梅安新《遥感导论》第三章.

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1、第3章 遥感成像原理与遥感图像特征 F从广义上说，泛指一切无接触的远距离探测 ，包括对电磁场、力场、机械波（声波、地震 波）等的探测。实际工作中，重力、磁力、声 波、地震波等的探测被划为物理探测的范畴， 只有电磁波的探测属于遥感的范畴。 F从狭义上说，遥感是借助对电磁波敏感的仪 器 ，从远处（不与探测目标相接触）记录目 标物对电磁波的辐射、反射、散射等信息，通 过分析，揭示出目标物的特征、性质及其变化 的综合性探测技术。 F遥感的根本目的： 通过遥感影像探知地物目标特征性质变化 F获取影像的过程： 什么平台搭载什么样的传感器如 何工作获取的影像有何特征 F分析影像的过程： 什么影像有何特征（与

2、平台和传感器 参数、大气环境参数、地面参数有关） 如何处理和分析地物的影像特征 3.1 遥感平台 遥感平台（platform）是搭载传感器的工具， 常可根据工作高度概略分为航天平台、航空平台 、地面和近地平台等。它们在城市遥感、资源环 境遥感中都有应用。 本章主要介绍航天平台。 航天平台 根据航天平台的服务内容，可将其分为气象卫星系 列、陆地卫星系列和海洋卫星系列。不同系列的卫星 ，由于轨道特性及所搭载传感器特性不同等原因，在 波谱分辨率、空间分辨率、重复周期和资料费用等方 面会有很大差别。 在进行有关专题的研究时，常常根据各类卫星资料 的特点，选择多种平台资料。 描述轨道特征的术语 轨道：卫

3、星在太空中的运行路线 星下点：卫星正下方的地面点（天底点） 星下点轨迹（地面轨迹、地面轨道）： 飞行方向： 升交点：向北飞行时轨道与赤道交点 降交点：向南飞行时轨道与赤道交点 旋转周期：即运行周期 日绕圈数：每天绕地球圈数 覆盖周期：即重复周期、回归周期 降交点时刻：卫星过降交点的平均时刻 3.1.1 气象卫星系列 气象卫星是最早发展起来的环境卫星，已有多 种实验性或业务性气象卫星进入不同轨道，为气 象预报、气象研究、资源调查、海洋研究等强有 力的信息支持。 第一代气象卫星（二十世纪60年代）： 泰诺斯 （TIROSTelevision and Infrared Observation Sat

4、ellite ） ，电视和红外辐射观测卫星 艾萨（EssaEnvironmental Science Service Adminis tration Satellites ） ，环境科学服务业务卫星 雨云（Nimus）实验性气象卫星 艾托斯（ATSApplication Technology Satellite ） ，应用技术实验卫星 气象卫星发展情况 第二代气象卫星（1970-1977年）： FITOS-1（相当于TIROS 第三代，后发展为NOAA） FSMS（Synchronous Meteorological Satellite,地球同步 气象卫星） 、GOES（Geostationa

5、ry Operation Environmental Satellite,静止同步环境应用卫星）在 雨云基础上发展起来的静止卫星系列 FMeteop II、GMS、Meteosat 第三代气象卫星（1978年后）： FNOAA FFY 全球气象卫星系统是世界气象监测网计划（World Weather WatchW.W.W）的最重要组成部分 气象卫星特点： 轨道：低轨-极地轨道、太阳同步（800-1600km） 高轨-地球同步、静止卫星（36000km） 周期：短，多以小时计，时间固定 面积：面积大（2800km宽扫描带或1/4地球表面） 信息同步、处理量小 资料：连续、实时、低成本 气象卫星应

6、用领域： 天气分析和气象预报 气候研究和气候变迁 资源环境和全球变化 因属于短周期、低分辨率卫星系列，主要用于对 快速变化目标的宏观监测，如城市气象、气候、热场 的动态监测分析等。 近年来，在我国城市遥感中应用较普遍的气象卫 星资料主要有： 美国的NOAA系列、中国的FY系列 NOAA是美国海洋气象局的第三代气象观测卫星。 F太阳同步轨道，周期101.4min，传感器有AVHRR、 TOVS、ERB、AMSU、ACZCS等，空间分辨率 1.1km，扫描带宽2800km。 AVHRR：甚高分辨率辐射计，5（6）个波段，光 谱范围0.5812.5m，主要进行云量及分布、水 体、植被、温度、土壤湿度

7、、森林火灾等探测， 可在白天和夜晚进行工作。 美国的NOAA系列卫星 TOVS：垂直分布探测仪，由HRIS（High Resolution IR Sounder，高分辨率红外探深仪）、 SSU（Stratospheric Sounding Unit，平流层垂直探 深仪）、MSU（Microwave Sounding Unit，微波 垂直探深仪）组成，是测量大气中气温及湿度垂 直分布的多通道分光计。 ERB：Earth Radiation Budget，地球辐射预测仪 AMSU：Advanced Microwave Sounder ，高级微 波测深仪 ACZCS：Advanced Coastal

8、 Zone Color Scanner， 高级海岸带彩色扫描仪 我国的风云气象卫星系列 风云一号卫星 F1988年月日，“风云一号”星，太原 F1990年月日，“风云一号”星，太原 F1997年月10日，“风云二号”星，西昌 F1999年月10日，“风云一号”星，太原 F2000年月25日，“风云二号”星，西昌 F2002年月15日，“风云一号”星，太原 F2004年10月19日，“风云二号”星，西昌 F2006年12月日，“风云二号”星，西昌 F2006年12月23日，“风云二号”06星，西昌 F2008年5月27日， “风云三号” 太原 已我国成功发射并运行的10颗气象卫星 年以前，中国还

9、要发射颗气象卫星。这 颗气象卫星包括颗风云二号系列卫星，颗 风云三号系列卫星和颗风云四号系列卫星。 F风云一号系列为我国第一代极轨气象卫星， 分为两个批次，为两颗试验卫星（风云一号A 星、B星）和两颗业务卫星（风云一号C星、 D星）。 FFY-1-A及FY-1-B 太阳同步轨道、周期1h、主要传感器甚高分辨率 辐射计、波谱通道数5、空间分辨率1.1 km。 FFY-1-C及FY-1-D 多通道可见红外扫描辐射计(MVISR)是 风云一号 （C、D）的主要传感器，其通道数由风云一号A 的5个增加到10个，分辩率为1.1km。 通道号 波长（微米） 主要用途 1 0.58-0.68 白天云层, 冰

10、，雪，植被 2 0.84-0.89 白天云层，植被，水 3 3.55-3.93 热源，夜间云层 4 10.3-11.3 洋面温度, 白天/夜间云层 5 11.5-12.5 洋面温度, 白天/夜间云层 6 1.58-1.64 土壤湿度 冰雪识别 7 0.43-0.48 海洋水色 8 0.48-0.53 海洋水色 9 0.53-0.58 海洋水色 10 0.90-0.965 水汽 F风云二号为我国第一代静止气象卫星，原先计划也为 两个批次，即两颗试验卫星（风云二号A星、B星） 和两颗业务卫星（风云二号C星、D星）。由于使用 情况较好，风云二号业务卫星将增加一个批次，业务 卫星批次的卫星数将会增加4

11、个。 F风云二号C星是我国自主研制的静止气象卫星。定位 于东经105度赤道上空36000公里，自旋稳定方式，设 计寿命3年。除可以获得红外云图和水气分布图外， 还增加了对森林火灾、大雾天气等观测能力。 通道号 波长（微米） 分辩率 1 0.55-1.05 1.25km 2 10.5-12.5 5km 3 6.2-7.6 5km F扫描辐射计镜头覆盖面积l.7亿平方公里，可实时进行 扫描监测，提供准确和及时的预报。可获取白天可见 光云图、昼夜红外云图和水汽分布图；收集覆盖区内 地面数据和平台采集的环境监测数据；监测太阳活动 和轨道空间环境；每半小时出一张云图，一天可出28 张云图，在汛期的时候，

12、可出48张甚至更多云图。 风云三号气象卫星 风云三号是我国第二代极轨气象卫星，计划共发 射8颗，分01批2颗试验用卫星、02批6颗业务卫星，连 续运行到2020年。目前首颗卫星FY-3A已于2008年5月 发射。风云三号卫星技术状态与风云一号02批相比有 很大的变化，卫星将装载11种遥感仪器和数据收集系 统，能获取全球多种大气、海表和陆地表面特性参数 ，性能将有很大的提高。风云三号是世界同期先进气 象卫星，已经列入世界气象组织（WMO）20052020 年业务气象卫星星座系统。 “风云三号”配置的有效 载荷多，研制起点高， 技术难度大，卫星总体 性能将接近或达到欧洲 正在研制的METOP和美

13、国即将研制的NPP极轨 气象卫星水平。“风云三 号”卫星研制成功将使我 国在极轨气象卫星领域 更进一步缩小与美国、 欧洲等发达国家的差距 ，接近或赶上其发展水 平，增强我国参与国际 合作和国际竞争的能力 风云四号气象卫星 风云四号气象卫星是我国第二代静止气象卫星， 主要发展目标是：卫星姿态稳定方式为三轴稳定， 提高观测的时间分辨率和区域机动探测能力；提高 扫描成像仪性能，以加强中小尺度天气系统的监测 能力；发展大气垂直探测和微波探测，解决高轨三 维遥感；发展极紫外和X射线太阳观测，加强空间 天气监测预警。风云四号卫星计划发展光学和微波 两种类型的卫星。风云四号在“十一五”进行背景项 目预研究，

14、在“十二五”完成关键技术预研，并立项 进入研制，“十三五”发射试验卫星。 3.1.2 陆地卫星系列 陆地卫星与气象卫星相比，成像周期较 长，而空间分辨率较高。可以用于环境质量 、绿化生态、道路交通、土地利用、环境地 质、城市热岛、人口估算和城市地理信息系 统等几乎所有的资源环境遥感领域。 近年来我国遥感应用的陆地卫星遥感资 料主要来自以下卫星系列： 陆地卫星Landsat系列： 斯波特SPOT卫星系列： 中巴地球资源卫星CBERS： 其它陆地卫星： EOS Terra 福卫 IKONOS Quickbird OrbView-3 美国的Landsat系列 美国航空航天局（NASA）ERTS计划（

15、1967 年）,后改为Landsat计划（1975年）。 太阳同步极轨卫星，单星周期18天（1、2、3号 星）或16天（4、5、7号星 ），主要传感器有RBV、 MSS、TM、ETM+，一景图像覆盖范围185185km、 通道数4-7：0.45-0.52, 0.52-0.60, 0.63-0.69, 0.76-0.90, 1.55-1.75, 10.40-12.50, 2.08-2.35m，空间分辨率：除 MSS为80米、TM6为60或120m外，其余为30m）； Landsat7（主要传感器：ETM+、一景图像覆盖范围 ：185170km、通道数8：ETM8w20.52-0.9m,余同 TM、空间分辨率：除ETM6为60m、ETM8为15m外， 其余为30m）； FRBVReturn Beam Vidcon，返束光导（摄 像）管 FMSSMultiSpectral Scanner，多光谱扫描仪 ，属多光谱段光机扫描仪 FTMThematic Mapper，专题制图仪，属第 二代多光谱段光机扫描仪 斯波特卫星SPOT 法国国家空间研究中心设计制造，瑞典、比利时 等国家参与。 太阳同步圆形近极地轨道,单星