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

1、呂書強(qiáng)呂書強(qiáng) 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(shí)間分辨率時(shí)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(jī)、無線電遙控飛機(jī)、氣球等超人造衛(wèi)星及飛機(jī)、無線電遙控飛機(jī)、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(nèi)。也包括在內(nèi)。 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(diào)查、，用于各種資源調(diào)查、空中偵察、攝影測量的平臺。空中偵察、攝影測量的平臺。 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(jī)和衛(wèi)星以上的航天飛機(jī)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(diǎn)赤經(jīng)、升交點(diǎn)赤經(jīng)升交點(diǎn)赤經(jīng)升交點(diǎn)赤經(jīng)為衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)與為衛(wèi)星軌道的升交點(diǎn)與春分點(diǎn)之間的角距。所謂升交點(diǎn)為衛(wèi)春分點(diǎn)之間的角距。所謂升交點(diǎn)為衛(wèi)星由南向北運(yùn)行時(shí)，與地球赤道面的星由南向北運(yùn)行時(shí)，與地球赤道面的交點(diǎn)。反之，軌道面與赤道面的另一交點(diǎn)。反之，軌道面與赤道面的另一個(gè)交點(diǎn)稱為降交點(diǎn)。春分點(diǎn)為黃道面?zhèn)€交點(diǎn)稱為降交點(diǎn)。春分點(diǎn)為黃道面與赤道面在天球上的交點(diǎn)。與赤道面在天

4、球上的交點(diǎn)。2 2、近地點(diǎn)角距、近地點(diǎn)角距是指衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)與升交點(diǎn)之是指衛(wèi)星軌道的近地點(diǎn)與升交點(diǎn)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(diǎn)一間的兩面角，也即升交點(diǎn)一側(cè)的軌道面至赤道面的夾角側(cè)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(yuǎn)地點(diǎn)到橢圓軌道衛(wèi)星軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)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(diǎn)時(shí)刻、衛(wèi)星過近地點(diǎn)時(shí)刻T T軌道參數(shù)軌道參數(shù)

5、以上六個(gè)參數(shù)可以根據(jù)地面觀測來確定。在六個(gè)以上六個(gè)參數(shù)可以根據(jù)地面觀測來確定。在六個(gè)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(shí)，則軌道越扁，越大時(shí)，則軌道越扁，e e越小時(shí)，軌道越越小時(shí)，軌道越接近圓形。圓形軌道有利于在全球范圍內(nèi)獲取接近圓形。圓形軌道有利于在全球范圍內(nèi)獲取影像時(shí)比例尺趨近一致。當(dāng)影像時(shí)比例尺趨近一致。當(dāng)e e固定時(shí)固定時(shí)，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(guān)系。傾角和總視場寬度有密切關(guān)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(guān)系。與赤道面，或與地軸之間的關(guān)系。i i= =0 0時(shí)軌道面時(shí)軌道面與赤道面重合。與赤道面重合。i i= =90900 0時(shí)軌道面與地軸重合。時(shí)軌道面與地軸重合。ii90900 0時(shí)軌道面接近地軸時(shí)軌道面接近地軸，這時(shí)的軌這時(shí)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(yīng)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(yīng)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(dá)平臺高度較高，最高達(dá)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(diǎn)是空間分辨率較低、時(shí)止衛(wèi)星，這類衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是空間分辨率較低、時(shí)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(fēng)云我國的風(fēng)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(shè)計(jì)，這類衛(wèi)星遙感數(shù)主要為研究地球資源而設(shè)計(jì)，這類衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是空間分辨率較高、時(shí)間分辨率較低，主要用于據(jù)的特點(diǎn)是空間分辨率較高、時(shí)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(diào)查，目前主要應(yīng)陸地衛(wèi)星主要用于小區(qū)域資源與環(huán)境調(diào)查，目前主要應(yīng)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(jī)高空無人機(jī)( (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(jī)遙感平臺低空無人機(jī)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(gè)狀的小單元，以各個(gè)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(gè)用遙感器接收的電磁波是按每個(gè)特定的波長段特定的波長段進(jìn)行數(shù)字進(jìn)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(gè)波長段（稱通道或波段）的數(shù)據(jù)。這種由分解為若干個(gè)波長段（稱通道或波段）的數(shù)據(jù)。這種由多個(gè)波長段構(gòu)成的數(shù)據(jù)叫多個(gè)波長段構(gòu)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(gè)波段的光譜值進(jìn)行排列，然后按對每一行中代表一個(gè)波段的光譜值進(jìn)行排列，然后按波段順序排列該行，最后對各行進(jìn)行重復(fù)。波段順序排列該行，最后對各行進(jìn)行重復(fù)。 （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(gè)像元按光譜波段次序進(jìn)行排列。然后在一行中，每個(gè)像元按光譜波段次序進(jìn)行排列。然后對該行的全部像元進(jìn)行過波段次序排列，最后對各行進(jìn)對該行的全部像元進(jìn)行過波段次序排列，最后對各行進(jìn)行重復(fù)。行重復(fù)。 （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(gè)文件構(gòu)成，每個(gè)文件由多個(gè)記錄構(gòu)成。一幅圖像由多個(gè)文件構(gòu)成，每個(gè)文件由多個(gè)記錄構(gòu)成。其中圖像數(shù)據(jù)以外的部分叫輔助數(shù)據(jù)，每個(gè)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(gè)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(jī)構(gòu)、所進(jìn)行處理的信息以及其它遙測信息等。機(jī)構(gòu)、所進(jìn)行處理的信息以及其它遙測信息等。 3.5 3.5 定標(biāo)、驗(yàn)證數(shù)據(jù)定標(biāo)、驗(yàn)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(biāo)是指導(dǎo)由此得到的測量值變換成絕對角度，或指定定標(biāo)是指導(dǎo)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(guān)的處理過程。與地表反射率及表面溫度等物理量有關(guān)的處理過程。定定標(biāo)用的數(shù)據(jù)有標(biāo)用的數(shù)

17、據(jù)有地面定標(biāo)數(shù)據(jù)地面定標(biāo)數(shù)據(jù)和和軌道定標(biāo)數(shù)據(jù)軌道定標(biāo)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(zhǔn)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(zhǔn)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(nèi)部測量標(biāo)用戶手冊中。后者是在衛(wèi)星發(fā)射后，在衛(wèi)星內(nèi)部測量標(biāo)準(zhǔn)光源等數(shù)值明確的目標(biāo)而得到的數(shù)據(jù)，并從衛(wèi)星上傳準(zhǔn)光源等數(shù)值明確的目標(biāo)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(gè)波段，其中個(gè)波段，其中10-1410-14為熱紅外波段，為熱紅外波段，這這5 5個(gè)波段的定標(biāo)數(shù)據(jù)為：個(gè)波段的定標(biāo)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(diào)查數(shù)據(jù)地面調(diào)查數(shù)據(jù) 地面實(shí)況調(diào)查地面實(shí)況調(diào)查是為了檢驗(yàn)遙感數(shù)據(jù)與觀測目標(biāo)物的對應(yīng)是為了檢驗(yàn)遙感數(shù)據(jù)與觀測目標(biāo)物的對應(yīng)關(guān)系而對地面實(shí)況信息進(jìn)行觀測、測量、收集的工作。關(guān)系而對地面實(shí)

19、況信息進(jìn)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(shí)況調(diào)查地面實(shí)況調(diào)查可進(jìn)一步分為兩種，可進(jìn)一步分為兩種，即以分析為主要目的的應(yīng)用方法和用于數(shù)據(jù)校正的應(yīng)用即以分析為主要目的的應(yīng)用方法和用于數(shù)據(jù)校正的應(yīng)用方法。前者主要是分類處理中進(jìn)行訓(xùn)練區(qū)地面實(shí)況調(diào)查，方法。前者主要是分類處理中進(jìn)行訓(xùn)練區(qū)地面實(shí)況調(diào)查，后者的主要是為進(jìn)行幾何校正而測量地面控制點(diǎn)。后者的主要是為進(jìn)行幾何校正而測量地面控制點(diǎn)。 在地面實(shí)況調(diào)查中，對目標(biāo)的觀測，測量項(xiàng)目有：在地面實(shí)況調(diào)查中，對目標(biāo)的觀測，測量項(xiàng)目有： 目標(biāo)物的信息目標(biāo)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(shí)的環(huán)境信息觀測時(shí)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(fēng)向、風(fēng)速、地表的狀態(tài)等。狀態(tài)、氣溫、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、地表的狀態(tài)等。 地面實(shí)況調(diào)查既花費(fèi)時(shí)間也花費(fèi)經(jīng)費(fèi)，所以不適用于調(diào)地面實(shí)況調(diào)查既花費(fèi)時(shí)間也花費(fèi)經(jīng)費(fèi)，所以不適用于調(diào)查區(qū)域經(jīng)常變更的地區(qū)。因此，可以預(yù)先設(shè)置地面試驗(yàn)查區(qū)域經(jīng)常變更的地區(qū)。因此，可以預(yù)先設(shè)置地面試驗(yàn)場，在試驗(yàn)場內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，地面試驗(yàn)場要選擇具有場，在試驗(yàn)場內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，地面試驗(yàn)場要選擇具有地面作業(yè)方便，觀測目標(biāo)豐富，天氣狀況好等條件。地面作業(yè)方便，觀測目標(biāo)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(shí)，必須要有地面控制點(diǎn)。在遙感圖像的幾何精校正時(shí)，必須要有地面控制點(diǎn)。適于作為地面控制點(diǎn)的是可以在圖像上辨認(rèn)出的一點(diǎn)和適于作為地面控制點(diǎn)的是可以在圖像上辨認(rèn)出的一點(diǎn)和它所對應(yīng)的地面上相同的一點(diǎn)，而且可以正確知道該點(diǎn)它所對應(yīng)的地面上相同的一點(diǎn)，而且可以正確知道該點(diǎn)在圖像上的位置（像元號、行號）和在地面上的實(shí)際位在圖像上的位置（像元號、行號）和在地面上的實(shí)際位置（緯度、經(jīng)度、高程）。置（緯度、經(jīng)度、高程）。 在分類結(jié)果驗(yàn)證時(shí)，也常常需要地面點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)，在分類結(jié)果驗(yàn)證時(shí)，也常常需要地面點(diǎn)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(diǎn)或地面測定地面控制點(diǎn)或地面驗(yàn)證點(diǎn)。驗(yàn)證點(diǎn)。 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(diào)查區(qū)域的概查：調(diào)查區(qū)域的概查：利用地形圖