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当前位置:首页 > 电子/通信 > 数据通信与网络 > 地球信息科学概论第3章
第三章地球信息获取《地球信息科学概论》主要手段3.1遥感——重点3.2地质填图3.3山地工程3.4钻探3.5地球物理勘探3.6资源开发中的数据获取3.7成果数据源及地图数字化——重点主要手段3.1遥感3.2地质填图3.3山地工程3.4钻探3.5地球物理勘探3.6资源开发中的数据获取3.7成果数据源及地图数字化一、遥感基础(一)基本概念1.遥感(RemoteSensing)广义:无接触的远距离探测。狭义:是应用探测仪器,不与探测目标相接触,从远处把目标的电磁波特性记录下来,通过分析,揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。一、遥感基础(一)基本概念2.遥感系统(RemoteSensingSystem)包括五大部分:被测目标的信息特征;信息的获取;信息的传输与记录;信息的处理;信息的应用。一、遥感基础(二)遥感的分类(1)按遥感平台分类:近地面遥感航空遥感(100m-10000m);航天遥感(150Km);航宇遥感。(2)按传感器的探测波段分类:紫外遥感:0.05~0.38μm可见光遥感:0.38~0.76μm红外遥感:0.76~1000μm微波遥感:1mm~10m多波段遥感:传感器由若干个窄波段组成(3)按工作方式分类:主动遥感:探测器主动发射一定电磁波能量并接收目标的后向散射信号。被动遥感:传感器不向目标发射电磁波,仅被动接收目标物的自身发射和对自然辐射源的反射能量。二、电磁辐射1.电磁波由振源发出的电磁振荡在空气中传播。2.电磁波的特性(1)电磁波是横波(2)在真空中以光速传播(光速=波长×频率)(3)电磁波具有波粒二象性3.电磁波谱将各种电磁波在真空中的波长按其长短,依次排列制成的图表。二、电磁辐射4.遥感学常用的电磁波分类名称和波长范围名称波长范围(λ)紫外线0.01----0.38μm可见光0.38----0.76μm近红外0.76----3.0μm中红外3.0----6.0μm远红外6.0----15.0μm超远红外15----1000μm微波1----1000mm5.电磁辐射源(1)自然辐射源太阳辐射:是可见光和近红外的主要辐射源地球的电磁辐射:小于3μm的波长,主要是太阳辐射的能量(近红外);大于6μm的波长(热红外),主要是地物本身热辐射;3-6μm之间(中红外),太阳和地球的热辐射都要考虑。(2)人工辐射源:雷达三、地物光谱特征任何地物都有自身的电磁辐射规律,如反射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为地物的光谱特性。反射光谱特性发射光谱特性三、地物光谱特征1.反射光谱特性(1)地物的反射率(反射系数或亮度系数)地物对某一波段的反射能量与入射能量之比。反射率随入射波长而变化。(2)地物的反射光谱地物的反射率随入射波长具有一定的变化规律。(3)地物的反射率、吸收率和透射率对于某波段反射率高的地物,其吸收率就低,即为弱辐射体;吸收率高的地物,其反射率就低。三、地物光谱特征2.发射光谱特性地物发射电磁波的能力以发射率作为衡量标准;地物的发射率是以黑体辐射作为参照标准。地物的发射率发射率(Emissivity):地物的辐射出射度(单位面积上发出的辐射总通量)W与同温下的黑体辐射出射度W黑的比值。发射率是遥感探测的基础和出发点四、大气和环境对遥感的影响1.大气吸收太阳辐射穿过大气层时,大气分子对电磁波的某些波段有吸收作用,引起这些波段太阳辐射强度的衰减,或完全不能通过大气。2.大气散射大气中的粒子与细小微粒(如烟、尘埃、雾霾、小水滴及气溶胶等)对电磁波具有散射作用。散射的作用使在原传播方向上的辐射强度减弱,增加了向其他各个方向的辐射。四、大气和环境对遥感的影响3.大气的折射与反射大气的折射率与大气密度有关,密度越大折射率越大。因而,电磁波(太阳辐射)在大气中的传播轨迹是一条曲线。大气折射只是改变了太阳辐射方向,并不改变太阳辐射强度。大气反射主要发生在云层顶部,并与云量密切相关。4.大气窗口将电磁波通过大气层时较少被反射、吸收或散射的、透过率较高的波段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有:0.3~1.3μm紫外~近红外1.5~1.8μm和2.0~3.5μm近~中红外3.5~5.5μm中红外8~14μm远红外0.8~2.5cm微波五、遥感图像的获取(一)遥感平台1.遥感卫星低轨卫星:150—200KM,寿命1~3周。多数是军事卫星中轨卫星:300~1500KM,寿命1年以上,如:陆地卫星、气象卫星、海洋卫星高轨卫星:35800KM,寿命很长,如:通信卫星;GPS卫星:22000KM五、遥感图像的获取(一)遥感平台2.陆地卫星系列(1)美国陆地卫星系列Landsat轨道高度:705公里倾角:98.22°运行周期:98.9分钟24小时绕地球:15圈穿越赤道时间:上午9:45分扫描带宽度:185公里重复周期:16天卫星绕行:233圈五、遥感图像的获取(一)遥感平台(2)法国资源卫星系列SPOT轨道高度:约830公里卫星覆盖周期:26天扫描宽度:60(×60)公里最高空间分辨率:全色波段---2.5米;多光谱波段---10米优势特征:卫星搭载的传感器具有倾斜(侧视)能力,可以获取相邻轨道的地表信息,使重叠率达到60﹪,构成“立体像对”。五、遥感图像的获取(一)遥感平台(3)中国资源一号卫星——中巴地球资源卫星(CBERS)1999.10.14,CBERS-01在太原卫星发射中心成功发射。2003年CBERS-02发射升空,目前仍在轨运行。2007年9月19日,中巴地球资源卫星02B星升空。重访周期:26天,设计寿命:2年(CBERS-01实际运行3年10月)。轨道:太阳同步近极地轨道。H:778km最高空间分辨率:19.5m五、遥感图像的获取(一)遥感平台(4)高分辨率商业卫星系列IKONOS&QuickbirdQuickbird(美国)卫星空间分辨率:全色0.62米多光谱2.7米全景成像面积:16.5×16.5平方公里IKONOS(美国)卫星空间分辨率:全色1米多光谱4米(蓝、绿、红、近红外)全景成像面积:11×11平方公里五、遥感图像的获取(二)摄影成像1.摄影成像分类按记录方式分:传统摄影成像:依靠光学镜头及放置在焦平面的感光胶片来记录物体影像。数字摄影成像:通过放置在焦平面的光敏元件,经光/电转换,以数字信号来记录物体的影像。按探测波长分:紫外摄影、可见光摄影、红外摄影、多光谱摄影2.摄影机(1)分幅式摄影机(2)全景式摄影机(3)多光谱摄影机(4)数码摄影机五、遥感图像的获取(二)摄影成像3.摄影像片的几何特征投影、比例尺、像点位移(1)航空像片属于中心投影垂直投影:物体影像是通过相互平行的光线投影到与光线垂直的平面上。(比例尺一致、与投影距离无关)。中心投影:空间任意直线均通过一固定点(投影中心)投射到一平面(投影平面)上而形成的透视关系。(2)像片的比例尺像片上两点之间的距离与地面上相应两点实际距离之比。(3)像点位移:在中心投影的像片上,由于地形起伏,引起平面上的点位在像片位置上的移动。五、遥感图像的获取(三)扫描成像1.扫描成像:依靠探测元件和扫描镜对目标物以瞬间视场为单位进行的逐点、逐行取样,以得到目标地物电磁辐射特性信息,形成一定谱段的图像。瞬间视场:扫描成像时像元所对应的地面范围2.探测波段:紫外、可见光、红外和微波波段。3.成像方式:光(学)/机(械)扫描成像、固体自扫描成像、高光谱成像光谱扫描。五、遥感图像的获取(三)扫描成像(1)光学-机械扫描仪依靠机械传动装置使光学镜头摆动,形成对目标地物逐点逐行扫描。几种光机扫描一仪多光谱扫描仪(MSS):光学纤维按4X6的矩阵形式排列,共有24个像元专题制图仪(TM):瞬间视场对应地面30X30m2,探测波段增为7个五、遥感图像的获取(三)扫描成像(2)固体自扫描成像(推帚式扫描仪)固体自扫描是用固定的探测元件,通过遥感平台的运动对目标地物进行扫描的一种成像方式。采用线列(或面阵)探测器CCD作为敏感元件,线列探测器在垂直于飞行方向排列。五、遥感图像的获取(三)扫描成像(3)高光谱成像光谱扫描(高光谱成像光谱仪)成像光谱仪:既能成像又能获取目标光谱曲线的“谱像合一”的技术,称为成像光谱技术。按该原理制成的扫描仪称为成像光谱仪。特点:图像由多达数百个波段的非常窄的连续的光谱波段组成(200个以上波段数据)。图像中的每一像元均得到连续的反射率曲线。五、遥感图像的获取(四)遥感图像的特征遥感解译目标:目标地物的大小、形状及空间分布特点目标地物的属性特点目标地物的变化动态特点图像的几何特征(空间分辨率)图像的物理特征(波谱分辨率、辐射分辨率)图像的时间特征(时间分辩率)五、遥感图像的获取(四)遥感图像的特征1.遥感图像的空间分辩率指像素所代表的地面范围的大小,即扫描仪的瞬时视场,或地面物体能分辨的最小单元。遥感最大成图比例尺TM图像(30米分辨率):1:10万ETM(15米分辨率):1:5万SPOT5(5米分辨率):1:2.5万SPOT5(2.5米分辨率):1:1万IKONOS(4米分辨率):1:2.5万IKONOS(1米分辨率):1:3000Quickbird(2.44米分辨率):1:1万Quickbird(0.61米分辨率):1:20002.遥感图像的波谱分辨率——传感器所用的波段数、波长及波段宽度波谱分辨率是指传感器在接受目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。间隔愈小,分辨率愈高。3.遥感图像的辐射分辨率辐射分辨率是指传感器接受波谱信号时,能分辨的最小辐射度差。一般用灰度的分级数表示。4、遥感图像的时间分辨率时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔,即采样的时间频率,也称重访周期。时间分辨率对动态监测很重要。五、遥感图像的获取(四)遥感图像的特征六、遥感地学信息获取(影像解译)用遥感技术研究地球的实质是以各种影像来模拟地表景观,反映地表环境与资源等的信息。遥感成像过程,是将地物的电磁辐射特性或地物波谱特性,用不同的成像方式(例如摄影、扫描、雷达等)生成各种影像,即地物(原型)地物波谱(物理属性)成像方式(几何投影)影像(模型)六、遥感地学信息获取(影像解译)遥感地学信息获取就是通过对遥感影像的解译来获得地学目标的相关信息的。解译过程是成像过程的逆过程,即一般来说,当选定时间、波段、位置、成像方式后,成像过程获得的影像像元与地面对应的单位面积一一对应。换言之,是惟一的。为了获得惟一的解,则需要用多种遥感和非遥感信息加以印证。在对图像进行解译前,要弄清影像的性质,摄影比例尺、地域、季节和成像时的天气状况。影像(模型)灰度或色标(物理性质)坐标位置(几何性质)地物(原型)六、遥感地学信息获取(影像解译)(一)遥感图像解译标志(InterpretationKey)是在遥感图像上能够识别地面物体或现象并能说明其性质、状态和相互关系的影像特征。解译标志是地物在遥感图像上的空间和波谱信息的显示。包括:色调、几何形状、大小、阴影、影纹图案、纹理、布局、地理位置等六、遥感地学信息获取(影像解译)1.色调色调是地面物体在像片上所呈影像的黑白程度。①色调与地物的颜色深浅有关。凡是深色或黑色的物体影像的色调则较深;凡是浅色或白色的物体,其影像的色调则较浅。②色调与物体的物理性质、化学成分有关。③同一物体反射光线角度不同,影像色调也有差异。④不同季节里,地面植物颜色变化,也使影像色调发生变化。六、遥感地学信息获取(影像解译)2.形状在垂直摄影的航空像片上显示的地物影像,按中心投影的性质而变化。在像片的中心部分,保持垂直投影的地物俯视影像;偏离中心时,垂直目标就成为侧视的倾斜影像,离中心愈远,则斜形影像愈长。3.大小大小特征是指地面
本文标题:地球信息科学概论第3章
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