测绘学概论(8.2)--遥感科学与技术

思考题

1什么是遥感？如何根据遥感传感器、平台和应用的范围进行遥感分类？

2什么是遥感分辨率（包括空间、时间、光谱、温度）

3简要叙述遥感信息传输的流程和遥感图像数据处理的流程。

4举例说明遥感技术在各行各业中的应用。阐述遥感技术在国家经济建设、国防安全和和谐社会建设中的作用。

5展望遥感对地观测的发展前景，你愿意为我国的遥感未来发展做什么样的贡献。

参

1什么是遥感？如何根据遥感传感器、平台和应用的范围进行遥感分类？

遥感是指通过非接触传感器遥测物体的几何与物理特性的技术。

分类方法：按电磁波波段的工作区域，分为可见光遥感，红外遥感，微波遥感，和多波遥感，按被探测的目标对象领域不同，农业，林业，地质，测绘，气象，海洋，水文遥感。按传感器的运载工具不同，分为航空，航天遥感。目前一般采用的遥感技术分类是：首先按传感器记录方式的不同，把遥感技术分为图像方式和非图像方式两大类；再根据传感器工作方式的不同，把图像方式和非图像方式分为被动方式和主动方式两种。

2什么是遥感分辨率（包括空间、时间、光谱、温度）

共有四种分辨率，分别为光谱分辨率（也叫波谱分辨率）、空间分辨率、辐射分辨率和时间分辨率。

光谱分辨率（也叫波谱分辨率）：它是由遥感探测仪器装置决定，一般分为全色光谱（黑白光谱）、多光谱和高光谱。多光谱一般只有几个、十几个光谱通道；高光谱有多达几十个甚至上百个通道。一般地，光谱通道越多，其分辨物体的能力越强。

空间分辨率：空间分辨率是指地面上多大的地物在图像上反映为一个象元点。反之，也可以说图像上的一个象元代表地面上多大的一块面积。

辐射分辨率：是指遥感器能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射强度的最小变化量。在可见、近红外波段用噪声等效反射率表示，在热红外波段用噪声等效温差、最小可探测温差和最小可分辨温差表示。

时间分辨率：是指地球上某一点卫星过境探测间距的时间，即多少时间可以重复获得一次新的信息，它对分析地物动态变迁、监测环境具有重要的作用。在农业遥感应用上，用于进行作物长势动态、灾害等地表变化快的监测，应使用时间分辨率高的观测资料。

3简要叙述遥感信息传输的流程和遥感图像数据处理的流程。

一．预处理

1．降噪处理

由于传感器的因素，一些获取的遥感图像中，会出现周期性的噪声，我们必须对其进行消除或减弱方可使用。

（1）除周期性噪声和尖锐性噪声

周期性噪声一般重叠在原图像上，成为周期性的干涉图形，具有不同的幅度、频率、和相位。它形成一系列的尖峰或者亮斑，代表在某些空间频率位置最为突出。一般可以用带通或者槽形滤波的方法来消除。消除尖峰噪声，特别是与扫描方向不平行的，一般用傅立叶变换进行滤波处理的方法比较方便。

（2）除坏线和条带

去除遥感图像中的坏线。遥感图像中通常会出现与扫描方向平行的条带，还有一些与辐射信号无关的条带噪声，一般称为坏线。一般采用傅里叶变换和低通滤波进行消除或减弱。2．薄云处理

由于天气原因，对于有些遥感图形中出现的薄云可以进行减弱处理。

3．阴影处理

由于太阳高度角的原因，有些图像会出现山体阴影，可以采用比值法对其进行消除。二．几何纠正通常我们获取的遥感影像一般都是Level2级产品，为使其定位准确，我们在使用遥感图像前，必须对其进行几何精纠正，在地形起伏较大地区，还必须对其进行正射纠正。特殊情况下还须对遥感图像进行大气纠正，此处不做阐述。

1．图像配准

为同一地区的两种数据源能在同一个地理坐标系中进行叠加显示和数算，必须先将其中一种数据源的地理坐标配准到另一种数据源的地理坐标上,这个过程叫做配准。

（1）影像对栅格图像的配准

将一幅遥感影像配准到相同地区另一幅影像或栅格地图中，使其在空间位置能重合叠加显示。

（2）影像对矢量图形的配准

将一幅遥感影像配准到相同地区一幅矢量图形中，使其在空间位置上能进行重合叠加显示。2．几何粗纠正

这种校正是针对引起几何畸变的原因进行的，地面接收站在提供给用户资料前，已按常规处理方案与图像同时接收到的有关运行姿态、传感器性能指标、大气状态、太阳高度角对该幅图像几何畸变进行了校正.

3．几何精纠正

为准确对遥感数据进行地理定位，需要将遥感数据准确定位到特定的地理坐标系的，这个过程称为几何精纠正。

（1）图像对图像的纠正

利用已有准确地理坐标和投影信息的遥感影像，对原始遥感影像进行纠正，使其具有准确的地理坐标和投影信息。

（2）图像对地图（栅格或矢量）

利用已有准确地理坐标和投影信息的扫描地形图或矢量地形图，对原始遥感影像进行纠正使其具有准确的地理坐标和投影信息。

（3）图像对已知坐标点（地面控制点）

利用已有准确地理坐标和投影信息的已知坐标点或地面控制点，对原始遥感影像进行纠正使其具有准确的地理坐标和投影信息。

4．正射纠正

利用已有地理参考数据（影像、地形图和控制点等）和数字高程模型数据（DEM、GDEM），对原始遥感影像进行纠正，可消除或减弱地形起伏带来的影像变形，使得遥感影像具有准确的地面坐标和投影信息。

三．图像增强

为使遥感图像所包含的地物信息可读性更强，感兴趣目标更突出，需要对遥感图像进行增强处理。

1．彩色合成

为了充分利用色彩在遥感图像判读和信息提取中的优势，常常利用彩色合成的方法对多光谱图像进行处理，以得到彩色图像。

彩色图像可以分为真彩色图像和假彩色图像。

2．直方图变换

统计每幅图像的各亮度的像元数而得到的随机分布图，即为该幅图像的直方图。

一般来说，包含大量像元的图像，像元的亮度随机分布应是正态分布。直方图为非正态分布，说明图像的亮度分布偏亮、偏暗或亮度过于集中，图像的对比度小，需要调整该直方图到正态分布，以改善图像的质量。

3．密度分割

将灰度图像按照像元的灰度值进行分级，再分级赋以不同的颜色，使原有灰度图像变成伪彩色图像，达到图像增强的目的。

4．灰度颠倒

灰度颠倒是将图像的灰度范围先拉伸到显示设备的动态范围(如0～255)到饱和状态，然后再进行颠倒，使正像和负像互换。

5．图像间运算

两幅或多幅单波段图像，空间配准后可进行算术运算，实现图像的增强。常见的有加法运算、减法运算、比值运算和综合运算。例如：

减法运算：可突现出两波段差值大的地物，如红外-红，可突现植被信息。

比值运算：常用于计算植被指数、消除地形阴影等。

植被指数：NDVI=（IR-R）/（IR+R）

6．邻域增强

又叫滤波处理，是在被处理像元周围的像元参与下进行的运算处理，邻域的范围取决于滤波器的大小，如3×3或5×5等。

邻区法处理用于去噪声、图像平滑、锐化和相关运算 。

7．主成分分析

也叫PCA变换，可以用来消除特征向量中各特征之间的相关性，并进行特征选择。

主成分分析算法还可以用来进行高光谱图像数据的压缩和信息融合。例如：对LandsatTM 的6个波段的多光谱图像(热红外波段除外)进行主成分分析，然后把得到的第1，2，3主分量图像进行彩色合成，可以获得信息量非常丰富的彩色图像。

8．K-T变换

即Kauth-Thomas变换，又称为“缨帽变换”。这种变换着眼点在于农作物生长过程而区别于其他植被覆盖，力争抓住地面景物在多光谱空间中的特征。

目前对这个变换的研究主要集中在MSS与TM两种遥感数据的应用分析方面。

9．图像融合

遥感图像信息融合是将多源遥感数据在统一的地理坐标系中，采用一定的算法生成一组新的信息或合成图像的过程。

不同的遥感数据具有不同的空间分辨率、波谱分辨率和时相分辨率，如果能将它们各自的优势综合起来，可以弥补单一图像上信息的不足，这样不仅扩大了各自信息的应用范围，而且大大提高了遥感影像分析的精度。

四．图像裁剪

在日常遥感应用中，常常只对遥感影像中的一个特定的范围内的信息感兴趣，这就需要将遥感影像裁减成研究范围的大小。

1．按ROI裁剪

根据ROI（感兴趣区域）范围大小对被裁减影像进行裁剪。

2．按文件裁剪

按照指定影像文件的范围大小对被裁减影像进行裁剪。

3．按地图裁剪

根据地图的地理坐标或经纬度的范围对被裁减影像进行裁剪。

五．图像镶嵌和匀色

1．图像镶嵌

也叫图像拼接，是将两幅或多幅数字影像(它们有可能是在不同的摄影条件下获取的)拼在一起，构成一幅整体图像的技术过程。

通常是先对每幅图像进行几何校正，将它们规划到统一的坐标系中，然后对它们进行裁剪去掉重叠的部分，再将裁剪后的多幅影像装配起来形成一幅大幅面的影像。

2．影像匀色

在实际应用中，我们用来进行图像镶嵌的遥感影像，经常来源于不同传感器、不同时相的遥感数据，在做图象镶嵌时经常会出现色调不一致，这时就需要结合实际情况和整体协调性对参与镶嵌的影像进行匀色。

六．遥感信息提取

遥感图像中目标地物的特征是地物电磁波的辐射差异在遥感影像上的反映。依据遥感图像上的地物特征，识别地物类型、性质、空间位置、形状、大小等属性的过程即为遥感信息提取。目前信息提取的方法有：目视判读法和计算机分类法。其中目视判读是最常用的方法。1．目视判读

也叫人工解译，即用人工的方法判读遥感影像，对遥感影像上目标地物的范围进行手工勾绘，达到信息提取的目的。

2．图像分类

是依据是地物的光谱特征，确定判别函数和相应的判别准则，将图像所有的像元按性质分为若干类别的过程。

（1）监督分类

在研究区域选有代表性的训练场地作为样本，通过选择特征参数（如亮度的均值、方差等），建立判别函数，对样本进行分类，依据样本的分类特征来识别样本像元的归属类别的方法。（2）非监督分类

没有先验的样本类别，根据像元间的相似度大小进行归类，将相似度大的归为一类的方法。（3）其他分类方法

包括神经网络分类、分形分类、模糊分类等分类方法，以及他数据挖掘方法如模式识别、人工智能等，在这里不做进一步阐述。

4举例说明遥感技术在各行各业中的应用。阐述遥感技术在国家经济建设、国防安全和和谐社会建设中的作用。

遥感作为一门综合技术是美国学者E．L．Pruitt在1960年提出来的。为了比较全面地描述这种技术和方法，E．L．Pruitt把遥感定义为“以摄影方式或非摄影方式获得被探测目标的图像或数据的技术”。从现实意义看，一般我们称遥感是通过某种传感器装置，在不与被研究对象直接接触的情况下，获取其特征信息，并对这些信息进行提取、加工、表达和应用的一门技术。遥感技术系统包括：空间信息采集系统（包括遥感平台和传感器），地面接收和预处理系统（包括辐射校正和几何校正），地面实况调查系统（如收集环境和气象

数据），信息分析应用系统。目前，常用的遥感数据有：美国陆地卫星（Landsat）TM遥感数据，法国SPOT卫星遥感数据，加拿大Radarsat雷达遥感数据和我国中巴地球资源卫星数据。

目前，遥感技术已经广泛应用到了农业、林业、国土、地质矿产、海洋与海岸带、水利、城市发展与规划、环境监测和保护、测绘与军事、考古调查等领域，收到了显著效益。农业：遥感技术在农业生产中的应用领域有：土壤调查、土壤侵蚀调查和土壤水分监测，草原调查、估产与监测，农作物估产与长势监测，农作物的病虫害调查与监测，农业气候研究与监测，农业生态环境保护等。林业：林业遥感关注的对象不再仅仅是森林资源，而是面向内容更广泛的自然资源与生态环境。目前，卫星遥感技术主要应用于森林资源一、二类清查，荒漠化、湿地调查和监测，森林病虫害、林火等灾害调查和监测以及各种生态环境监测和森林公园（自然保护区）调查、评价、规划中。

国土资源调查与管理：土地覆盖、土地利用图是土地资源管理的基础数据，是决策部门合理规划土地资源的依据。在土地资源调查和动态监测中使用遥感技术已受到世界各国决策者的高度重视，70年代美国地调局早就利用高空摄影（NAPP）数据完成全国土地覆盖填图，之后每隔一段时间就用较新采集的数据更新这些图件。90年代后又采用LANDSATTM数据完成全国1：25万土地覆盖、利用填图。利用了遥感宏观、动态、综合、快速、多层次、多时相的技术优势，可以对各省（区）的国土资源进行多层次、全方位的综合调查，快速度、低费用清查土地资源现状，提供国土资源系列图件及相应的研究报告，为国民经济和社会发展规划提供基础资料和决策依据。

地质矿产调查：地质矿产行业是我国最早应用遥感技术的部门。早在50年代中期，原地质部等部门就开始把航空地质调查方法应用于1：20万区域地质填图和石油地质普查。70年代，国外的卫星遥感资料传入我国后，遥感地质工作更加迅速发展起来。现在，遥感技术已经广泛应用于地质构造、断裂的分析，区域地质调查编制区域地质图，获得丰富的地质信息，进而用于探测金矿、铀矿和石油、煤田，取得了丰硕成果，为加速我国地质工作步伐做出了重要贡献。

5展望遥感对地观测的发展前景，你愿意为我国的遥感未来发展做什么样的贡献。

进入21世纪，遥感科学与技术会有什么样的发展呢？可以肯定地说，21世纪将是全球争夺制天权的世纪，各类遥感卫星将于各类卫星导航定位系统，通信卫星，中继卫星等构成太空多姿多彩的群星争艳的局面，从而实现对太阳系和整个宇宙空间的自动观测。就要干对地观测而言，可以归纳出以下的发展趋势。

a)航空航天遥感传感器数据获取技术趋向三多和三高

三多是指多平台，多传感器，多角度，三高则指高空间分辨率，高光谱分辨率和高时相分辨率。

b)航空航天遥感对地定位趋向不依赖地面控制

c)摄影测量与遥感数据的计算机处理更趋自动化和智能化

d)利用多时相影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化

e)航空与航天遥感在构建“数字地球”和“数字中国”中正在发挥愈来愈大的作用

f)全定量化遥感方向走向实用

g)遥感传感器网络与全球信息网络走向集成