1、一、学生情况分析遥感概论这门课是土管 14 级本科班学生首次接触遥感知识的基础课程，之前对于遥感知识的理论内容从未涉及，只在大一时期学习过土地信息系统课程中数据源遥感图像，如遥感的物理基础、遥感数据平台、光学电磁波的内容均尚未涉及。该专业的培养方案注重学生的地理信息技能人才，本课程应按照培养方案的培养目标，启发和调动本专业同学对遥感知识的兴趣，开拓地理知识，激发同学空间研究潜力，为遥感学科储备人才。二、课程教学目标本课程的主要目的是通过学习使学生掌握遥感的基础知识，在内容上着重于遥感基本原理和方法的介绍。遥感概论课程主要介绍现代遥感技术的发展与最新成果，系统、全面地介绍遥感基本理论与基础知识和
2、遥感技术的基本原理及其应用。教学内容主要包括：遥感的基本概念，遥感的物理基础，传感器，航空遥感数据，地球资源卫星数据，微波遥感数据，热红外遥感数据，高光谱遥感数据，遥感数字图像处理基础，遥感数据预处理，遥感图像处理，遥感图像目视解译原理与方法，计算机遥感图像解译，遥感应用等。通过本课程的学习，可以为后续其它课程的学习打下良好的基础。三、课程教学内容第一章概述主要内容：遥感概念、遥感的特性、遥感的分类、遥感技术系统、遥感的几个基本术语、遥感的发展历程、遥感的现状与趋势、遥感的应用。本章重点：掌握遥感概念、遥感的特性，基本了解遥感的几个基本术语，以及遥感应用。本章无难点。第二章遥感电磁辐射基础主要
3、内容：对电磁波谱进行介绍，了解辐射的基本定律，以及太阳辐射过程，掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用，同时介绍了三种遥感模式。本章重点：掌握太阳辐射与大气、地面的相互作用。本章难点：辐射的基本定律，太阳辐射过程。第三章传感器主要内容：了解传感器的组成、传感器的分类，掌握摄影型传感器以及扫描式传感器的知识，了解传感器的发展趋势。本章重点：摄影型传感器以及扫描式传感器，以及常见的扫描式传感器。本章难点：传感器的构造及运行原理。第四章航空遥感数据主要内容：了解航空遥感平台、航空摄影、航空像片的基本知识，及航空像片的立体观测和量测原理，掌握航空像片的目视判读方法，熟练掌握常见地物的像片判读知识。本章重点
4、：常见地物包括水体、植被、居民地、道路的判读规律。本章难点：立体观测与量测的原理。第五章地球资源卫星数据主要内容：地球资源卫星的概述，主要讲解 Landsat 卫星的知识，包括简介、轨道、各项卫星参数、工作系统、数据特征等方面，同时介绍了卫星遥感数据的目视判读特点及方法步骤，及常见地物的判读规律，最后列举了其它地球资源卫星数据与气象卫星数据的数据特征。本章重点：Landsat 卫星有关的内容，其它地球资源卫星与气象卫星数据的介绍。本章难点：Landsat 卫星数据的数据特征、工作系统。第六章微波遥感数据主要内容：了解主动微波遥感的传感器，机载侧视雷达的遥感系统，以及星载雷达遥感系统的基本参数，
5、掌握雷达的特点，了解激光雷达的基本知识。本章重点：雷达图像的亮度、波长、穿透力、极化及几何特性，图像的辐射特征。本章难点：雷达的特点。第七章热红外遥感数据主要内容：了解热红外遥感原理，热红外遥感图像特征与解译，热容量制图系统的简介，掌握 Landsat TM 热红外数据基础知识，热红外遥感数据的应用。本章重点：掌握 Landsat TM 热红外数据基础知识，热红外遥感数据的应用。本章难点：热红外遥感原理，热红外遥感的辐射定标。第八章 高光谱遥感数据主要内容：了解高光谱遥感数据的概述，基本概念和高光谱遥感原理，了解高光谱遥感的传感器，掌握高光谱遥感影像分析技术原理及应用。本章重点：高光谱遥感影像
6、分析技术，高光谱遥感的应用。本章难点：高光谱遥感原理及传感器工作原理，混合光谱分解技术。第九章遥感数字图像处理基础主要内容：掌握遥感数字数据各种存储格式，图像输入与输出，数字图像的统计特征，了解遥感图像的处理软件。本章重点：遥感数字数据的存储格式，图像的统计特征。本章难点：各存储格式的差别。第十章遥感数据预处理主要内容：掌握遥感数字数据特征提取内容及方法，熟练掌握辐射预处理的原理及辐射校正方法，几何误差类型和几何校正原理及方法，校正地面控制点的选取，卫星影像的地图投影，掌握数据融合的几种常用方法。本章重点：辐射校正方法、几何校正方法、地图投影原理、数据融合方法。本章难点：辐射误差和几何误差形成
7、原因，数据融合方法的原理。第十一章遥感图像的增强处理主要内容：了解遥感图像的彩色合成，图像中直方图对比度调整的各种变换方法，单波段黑白遥感图像的密度分割与灰度颠倒，掌握几种领域法增强处理方法的作用原理，及图像间灰度值运算基本原理，掌握以 Landsat TM 为例的多波段压缩处理方法。本章重点：遥感图像的领域法增强处理，主成分分析法与缨帽变换方法压缩多波段冗余信息。本章难点：密度分割与灰度颠倒原理，领域法增强处理方法的作用原理。第十二章遥感图像的分类主要内容：了解遥感影像分类器的基本介绍，遥感图像的信息类别与光谱类别，熟练掌握非监督分类的特点、方法、运行步骤，监督分类的特点，监督分类训练区选择
8、原则与步骤，监督分类的方法原理及一般步骤，掌握其它分类方法及分类策略，了解分类中应用的辅助数据类型，图像分类的有关问题。本章重点：非监督分类方法，监督分类方法及一般步骤。本章难点：监督分类方法原理，其它分类方法。第十三章分类精度评价主要内容：了解精度的概念与意义，掌握分类误差的来源，误差特征，熟练掌握精度评价方法及误差矩阵的应用。本章重点：精度评价方法及误差矩阵的应用。本章难点：精度评价方法原理，误差矩阵的比较分析。第一讲：概述一、教学目标1.掌握遥感概念、遥感的特性、遥感技术系统2.了解遥感的几个基本术语、遥感的发展历程、遥感的现状与趋势3.了解遥感的应用二、重点与难点分析1.重点：理解遥感
9、概念，了解遥感的特性和遥感技术系统2.难点：无三、教学内容与教学过程1.进行自我介绍姓名，联系方式，专业方向。建议学生用电子邮件方式联系。2.进行课程简介介绍课程的学习目标、参考书及资料、课程教学目标和内容框架、学习方法、作业与实验、考核方式、上课时间与地点等情况，研究性学习的安排。强调本课程与相关课程的关系。教学提示 ：考核方式为平时占 10 %，实验报告占 30%，期末笔试占60% 。研究性学习任务部分章节会布置，采用分组完成的方式，承接任务的小组或个人应提供本任务的分工、研究结果和收获。3. 演示“第一讲”PPT 课件，进入主题。(1) 解释名词。遥感：遥感（Remote sensing
10、），即遥远的感知，是指不接触目标物用探测仪器接受目标物的电磁波并记录下来，根据其数据处理结果对目标物进行识别、分析、测定、解译的一门技术。相应的英文介绍：“The acquisition andmeasurement of data/information on some property(ies) of a phenomenon, object,or material by a recording device not in physical, intimate contact with thefeature(s) under surveillance“遥感一词，最早是 1960 年由美国海
11、军研究局的艾弗林.普鲁伊特所使用，1962 式使用，最早是指非摄影的方式取得目标物的数据或图像，后来将摄影和非摄影的方式均包括在内。概念按照广义和狭义分别介绍：广义遥感：泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震波）等的探测。狭义遥感：是从远处探测感知物体，也就是不直接接触物体，从远处通过探测仪器接收来自目标地物的电磁波信息，经过对信息的处理，判别出目标地物的属性。教学提示 ：遥感即遥远的感知，英文名称为 RemoteSensing。利用 911 前后的纽约世贸中心和汶川地震前后北川的遥感图，解释遥感图前后的差异。(2) 解释遥感的特性共有 3 个特性，分别为空间特性、
12、时相特性、波谱特性，其中：1. 空间特性是宏观性，大尺度观测1：1 万航空像片可以表示 2.3km2.3km 范围的地面，连续拍摄的航空像片又可以镶嵌为更大的区域，而卫星影像能覆盖更大的范围，例如 Landsat5 卫星能扫描地面 185km185km 的范围，图上是一景 TM 数据，而左下角是滁州市的位置，形象表示 TM 一景所覆盖大小。2. 时相特性是周期成像，动态监测Landsat5 每天环绕地球 14.5 圈，覆盖地球一遍所需时间 16 天，如果两颗卫星同时运行，只需 8 天，气象卫星的周期更短，只有 0.5 天。航空像片则需要联系飞行机构安排飞行拍摄任务。前面所看到的遥感图正是动态监
13、测最好的例子。3. 波谱特性是波谱段广，观测范围大目前遥感能探测的电磁波段有紫外线、可见光、红外线、微波。教学提示 ：以上优势决定了遥感具有信息量巨大、受地面限制条件少、经济效益好、用途广等优势。(3)介绍遥感的分类1 按遥感对象分（1）宇宙遥感以外太空其它星体为感测对象（2）地球遥感地球表层环境环境遥感；在环境遥感中若地球表层资源为对象称为资源遥感2 按遥感平台分（1）航天遥感 平台 H150km 火箭、人造卫星、飞船、航天飞机等（2）航空遥感 平台 1km ，接受地面目标反射或发射的微波信息，以此为依据，通过判读处理来识别地物的技术。微波遥感的特点：全天候、全天时，对地物有特殊的波谱特征（
14、地物表面、结构），精确的测量、表面穿透能力。5.传感器的发展趋势1) 更高分辨率传感器2) 更精细的光谱分辨率传感器3) 多波段、多极化、多模式合成孔径卫星雷达传感器4) 可进行立体观测和测量的传感器第四讲：航空遥感数据一、教学目标1.掌握航空遥感平台的类型2.掌握航空摄影的类型、航空像片的基础知识，以及掌握航空像片的立体观测与立体量测的原理3.熟练掌握目视判读和像片判读的基本知识二、重点与难点分析1.重点：掌握航片目视判读的标志、方法和步骤，以及熟练掌握常见地物的像片判读2.难点：航空像片立体观察的原理，用立体镜像对立体观察，以及航片的立体量测原理三、教学内容与教学过程航空遥感是指以飞机或气
15、球为平台所进行的遥感。航空遥感主要特点是灵活性大、资料回收方便、图像分辨率高，同时也不受地面条件限制。1.航空遥感平台航空遥感平台一般在海拔 12km 以下的大气（平流层、对流层），主要包括气球和飞机两种。气球：低空气球：发送到对流层中的气球。大多数可人工控制在空中固定位置上进行遥感。用绳子拴着的气球叫系留气球，可升至地面上空 5km 处；高空气球：发送到平流层中的气球。大多是自由漂移的，可升至 1240km 。飞机：按飞行高度不同，低空飞机：高度在 2000m 以下。利用它能获得大比例尺、中比例尺航空遥感图像。直升飞机可以低至 10m，遥感实验时，飞机一般在 10001500m 高度范围内飞
16、行；中空飞机：高度在 20006000m ，通常遥感实验时的飞行高度在 3000m 以上。一般用它获得中小比例尺的航空遥感图像；高空飞机：高度在 1200030000m，有人驾驶机飞行高度一般在 12000m左 右，无人机可达 2000030000m 高度。2.航空摄影航空摄影机是航空遥感的传感器，一般安装在飞机平台上，从空中对地面进行像片拍摄。航空摄影机的种类主要有四种，即单镜头框幅航空摄影机、多镜头框幅航空摄影机、条带航空摄影机和全景航空摄影机。其中以单镜头航空摄影机最为常用。 航空摄影的类型：(1)按航摄倾角分类航空摄影机主光轴与通过镜头中心的铅垂线之间的夹角。倾斜角小于 3 度的为垂直
17、摄影，是获取航空遥感图像的主要方法。倾斜角大于 3 度的为倾斜摄影。(2)按摄影实施方式分类单片摄影单航线摄影：航向重叠应达到 60%面积摄影（多航线摄影）：同向重叠 60%-53%，相邻重叠 30%-15%。(3)按感光片和波段分类普通黑白摄影，对可见光内的各色光都能感光，我国早期为测制国家基本地形图航摄方式；黑白红外摄影，对可见光、近红外感光，对水体植被反应灵敏，像片具有较高的反差和分辨率；天然彩色摄影，图像更清晰，提高了影像判读精度；彩色红外摄影，对可见光、近红外感光，色彩鲜艳，适合城市航空摄影。(4)按比例尺分类大比例尺航空摄影：所获像片比例尺大于 1l0000 ，用于小范围全面详细调
18、查或专题调查编图，城市详细规划和大比例尺制图；中比例尺航空摄影：像片比例尺为 110000130000，用于大范围普查和专题制图，城市综合调查等；小比例尺航空摄影：像片比例尺为 1300001l00000 ；超小比例尺航空摄影：比例尺为 11000001250000。 航空摄影测量航空摄影测量是应用光学原理，利用光学仪器通过有一定重叠率的像对来获得地物和地形的光学立体模型，并在此基础上进行立体测图。包括单像的像片纠正和双像的立体测图。航空摄影测量的作业分外业和内业，外业：像片控制点联测像片调绘综合法测图，内业：加密测图控制点测制地形原图航空摄影测量所用的测图方法主要有综合法、全能法、分工法（微
19、分法）。 航空扫描成像航空扫描成像主要指在航空平台上以扫描方式进行的成像。包括：雷达扫描成像、热红外扫描成像、多光谱扫描成像以及高光谱扫描成像。3. 航空像片航空像片的物理特性是指航空像片的色调或色彩、灰阶、亮度系数等，主要由地物的反射特性和感光材料的感光特性决定的。 航空像片的物理特性(1)地物反射特性航空像片上物体的色调，主要取决于摄影时的照度和物体对入射光的反射率。摄影时照度越大，地物反射率越高，地物亮度就越大，像片的色调就越浅。一般用亮度系数来表示地物的反射率大小。亮度系数（P ）是指在相同照度条件下，某物体表面亮度（B）与绝对白体（全白的物体）理想表面亮度（B 0）之比，即：P=B/
20、 B 0。物体的亮度系数不同，在像片上反映为色调的差异。一般亮度系数大，像片上的色调浅；亮度系数小，其色调就深。亮度系数有以下几个特点：1物体的亮度系数变化范围很大；2同种物体，由于干湿程度的不同，其亮度系数也不同，潮湿的物体亮度系数小，干燥的物体亮度系数大；3表面粗糙的物体比表面光滑的物体亮度系数小；4物体的亮度系数与颜色有关。通常白色物体为白色，黑色物体为黑色；5性质完全不同的物体也可能具有相同的亮度系数。(2)感光材料的特性感光材料（胶片或印像纸）主要是由感光乳剂层和片基构成。普通黑白胶片一般是全色片，它能感受全部可见光（但对绿光感受较差）。黑白红外胶片的感光层中含有感受红外光的物质，能
21、直接记录人眼看不见的近红外光。彩色胶片是由对蓝、绿、红三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受全部可见光，形成天然彩色像片。彩色红外胶片是由对绿、红、近红外三种波长分别敏感的三层乳剂组成，能感受可见光- 近红外波段，形成彩色红外像片，其颜色与天然彩色像片不同，其中植被为红色。感光度：感光的快慢程度。反差：感光材料最大光学密度与最小光学密度之差，也称为黑白差。分辨率：对景物细微部分的表现能力，通常用一毫米宽度内能够清楚地识别出黑、白相间的平行线对数来表示。感光特性曲线：对于同一种感光材料，在同一标准光源下，同一距离作不同时间的曝光，经过相同条件的摄影处理，一起测定感光片的密度值。ab 不受曝光量影
22、响，称为灰雾密度，b 为初感点。bc 为曝光不足部分，密度增加与曝光量对数的增加不成正比，影像黑白比例与景物的阴暗差别不一致。cd 段为直线，为正确曝光，密度增加与曝光量对数的增加成正比，影像黑白比例与景物的阴暗差别一致，摄影时应使曝光量对数处于 cd 段。de 段为曝光过度部分，e 点的密度最大，ef 段曝光量增加，密度降低，成为影像反转。航空摄影时需要选择感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。以获得影像清晰、层次丰富的高质量航空像片。 航空像片的几何特性(1)航空像片属于中心投影中心投影：是物体通过物镜中心投射到承影面上，形成透视影像。(2)航片的特征点线在一般条件下，绝对水平的像片
23、是很少的，一般航空像片总会有倾斜。(3)像点位移地形的起伏和投影面的倾斜会引起航片上像点位置的变化，叫像点位移。因地形起伏引起的像点位移，又称投影差；因像片倾斜引起的像点位移，又称倾斜误差。由于地形起伏的影响，地面点在中心投影像片上的像点位置相对水平面上的位置比较，产生了位移，这就是因为地形起伏的像点位移，也称为投影误差（投影差）。投影差像点位移规律：（1）位移量与地形高差成正比，即高差越大引起的像点位移量也越大。当高差为正时，像点位移为正，是背离像主点方移动；高差为负时，像点位移为负，是朝向像主点方向移动。（2）位移量与像点距离像主点的距离成正比，即距像主点越远的像点位移量越大，像片中心部分
24、位移量较小。像主点无位移。（3）位移量与摄影高度（航高）成反比。即摄影高度越大，因地表起伏的位移量越小。因航空摄影时，像面未能保持水平，即因投影面倾斜，而使航片上像点的位置发生变化，这种因像片倾斜引起的像点位移，称为倾斜误差。倾斜误差的方向是在像点与等角点的连线上；倾斜误差与像点距等角点距离的平方成正比；当 =0或 =180时，=0 ，即在等比线上的像点不因像片倾斜而产生位移；像片边缘的倾斜误差是相当大的，因此尽可能地使用像片中心部分。通常使用的水平像片，误差主要来源于地形起伏，像片边缘部分误差大。工作中一般只使用像片的中间部分，为航片的使用面积。(4)像片的比例尺航空像片上某一线段长度与地面
25、相应线段长度之比，称为像片比例尺。在平坦地区，像片的比例尺处处一致，像片比例尺等于焦距（f）与航高（H）之比，即 1/M=f/H。由于实际地形起伏不平，水平像片比例尺的一般公式应为：1/M=f/(H0h)（h 为地面点与基准面的高差）。 航片分辨率航空像片的分辨率主要取决于航空摄影机镜头分辨率和感光乳剂的分辨率，但地景的反差、大气的光学条件、飞机的平稳程度，以及曝光正常和显影等，都会影响航片的分辨率。衡量航空像片分辨率大小的指标有两种：地面分辨率（GRD）和每毫米线对（LPM）。空间分辨率最简单的度量指标就是地面分辨距离（GRD），地面分辨距离定义为影像所记录的最小目标物的大小。每毫米线对（L
26、PM ）是一种用标准化分辨目标测算影像分辨率的方法。它是在地面安置一个分辨率标准目标，在特定的时间由遥感系统记录下来后量测地面分辨距离（GRD）。在航空摄影中，量测得到的每毫米线对（LPM）分辨率，可以转换为地面分辨距离。4.航空像片的立体观测与立体测量 立体观察原理用光学仪器或肉眼对一定重叠率的像对进行观察，获得地物和地形的光学立体模型，称为像片的立体观察，它的原理是根据人对物体的双眼观察。双眼观察立体的原理：（1）眼睛的结构：相当于一架能自动调节焦距和光圈的摄像机；（2）立体的形成：取决于双眼观察。 像对立体观察像对立体观察是指用双眼对相邻两摄影站对同一地区摄取的两张像片进行观察，而生成空
27、间光学立体模型的观察过程。立体观察必须满足下列条件：1.必须是由不同的摄影站对同一地区所摄影的两张像片；2.两张像片的比例尺相差不得超过 16%；3.两眼必须分别各看两张像片上的相应影像，即左眼看左像，右眼看右像；4.像片所安放的位置，必须能使相应视线成对相交，相应点的连线与眼基线平行。 用立体镜进行像对立体观察立体镜的构造用立体镜进行像对立体观察时，首先要将像片定向。然后将立体镜放在像对上，使立体镜观察基线与像片基线平行。同时用左眼看左像，右眼看右像。 航片的立体量测(1)像点的坐标根据像对构成的立体模型，可以用来测量地形像点间的高差。立体量测时，两像片的坐标轴是共同的，通常将像主点作为坐标
28、系的原点，x 轴是两张像片上像主点的连线，y 轴是通过像主点垂直于 x 轴的直线，每一个立体像对中，都具有一个横坐标轴 x 和两个纵坐标轴 y 和 y。x 值在像主点右边为正，左边为负；y 值在像主点上边为正，下边为负。(2)像点的高差与左右视差的关系像对上同名地物点的横坐标差称为左右视差。(3)用视差杆量测左右视差较视差杆是反光立体镜的主要附件，也叫视差测微尺。5.航空像片的目视判读 判读标志1 形状：任何地物都具有一定的几何形状，由于地物各部分反射光线的强弱不同，在像片上反映出相应的形状。航空像片上地物影像的形状是地物的顶部形态。2 大小：地物影像的（尺寸）大小，不仅能反映地物的一些数量特
29、征，而且还能据此判断地物的性质。要正确判定地物的大小，必须了解像片的比例尺。一般量测像片上影像大小的方法和地形图上相同。3 色调/色彩：色调是地物电磁辐射能量在影像上的模拟记录，在黑白影像上表现为灰度，在彩色影像上表现为色彩。黑白影像上根据灰度差异划分为一系列等级，称为灰阶。一般情况下从白到黑划分为 10 级，也有分为 15 级或更多的。彩色影像上人眼能分辨出的彩色在数百种以上，常用色别、饱和度和明度来描述。影响地物色调/色彩的因素包括物质结构组成、含水性、传感器的接收波段、感光材料特性、摄影季节和时间、洗印技术等因素。一般物体颜色浅者，则像片色调较淡；反之则暗。一般物体表面的平滑而具有光泽者
30、，则反射光较强，影像色调较淡；物体表面粗糙者，则反射光弱而影像色调较暗。4 阴影：地物的阴影可分为本身阴影和投落阴影两部分。本身阴影（简称本影）是地物本身未被阳光直接照射到的阴暗部分的影像；投落阴影（简称落影）是在地物背光方向上地物投射到地面的阴影在像片上的构像。有助于获得地物立体感，对于地质、地貌判读很有用。5 组合图案：当地物较小或像片比例尺较小时，能构成一种特殊纹理的组合图案。由于判读标志具有可变性和局限性，需反复认真解译和野外对比检验，并选取一些典型像片为判读标志的依据。 判读方法应遵循先整体后局部，从已知到未知，先易后难，由宏观到微观的原则进行。直接判定法：依据判读标志，直接识别地物
31、属性。对比分析法：将像片上待判别的影像，与已知地物类别的影像或标准航片，以及区域各种已知地物类别的地图或专题地图进行比较，以判定该地物的性质和类别。量测法：地物的数量特征，是通过仪器量测计算求得。逻辑推理法：利用各种现象之间的关系，依照专业逻辑推理进行的判读。利用河流的移动来判读地壳的升降。历史对比法：利用不同时间重复成像的航片加以对比分析，从而了解地物与自然现象的变化情况。 航片的目视判读步骤准备工作：资料准备 工具材料准备（立体镜、放大镜、直尺、比例规、透明纸）熟悉地理概况 圈定像片使用面积像片镶嵌图的制作（手工制作、计算机镶嵌制作，像片平面图：消除倾斜误差，并把投影差限制在制图精度范围内
32、，统一了各张像片的比例尺）；室内判读：制定出统一的分类系统，并选择已知或典型地区，建立其判读标志；野外校核：解决判读中的疑问和错误建立解译标志检验和评价解译结果；成图与总结：采用网格法或目估法手工绘图，目前用 GIS 软件输出图层。6.常见地物的像片判读 水体判读水强烈吸收红外光，并吸收红光，对蓝绿光反射较强。在彩红外像片上常呈蓝黑色、蓝灰色。河流判读：界线明显、弯曲自然、宽窄不一的条带状。能判读流向、河宽、流速、桥梁、码头等附属物。湖泊的判读：轮廓明显的形状、色调较暗。能判读其形状、面积。海域的判读：浅海海域一般为浅蓝色，深海一般为深蓝色。能清晰地判读出海岸线、潮侵地带、高潮、低潮位置。 植
33、被判读判读标志为：品红色到红色、深红色变化，和纹理结构。纹理结构：细小地物在影像上构成的组合图案。地物的性质不同，组合图案也不同，以此来判读地物群体的性质。以判读植物群落为主。植被的判读受季节影响显著。判读时充分考虑植被的立地条件。 居民地判读城市居民地的判读特点：房屋稠密，面积较大，建筑物排列整齐，能判读建筑物的形状、高度和周边环境。农村居民地的判读特点：小而分散，有农田包围，能判读居民地的外形和面积及通向居民地的道路。 道路判读城市的道路呈条带形状很容易判读。铁路在航空像片上一般为深灰色调，呈线状延伸，转弯较平滑均匀。铁路沿线有停车站、水塔等附属建筑，与其它道路相交时，无论公路或大路一般为
34、垂直交叉通过铁路。公路与铁路的形状相似，均为线状，但公路转弯较急，曲率半径小，与乡村大路相交不一定成直角。乡村道路多为浅灰色或白色的线条，宽窄不一，边缘往往不清晰。乡村大路，在经过规划的地区，多为直线或折线状，在山区则多为曲线。农村小路比大路窄，影像常为浅色的细线。第五讲：地球资源卫星数据一、教学目标1.了解地球资源卫星的概述2.熟练掌握 Landsat 卫星的知识，包括简介、轨道、各项卫星参数、工作系统、数据特征等方面，同时介绍了卫星遥感数据的目视判读特点及方法步骤，及常见地物的判读规律3.掌握其它地球资源卫星数据与气象卫星数据的数据特征二、重点与难点分析1.重点：掌握 Landsat 卫星
35、基本知识、卫星遥感数据的目视判读特点及方法步骤，以及常见地物的目视判读规律，掌握其它地球资源卫星数据与气象卫星数据的数据特征2.难点：Landsat 卫星轨道、工作系统、数据特征及几何特性三、教学内容与教学过程1.概述遥感卫星按照探测的目的可分为地球资源卫星、气象卫星和海洋卫星。从1972 年美国发射第一颗地球资源卫星（Landsat-1）以来，各国设计和发射了多种以探测地球资源为目的的遥感卫星。与航空遥感数据相比，地球资源卫星数据具有视域范围大、宏观性强、周期性重复成像和多波段成像等特点。以探测地球资源为目的的卫星叫地球资源卫星。目前，主要有：（1）美国陆地卫星(Landsat)；（2）法国
36、陆地观测卫星(SPOT)；（3）欧空局地球资源卫星(ERS)；（4）俄罗斯钻石卫星(ALMAZ) ；（5）日本地球资源卫星(JERS)；（6）印度遥感卫星(IRS)；（7）中巴地球资源卫星（CBERS ）。教学提示 ：空间分辨率高，重访周期缩短，小卫星群。2.Landsat 卫星简介Landsat（陆地）卫星是目前世界范围内应用最广泛的民用对地观测卫星，是周期性提供地球表面数据时间最长的一颗地球资源卫星。该卫星自 1976 年 7 月 23 日发射了第一颗地球资源技术卫星以来，共发射7 颗。3.Landsat 卫星轨道地球资源卫星在天空中所走过的路线叫做它的空中轨道（简称轨道）。卫星正下方的地
37、面点叫星下点。Landsat（陆地）卫星的运行特征：（1）近极地（南北纬 80 度，可以覆盖全球大部分地区）、近圆形轨道（使探测器的瞬时视场大小一致）；（2）运行周期（指卫星绕地球一周所需的时间，14 圈/天，重复周期指全球扫描覆盖一遍所需时间，18 天或 16 天）；（3）轨道高度为 700900 km；（中高轨道，向西移动）（4）轨道运行与太阳同步（均在大致相同的光照下成像，轨道倾角大于90 度）。4.Landsat 卫星工作系统Landsat（陆地）卫星的工作系统主要包括遥感试验系统、星载系统和地面控制、接收和处理系统。（1）试验系统确定各种对象的辐射光谱特性及其变化规律，并试验各种传感
38、器的性能；研制和论证各种数据的处理技术，分析各种判读的技术及实用价值；研究影响各种对象的辐射光谱特性以及影响传感器性能的各种环境因素等。（2）星载系统Landsat 卫星的星载系统包括两个分系统：自动调节控制分系统和传感器分系统。自动调节分系统包括：控制卫星姿态的装置，卫星与地面联系和星体内仪表运行程序控制的装置，保证卫星轨道符合设计要求的轨道调整装置以及卫星能源供应等。传感器分系统：Landsat 卫星上装置的传感器有反束光导管摄像机（RBV）、多光谱扫描仪（MSS）、专题制图仪（TM、ETM ）。（3）地面控制、接收和处理系统控制卫星运行、接受进入视野范围的卫星数据、对视频进行视频影像转换
39、。5.Landsat 卫星数据特征 物理特征Landsat 卫星图像是地面各种地物光谱特性的反映，在判读时首先必须了解影像色调/色彩的差异、光谱效应以及空间分辨率等物理特性。（1）灰阶地面上各种地物的辐射强度表现在像片格式的卫星图像上是色调的深浅，对色调深浅的分级称为灰阶。多光谱扫描图像和专题制图仪的图像灰阶划分为 15 级，第一级是辐射强度最强的，呈白色；第 15 级辐射强度相当于 0，呈黑色。灰标是各级灰阶的视觉标志，每幅像片格式的卫星图像的下边框都附有灰标。（2）光谱效应不同波段的图像对水体、植被等地物的光谱效应是不同的。TM1：蓝波段，对水体的穿透力强，对叶绿素及其浓度反映敏感；TM2
40、：绿波段，对健康茂盛植物反映敏感，对水的穿透力也较强；TM3：红波段，广泛用于地貌、岩性、土壤、植被、水中泥沙流等方面；TM4：近红外波段，对植物、土壤等地物的含水量敏感；TM5：近红外波段，对地物含水量很敏感；TM6：热红外波段，对植物分类和估算作物产量很有用；TM7：近红外波段，为地质学研究追加的波段，该波段处于水的强吸收带，多用于城市土地利用与制图，岩石光谱反射及地质探矿与地质制图等方面。（3）空间分辨率为影像所记录的最小目标物的大小。（4）成像季节对图像判读的影响成像季节对植被判读的影响。 几何特性Landsat 卫星图像的几何特性主要是地面接收站对所接收的遥感数据进行地理坐标、投影、
41、分幅编号以及遥感数据获取时的状态参数，如成像时间、波段、太阳高度角等。地理坐标：几何纠正后，纬度 60 度以上采用 1 度间隔。投影性质：中心投影看作垂直投影，UTM 投影。重叠：航向重叠 Landsat 图像是连续扫描成像的，相邻图像的航向重叠是由地面处理机构在分幅时处理形成的，用以拼接相邻图像使用。重叠的宽度为16km，占像幅的 9。旁向重叠是轨道间相邻图像的重叠，是由轨道间距和成像宽度决定的。在赤道地区轨道间距为 159km，成像宽度为 185km，有 26km重叠，占像距的 14%。随着纬度的提高而加大，在两极上空达到最大。编号：采用全球参考系统（WRS）轨道号+行号 LT512103
42、62005224BJC00Landsat（陆地）卫星的符号和注记 参考网站http:/（中国卫星遥感地面站）http:/landsat.gsfc.nasa.gov/（美国国家宇航局）http:/landsat.usgs.gov/（美国国家地质调查局）http:/www.landsat.org/（Landsat(陆地）卫星官方网站）6.卫星遥感数据的目视判读1) 概述卫星图像目视判读分析特点：（1）卫星图像更具宏观性特点（成像距离远，比例尺小，覆盖面积大）；（2）卫星图像具有多波段特点（多通道同步成像）；（3）卫星图像具有周期成像特点（不同时相的周期性）。2) 卫星图像的判读标志卫星图像的判读标
43、志是指卫星图像上反映出的地物和现象的图像特征。卫星图像的判读标志也可概括为：色调/色彩、形状、大小、阴影和组合图案等特征。3) 卫星图像的判读方法直接判读法：一般是依据其色调标志和图型标志进行直接判读；对比分析法：对不同波段、不同时相的图像以及与地面已知资料或实地进行对比分析；逻辑推理法：借助各种地物和自然现象间内在联系，结合图像上表现出的特征，用专业知识的逻辑推理方法，判定某一地物或现象的存在及其属性。单项提取，系列成图，综合分析4) 卫星图像的判读步骤准备工作、室内判读、实地（野外）校核验证、成图总结。5) 常见地物的目视判读a) 水体判读水体在卫星图像上要较其他地物容易判读。尤其在近红外
44、波段的影像上，由于水体对近红外的强烈吸收，水体为黑色，与周围地物的界限很清楚。湖、河、海以其外部形态，很容易区别。水中的泥沙含量等状况，在可见光短波影像上有显示。一般水浅或含沙量大的色调浅。水体明显易判的特点，常作为其他地物定点定位的标志。b) 植被判读卫星图像上，植被是群体的特征，不能反映个体的形态，只能判读出植被的类型、生长状况、分布范围。植被类型的判读要依据纹理结构和色调，并要有该地植物群落组成和植被分类图等资料，要经过实地调查和验证。植被的判读一般要用多波段合成的图像，如标准假彩色合成图像。在该图像上植被为红色。c) 土壤判读土壤判读一般以逻辑推理判读为主。自然土壤的形成主要受气候、植
45、被、母质、地形、时间等因素的影响。农业土壤除受自然因素影响以外，主要受人类生产活动的影响。d) 地貌判读地貌在卫星图像判读时是较为直观的要素。卫星图像的比例尺小，能反映大的地貌形态特征，如平原、山地、丘陵。能判读主要的地貌类型及范围，如风沙地貌、黄土地貌、冰川地貌、火山地貌、流水地貌等。e) 城镇判读城镇的光谱是建筑物和水泥下垫面的综合反映，与周围环境的反差较大，能判读出城镇的外形和面积。城镇的内部结构的判读，取决于图像的分辨率。道路呈长条状，故提高了分辨率，一般能判读出形态和长度，区分道路的等级。7.其他地球资源卫星数据 法国地球资源卫星数据（SPOT）1978 年起，以法国为主，联合比利时
46、、瑞典等欧共体国家，设计、研制了名为“地球观测实验系统 ”(SPOT)的卫星，也叫做“ 地球观测实验卫星” ，迄今已经发射了 5 颗卫星。SPOT 卫星的轨道特点：近极地轨道（增大卫星对地观测范围）、近圆形轨道、与太阳同步轨道（保证相同照度）、可重复轨道（26 天）。SPOT 卫星的传感器叫高分辨率可见光扫描仪（HRV），HRV 属于 CCD推扫式扫描仪，在焦平面上每条扫描线由 6000 个 CCD 探测元件线性排列组成。1 HRV:高分辨率可见光扫描仪High Resolution Visible；2 HRVIR: 高分辨率可见光中红外扫描仪HighResolution Visible an
47、d Middle Infrared；3Vegetation: 植被成像仪；4 HRG:高分辨率几何成像仪HighResolution Geometry； 5 HRS:高分辨率立体成像装置HighResolution Stereo。波段 用途0.500.59 m（绿色） 区分植物类型和评估作物长势，对水体也有一定的穿透深度，区分人造地物类型 0.61 0.68 m（红色） 辨识农作物类型，地质解译，识别石油带、岩石与矿物 0.78 0.89 m（近红外） 区分植物类型、水体边界，探测土壤含水量 1.58 1.75 m（短波红外） 探测植物含水量及土壤湿度，区分云与雪 0.50 0.73 m（全色
48、波段） 调查城市土地利用现状、区分主要干道、大型建筑物，了解城市发展状况 参考网站：http:/www.spotimage.fr （SPOT 卫星网站）、http:/（中国卫星遥感地面站）、http:/（SPOT 卫星数据的中国代理：北京视宝卫星图像有限公司）。 印度资源卫星数据（IRS）数据来源：印度遥感卫星 IRS-1A,B,C,D。太阳同步极地轨道。该卫星载有三种传感器：全色像机（PAN）：PAN 数据运用 CCD 推扫描方式成像，地面分辨率高达 5.8m，带宽 70km，光谱范围 0.50.75m，具有立体成像能力和可在 5 天内重复拍摄同一地区。运用其资料可以建立详细的数字化制图数据
49、和数字高程模型（DEM）。线性成像自扫描仪（LISS）：LISS 数据在可见光和近红外谱段的地面分辨率为 23.5m，在短波红外谱段的分辨率为 70m，带宽 141km，有利于研究农作物含水成分和估算叶冠指数，并能在更小的面积上更精确地区分植被，也能提高专题数据的测绘精度。广域传感器（WiFS ）：WiFS 数据是双谱段像机，用于动态监测与自然资源管理。两个波谱段是可见光与近红外，地面分辨率为 188.3m，带宽 810km。它特别有利于自然资源监测和动态现象（洪水、干旱、森林火灾等）监测，也可用于农作物长势、种植分类、轮种、收割等方面的观察。 中巴地球资源卫星数据（CBERS ）数据来源：中巴地球资源卫星。太阳同步极地轨道。 传感器：高分辨率 CCD 像机 (CCD)、红外多谱段扫描仪(IR-MSS)、广角成像仪(WFI) 。CBERS 计划是中国和巴西为研制遥感卫星合
