北京建筑大學 遙感基礎 PPT第二次課 遙感平臺及遙感數(shù)據(jù)

1、呂書強呂書強 什么是遙感什么是遙感? 遙感的基本原理是什么遙感的基本原理是什么? 空間分辨率空間分辨率 光譜分辨率光譜分辨率 時間分辨率時間分辨率 遙感中搭載遙感器的工具統(tǒng)稱遙感平臺，包括遙感中搭載遙感器的工具統(tǒng)稱遙感平臺，包括人造衛(wèi)星及飛機、無線電遙控飛機、氣球等超人造衛(wèi)星及飛機、無線電遙控飛機、氣球等超低空平臺。甚至連地面測量車（車載升降臺）低空平臺。甚至連地面測量車（車載升降臺）也包括在內。也包括在內。 航空遙感平臺航空遙感平臺 航天遙感平臺航天遙感平臺氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)星資源衛(wèi)星資源衛(wèi)星小衛(wèi)星小衛(wèi)星第一節(jié)：遙感平臺的參數(shù)第一節(jié)：遙感平臺的參數(shù) 遙感中搭載遙感器的工具統(tǒng)稱為遙感平臺。遙感中搭

2、載遙感器的工具統(tǒng)稱為遙感平臺。按平臺距按平臺距地面的高度大休上可分為三類：地面平臺、航空平臺、航地面的高度大休上可分為三類：地面平臺、航空平臺、航天平臺。天平臺。 地面遙感平臺指用于安裝遙感器的三腳架、遙感塔、地面遙感平臺指用于安裝遙感器的三腳架、遙感塔、遙感車等，高度在遙感車等，高度在100m100m以下。以下。 航空平臺指高度在航空平臺指高度在100m100m100km100km，用于各種資源調查、，用于各種資源調查、空中偵察、攝影測量的平臺?？罩袀刹臁z影測量的平臺。 航天平臺一般指高度在航天平臺一般指高度在240km240km以上的航天飛機和衛(wèi)星以上的航天飛機和衛(wèi)星等，最高高度是靜止衛(wèi)

3、星，它位于赤道上空等，最高高度是靜止衛(wèi)星，它位于赤道上空36000km36000km，Landsat, spotLandsat, spot等地球衛(wèi)星高度也在等地球衛(wèi)星高度也在700700900km900km之間。之間。1 1、升交點赤經、升交點赤經升交點赤經升交點赤經為衛(wèi)星軌道的升交點與為衛(wèi)星軌道的升交點與春分點之間的角距。所謂升交點為衛(wèi)春分點之間的角距。所謂升交點為衛(wèi)星由南向北運行時，與地球赤道面的星由南向北運行時，與地球赤道面的交點。反之，軌道面與赤道面的另一交點。反之，軌道面與赤道面的另一個交點稱為降交點。春分點為黃道面?zhèn)€交點稱為降交點。春分點為黃道面與赤道面在天球上的交點。與赤道面在天

4、球上的交點。2 2、近地點角距、近地點角距是指衛(wèi)星軌道的近地點與升交點之是指衛(wèi)星軌道的近地點與升交點之間的角距。間的角距。3 3、軌道傾角、軌道傾角i i衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之衛(wèi)星軌道面與地球赤道面之間的兩面角，也即升交點一間的兩面角，也即升交點一側的軌道面至赤道面的夾角側的軌道面至赤道面的夾角4 4、衛(wèi)星軌道長半軸、衛(wèi)星軌道長半軸衛(wèi)星軌道遠地點到橢圓軌道衛(wèi)星軌道遠地點到橢圓軌道中心的距離。中心的距離。5 5、衛(wèi)星軌道偏心率（扁率）、衛(wèi)星軌道偏心率（扁率）e e e=c/ e=c/ c c為衛(wèi)星橢圓軌道的焦距為衛(wèi)星橢圓軌道的焦距6 6、衛(wèi)星過近地點時刻、衛(wèi)星過近地點時刻T T軌道參數(shù)軌道參數(shù)

5、以上六個參數(shù)可以根據(jù)地面觀測來確定。在六個以上六個參數(shù)可以根據(jù)地面觀測來確定。在六個軌道參數(shù)中，軌道參數(shù)中，、i i和和T T決定了衛(wèi)星軌道面與決定了衛(wèi)星軌道面與赤道面的相對位置，而赤道面的相對位置，而和和e e則決定則決定了衛(wèi)星軌道的形狀。了衛(wèi)星軌道的形狀。其中其中e e越大時，則軌道越扁，越大時，則軌道越扁，e e越小時，軌道越越小時，軌道越接近圓形。圓形軌道有利于在全球范圍內獲取接近圓形。圓形軌道有利于在全球范圍內獲取影像時比例尺趨近一致。當影像時比例尺趨近一致。當e e固定時固定時，越大則越大則軌道離地高度軌道離地高度H H越大。越大。H H與傳感器的地面與傳感器的地面分辨率分辨率和總

6、視場寬度有密切關系。傾角和總視場寬度有密切關系。傾角i i決定了軌道面決定了軌道面與赤道面，或與地軸之間的關系。與赤道面，或與地軸之間的關系。i i= =0 0時軌道面時軌道面與赤道面重合。與赤道面重合。i i= =90900 0時軌道面與地軸重合。時軌道面與地軸重合。ii90900 0時軌道面接近地軸時軌道面接近地軸，這時的軌這時的軌道稱近極道稱近極地軌道。軌道近極地有利于增大衛(wèi)星對地球的地軌道。軌道近極地有利于增大衛(wèi)星對地球的觀觀測測范圍范圍第二節(jié)：航天遙感平臺第二節(jié)：航天遙感平臺 根據(jù)遙感衛(wèi)星應用的不同，分為氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星根據(jù)遙感衛(wèi)星應用的不同，分為氣象衛(wèi)星、陸地衛(wèi)星 氣象衛(wèi)星氣象衛(wèi)

7、星平臺高度較高，最高達平臺高度較高，最高達36000Km36000Km，基本屬于靜，基本屬于靜止衛(wèi)星，這類衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的特點是空間分辨率較低、時止衛(wèi)星，這類衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的特點是空間分辨率較低、時間分辨率較高，主要用于大尺度研究。如美國的間分辨率較高，主要用于大尺度研究。如美國的NOAANOAA衛(wèi)星、衛(wèi)星、我國的風云我國的風云1 1，2 2號衛(wèi)星等，都屬于此。號衛(wèi)星等，都屬于此。 陸地衛(wèi)星陸地衛(wèi)星主要為研究地球資源而設計，這類衛(wèi)星遙感數(shù)主要為研究地球資源而設計，這類衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的特點是空間分辨率較高、時間分辨率較低，主要用于據(jù)的特點是空間分辨率較高、時間分辨率較低，主要用于中小尺度研究。如美國的

8、中小尺度研究。如美國的LANDSATLANDSAT衛(wèi)星、法國的衛(wèi)星、法國的SPOTSPOT衛(wèi)星、衛(wèi)星、我國與巴西合作的我國與巴西合作的CB-1CB-1號衛(wèi)星等都屬于此。號衛(wèi)星等都屬于此。 氣象衛(wèi)星主要用于區(qū)域宏觀研究，如氣候變化，全球覆氣象衛(wèi)星主要用于區(qū)域宏觀研究，如氣候變化，全球覆蓋變化等；蓋變化等； 陸地衛(wèi)星主要用于小區(qū)域資源與環(huán)境調查，目前主要應陸地衛(wèi)星主要用于小區(qū)域資源與環(huán)境調查，目前主要應用的陸地衛(wèi)星有：用的陸地衛(wèi)星有： 美國的美國的Landsat MSSLandsat MSS、TMTM；（；（8080、3030米）米） 法國的法國的SPOTSPOT；（；（1010、5 5、2.52

9、.5米）米） 中巴的中巴的CB-1CB-1；（；（20-8020-80米）米） 歐空局的歐空局的AsterAster（15-9015-90米）米） 美國的美國的IKNOISIKNOIS（1 1米）米） 美國的美國的QuikBirdQuikBird（0.620.62米）米） 第三節(jié)第三節(jié) 航空遙感平臺航空遙感平臺 高空無人機高空無人機( (平流層平流層) )遙感平臺遙感平臺 中高空航空遙感平臺中高空航空遙感平臺 低空小型航空遙感平臺低空小型航空遙感平臺 低空無人機遙感平臺低空無人機遙感平臺3.1 3.1 數(shù)字圖象數(shù)字圖象(1) (1) 模擬圖象模擬圖象: :象普通象普通像片那樣，灰度及顏色連續(xù)變

10、化的像片那樣，灰度及顏色連續(xù)變化的圖像叫做模擬圖像。圖像叫做模擬圖像。 (2) (2) 數(shù)字圖象數(shù)字圖象: :把模擬把模擬圖像分別劃成同樣形圖像分別劃成同樣形狀的小單元，以各個狀的小單元，以各個小單元的平均亮度值小單元的平均亮度值或中心部分的亮度值或中心部分的亮度值作為該單元的亮度值作為該單元的亮度值的圖像叫數(shù)字圖像。的圖像叫數(shù)字圖像。3.2 3.2 圖象數(shù)據(jù)圖象數(shù)據(jù) 遙感數(shù)據(jù)遙感數(shù)據(jù)是用遙感器探測來自地表的電磁波，通過采是用遙感器探測來自地表的電磁波，通過采樣及量化后獲得的數(shù)字化數(shù)據(jù)。樣及量化后獲得的數(shù)字化數(shù)據(jù)。 遙感中所采用的電磁波的波長范圍是從紫外線到微波。遙感中所采用的電磁波的波長范圍

11、是從紫外線到微波。用遙感器接收的電磁波是按每個用遙感器接收的電磁波是按每個特定的波長段特定的波長段進行數(shù)字進行數(shù)字化的。通過這一過程得到把具有連續(xù)波長分布的電磁波化的。通過這一過程得到把具有連續(xù)波長分布的電磁波分解為若干個波長段（稱通道或波段）的數(shù)據(jù)。這種由分解為若干個波長段（稱通道或波段）的數(shù)據(jù)。這種由多個波長段構成的數(shù)據(jù)叫多個波長段構成的數(shù)據(jù)叫多通道數(shù)據(jù)多通道數(shù)據(jù)或或多波段數(shù)據(jù)多波段數(shù)據(jù)或或多多光譜數(shù)據(jù)光譜數(shù)據(jù)。 在多通道數(shù)據(jù)中，各波段的電磁波是用不同的探測元在多通道數(shù)據(jù)中，各波段的電磁波是用不同的探測元件探測的。件探測的。 3.3 3.3 遙感圖像的數(shù)據(jù)格式遙感圖像的數(shù)據(jù)格式 多波段圖像

12、具有多波段圖像具有空間的位置空間的位置和和光譜的信息光譜的信息。多波段圖。多波段圖像的數(shù)據(jù)格式根據(jù)在二維空間中如何存貯各種波段的像的數(shù)據(jù)格式根據(jù)在二維空間中如何存貯各種波段的信息而分為三類。信息而分為三類。 （1）BSQ方式方式 各波段的二維圖像數(shù)據(jù)按波段順序排列。各波段的二維圖像數(shù)據(jù)按波段順序排列。 （像元號順序），行號順序），波段順序）（像元號順序），行號順序），波段順序） （2）BIL方式方式 對每一行中代表一個波段的光譜值進行排列，然后按對每一行中代表一個波段的光譜值進行排列，然后按波段順序排列該行，最后對各行進行重復。波段順序排列該行，最后對各行進行重復。 （像元號順序），波段順序）

13、，行號順序）（像元號順序），波段順序），行號順序） （3）BIP方式方式 在一行中，每個像元按光譜波段次序進行排列。然后在一行中，每個像元按光譜波段次序進行排列。然后對該行的全部像元進行過波段次序排列，最后對各行進對該行的全部像元進行過波段次序排列，最后對各行進行重復。行重復。 （波段順序），像元順序），行號順序）（波段順序），像元順序），行號順序） （1）BSQ方式10,13,13 line 1 Band 1 9, 7, 8 line 2 5, 6, 7 line 314,16,18 line 1 Band 214,10,9 line 2 8, 8, 8 line 318,21,21 lin

14、e 1 Band 313,12,12 line 2 7, 7, 9 line 3 Band 1 Band 2 Band 3 （2）BIL方式方式10,13,13 Band 1 line 1 14,16,18 Band 218,21,21 Band 3 9, 7, 8 Band 1 line 2 14,10, 9 Band 2 13,12,12 Band 3 5, 6, 7 Band 1 line 3 8, 8, 8 Band 2 7, 7, 9 Band 3（2）BIP方式方式10,14,18 unit 1 line 1 13,16,21 unit 213,18,21 unit 3 9,14,

15、13 unit 1 line 2 7,10,12 unit 2 8, 9,12 unit 3 5, 8, 7 unit 1 line 3 6, 8, 7 unit 2 7, 8, 9 unit 33.4 3.4 輔助數(shù)據(jù)輔助數(shù)據(jù) 一幅圖像由多個文件構成，每個文件由多個記錄構成。一幅圖像由多個文件構成，每個文件由多個記錄構成。其中圖像數(shù)據(jù)以外的部分叫輔助數(shù)據(jù)，每個類似磁帶其中圖像數(shù)據(jù)以外的部分叫輔助數(shù)據(jù)，每個類似磁帶那樣的記錄載體叫物理卷。那樣的記錄載體叫物理卷。 輔助數(shù)據(jù)中包括：輔助數(shù)據(jù)中包括：數(shù)據(jù)存貯方法和數(shù)據(jù)記述方法，存貯數(shù)據(jù)存貯方法和數(shù)據(jù)記述方法，存貯圖像的信息、平臺的信息、遙感器的信息

16、、提供數(shù)據(jù)的圖像的信息、平臺的信息、遙感器的信息、提供數(shù)據(jù)的機構、所進行處理的信息以及其它遙測信息等。機構、所進行處理的信息以及其它遙測信息等。 3.5 3.5 定標、驗證數(shù)據(jù)定標、驗證數(shù)據(jù) 遙感數(shù)據(jù)中除了由遙感器的靈敏度特性引起的偏差外，遙感數(shù)據(jù)中除了由遙感器的靈敏度特性引起的偏差外，還包含路程的大氣及遙感器的測量系統(tǒng)混入的各種失真。還包含路程的大氣及遙感器的測量系統(tǒng)混入的各種失真。定標是指導由此得到的測量值變換成絕對角度，或指定定標是指導由此得到的測量值變換成絕對角度，或指定與地表反射率及表面溫度等物理量有關的處理過程。與地表反射率及表面溫度等物理量有關的處理過程。定定標用的數(shù)據(jù)有標用的數(shù)

17、據(jù)有地面定標數(shù)據(jù)地面定標數(shù)據(jù)和和軌道定標數(shù)據(jù)軌道定標數(shù)據(jù)。前者是在。前者是在衛(wèi)星發(fā)射前，使用地面校準裝置得到的數(shù)據(jù)，多刊載于衛(wèi)星發(fā)射前，使用地面校準裝置得到的數(shù)據(jù)，多刊載于用戶手冊中。后者是在衛(wèi)星發(fā)射后，在衛(wèi)星內部測量標用戶手冊中。后者是在衛(wèi)星發(fā)射后，在衛(wèi)星內部測量標準光源等數(shù)值明確的目標而得到的數(shù)據(jù)，并從衛(wèi)星上傳準光源等數(shù)值明確的目標而得到的數(shù)據(jù)，并從衛(wèi)星上傳送下來。送下來。 如如AsterAster數(shù)據(jù)：有數(shù)據(jù)：有Band 1,2,3N,3B,4,5,6,7,8,9,Band 1,2,3N,3B,4,5,6,7,8,9, 10,11,12,13,14 10,11,12,13,14共共151

18、5個波段，其中個波段，其中10-1410-14為熱紅外波段，為熱紅外波段，這這5 5個波段的定標數(shù)據(jù)為：個波段的定標數(shù)據(jù)為：Band 10Band 11Band 12Band 13Band 148.38.659.110.611.3gain0.0068820.0067800.0065900.0056930.005225offset00000R=gainR=gainDN-offsetDN-offset3.6 3.6 地面調查數(shù)據(jù)地面調查數(shù)據(jù) 地面實況調查地面實況調查是為了檢驗遙感數(shù)據(jù)與觀測目標物的對應是為了檢驗遙感數(shù)據(jù)與觀測目標物的對應關系而對地面實況信息進行觀測、測量、收集的工作。關系而對地面實

19、況信息進行觀測、測量、收集的工作。 對于遙感分析而言，對于遙感分析而言，地面實況調查地面實況調查可進一步分為兩種，可進一步分為兩種，即以分析為主要目的的應用方法和用于數(shù)據(jù)校正的應用即以分析為主要目的的應用方法和用于數(shù)據(jù)校正的應用方法。前者主要是分類處理中進行訓練區(qū)地面實況調查，方法。前者主要是分類處理中進行訓練區(qū)地面實況調查，后者的主要是為進行幾何校正而測量地面控制點。后者的主要是為進行幾何校正而測量地面控制點。 在地面實況調查中，對目標的觀測，測量項目有：在地面實況調查中，對目標的觀測，測量項目有： 目標物的信息目標物的信息種類、狀況、光譜特性、周圍環(huán)境、種類、狀況、光譜特性、周圍環(huán)境、表面

20、溫度等。表面溫度等。 觀測時的環(huán)境信息觀測時的環(huán)境信息太陽位置和照度、大氣的渾濁太陽位置和照度、大氣的渾濁狀態(tài)、氣溫、濕度、風向、風速、地表的狀態(tài)等。狀態(tài)、氣溫、濕度、風向、風速、地表的狀態(tài)等。 地面實況調查既花費時間也花費經費，所以不適用于調地面實況調查既花費時間也花費經費，所以不適用于調查區(qū)域經常變更的地區(qū)。因此，可以預先設置地面試驗查區(qū)域經常變更的地區(qū)。因此，可以預先設置地面試驗場，在試驗場內進行詳細調查，地面試驗場要選擇具有場，在試驗場內進行詳細調查，地面試驗場要選擇具有地面作業(yè)方便，觀測目標豐富，天氣狀況好等條件。地面作業(yè)方便，觀測目標豐富，天氣狀況好等條件。 3.7 3.7 地面定

21、位數(shù)據(jù)地面定位數(shù)據(jù) 在遙感圖像的幾何精校正時，必須要有地面控制點。在遙感圖像的幾何精校正時，必須要有地面控制點。適于作為地面控制點的是可以在圖像上辨認出的一點和適于作為地面控制點的是可以在圖像上辨認出的一點和它所對應的地面上相同的一點，而且可以正確知道該點它所對應的地面上相同的一點，而且可以正確知道該點在圖像上的位置（像元號、行號）和在地面上的實際位在圖像上的位置（像元號、行號）和在地面上的實際位置（緯度、經度、高程）。置（緯度、經度、高程）。 在分類結果驗證時，也常常需要地面點的定位數(shù)據(jù)，在分類結果驗證時，也常常需要地面點的定位數(shù)據(jù)，目前最便捷的方法是利用目前最便捷的方法是利用 GPS測定地面控制點或地面測定地面控制點或地面驗證點。驗證點。 3.8 3.8 地圖數(shù)據(jù)地圖數(shù)據(jù) 在遙感數(shù)據(jù)的處理分析中，地圖信息是主要的輔助信息：在遙感數(shù)據(jù)的處理分析中，地圖信息是主要的輔助信息： 調查區(qū)域的概查：調查區(qū)域的概查：利用地形圖