北京建筑大学 遥感基础 PPT第二次课 遥感平台及遥感数据

1、吕书强吕书强 什么是遥感什么是遥感? 遥感的基本原理是什么遥感的基本原理是什么? 空间分辨率空间分辨率 光谱分辨率光谱分辨率 时间分辨率时间分辨率 遥感中搭载遥感器的工具统称遥感平台，包括遥感中搭载遥感器的工具统称遥感平台，包括人造卫星及飞机、无线电遥控飞机、气球等超人造卫星及飞机、无线电遥控飞机、气球等超低空平台。甚至连地面测量车（车载升降台）低空平台。甚至连地面测量车（车载升降台）也包括在内。也包括在内。 航空遥感平台航空遥感平台 航天遥感平台航天遥感平台气象卫星气象卫星资源卫星资源卫星小卫星小卫星第一节：遥感平台的参数第一节：遥感平台的参数 遥感中搭载遥感器的工具统称为遥感平台。遥感中搭

2、载遥感器的工具统称为遥感平台。按平台距按平台距地面的高度大休上可分为三类：地面平台、航空平台、航地面的高度大休上可分为三类：地面平台、航空平台、航天平台。天平台。 地面遥感平台指用于安装遥感器的三脚架、遥感塔、地面遥感平台指用于安装遥感器的三脚架、遥感塔、遥感车等，高度在遥感车等，高度在100m100m以下。以下。 航空平台指高度在航空平台指高度在100m100m100km100km，用于各种资源调查、，用于各种资源调查、空中侦察、摄影测量的平台。空中侦察、摄影测量的平台。 航天平台一般指高度在航天平台一般指高度在240km240km以上的航天飞机和卫星以上的航天飞机和卫星等，最高高度是静止卫

3、星，它位于赤道上空等，最高高度是静止卫星，它位于赤道上空36000km36000km，Landsat, spotLandsat, spot等地球卫星高度也在等地球卫星高度也在700700900km900km之间。之间。1 1、升交点赤经、升交点赤经升交点赤经升交点赤经为卫星轨道的升交点与为卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。所谓升交点为卫春分点之间的角距。所谓升交点为卫星由南向北运行时，与地球赤道面的星由南向北运行时，与地球赤道面的交点。反之，轨道面与赤道面的另一交点。反之，轨道面与赤道面的另一个交点称为降交点。春分点为黄道面个交点称为降交点。春分点为黄道面与赤道面在天球上的交点。与赤道面在天

4、球上的交点。2 2、近地点角距、近地点角距是指卫星轨道的近地点与升交点之是指卫星轨道的近地点与升交点之间的角距。间的角距。3 3、轨道倾角、轨道倾角i i卫星轨道面与地球赤道面之卫星轨道面与地球赤道面之间的两面角，也即升交点一间的两面角，也即升交点一侧的轨道面至赤道面的夹角侧的轨道面至赤道面的夹角4 4、卫星轨道长半轴、卫星轨道长半轴卫星轨道远地点到椭圆轨道卫星轨道远地点到椭圆轨道中心的距离。中心的距离。5 5、卫星轨道偏心率（扁率）、卫星轨道偏心率（扁率）e e e=c/ e=c/ c c为卫星椭圆轨道的焦距为卫星椭圆轨道的焦距6 6、卫星过近地点时刻、卫星过近地点时刻T T轨道参数轨道参数

5、以上六个参数可以根据地面观测来确定。在六个以上六个参数可以根据地面观测来确定。在六个轨道参数中，轨道参数中，、i i和和T T决定了卫星轨道面与决定了卫星轨道面与赤道面的相对位置，而赤道面的相对位置，而和和e e则决定则决定了卫星轨道的形状。了卫星轨道的形状。其中其中e e越大时，则轨道越扁，越大时，则轨道越扁，e e越小时，轨道越越小时，轨道越接近圆形。圆形轨道有利于在全球范围内获取接近圆形。圆形轨道有利于在全球范围内获取影像时比例尺趋近一致。当影像时比例尺趋近一致。当e e固定时固定时，越大则越大则轨道离地高度轨道离地高度H H越大。越大。H H与传感器的地面与传感器的地面分辨率分辨率和总

6、视场宽度有密切关系。倾角和总视场宽度有密切关系。倾角i i决定了轨道面决定了轨道面与赤道面，或与地轴之间的关系。与赤道面，或与地轴之间的关系。i i= =0 0时轨道面时轨道面与赤道面重合。与赤道面重合。i i= =90900 0时轨道面与地轴重合。时轨道面与地轴重合。ii90900 0时轨道面接近地轴时轨道面接近地轴，这时的轨这时的轨道称近极道称近极地轨道。轨道近极地有利于增大卫星对地球的地轨道。轨道近极地有利于增大卫星对地球的观观测测范围范围第二节：航天遥感平台第二节：航天遥感平台 根据遥感卫星应用的不同，分为气象卫星、陆地卫星根据遥感卫星应用的不同，分为气象卫星、陆地卫星 气象卫星气象卫

7、星平台高度较高，最高达平台高度较高，最高达36000Km36000Km，基本属于静，基本属于静止卫星，这类卫星遥感数据的特点是空间分辨率较低、时止卫星，这类卫星遥感数据的特点是空间分辨率较低、时间分辨率较高，主要用于大尺度研究。如美国的间分辨率较高，主要用于大尺度研究。如美国的NOAANOAA卫星、卫星、我国的风云我国的风云1 1，2 2号卫星等，都属于此。号卫星等，都属于此。 陆地卫星陆地卫星主要为研究地球资源而设计，这类卫星遥感数主要为研究地球资源而设计，这类卫星遥感数据的特点是空间分辨率较高、时间分辨率较低，主要用于据的特点是空间分辨率较高、时间分辨率较低，主要用于中小尺度研究。如美国的

8、中小尺度研究。如美国的LANDSATLANDSAT卫星、法国的卫星、法国的SPOTSPOT卫星、卫星、我国与巴西合作的我国与巴西合作的CB-1CB-1号卫星等都属于此。号卫星等都属于此。 气象卫星主要用于区域宏观研究，如气候变化，全球覆气象卫星主要用于区域宏观研究，如气候变化，全球覆盖变化等；盖变化等； 陆地卫星主要用于小区域资源与环境调查，目前主要应陆地卫星主要用于小区域资源与环境调查，目前主要应用的陆地卫星有：用的陆地卫星有： 美国的美国的Landsat MSSLandsat MSS、TMTM；（；（8080、3030米）米） 法国的法国的SPOTSPOT；（；（1010、5 5、2.52

9、.5米）米） 中巴的中巴的CB-1CB-1；（；（20-8020-80米）米） 欧空局的欧空局的AsterAster（15-9015-90米）米） 美国的美国的IKNOISIKNOIS（1 1米）米） 美国的美国的QuikBirdQuikBird（0.620.62米）米） 第三节第三节 航空遥感平台航空遥感平台 高空无人机高空无人机( (平流层平流层) )遥感平台遥感平台 中高空航空遥感平台中高空航空遥感平台 低空小型航空遥感平台低空小型航空遥感平台 低空无人机遥感平台低空无人机遥感平台3.1 3.1 数字图象数字图象(1) (1) 模拟图象模拟图象: :象普通象普通像片那样，灰度及颜色连续变

10、化的像片那样，灰度及颜色连续变化的图像叫做模拟图像。图像叫做模拟图像。 (2) (2) 数字图象数字图象: :把模拟把模拟图像分别划成同样形图像分别划成同样形状的小单元，以各个状的小单元，以各个小单元的平均亮度值小单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为该单元的亮度值作为该单元的亮度值的图像叫数字图像。的图像叫数字图像。3.2 3.2 图象数据图象数据 遥感数据遥感数据是用遥感器探测来自地表的电磁波，通过采是用遥感器探测来自地表的电磁波，通过采样及量化后获得的数字化数据。样及量化后获得的数字化数据。 遥感中所采用的电磁波的波长范围是从紫外线到微波。遥感中所采用的电磁波的波长范围

11、是从紫外线到微波。用遥感器接收的电磁波是按每个用遥感器接收的电磁波是按每个特定的波长段特定的波长段进行数字进行数字化的。通过这一过程得到把具有连续波长分布的电磁波化的。通过这一过程得到把具有连续波长分布的电磁波分解为若干个波长段（称通道或波段）的数据。这种由分解为若干个波长段（称通道或波段）的数据。这种由多个波长段构成的数据叫多个波长段构成的数据叫多通道数据多通道数据或或多波段数据多波段数据或或多多光谱数据光谱数据。 在多通道数据中，各波段的电磁波是用不同的探测元在多通道数据中，各波段的电磁波是用不同的探测元件探测的。件探测的。 3.3 3.3 遥感图像的数据格式遥感图像的数据格式 多波段图像

12、具有多波段图像具有空间的位置空间的位置和和光谱的信息光谱的信息。多波段图。多波段图像的数据格式根据在二维空间中如何存贮各种波段的像的数据格式根据在二维空间中如何存贮各种波段的信息而分为三类。信息而分为三类。 （1）BSQ方式方式 各波段的二维图像数据按波段顺序排列。各波段的二维图像数据按波段顺序排列。 （像元号顺序），行号顺序），波段顺序）（像元号顺序），行号顺序），波段顺序） （2）BIL方式方式 对每一行中代表一个波段的光谱值进行排列，然后按对每一行中代表一个波段的光谱值进行排列，然后按波段顺序排列该行，最后对各行进行重复。波段顺序排列该行，最后对各行进行重复。 （像元号顺序），波段顺序）

13、，行号顺序）（像元号顺序），波段顺序），行号顺序） （3）BIP方式方式 在一行中，每个像元按光谱波段次序进行排列。然后在一行中，每个像元按光谱波段次序进行排列。然后对该行的全部像元进行过波段次序排列，最后对各行进对该行的全部像元进行过波段次序排列，最后对各行进行重复。行重复。 （波段顺序），像元顺序），行号顺序）（波段顺序），像元顺序），行号顺序） （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 辅助数据辅助数据 一幅图像由多个文件构成，每个文件由多个记录构成。一幅图像由多个文件构成，每个文件由多个记录构成。其中图像数据以外的部分叫辅助数据，每个类似磁带其中图像数据以外的部分叫辅助数据，每个类似磁带那样的记录载体叫物理卷。那样的记录载体叫物理卷。 辅助数据中包括：辅助数据中包括：数据存贮方法和数据记述方法，存贮数据存贮方法和数据记述方法，存贮图像的信息、平台的信息、遥感器的信息

16、、提供数据的图像的信息、平台的信息、遥感器的信息、提供数据的机构、所进行处理的信息以及其它遥测信息等。机构、所进行处理的信息以及其它遥测信息等。 3.5 3.5 定标、验证数据定标、验证数据 遥感数据中除了由遥感器的灵敏度特性引起的偏差外，遥感数据中除了由遥感器的灵敏度特性引起的偏差外，还包含路程的大气及遥感器的测量系统混入的各种失真。还包含路程的大气及遥感器的测量系统混入的各种失真。定标是指导由此得到的测量值变换成绝对角度，或指定定标是指导由此得到的测量值变换成绝对角度，或指定与地表反射率及表面温度等物理量有关的处理过程。与地表反射率及表面温度等物理量有关的处理过程。定定标用的数据有标用的数

17、据有地面定标数据地面定标数据和和轨道定标数据轨道定标数据。前者是在。前者是在卫星发射前，使用地面校准装置得到的数据，多刊载于卫星发射前，使用地面校准装置得到的数据，多刊载于用户手册中。后者是在卫星发射后，在卫星内部测量标用户手册中。后者是在卫星发射后，在卫星内部测量标准光源等数值明确的目标而得到的数据，并从卫星上传准光源等数值明确的目标而得到的数据，并从卫星上传送下来。送下来。 如如AsterAster数据：有数据：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个波段，其中个波段，其中10-1410-14为热红外波段，为热红外波段，这这5 5个波段的定标数据为：个波段的定标数据为：Band 10Band 11Band 12Band 13Band 148.38.659.110.611.3gain0.0068820.0067800.0065900.0056930.005225offset00000R=gainR=gainDN-offsetDN-offset3.6 3.6 地面调查数据地面调查数据 地面实况调查地面实况调查是为了检验遥感数据与观测目标物的对应是为了检验遥感数据与观测目标物的对应关系而对地面实况信息进行观测、测量、收集的工作。关系而对地面实

19、况信息进行观测、测量、收集的工作。 对于遥感分析而言，对于遥感分析而言，地面实况调查地面实况调查可进一步分为两种，可进一步分为两种，即以分析为主要目的的应用方法和用于数据校正的应用即以分析为主要目的的应用方法和用于数据校正的应用方法。前者主要是分类处理中进行训练区地面实况调查，方法。前者主要是分类处理中进行训练区地面实况调查，后者的主要是为进行几何校正而测量地面控制点。后者的主要是为进行几何校正而测量地面控制点。 在地面实况调查中，对目标的观测，测量项目有：在地面实况调查中，对目标的观测，测量项目有： 目标物的信息目标物的信息种类、状况、光谱特性、周围环境、种类、状况、光谱特性、周围环境、表面

20、温度等。表面温度等。 观测时的环境信息观测时的环境信息太阳位置和照度、大气的浑浊太阳位置和照度、大气的浑浊状态、气温、湿度、风向、风速、地表的状态等。状态、气温、湿度、风向、风速、地表的状态等。 地面实况调查既花费时间也花费经费，所以不适用于调地面实况调查既花费时间也花费经费，所以不适用于调查区域经常变更的地区。因此，可以预先设置地面试验查区域经常变更的地区。因此，可以预先设置地面试验场，在试验场内进行详细调查，地面试验场要选择具有场，在试验场内进行详细调查，地面试验场要选择具有地面作业方便，观测目标丰富，天气状况好等条件。地面作业方便，观测目标丰富，天气状况好等条件。 3.7 3.7 地面定

21、位数据地面定位数据 在遥感图像的几何精校正时，必须要有地面控制点。在遥感图像的几何精校正时，必须要有地面控制点。适于作为地面控制点的是可以在图像上辨认出的一点和适于作为地面控制点的是可以在图像上辨认出的一点和它所对应的地面上相同的一点，而且可以正确知道该点它所对应的地面上相同的一点，而且可以正确知道该点在图像上的位置（像元号、行号）和在地面上的实际位在图像上的位置（像元号、行号）和在地面上的实际位置（纬度、经度、高程）。置（纬度、经度、高程）。 在分类结果验证时，也常常需要地面点的定位数据，在分类结果验证时，也常常需要地面点的定位数据，目前最便捷的方法是利用目前最便捷的方法是利用 GPS测定地面控制点或地面测定地面控制点或地面验证点。验证点。 3.8 3.8 地图数据地图数据 在遥感数据的处理分析中，地图信息是主要的辅助信息：在遥感数据的处理分析中，地图信息是主要的辅助信息： 调查区域的概查：调查区域的概查：利用地形图