遥感制图与数字地球教材

1、新编地图学教程 电子教案 第7章 遥感制图 与数字地球 第7章 遥感制图 1 遥感概述 2 遥感信息的制图应用 3 卫星影像图和卫星影像地图 4 从影像生成专题地图 5 遥感系列制图 6 遥感制图的意义 7 数字地球概述 1 遥感概述 （Remote Sensing MappingRemote Sensing Mapping） 1遥感的概念和特点 概念：不直接接触观测对象，通过接收处理、分 析被观测对象反射、发射、透射的电磁波谱特征，识别观 测对象性质和类别的科学与技术。 特点：视域辽阔，便于宏观分析； 瞬时成像，快速处理，周期性观测； 信息丰富，适于定性定量分析和制图； 受自然条件限制小。 陆地卫星图像黄河三角洲 快鸟卫星图像香港维多利亚湾 遥感的原理与流程 2. 遥感的分类 按遥感仪器搭载的工作平台不同分为：航天遥感、航空 遥感和近地面遥感； 按传感器的工作波段不同分为：可见光与近红外遥感、 热红外遥感、微波遥感； 按具体应用目的不同分为：环境遥感、地质遥感、农业 遥感、林业遥感、城市遥感等。 1.2 遥感的特点及其应用领域 遥感信息的主要特点可以概括为以下几个方面： （1）宏观性

2、和综合性 （2）多波段性 （3）多时相性 在国民经济建设各个领域都得到了广泛的应用。 2 遥感信息的制图应用 2.1 遥感制图的信息源 编制地图，必须要有空间数据，也就是地图的信息源， 而遥感信息的判读与制图的目的，就是要从遥感图像上将经 过概括化了的地面信息提取出来，并将其典型特征用地图符 号表示在二维平面上，以供人们去认识和识别图上所显示的 离散化、特征化了的信息。 2.1.1 主要信息源 截至目前世界各国已经发射的遥感卫星有数十种之多，例如 美国的陆地卫星（Landsat）、气象卫星(NOAA)、海洋卫星 (Seasat),法国的SPOT卫星，日本的MOS卫星，JERS卫星、ADES卫 星，欧空局的ERS卫星和印度的IRS卫星等。 我国目前经常使用的信息源主要有美国的Landsat-TM、NOAA -AVHRR和法国的SPOT-HRV。 QuickBird卫星 北京公主坟立交桥 QuickBird卫星是2001年10月18日在美国发射成功的目 前世界上商业卫星中分辨率最高、性能较优的一颗卫星。 它在空间分辨率（0.61米），多光谱成像（1个全色通道 、4个多光谱通道）、成像幅宽（

3、16.5公里X 16.5公里）、 成像摆角等方面具有显著的优势，能够满足更专业、更广 泛应用领域的遥感用户。 美国的IKONOS卫星 毛主席纪念堂 IKONOS是美国空间成像公司于1999年9月24日发射升空的世界第一 颗高分辨率商用卫星，是由美国洛克希德马丁(Lockheed Martin)公司 设计制造的。雷神（Raytheon）公司负责建立地面接收系统和影像处理 系统即客户服务系统。IKONOS卫星不仅能够提供高清晰度,分辨率达1米 的卫星影像,而且开拓了一个新的更快捷、更经济获得最新地球影像信 息的途径。IKONOS的影象的效果接近于航片，行人已可分辨。 陆地卫星7号 陆地卫星7号图像 陆地卫星7号（原称为地球资源技术卫星）于1999年4月15日由美国航 空航天局发射，携带了增强型主题成像传感器（ETM+）。它是陆地星-6的 改进型。其特点是具有同NASA的跟踪和数据中继卫星的横向中继站，还拥 有数据流中的“海事星”全球定位系统信息，能提供图像定位信息。该卫 星还装有宽带高容量磁带记录仪以及增强主题测绘仪以适度改进陆地卫星- 6。分辨率70米。 Landsat 8 2013年2

4、月12日,美国从加利福尼亚州的范登堡空军基地 (Vandenberg AIR Force Base,California)成功发射了Landsat 8陆 地卫星。Landsat 8是为了纪念陆地卫星系列发射40周年 (19722012,图1)而制订的陆地卫星数据连续性发射 LDCM(Landsat DATA Continuity Mission)产物。其运载工具 为宇宙神-5火箭(Atlas-Vrocket)。 LandSat-8上携带有两个主要载荷:OLI和TIRS。其中OLI(全称 :Operational Land Imager ，运营性陆地成像仪)由卡罗拉多州 的鲍尔航天技术公司研制;TIRS(全称:Thermal Infrared Sensor ，热红外传感器)，由NASA的戈达德太空飞行中心研制。 Spot4卫星 Spot三维卫星影像 Spot对地观测卫星系统是由法国空间研究中心发展的，参与的国家还 有比利时和瑞典。系统包含了卫星、对卫星控制和编程的地面设施、图像制 作处理和分发的机构等。分辨率10-20米。 RADARSAT卫星及图像 RADARSAT卫星是加拿大于95年

5、11月4日发射的，它具有7种模式、25 种波束，不同入射角，因而具有多种分辨率、不同幅宽和多种信息特征。 适用于全球环境和土地利用、自然资源监测等。分辨率10-30米（工作模式 有精细、标准模式）。 2.2.2 空间分辨率及制图比例尺的选择 空间分辨率即地面分辨率，指遥感仪器所能分辨的最 小目标的实地尺寸，也就是遥感图像上一个像元所对应地 面范围的大小。 由于遥感制图是利用遥感图像来提取专题制图信息的 ，因此在选择遥感图像空间分辨率时要考虑以下两点要素 ：一是判读目标的最小尺寸，二是地图成图比例尺。 遥感图像的空间分辨率与地图比例尺有密切关系：空 间分辨率越高图像可放大的倍数越大，地图的成图比例尺 也越大。 2.2.3 波谱分辨率与波段选择 波谱分辨率，是由传感器所使用的波段数目，也就是选择的通 道数，以及波段的波长和宽度所决定。各遥感器波谱分辨率在设计 时，都是有针对性的，多波段的传感器提供了空间环境不同的信息 。以TM为例： TM1蓝波段：对叶绿素叶色素浓度敏感，用于区分土壤与植被 、落叶林与针叶林、近海水域制图。 TM2绿波段：对无病害植物叶绿素反射敏感 TM3红波段：对叶绿素吸

6、收敏感，用于区分植物种类。 TM4近红外波段：对无病害植物近红外反射敏感，用于生物量 测定及水域判别。 TM5中红外波段：对植物含水量和云的不同反射敏感，可判断 含水量和雪、云。 TM6远红外波段：作温度图，植物热强度测量 2.2.4 时间分辨率与时相的选择 时间分辨率是指对同一地区遥感影像重复覆盖的频率。 由于遥感图像信息的时间分辨率差异较大，因此，用遥感 制图的方式反映某种制图对象的动态变化时，不仅要搞清 这种制图对象本身变化的时间间隔或变化周期，同时还要 了解有没有与之相对应的遥感信息源。同时还应该看到， 时间分辨率和时相的选择，二者之间存在着非常密切的关 系。只有具有较多种类的时间分辨率的遥感信息，才能比 较容易的挑选出满足要求的理想时相，不会因为诸如气象 等因素的影响而得不到所要求的时相信息。 2.3 遥感图像的处理方法 1.遥感图像的纠正处理 人造卫星在运行过程中，由于飞行姿态和飞行轨道、飞 行高度的变化以及传感器本身误差的影响等，常常会引起卫 星遥感图像的几何畸变，因此，把遥感数据提供给编制专题 图之前，必须经过纠正处理，包括粗处理和精处理。 2.遥感图像的增强处理 在进

7、行遥感图像判读之前，要进行图像增强处理，包括 光学图像增强处理和数字图像增强处理。光学图像增强处理 主要是为了加大不同地物影像的密度差。常用的方法有假彩 色合成、等密度分割、图像相关掩膜。数字图像增强处理的 主要特点是借助计算机来加大图像的密度差，常用的方法有 反差增强、边缘增强、空间滤波等。 2.4 遥感图像的专题信息提取 1.目视判读 是用肉眼或借助简单判读仪器，运用各种判读标志，观察遥感图像的 各种影像特征和差异，经过综合分析，最终提取出判读结论。 （1）常用方法 有直接判定法、对比分析法和逻辑推理法。直接判定法，是通过色调 、形态、组合特征等直接判读标志，判定和识别地物。 对比分析法是采用不同波段、不同时相的遥感图像，各种地物的波谱 测试数据，及其他有关的地面调查资料，进行对比分析，将原来不易区分 的地物区别开来。 逻辑推理法，是专业判读人员利用专业知识和实践经验，应用地学规 律进行相关分析，将潜在专题信息提取出来。 （2）工作程序 包括判读前的准备工作，建立判读标志，室内判读及野外验证。 2.5 计算机自动识别与分类 计算机自动识别，又称模式识别，是将经过精处理的遥 感图像数

8、据，根据计算机研究获得的图像特征进行的处理。 具体处理方法有： 统计概率法：是根据物体的光谱特征进行自动识别； 语言结构法：是根据物体的图形进行识别； 模糊数字法：是根据物体最明显的本质特征进行识别。 计算机自动分类 ，可分为监督分类和非监督分类两种。 监督分类：是根据已知试验样本提出的特征参数建立判 读函数，对各待分类点进行分类的方法。 非监督分类：是事先并不知道待分类点的特征，而是仅 根据各待分点特征参数的统计特征，建立决策规则并进行分 类的一种方法。 3 卫星影像图和卫星影像地图 3.1 概念 利用卫星影像编图，根据他的技术条件和线划的地理要素 ，可分为：卫星影像镶嵌图、卫星影像图和卫星影像地图三种 。 卫星影像镶嵌图：不另外进行影像的几何纠正，将多幅影 像依像幅边框显示的经纬度位置，镶辑拼贴而成的影像图。 卫星影像图：进行了影像平面位置的几何纠正和影像增强 ，图上绘制出较全面的地理要素的影像图。 卫星影像地图：在卫星影像上，能够依据数字地面模型（ DEM)，进行共线方程纠正，有详细的地理要素的影像图。 3.2 卫星影像图的产生和编制 卫星影像图的产生和编制过程包括： （1）卫星

9、数据的几何纠正 （2）像元亮度的重采样 （3）影像镶嵌 （4）彩色合成 （5）多种信息复合 （6）矢量数据的符号化 （7）图像的输出产品 4 从影像生成专题地图 4.1 概述 1.目视解释的专题地图 （1）影像预处理 包括遥感数据的图像校正、图像增强 ，有时还需要实验室提供监督或非监督分类的图像。 （2）目视解译 经过建立影像判读标志，野外判读，室 内解译，得到绘有图斑的专题解译原图。 （3）地图概括 按比例尺及分类的要求，进行专题解译 原图的概括。专题地图需要正规的地理底图，所以地图概括的 同时也进行图斑向地理底图的转绘。 （4）地图整饰 在转绘完专题图斑的地理底图上进行专 题地图的整饰工作。 2. 数字图像处理的专题制图 （1）影像预处理 同目视解译类似，影像经过图像校正、 图像增强，得到供计算机分类用的遥感影像数据。 （2）按专题要求进行影像分类。 （3）专题类别的地图概括 包括在预处理中消除影像的孤 立点，依成图比例尺对图斑尺寸的限制进行栅格影像的概 括。 （4）图斑的栅格/矢量变换。 （5）与地理底图叠加，生成专题地图。 4.2 图像分类 1. 统计模式识别 （1）主成分变换 （2） 缨帽变换 （3） 最大似然判别 （4） 最小距离判别 2. 以地学知识及专家系统为基础的识别 4.3 图斑的地图概括 1. 图斑概括的实质 2. 图斑概括需考虑的问题 3. 图斑概括的过程 4. 概括的框架结构和实例 4.4 图斑边界的矢量化 5 遥感系列制图 5.1 遥感系列地图与地理底图 系列地图，简单说就是在内容上和时间上有关联的一 组地图。我们所讨论的系列地图，是指根据共同的制图目 的，利用统一的制图信息源，按照统一的设计原则，成套 编制的遥感专题地图。 地理底图的编制程序：采用常规的方法编制地理底图 时，首先选择制图范围内相应比例尺的地形图，进行展点 、镶嵌、照像，制成地图薄膜片，然后将膜片蒙在影像图 上，用以更新地形图的地理要素。经过地图概括，最后制 成供转绘专题影像图的地理底图，其比例尺与专题影像图 相同。 5.2 遥感系列制图的基本要求： 1.统一信息源 2.统一对制图区域地理特征的认识 3.制定统一的设计原则 4.按一定的规

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