R第31章：遥感成像原理与遥感图像特征

第三章遥感成像原理与遥感图像特征本章主要内容遥感平台摄影成像扫描成像微波遥感与成像遥感图像特征遥感平台是搭载传感器的工具。根据运载工具的类型，可分为地面平台、航空平台、航天平台。地面平台：三角架、遥感塔、遥感车和遥感船等与地面接触的平台称为地面平台或近地面平台。(0-50m)它通过地物光谱仪或传感器来对地面进行近距离遥感，测定各种地物的波谱特性及影像的实验研究。第一节遥感平台三角架：0.75-2.0米；对测定各种地物的波谱特性和进行地面摄影。遥感塔：固定地面平台；用于测定固定目标和进行动态监测；高度在6米左右。遥感车、船：高度的变化；测定地物波谱特性、取得地面图像；遥感船除了从空中对水面进行遥感外，可以对海底进行遥感。航空平台：包括飞机和气球。飞机按高度可以分为低空平台、中空平台和高空平台。•低空平台：2000米以内，对流层下层。•中空平台：2000-6000米，对流层中层。•高空平台：12000米左右的对流层以上。•气球：低空气球：凡是发放到对流层中去的气球称为低空气球；高空气球：凡是发放到平流层中去的气球称为高空气球。可上升到12-40公里的高空。填补了高空飞机升不到，低轨卫星降不到的空中平台的空白。航天平台：包括卫星、火箭、航天飞机、宇宙飞船。一、气象卫星系列1.气象卫星概述A.美国的“泰诺斯”(TIROS)卫星系列：第一代实验气象卫星，从60年-65年共发射了10颗，极轨气象卫星。美国的雨云（Nimbus）卫星系列：64-78年共发射了7颗，太阳同步轨道。美国的艾萨（ESSA）卫星系列：66-69年共发射了9颗。B.1970-1977年第二代气象卫星.地球同步气象卫星.SMSGOESGMS等.C.78年后,美国的NOAA卫星系列：70-94年共发射了16颗。太阳同步轨道。(1)1960年4月美国发射了第一颗气象卫星泰罗斯-1(Tiros-1)。随后，前苏联也相继发射了自己的气象卫星。目前，在轨道上运行的大多数气象卫星是由美国和俄罗斯发射的，其中很大一部分为极地轨道卫星，简称极轨卫星,1966年美国发射第一颗业务气象卫星艾萨(ESSA)是极轨卫星，主要提供可见光云图。(2)1970年、1978年美国又相继发射泰罗斯－3和诺阿(NOAA）系列业务气象卫星。这些卫星都属于极轨气象卫星。极轨气象卫星的飞行高度一般在800－1500公里左右。由于卫星的飞行高度低，因此卫星照片分辨率高，图象清晰,1974年，美国成功地研制了第一颗静止业务环境监测卫星(GOES)。静止业务环境监测卫星在赤道的某一经度、约36000公里高度上，它环绕地球一周约需24小时，几乎与地球自转同步。从地球上看好象卫星是相对静止的，故又称为地球静止卫星。目前，日本GMS系列静止气象卫星、俄罗斯的GOMES卫星、欧盟METEOSAT-3卫星、印度的INSAT以及美国的两颗静止卫星(GOES-E和GOES-W)共6颗卫星组成地球静止气象卫星监测网W.W.W。这些卫星位于赤道上空约36000公里高，每半小时向地球发送一次图片.气象卫星分布(3)78年以后，气象卫星进入第三个发展阶段。以NOAA系列为代表，近极地太阳同步轨道。中国也先后成功地发射了6颗气象卫星（88年开始）3颗风云FY－1和（97年开始）3颗风云FY－2。依靠这些卫星，中国建立了自己的卫星天气预报和监测系统。风云FY－1是一种极地轨道气象卫星。风云FY－2是一种静止气象卫星我国气象卫星情况1、1988年9月7日FY-1A星发射试验星4、1999年5月10日FY-1C星发射业务星3、1997年6月10日FY-2A星发射2、1990年9月3日FY-1B星发射试验星5、2000年6月25日FY-2B星发射一、气象卫星系列2、气象卫星的特点①轨道：低轨(太同)和高轨(地同)。②短周期重复观测：静止气象卫星30分钟一次；极轨卫星半天一次。利于动态监测。③成像面积大，有利于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。④资料来源连续、实时性强、成本低。气象卫星观测的优势和特点空间覆盖优势极轨气象卫星(低轨)在约900km的高空对地观测，一条轨道的扫描宽度可达2800km。每天都可以得到覆盖全球的资料;地球静止卫星在3．6万公里的高空观测地球(高轨)，一颗静止卫星的观测面积就可达1亿7千万平方公里，约为地球表面的1／3;只有通过卫星的大范围观测，才使人类获得了几乎无常规观测的大范围海洋、两极和沙漠地区的资料;目前已经可以通过卫星观测系统，获取全球或任何感兴趣区域的空间连续的高分辨率气象和环境资料,不受国界限制.气象卫星观测可以大大地改善资料的时间取样频次。特别是静止气象卫星可以获得每半小时一次的大范围实时资料。有利于对灾害性天气的动态监测。双星组网的极轨气象卫星也可以每天提供4次全球覆盖的图象资料和垂直探测资料。而常规高空站每天只在00时12时（世界时）进行两次观测,且无法观测海洋和无人地区。气象卫星观测的优势和特点时间取样优势与地面和高空常规观测相比，卫星资料具有内在的均一性和良好的代表性。尽管世界气象组织（WMO）已经颁布了一系列规范来统一常规观测仪器的性能和观测方法，但仍不能避免不同国家和地区、使用不同仪器和方法获得的资料的不一致性;测站分布的不均匀等，也使资料的不确定性增加。气象卫星是在较长一段时期内使用同一仪器对全球进行观测，资料的相对可比较性强、分布均匀一致性好。卫星资料则是对一定视场面积内的取样平均值，具有较好的区域代表性。气象卫星观测的优势和特点资料一致性优势与其它观测方法相比，气象卫星是从大气层外这个新视角观测地球—大气系统的，所以有些重要的气候变量，特别是通过整个垂直方向大气层的积分参数，如地气系统的反照率、大气顶的地气系统的射出长波辐射，只能通过气象卫星观测才能获得。目前已成功地从气象卫星观测资料中导出了全球大气温度和湿度廓线、辐射平衡、海陆表面温度及云顶温度、风场、云参数、冰雪覆盖、云中液态水含量和降水量、臭氧总量和廓线、陆地下垫面状态、植被状况等诸多重要气候和环境参数,这是任何其他观测手段所不能观测的。气象卫星观测的优势和特点综合参数观测优势一、气象卫星系列3、气象卫星的应用领域①天气分析与气象预报②气候研究与气候变迁的研究③资源环境领域：海洋研究、森林火灾、水污染FY-1C\D通道编号、波长范围及其主要用途通道1、2的探测波段分别处于植被反射的低谷和高峰区，利用二者的差值可以计算各种植被指数，植被指数能反映作物、森林、草场的生长情况，病虫害及作物缺水状况，并能进行作物估产，这个通道还可以做判识水陆边界，河口泥沙海冰等。FY-1C\D通道编号、波长范围及其主要用途通道3处在红外短波窗区，它对检测地面高温热源，比如，森林和草场的火灾特别有效。FY-1C、D通道编号、波长范围及其主要用途通道4、5处于红外窗区，用以测量地面温度，这两个通道相结合的目的在于对海面温度反演中对大气削弱进行订正，计算的地表和海表温度在农业、渔业、洋流、城市热岛等方面有广泛的应用。LSTSSTFY-1C\D通道编号、波长范围及其主要用途通道6对雪的反射率较低，与其它通道结合有助于云、雪的判识，同时此通道对土壤湿度比较敏感，有助于干旱监测。通道7-9是海洋水色通道，海洋水色反映海洋中叶绿素的含量，它还可以反映海洋浑浊度和海洋污染以及赤潮等情况。通道10是低层水汽通道，用于大气修正和大气透过率的计算。火情监测在AVHRR图象中，由于高温目标在通道三的亮温大大高于背景象元的亮温，因而在通道三图象上，含火点象元与周围象元产生明显反差。利用增强，多通道彩色合成、阈值判断等处理技术，可以从AVHRR资料中得到反映地面明火区、过火区、未燃区（森林、草原、农田）、烟雾范围和方向等各种反映林火和草原火的信息。并可探测到面积低于一个象元的亚象元火点。极轨气象卫星（FY、NOAA）覆盖范围宽广，每天观测频次在中高纬度达8-10次，可以多频次的监测火情。气象卫星作用热带气旋沙尘暴监测气象卫星作用沙尘暴气象卫星作用卫星遥感产品热岛效应火山爆发海温分布祝贺风云一号D气象卫星发射成功2002.5.15陆地资源系列二、陆地卫星系列---LandsatERTSlandsat1,2,3landsat4,5landsat7,8陆地卫星是1972年发射第一颗，已连续为人类提供陆地卫星图像，共发射8颗，产品主要有MSS，TM，ETM,属于中高度、长寿命卫星。CharacteristicLaunchedbyDateoflaunchDateofterminationAltitudeSensorRecurrentperiodLANDSAT-1NASA1972.7.231978.1.6915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-2NASA1975.1.221982.2.25915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-3NASA1978.3.51983.3.31915kmRBV/MSS18daysLANDSAT-4NASA1982.7.162001.6.15705kmMSS/TM16daysLANDSAT-5NASA1984.3.1Operating*1705kmMSS/TM16daysLANDSAT-6NASA1993.10.51993.10.5-ETM16daysLANDSAT-7NASA1999.4.15Operating*2705kmETM+16days*1:ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoJun30,2001.*2:ThedatareceptionbyNASDAwasfinishedtoNov30,2002.\太阳同步卫星：卫星的轨道平面和太阳始终保持相对固定的取向，由于这种轨道的倾角接近90°,卫星要在极地附近通过,所以又称它为近极地太阳同步卫星轨道。SunSynchronousOrbitofLandsat7SunElevationAngleLandsat卫星的传感器MSS：多光谱扫描仪，5个波段。TM：主题绘图仪，7个波段。ETM+：增强主题绘图仪，8个波段。通道号光谱段颜色波长范围/μmMSS4绿0.5～0.6MSS5红0.6～0.7MSS6红～近红外0.7～0.8MSS7近红外0.8～1.1MSS8远红外10.4～12.6MSS的波谱段TM数据是第二代多光谱段光学——机械扫描仪，是在MSS基础上改进和发展而成的一种遥感器。TM采取双向扫描，提高了扫描效率，缩短了停顿时间，并提高了检测器的接收灵敏度。TM数据的波谱段介绍TM10.45~0.52μm蓝绿波段TM20.52~0.60μm绿红波段TM30.63~0.69μm红波段TM40.76~0.90μm近红外波段TM51.55~1.75μm近红外波段TM610.4~12.5μm热红外波段TM72.08~2.35μm近红外波段ETM数据是第三代推帚式扫描仪，是在TM基础上改进和发展而成的一种遥感器。ETMCharacteristicBandwavelengthbandResolution10.45-0.52mm30m20.52-0.60mm30m30.63-0.69mm30m40.76-0.90mm30m51.55-1.75mm30m610.4-12.5mm60m72.08-2.35mm30m80.50-0.90mm15mWavelengthVisible:2bandsNear-infrared:2bandsSpatialResolution83mSwathWidth185kmWavelengthVisible:3bandsNear-infraredandMiddle-infrared:3bandsThermal-infrared:1bandSpatialResolutionVisible,Near-infraredandMiddle-infrared:30mThermal-infrared:120mSwathWidthAbout180kmOverviewTheETM+