遥感数字图像处理_16遥感技术应用概述_信息与通信_工程

第14讲课题：遥感技术应用（1）目的要求：了解遥感技术在测绘和环境及灾害监测中的应用。重点：遥感技术在环境和灾害监测中的应用难点：地形图制作及制作专题图教学课时：2课时教学方法：授课为主、鼓励课堂交流本次课涉及的学术前沿：遥感技术的应用领域§11-1遥感技术在测绘中的应用-------制作卫星影像地图-------修测地形图-------地形测绘-------制作专题图一、制作卫星影像地图卫星影像名称分辨率m成图比例尺（按规范要求）成图比例尺（用于一般判读）地图比例尺（选控制点用）MSS791:50万1:25万1:25万TM30/ms,15/pan1:10万1:5万1:5万SPOT1-420/ms,10/pan1:5万1:2.5万1:2.5万SPOT510/ms,2.5/pan1:2.5万1:1万1:1万IKONOS4/ms,1/pan1:1万必须作投影差改正1:50001:5000Quickbird2.44/ms,0.61/pan1:5000必须作投影差改正1:20001:2000过程1:由成图比例尺选择合适卫星影像2:波段选择3:辐射处理4:几何纠正1）高差引起的投影差不超限仅作平面纠正2）高差引起的投影差超限时结合DEM纠正3）方法：多项式拟合法、共线方程法等5:特征变换6:特征选择7:影像分类8:分类融合9:影像镶嵌10:分类后处理11:加注记12:检验成图方法1）按行政区成图—省、市、自治区、工业区等2）按国际分幅成图3）跨景影像数字镶嵌问题：a、经常遇到的问题b、注意选用同一季节的跨景影像c、必须调整影像间的色调和反差d、对镶嵌边缝作平滑处理按武汉市行政区制作的卫星影像图LandsatTM影像图比例尺1：100000局部影像电子沙盘二:卫星影像修测地形图1.修测内容：居民地道路水系地类界（部分）地形一般不修测2修测地形图的流程地形图数字化DRG或DLG影像纠正影像与地形图叠加抹去地形图上的变化区域补绘新增地物比例尺:修测地形图的比例尺一般比制作影像图的比例尺小一倍如TM图像只能修测1:25万比例尺的地形图，SPOT4（多光谱）图像修测1:100000比例尺的地形图。修测1:5万比例尺地形图最好使用分辨力在5米左右的卫星影像，例如IRS－1C上的全色影像分辨力为5.8m,SPOT全色影像分辨力10米，勉强可用于该比例尺地形图的修测。IKONOS影像分辨力为1米，可用于1:10000比例尺地形图的修测。3.过程1):由修测地图比例尺选择合适卫星影像2):波段选择3):辐射处理4:卫星影像纠正5):地物分类6):生成数字地图7):配准(地图---影像)8):将DRG或DLG与纠正后的影像进行叠合9):变化更新，形成更新后的地形图地形图修测实例同一地区已纠正的卫星影像IRS-IC全色影像分辨率5.8米武汉市沌口经济技术开发区地形图原始的地形图（DRG)(1：5万地形图，现缩成1：10万）七十年代的地形图九六年的卫星影像影像与地形图叠加修测更新后的地形图修测前后的地形图•例:利用IRS－1C上的全色影像与TM融合后修测1:5万地形图IRS-1CPAN影像增强DRG+IRS-1CPAN/TM5.4.3图形图像叠加套合原始的TM5.4.3像元尺寸28.55m原始的IRS-1CPAN影像像元尺寸5.8m配准后的IRS-1C影像像元尺寸5m1:5万的DRG350dpi,像元尺寸5m原始的DRG300dpi,像元4.2m配准后的TM5.4.3影像像元尺寸5mTM5.4.3影像增强依据套合图形图像对DRG进行修测修测内容和精度的检查和评定(在修测的DRG与IRS-1CPAN叠加图上进行)输出修测后的DRGIRS-1CPAN+TM5.4.3融合工艺流程图三:地形图测绘1.立体摄影测量方法邻轨立体影像同轨立体影像2.相干雷达测绘INSAR(流程)影像配准干涉图生成噪声滤除基线估算平地效应消除相位解缠高程计算和纠正欧空局ERS1/2SAR合成孔径雷达影像分辨率30米L波段100M基线航天飞机雷达雷达天线臂长60米测绘的地形三维景观图3激光扫描系统(LaserScanningSystem)利用激光测距原理对目标进行扫描量测的技术体系。分地面和机载激光扫描系统两大类。近年来，将激光测距和扫描成像相结合，形成新型的激光扫描系统。这是一种将激光测距仪器、POS定位定向系统与某一种成像系统集成起来，以同时获得地物三维坐标和地物影像的一种空间信息采集高效测量系统。通过记录单个激光脉冲从发射到接收被地物反射的能量所历经的时间，根据脉冲发出瞬间由POS定位定向系统测定的整个激光扫描成像系统的位置和姿态，可以计算出地物目标的三维坐标，并绘制地形图。与激光的发射、接收同步工作的成像系统可以通过同一套光学系统在激光脉冲对准某一地物目标的同时，获取该地物的影像。这样每一地物的属性和位置通过上述集成系统能够很快被确定下来，比起常规摄影测量系统的效率要高得多。机载激光三维遥感集成系统目前机载系统飞行高度多在1000m以下，成像系统有的是彩色摄像机，有的是成像光谱仪，激光工作波长有0.905，1.047和1.540几种，激光频率从1000Hz到7000Hz，主要用于陆地测量和浅海水下地形测量。四:特殊地形测绘1浅水区的地形测绘(水深30米)研究主要集中在两个方面：------水对哪些波区的电磁波有透射特性，透射强度与水深的关系-------水质对电磁波透射和反射的影响模型水深透射强度和水质2.南极冰与地形地貌测绘模型温度(红外影像)高程南极地区自然环境和气候条件恶劣人工量测无法进行航空摄影有困难目前只有500m或1000m等高距的地形图卫星影像克服了以上困难,但大多制作平面影像图1).问题提出中山站卫星影像中山站全景2).利用TM6热红外影像测绘雪面地形的理论和方法A.雪面辐射亮度与高程的关系TM6的波长范围10.4~12.6µ辐射功率:]1112211112[12/5211/52kThckThcehcehcW=0.7(对所有雪面是一个常数)因此：W=f(T)TM6影像亮度值I与W是函数关系:I=f(W)则：I=f(T)雪面高度与雪面温度成负相关关系:H=f(T)所以：H=f(I)B.雪面高程信息提取用高程控制点求待定系数Ci对每个影像点求高程内插跟踪等高距为100m的等高线niiiICH0南极卫星影像测绘的南极冰貌图3).各种影响因素的分析和改正•发射率的影响•反射光的影响•离海岸距离的影响•阴影的影响•时间和气候的影响•纬度的影响•噪声的影响4).高程精度•用40个实测高程点计算=23.34m•用GPS测定的点位高程,在图上内插后的精度10m1][nVV3.森林覆盖区地貌测绘主要利用INSAR测绘五.制作专题图1、土地利用图2、草场资源分布图3、森林资源分布图等过程1:选择合适卫星影像2:波段选择3:辐射处理4:几何纠正5:特征变换6:特征选择7:影像分类8:分类后处理国家自然科学基金重大项目(39899370-4)中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究—第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响图例1983年中国东部样带土地覆盖类型图(8km)图像范围：104.8ºE－135.0ºE18.2ºN－53.6ºN成像时间：1983.1－1983.12数据类型：NOAA/AVHRR—NDVI分辨率：8km8km常绿针叶林(部分种植园)常绿针阔混交林落叶针叶林落叶阔叶林落叶针阔混交林1、森林11常绿森林12落叶森林3、复合类型常绿阔叶林地+作物半常绿林地+半长绿灌丛+草地常绿针叶林地+作物落叶阔叶林+落叶灌丛+草地灌丛+草地+作物温性草地+一年一熟作物4、作物一年一熟作物一年一熟/局部两年三熟旱作一年两熟/两年三熟水浇地一年水旱两熟作物双季稻/水稻连作喜凉旱作一年三熟5、低植被覆盖地与裸地低植被覆盖地草甸草原干草原荒漠草原(局部沙地植被)2、草地温性草地沙地植被多时相合成图20°N110°E40°N30°N118°E108°E50°N128°E500120°E0250Kilometers多时相合成图国家自然科学基金重大项目(39899374)中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究—第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响图例1992年中国东部样带土地覆盖类型图图像范围：104.8ºE－135.0ºE18.2ºN－53.6ºN成像时间：1992.4－1993.3数据类型：NOAA/AVHRR—NDVI分辨率：1km1km常绿针叶林常绿阔叶林常绿针阔混交林常绿针叶+落叶阔叶混交林落叶针叶林落叶阔叶林落叶针阔混交林落叶针阔混交林+湿地草甸草原干草原荒漠草原(含沙地植被)1、森林11长绿森林12落叶森林3、草地温性草地2、灌丛与疏林常绿阔叶灌丛与疏林地落叶阔叶灌丛4、复合类型常绿林地+灌丛常绿林地+作物半常绿林地+半长绿灌丛+草地针叶林地+草地落叶阔叶林+灌丛+草地灌丛+草地+作物草地+落叶阔叶林地+作物作物+林地+灌丛+草地5、低植被覆盖地与裸地裸地7、水体河流、湖泊、水库8、城镇居民用地40°N50°N108°E110°E30°N20°N120°EKilometers0250500118°E128°E6、作物一年一熟作物一年两熟/两年三熟旱作一年两熟/两年三熟水浇地一年水旱两熟作物双季稻/水稻连作喜凉旱作一年三熟三季稻低植被覆盖地草甸国家自然科学基金重大项目(39899374)中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究—第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响图例制图时间：2000年11月1995年中国东部样带土地覆盖类型图图像范围：103.5ºE－135.1ºE18.0ºN－56.6ºN成像时间：1995.2－1996.1数据类型：NOAA/AVHRR—NDVI分辨率：1km1km常绿针叶林+灌丛1、森林11长绿林4、复合类型7、水体8、城镇居民用地3、草地温性草地草甸草原典型草原荒漠草原(含沙地植被)5、低植被覆盖地与裸地低植被覆盖地与裸地6、作物一年一熟作物一年两熟/两年三熟作物一年水旱两熟作物河流、湖泊、水库2、灌丛与疏林常绿灌丛与疏林地落叶灌丛+矮林落叶针叶林落叶阔叶林落叶针阔混交林12落叶林草地＋一年一熟作物＋沙地灌丛单(双)季稻与喜凉作物+长绿、落叶阔叶林+灌丛常绿、落叶阔叶混交林地+双季稻连作喜温作物单(双)季稻连作喜凉旱作或一年三熟作物常绿、落叶灌丛与矮林地+作物40°N50°N108°E110°E30°N20°N120°EKilometers0250500118°E128°E一、土地覆盖/土地利用遥感监测与变化信息提取土地利用/覆被变化(LUCC)是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一土地利用动态遥感监测一般通过多源数据的融合，提高地物的空间分辨率和光谱识别能力，运用上年度年的监测图像进行校正配准，采用计算机自动提取技术首先发现变化图斑，并运用两种以上的方法提取变化图斑，经专业技术人员的外业核查，并辅以土地详查和变更调查等资料，对变化图斑进行人机交互式后处理，确定其变化类型、位置、范围和面积等。§11-2遥感技术在环境和灾害监测中的应用1．遥感监测的内业处理（1）数据源的选择由于卫星遥感监测是一项周期性的长期工作，在选择数据源的时候考虑了以下因素：①数据及资料来源连续、稳定；②能满足卫星遥感监测的精度要求；③价格适中；④易于获取。（2）校正和配准方法卫星数据图像的校正包括两个过程，一是图像坐标的空间变换，二是灰度重采样。（3）影像镶嵌当一景图像不能覆盖整个监测区时，尽量选取时相接近的卫星图像进行镶嵌。根据工作区的具体情况镶嵌的方法采用先镶嵌后校正或先校正后镶嵌。（4）多源多时相遥感数据的融合数据融合目的是通过将监测区内两个或多个时相的数据融合，提高卫星影像数据的空间分辨率和光谱分辨率，增强影像判读的准确性。同时两个时段影像的交叉融合又会突出变异，有助于检测出变化信息。5）多源多时相遥感数据的变化信息提取变化信息提取