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遥感技术系统与遥感数据源

2016-12-25 22:50:03   0  举报

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AI智能生成

第三章

定量遥感基础

作者其他创作

大纲/内容

遥感平台

近地面平台

高度小于300m，用于测量地物波谱特征，和用于试验研究的地物细节图像

三角架

遥感车，船，塔

航空平台

高度100m—30Km，在大气层内飞行的飞行器

低空平台

中空平台

航高2000—6000m，飞机

高空平台

航高>12000m，飞机、汽球

航天平台

高度几百、几千至几万公里，在大气层外飞行的飞行器。

人造卫星

航天遥感的主要平台

卫星轨道参数

轨道周期

卫星在轨道上绕地球一周所需的时间

轨道倾角

卫星轨道与地球赤道平面的夹角

星下点

卫星质心与地心连线同地面交点称星下点

星下点轨迹或地面轨迹

<div>星下点在卫星飞行过程中在地面移动的轨迹</div>

升交点和降交点

当i 不等于0时，轨道与赤道面有两个交点，即卫星由南向北飞时的升交点，由北向南飞时的降交点。

轨道覆盖地域

卫星轨道覆盖地域的大小由轨道倾角决定。

轨道进动

<div>卫星轨道面每天围绕地轴发生的转动。</div>

重复覆盖周期

卫星星下点在地表面上的航迹重复一次所需要的时间。

轨道类型

太阳同步轨道

<div>1.近极地轨道.</div><div>2.卫星轨道与太阳光的夹角始终保持一致，一年进动360，亦每天自西向东偏转0.986。等于地球公转角速度.</div><div>3.除两极很小的区域外，卫星可定期覆盖全球；</div><div>4.卫星过每一点的地方时相同</div><div>5.目前大多数遥感卫星均为太阳同步轨道</div>

地球同步（静止）轨道

<div>1.赤道轨道。</div><div>2.卫星运行方向与地球自转方向一致，且运行周期与地球自转周期相等。</div><div>3.卫星与地球表面的相对运动为0；</div><div>4.轨道高，可具有极大的覆盖范围；</div><div>5.可对地表面进行凝聚监测。</div><div><br></div>

几种主要航天平台的运行特征

陆地卫星系列  Landsat卫星轨道

地球观测试验卫星（SPOT）

气象卫星（NOAA）系列

GMS

其它航天平台

载人飞船

空间探测器

安置传感器的运载工具

传感器

获取目标电磁辐射信息的探测仪器，是收集、检测和记录电磁波信息的工具。

基本组成及工作原理

收集系统

功能

接收电磁波并将其聚焦成像

<div>扫描反射镜（或天线）和透镜。</div>

分光系统

功能

分光，将入射光分解成所需探测波段光谱

滤色镜、三棱镜、光栅、分光镜

探测系统

功能

将光信号转化为电信号

光子探测器

<div>1.响应速度快，弛豫（响应）时间不超过10-9秒，且与光强无关</div><div>2.响应率变化大。响应率与波长及所用半导体材料有关</div>

光电效应

光照射在金属表面时，有电子从表面逸出的现象

光生伏特现象

在光的照射下，使（半导体）p-n结两端产生电位差，电压高低正比于辐照强度。

光电磁效应

在光的照射下，半导体表面的电子—空穴浓度比体内大，因此电子、空穴向体内扩散。扩散过程中，磁场的作用使电子和空穴各偏向一侧，因此在垂直磁场与扩散方向的两端面上产生电位差。

热探测器

<div>1.响应率与波长无关</div><div>2.但响应速度慢</div>

光电导效应

半导体材料在光的照射下吸收光子，激发自由载流子，使体内载流子浓度增加，引起电导率显著增加的现象。也称内光电效应——光敏电阻

电荷偶合器件CCD

记录系统

将探测系统或信号转换系统输出的电磁波信息（光信号）记录、存储到遥感信息载体上，再以影像或数字形式输出

感光材料

经爆光后发生光化学反应，经一定化学、物理方法处理产生固定影像的材料的总称，分为黑色和彩色感光材料。由感光剂和支持体构成。

磁带

数字磁带

电压信号，经过模拟数转换器（A/D），对电压曲线分段读数（取样与量化）

模拟信号记录

连续变化的视频信号模拟记录在磁带上，每条成像扫描线对应一条电压曲线。回放时，模拟磁带复原为电压曲线。经电光转换成光信号

特性参数

空间分辨率

概念

把两个相邻目标作为两个清晰实体记录下来的两目标间的最小距离

影响因素

象元大小

每个象元对应地面的范围。

象解率

胶片上1毫米间隔内包含的线对数

瞬时视场角

电子传感器的瞬时视域

视场角

<div>整个传感器能够受光的角度。相当于视场角的地面距离叫观测宽度或叫扫描宽度。</div><div><br></div>

波谱分辨率

概念

传感器在接收目标辐射的波谱时，能分辨的最小波长间隔 

影响因素

传感器的工作波段数目

工作波段波长

波长间隔（谱带宽度）

辐射分辨率（辐射灵敏度）

概念

传感器探测原件在接收波谱辐射信号时，能分辨的最小辐射差。

影响因素

传感器辐射灵敏度

数据的位数

分类

主要类型及工作原理简介

<div>摄影方式传感器</div>

概念

<div>经过透镜（组），按几何光学的成像原理聚焦成像，用感光材料通过光化学反应直接感测和记录目标反射的可见光和摄影红外波段电磁辐射能，在胶片或像纸上形成目标物固化影像的传感器。</div>

种类

帧幅式（像幅式）摄影机

全景摄影机

条幅式摄影机

多光谱摄影机

扫描方式传感器

特点

<div>(１)能探测0.3—14，大大提高了波谱分辨率</div><div>(２)输出为电信号，可用磁带记录，并能实时传输。</div><div>(３)所获是的数据是辐射量的定量数据，便于较正，数字增强</div>

<div>多波段扫描仪（MSS）</div>

专题制图仪（TM）

红外扫描仪

固体扫描仪

侧视雷达

遥感数据的辐射定标

遥感地面接收站和遥感信息的传输

地面系统

站网

空间控制中心

数据资料中心

遥感信息的传输

直接回收

<div>视频数据传输</div>

遥感资料的种类

遥感影像

<div>记录电磁波振辐大小的胶片或象片.</div>

摄影影像

物点与像点对点对应地记录在像平面上，像平面上灰度的分布为连续的二维函数。

扫描影像

象平面上灰度分布在扫描线方面的分布是连续的，而在扫描线之间是离散的。

数字化影像

<div>从数字磁带回放出来的影像，象元与数据一一对应，象平面上灰度的分布为二维离散函数。</div>

遥感波带片

记录电磁波的振幅，又记录相位的胶片

磁带

遥感图像的基本属性及特征参数

波谱特性

<div>各种遥感图像上的灰度和色彩都是其响应波段内电磁辐射能量的反映。</div><div>色彩取决于其记录的波段，灰度（亮度）取决于记录的辐射强度。</div>

波谱分辨率和辐射分辨率

空间特性

从形态学方面识别地物，进行几何纠正，空间分析的重要依据。

空间分辨率

影像分辨率

用显微镜观察时，1mm宽度内所能分辨出的相间排列的黑白线对数

地面分辨率

像片上能分辨出的地面最小物体的尺寸

影像比例尺

图像上物体的大小与地面实际地物大小之比

投影性质与影像几何畸变

中心投影

多中心投影

<div>旋转斜距投影</div>

时间特性

地物都具有时相变化

时间分辨率

同一地区遥感影像重复覆盖的频率。

航空遥感数据

航空摄影像片的特性

几何特征

中心投影

像点位移

像片比例尺

物理特征（波谱效应）

影像色调与地物波谱特性的关系

色调：指黑白像片上，由不同光学密度表现出来的从白到黑的深浅程度

色调是在像片响应波侧面范围内，地物反射波谱总能量的函数。反射波谱能量强，色调浅；反之则色调深。

全色黑白摄影航片色调与波谱特征的关系

<div>色调深浅取决于反射波谱范围内的积分。该积分值大，色调浅，反之亦然。</div>

自然彩色摄影片的波谱响应特征

<div>地物色颜      像片色颜</div><div>   兰色            兰波段</div><div>   绿色            绿波段</div><div>   红色            红波段</div><div>影像色彩与景物自然颜色接近<br></div>

彩红外片色彩的波谱响应特征

<div>影像兰色             绿光</div><div>影像绿色            红光</div><div>影像红色            0.76—1.3um近红外光</div>

热红外图像的特征

侧视雷达图像的特征

卫星遥感数据

<p class="MsoNormal"><b><span style="font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">MSS、TM图像的波谱效应</span></b></p>

<p class="MsoNormal" style="text-indent:28.3500pt;mso-char-indent-count:2.7000;mso-list:l0 level1 lfo1;"><span style="font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;">1.</span><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;"><font face="宋体">属蓝绿光波段，对水体穿透力强，对叶绿素和叶色素浓度敏感。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">2.</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">植被、水体、土壤等到在此波段反射率差别明显。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">3.</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">有助于判别水质、水深、水中叶绿素分布，沿岸水流、沙情况；对水体污染尤其对金属和化学污染具有较好的反映。影像上植被色调最暗、水体次之，新鲜雪最浅。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">受散射兰光的影响最主严重，水陆界线不清。</span></p>

<p class="MsoNormal" style="text-indent:28.3500pt;mso-char-indent-count:2.7000;"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;">1.</span><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;"><font face="宋体">属绿黄光波段，对水有较强的透射能力，水体色调较浅，可反映一定深度（</font>>10m）水下地形，有利于识别水体浑浊度、沿岸流、沙洲等。</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">2.</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">叶绿素在此波段有一个反射峰称绿峰，健康植物对绿光有一定的反射，影像色调较浅。可用于探测健康植物绿色反射率，按绿峰反射评价植物生活力，区分林种。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">3.</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">蓝、绿、黄色地物影像一般呈浅色调，随着红色成份的增加而变暗，浮在水面的油污和金属化合物因妨碍绿光透过也有所显示。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">4.</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">但受散射光影响，此波段反差较小，地物边界轮廓有些模糊。</font></span></p>

<p class="MsoNormal" style="text-indent:28.3500pt;mso-char-indent-count:2.7000;"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;">1.</span><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;"><font face="宋体">属橙红光波段，对水体有一定的的透射能力（约</font>2m），可反映水中泥沙含量、水下地貌和沙流。</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">2</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">叶绿素的主要吸收波段，健康植物影响色调深，病害植物，枯树等则呈浅色调。可反映不同植物的叶绿素吸收和健康善。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">3</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">橙红色地物影像一般色调浅，绿色地物色调深。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">4.</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">裸露的地表、植被、土壤、水系、岩石、地层、地貌特征等影像清晰，色调层次多，信息量最为丰富。用于地貌特征研究效果较好。</font></span></p>

<p class="MsoNormal" style="text-indent:28.3500pt;mso-char-indent-count:2.7000;mso-list:l0 level1 lfo1;"><span style="font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;">1.</span><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;"><font face="宋体">属近红外波段。这三种图像波谱效应相似，是水的强吸收和植被强反射波段。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">2.</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">图像清晰、反差大、立体感强，能显示多种地物细节，图像上水体呈黑色调，富水地物呈深色调。水陆分界最为清楚。</font></span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">3.健康植物对近红外波具有最强的反射，为明亮的浅色调，而病害植物则呈较深色调。阔叶树色浅，针叶树色调相对较深。易于圈定植被的分布范围，区分植物种类，测定植物长势。</span></p>

<p class="MsoNormal" style="text-indent:28.3500pt;mso-char-indent-count:2.7000;mso-list:l0 level1 lfo1;"><span style="font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;">1.</span><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;"><font face="宋体">属近红外波段，位于水的强吸收带（</font>1.4—1.9）内和土壤、植物的强反射波段内。</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;">2.</span><span style="text-indent: 28.35pt; font-family: 宋体; font-size: 10.5pt;"><font face="宋体">对地物含水量反映最为敏感。可用干土壤湿度、植物含水量调查，水份状态研究，作物长势分析等，区分裸土与植物覆盖，不同含水量植被类型的能力最强。</font></span></p>

<p class="MsoNormal"><span style="mso-spacerun:'yes';font-family:宋体;mso-bidi-font-family:'Times New Roman';font-size:10.5000pt;mso-font-kerning:1.0000pt;"><font face="宋体">属近红外波段。这是为地质研究追加的波段</font></span></p>