不确定性主要表现在：l同物异谱、异物同谱；l混合象元；l时相变化；l信息传输中的衰减和增益（辐射失真和几何畸变）l1，空间分辨率l 空间分辨率（Spatial resolution），又可称地面分辨率（Ground resolut

2、ion），前者就记录的图像而言，后者就地表而言，其意义相同。l空间分辨率的三种表示形式：l1）象元（pixel size)瞬时视域所对应的地面面积象元(pixe1)，即与一个象元大小相当的地面尺寸，单位为米(m)。如Landsat TM一个象元相当地面28.528.5m的范围，简称空间分辨率30m。象元是扫描影像的基本单元，是成像过程中或用计算机处理时的基本采样点。l2）线对数(解像率 Photographic resolution 、Line Pairs) 对于摄影系统而言，影像最小单元的确定往往通过l毫米间隔内包含的线对数，单位为：线对毫米(1mm)。所谓线对指一对同等大小的明暗条纹或规则

3、间隔的明暗条对 l3）瞬时视场(IFOV)，指遥感器内单个探测元件的受光角度或观测视野，单位为毫弧度(mrad)。IFOV越小，最小可分辨单元(可分像素)越小，空间分辨率越高。一个瞬时视场内的信息，表示一个象元。l这三种表示法意义相仿，只是考虑问题的角度不同，它们可以互相转换。如IFOV为2.5mrad时，从1000m高度上获取的图像的地面投影单元的大小为2.52.5m.。l目标在图像上的可分辨程度，不单取决于空间分辨率的具体值，还与它的形状、大小，以及它周围环境（物体亮度、结构等）有关。l空间分辨率与概括能力l 地面目标是个多维的真实模型，是个无限、连续的信息源(时空尺度上)；遥感数据是对地

4、面信息源有限化、离散化的二维平面记录。像元的大小反映了离散化程度。从地面原型到遥感信息，即把地面信息有限化、离散化过程必然要损失部分信息，这本身就是一种概括能力。这种概括能力对于宏观概念的建立是有意义的。从地面信息到遥感信息，经历一定的处理过程，它损失了一部分信息，必然产生一种概括能力。如同制图综合一样。遥感信息的概括能力是随分辨率的降低而增大的。l2, 光谱分辨率l传感器所选用的波段数量的多少、l各波段的波长位置、l波长间隔的大小（带宽）l光谱分辨率在遥感中的意义：l开拓遥感应用领域l专题研究中波段选择针对性l图像处理中多波段的应用提高判识效果l3，时间分辨率l对同一地区遥感影像重复覆盖的频

5、率l可分为：l超短、短周期时间分辨率；（一天以内，用来探测大气海洋物理现象、火山爆发、植物病虫害、森林火灾、污染源监测等）l中周期时间分辨率；（一年以内，用来探测植物的季相节律、再生资源、旱涝、气候学、大气动力学、海洋动力学分析等）l长周期时间分辨率（以年为单位的变化，环境、资源变化等）l时间分辨率的意义：l动态监测与预报；l自然历史变迁和动力学分析；l利用时间差提高遥感的成像率和解像率；l更新数据库l4，辐射分辨率（Radiant resolution）l辐射分辨率指传感器对光谱信号强弱的敏感程度、区分能力。即探测器的灵敏度(遥感器感测元件在接收光谱信号时能分辨的最小辐射度差，或指对两个不同

6、辐射源的辐射量的分辨能力),一般用灰度的分级数来表示，即最暗最亮灰度值(亮度值)间分级的数目量化级数 l如Landsat/MSS 最初以6bits（取值范围063）记录反射辐射值，经数据处理将其中3个波段扩展到7bits；而lLandsat4、5/TM，7个波段中的6个波段在30 m30m的空间分辨率内，其数据的记录以8 bits（0255），显然TM比MSS的辐射分辨率提高，图像的可检测能力增强。l空间分辨率与辐射分辨率难于两全。l 光学传感器的辐射测量特性(radiometric characteristics)，指用光学传感器测量时，来自目标或辐射的电磁波中的物理量在通过光学系统后回发生

7、何种变化。一般用下列指标来描述：l l l遥感器的测量精度：包括所测亮度的绝对精度和二点间亮度差的相对精度。l探测灵敏度：通常用噪声等效功率（NEP）表示。NEP指信号输出与噪声输出相等时的输入信号的大小，即探测器产生数值为1的信噪比所需的功率。lNEP越小，灵敏度越高。l动态范围传感器可测量的最大信号与最小信号之比。所谓最大信号指在此值以外无论输入的信号多强，响应也无变化的饱和区：所谓最小信号指在此值以外为对输入的弱信号无响应的无感应区；而仅在动态范围内，输入与输出信号几乎呈线性关系。l l信噪比（S/N）有效信号(signal)与噪声(noise)之比。即信号功率与噪声功率之比。而为了实用

8、方便，信噪比常定义为信号均方根电压和噪声均方根电压之比，单位均为分贝(dB)。l有效量化的级数，一般是由动态范围和信噪比SN所确定l同为20米分辨率的中巴资源1号卫星CCD图象质量比法国SPOT多光谱图像差的主要原因是辐射分辨率低造成的。l其它评价标准尚有：l视场（像幅宽度）l倾斜观测能力l立体观测能力l可持续性等l1、美国陆地卫星系统编号运行日期 轨道 传感器 数据传输与接收 172.7.2378.1.6 18天918km RBV，3波段(VISNIR) MSS，4波段(VISNIR) 星上磁带记录仪贮存数据，当卫星运行到地面站接收范围时，再回放磁带数据，由地面站接收。L3运用了中继卫星以提

9、高数据传输速率。 275.1.2282.2.25 378.3.583.3.31 482.7.1692* 16天705km MSS(同上)TM 7波段(VISNIR) 利用由几个跟踪与数据中继卫星组成的实时传输系统(TDRSS)近实时的采集数据 584.3.1一至今 693.10.5* 16 天705km MSS(同上) ETM，8波段(VISNIR) 星上设有3台磁带记录仪，记录和回放数据 799.4.15ETM，8波段三种数据传输方式：TDRSS实时传输系统、磁带记录回放、GPS接收器。 l空间分辨率：VISIR为30m；TIR为120m； ETM的全色波段为15m;ETM+的新增TIR波段

10、约为60m。一幅图像的地面覆盖为185185公里。l 时间分辨率： Landsatl3为18天，Landsat 4、5为16天。l 辐射分辨率：MSS7为64量级，MSS4-6为128量级，TM为256量级 卫星发射时间传感器谱段m分辨率m备注SPOT1SPOT2SPOT31986年2.221990年1.221993年9.26HRV0.500.590.610.680.790.800.510.73202020102台HRVSPOT41998年3HRVIR0.500.590490.730.790.801.581.75201020202种工作模式VEGETATION0.430.470.610.680

11、.780.891.581.751150115011501150 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000 01 02 03 04 05 06 07 08 SPOT 5 SPOT 4 卫星运行服务中断发射日或重新开始服务日 SPOT 1 SPOT 2SPOT 3 2002年年7月月15日投入商业运行日投入商业运行2002年年9月月27日日RSGS地面系地面系统通过验收统通过验收SPOT 5: 独特的计划独特的计划0201105Resolution (m)Field of View (km)1550100200150Landsat 7IRS 1C

12、SPOT 4SPOT 4 (x2)3SPOT 5 (HRG)SPOT 5 (HRGx2)Quick BirdIKONOSSPOT 系系 列列 卫卫 星星 的的 倾倾 斜斜 观观 测测 能能 力力 重 复 观 测 能 力 增 强，单 星：23天/次，多 星：1天/次 轨 道 旁 向， 接 收 立 体 像 对， 生 成 DEM 地 面 控 制 中 心 编 发 指 令， 控 制 接 收 根 据 用 户 的 具 体 要 求 在 特 定 的 时 间，特 定 的 地 点，为 用 户 接 收 专 用 数 据 级 别 为 蓝 色 服 务 和 红 色 服 务，需 要 编 程 服 务 费 用 合 理 安 排 影

13、像 间 搭 接，减 少 浪费，节 省 费 用 法 国 空 间 研 究 中 心 控 制，最 快响 应 时 间 为 12 小 时 应 用 于 紧 急 事 件，长 期、定 期 动 态 监 测.SPOT 系系 列：编列：编 程程 接接 收收900km Spot 系系 列：列： 侧侧 摆摆 接接 收收 立立 体体 像像 对对 轨道旁向倾斜，像对最短轨道旁向倾斜，像对最短时间差为时间差为0.5小时小时 保证一定的入射角，保证保证一定的入射角，保证像对的质量和精度像对的质量和精度 自动相关生成自动相关生成DEM，高程，高程精度为精度为7-15米米2020600 Km maxiHRS120 KmnHRS在轨立

14、体成像数据带 : 一次接收像对: 600 km X 120 km = 72000 km 一次接收像对最大持续时间 : 3 minutes Stereoimagen,length 600kmStereoimagen+1,length 600kmBetweentwoconsecutiveimagelength 600kmSatellitemotion120km Satellite orbitZYXSatellite axisLine of sight (Fore tlescope -20)Line of sight (Aft tlescope + 20)Width of the track120

15、kmLength 600 km max T0, (beginning of image capture with the fore camera)T0+90s ; forward/reward commutation(end of image capture with the fore camera andbeginning of image capture with the aft camera)T0+180s, (end of image capture with the aft camera)Stereo imageHeight830 kmT0+90sSPOT 5:HRS 立体像对接收立

16、体像对接收l波段: 全色l影像幅宽: 120 kml立体像对基线高度比B/H = 0.84 ( 20)l采样间隔:10 m垂直于轨道运行方向, 5 m沿轨道运行方向l每日接收能力: 126 000 kmlDEM生产目标: 5年内3千万kmSPOT 5: 精精 确确 的的 定定 位位 技技 术术 轨轨 道道 定定 位位 系系 统统 ：DORIS 精精 确确 锁锁 定定 SPOT 5 的的 轨轨 道道 位位 置置 恒恒 星星 定定 位位 装装 置置: Star Tracker 精精 确确 测测 算算 SPOT 5 的的 姿姿 态态 参参 数数SPOT 5 定定 位位 精精 度：度： 在在 没没 有

17、有 控控 制制 点点 的的 条条 件件 下下 HRG： 优优 于于 50m HRS： 优优 于于 15m 10m - 5m-2.5m 分分 辨辨 率率 正正 射射 影影 像：像： 优优 于于 15m继续保持卫星数据提供的领先地位继续保持卫星数据提供的领先地位 大覆盖范围大覆盖范围 2250-120-60 km 多重分辨率多重分辨率 1Km-20m - 10m - 5m - 2.5mSPOT 5: 独特的计划独特的计划高高 精精 度度 立立 体体 像像 对对 5x10m-5x5m-2.5x2.5m 高高 定定 位位 精精 度度 原原 始始 数数 据：据：50m 正正 射射 影影 像：像：15m6

18、0 to 80 Km60 KmSPOT 1-4 (10 m)6 000 x 6 000 (36 Mbytes)SPOT 5 (5 m)12 000 x 12 000 (144 Mbytes)SPOT 5 (2.5 m)24 000 x 24 000 (576 Mbytes)l技术参数l回归周期：26天l每天运行圈数：14+9/26l回归周期内的总圈数：373l卫星平均高度：778kml交点周期：100.38minl降交点地方时：10：30l相邻轨迹间距：（赤道）107.4km;（北纬20）101.0kml重叠率：（赤道）4.9%;（北纬20)10.7%l(1)CCD相机l CCD相机是CBER

19、S1完成对地观测任务的最重要的遥感器，该分系统具有下列功能：l 在可见光和近红外光谱段产生四个多光谱谱段和一个全色谱段的地面景物图像；l 具有最大32的侧视功能；l 具有在轨调焦和定标功能。lB1 0.450.52 m lB2 0.520.59 m lB3 0.630.69 m lB4 0.770.89 m lB5 0.510.73 m lB1B5分辨率20m(19.5m)l(2)IRMSS红外多光谱扫描仪l IRMSS是CBERS1卫星另一个重要遥感器，其主要任务是同时获取从可见光到热红外的四个谱段的地面景物图像。该分系统具有包括太阳定标在内的多种辐射定标手段 lB6 0.500.90m l

20、B7 1.551.75 m lB8 2.082.35 m lB9 10.4012.50 m l空间分辨率：B6-B8:78m B9:156ml(3)WFIlWFI由于具有较宽的观测带，可以在较短的期间内对地面实现重复覆盖，因此是CCD相机和IRMSS的重要补充 lB10 0.63-0.69 m lB11 0.77-0.89 m l空间分辨率：256ml1999年9月24日美国空间图像公司的IKONOS卫星发射成功并投入商业运行，标志着高分辨率遥感卫星的应用从此拉开序幕。lIKONOS卫星主要特点是可获取1m分辨率的全色图像和4m分辨率的多光谱图像，可广泛用于测图、资源调查、灾害防治与管理等众多

21、领域，是构筑“数字地球”的基础数据源之一。l轨道：太阳同步，681.8kml降交点时：10：30AMl波段：全色，0.450.90 m,分辨率1m 多光谱，0.450.52m，分辨率4m 0.520.60 m ，分辨率4m 0.600.69 m ，分辨率4m 0.760.90 m ，分辨率4ml侧视：侧视角45l幅宽：11kml重复观测周期：最短3天（利用侧视功能）l第一周与第2050周的地面轨迹相同，约每天15周，140天绕地球2049周l2001年10月19日美国“数字全球”公司发射成功，2002年2月起开始提供商业图像。l轨道：高度450km,周期98分钟, 降交点地方时10:30l幅宽

22、：16.5kml定位精度：水平方向优于23m， 垂直方向优于17ml空间分辨率：全色：星下点0.61m 多光谱：星下点2.5ml光谱段：全色：450900 多光谱：450520，520600, 630690，760890l“数字全球”公司提供3个级别的图像产品：基础图像(Basic imagery)，标准图像和正射图像。l标准图像和正射图像可以生成0.7m分辨率的自然彩色图像和彩色红外图像。l1)高光谱分辨率。成像光谱仪能获得整个可见光，近红外、中红外、热红外波段的多而很窄的连续的光谱波段。波段数多至几十甚至数百个。波段间隔在毫微米(即纳米nm)级内，一般为1020nm，个别达2.5nm l2

23、)图谱合一。在获得数十、数百个光谱图像的同时，可以显示影像中每个像元的连续光谱。地物波谱研究表明，地表物质在0.42.45m光谱区间内均有可以作为识别标志的光谱吸收带，其带宽约2040nm，成像光谱仪的高分辨率是可以捕捉到这一信息的。它所提供的这种每个像元或像元组的连续光谱，可以较客观地反映了地物光谱特征以及光谱特征的微弱变化，进行光谱波形形态分桥，并与实验室、野外及光谱数据库的光谱匹配，从而检测出具有诊断意义的地物光谱特征，使利用光谱信息直接识别地物成为可能 l航天成像光谱仪可分为中分辨率(如MODIS、250m- 1000m)和高分辨率(如HIRIS、30m)两类。l这类卫星通常是地球观测

24、综合卫星，可用于大气、海洋和陆地观测。lMODIS（EOSAM1和PM上搭载），波段数36个，其中用于陆地观测有13个，这类卫星已发射1颗（失败），还计划发射5颗。lEOS/MODIS数据l36个波段l分辨率：250m1000ml幅宽：2330kml每天覆盖全球l以X波段开放发送，免费接收1 ， 美 国 N O A A 极 轨 气 象 卫 星 系 列 ，NOAA1(1970年12月)，现有NOAA12、14和NOAA-K(15)在运行 lNOAA/AVHRR为一台旋转平面镜式光学机械扫描仪。扫描角 55.4，扫描带宽2800km，成像面积大，利于获得宏观同步信息。lAVHRR共5个波段(0.5

25、812.5m)： CH1，可见光红波段，0.580.68m；CH2近红外波段，0.7251.1m；CH3中红外波段，3.553.93m；两个热红外波段CH4为10.5一11.3m和CH5为11.512.5m。NOAA-K新增1.581.68m(3A)，重点用于云、雪区分及下垫面研究，它与原CH3(后改3B)交替工作，3A白天工作，3B夜间工作 lAVHRR的空间分辨率，星下点为1.1km，远离星下点处约为4km。l每颗NOAA卫星，重复观测周期为一天2次，在双星系统下，同一地面点每天有4次过境资料。一般选用白天两个时间的数据。因而，其时间分辨率为24次天 lAVHRR具有较高的辐射分辨率，其数

26、据的量化等级为1024(10bit数据)。可见光和近红外通道的灵敏度在反射率为0.5%时，信噪比大于3。热红外通道的温度分辨率达1 l由于AVHRR扫描角大(55.4)、扫描带宽(约2800km)，则地球曲率、大气和目标的方向反射特征，以及传感器扫描角和太阳高度角的差异等均对数据影响较大。因而，AVHRR的数据变形较大，几何畸变较严重，尤其在扫描带两侧明显 l“风云1号” 是我国自行设计和发射的极轨气象卫星。 FylA、1B分别于1988年9月和1990年9月发射升空。FylC于1998年5月发射，（ FylD于2002年5月15日发射）。l 卫星上载有2台甚高分辨率扫描辐射仪VHRSR，瞬时

27、视场角IFOV为1.2mrad，星下点分辨率为1.1km，总扫描宽度约3000km。 NOAAAVHRRFy1A1BFy1C主要应用领域0.58-0.68m0.480.53m0.53-0.58m0.58-0.68m0.434.48m0.48-0.53m0.53-0.58m0.58-0.68m海洋水色、叶绿素、泥沙海冰、海洋污染陆地表面、植被0.725-1.1m0.725-1.1m0.84-0.89m0.900-0.965m植被、水陆边界海冰、滩涂、大气状况1.58-1.64m3.55-3.93m 1.58-1.64m3.55-3.93m土壤湿度、植物含水量、云雪识别、高温热点、夜间成象10.5

28、-11.3m11.5-12.5m10.5-12.5m10.5-11.3m11.5-12.5m地球背景温度场、热污染、海温、海流和涡旋l“风云2号”(Fy2A)是我国自行研制的第一颗静止气象卫星(1997年6月10日)。 (Fy2B)于2000年6月25日发射，2001年1月1日，中央电视台在“气象预报”节目中开始使用Fy2B的气象卫星云图。 “风云2号”轨道高度约35800km，为地球准同步轨道即卫星的公转角速度与地球自转角速度相等，故对地相对静止，定位于东经l05的赤道上空。 lFy2携带多种仪器，其中主要为3通道扫描辐射计，即可见光、红外、水汽自旋扫描辐射计(VIWSSR),可获得白天的可

29、见光云图、昼夜红外云图和水汽图像。可见光近红外通道为0.55一1.05m ，星下点分辨率为125km；水汽通道为6276m ，用于获得对流层中上部水汽分布图像；红外通道为105125m ，用于获得昼夜云和下垫面辐射信息。后两者星下点分辨率为5km。 l星上还带有3个卫星云图转发器；数据收集系统可提供133通道的数据传输，用于收集地球表面监测台站的气象、水文、海洋等数据；空间环境监测器用于监测太阳活动和空间环境，并具有对地观测、广播,通信功能。l1）海洋水色卫星 1997年8月1日，美国NASA发射成功专用海洋水色卫星Sea Star，标志因水色遥感器CZCS在1986年停止运转而中断了10年的

30、全球海洋水色遥感数据又得以继续，且质量更高。美国计划自该星开始，进行20年时序全球海洋水色资料的连续积累 1999年1月27日，中国台湾委托美国发射成功一颗低轨道（600）水色卫星ROCSAT-1，星上有效载荷为6通道水色扫描仪（OCI）l我国于2002年5月15日发射成功海洋卫星1号（HY-1A），为海洋水色卫星系列（HY-1）的第一颗星。星上有效载荷为水色扫描仪和CCD成像仪。水色扫描仪： 主要探测要素：叶绿素、悬浮 泥沙、海温； 次要探测要素：污染物质、海面油膜、富营养、 热污染、海冰冰情、气溶胶分布主要用途：初级生产力、鱼场评估、鱼讯预报和速报、海洋与海岸过程兼顾用途：河口港湾泥沙监测

31、、海洋污染环境监测、冰情监测CCD成像仪：探测要素：悬浮泥沙、海岸带土地类型用途：海岸带生态、河口泥沙监测、海洋污染调查、冰情监测l海洋地形卫星的有效载荷主要为雷达高度计。具有代表性的是美国的GEOSAT系列和TOPEX/POSEIDON系列卫星。海洋卫星在地球物理、海洋大中尺度动力过程等学科研究上的科学价值，以及在海洋灾害预报和海底油气资源勘探开发方面的价值是显而易见的。同时，它在军事方面，如提供重力场数据对导弹武器等也有重要价值l自美国1978年6月22日发射世界上第一颗海洋卫星S-A后，前苏联、日本、法国和欧洲空间局等相继发射了一系列大型海洋卫星。这些卫星一般搭载有光学传感器，（如水色扫

32、描仪MOS、CZCS、ATSR/M等），主动式微波传感器（如高度计RA、散射计、SAR等）和被动式微波传感器（如SMMR、MSR、MSU等）多种海洋遥感有效载荷，可提供全天候海况实时资料，如海表温度、海面风场、有效波高、流场、海面地形、海冰等多项海洋要素l我国海洋卫星发展目标：计划于20042014年发射HY-2系列（海洋动力环境卫星系列）。有效载荷为：微波散射计、微波高度计、微波辐射计、激光测距反射器、全球定位系统、精密跟踪系统l我国海洋卫星发展目标：计划于20102015年发射HY-3系列（海洋环境综合监测卫星系列）。有效载荷为：成像光谱仪、合成孔径雷达、微波散射计、雷达高度计、多频扫描辐

33、射计。HY-3系列相对于HY-1和HY-2系列是综合卫星，可获取时间同步的海洋水动力环境的信息，在每天运行时间上与前两系列卫星错开，时间上互补，HY-3卫星同时配置针对海洋特点的多频段、多极化、多分辨率的合成孔径雷达，实现对海洋环境的动态监测。l韩国卫星l日本资源卫星l印度卫星l加拿大雷达卫星l小卫星系列l航空对地观测系统韩国卫星、分辨率多光谱13m全色6.5ml1，地学光谱特征分析l典型地物光谱特性l水l植被l裸地l居民地l2，地物空间特征分析l1）影像空间的描述指标l色调/色彩（基础要素）l形状、大小、纹理l高度、阴影 色调的空间排列l位置、关系l形状特征l线性体曲线：河流l 直线：公路、沟渠l面状体：农田、植被、多种用地l扇状体：三角洲、冲积扇l带状体：海岸带l斑状体：沼泽l纹理特征l细小地物在影像上有规律地重复出现，它反映了色调变化的频率。l形式有：点、斑、垄、栅l又有粗细、疏密、宽乍、长短、直斜、隐显等多种组合类型精品课件精品课件！精品课件精品课件！l位置分布特征l几何组合类型：l均一型、镶嵌型、穿插型、杂乱型等l布局规律：l不同地貌单元分布，有一定的地学规律