第 第 9章　遥感应用 章　遥感应用 一、遥感数据的选购 二、遥感数据的处理 三、遥感应用及案例 一、遥感数据的选购 一、遥感数据的选购 z 1 有什么样的数据？ ——遥感数据类型 z 2 到那儿去找？ ——数据分发机构 z 3 要什么？ 能要什么？ z 4 如何具体断定需要什么数据？ z 5 具体要那块数据？那个时间的数据？ z 6 得到的数据对不对？ 1 有什么样的数据 1）高分辨率数据 ）高分辨率数据 z 高分辨率（高清晰度）遥感卫星像片 空间分辨 率一般为 5m-10m左右 ，卫星一般在距地 600km （千米）左右的太阳同步轨道上运行。 z 其影像广泛应用于 精度相对较高 的城市内部 的绿化、交通、污染、建筑密度、土地、地籍等 的现状调查、规划、测绘地图；大型工程选址、 勘察、测图和已有工程受损监测等；还可应用于 农业、林业、灾害等领域内的详细调查和监测。 ?美国空间影像公司的 美国空间影像公司的 IKONOS影像 影像 　　 IKONOS卫星是由Space Imaging公司于1999年9 月24日发射的世界第一颗商用高分辨率成像卫星。 空间分辨率分为1m（米）和4m (米)两种 。 像幅宽为11km （ 千 米 ）， 每 日 环 绕 地 球 飞 行 14圈，　即每98分钟一圈，重复周期为3天。卫星 距地球表面高度为650km（千米）。 1景约相当于地面 11km*11km（平方千米）的 面积。 （ （ 1）美国空间影像公司的 ）美国空间影像公司的 IKONOS影像（续） 影像（续） 数据报价 价格随着市场波动，仅供参考。 IKONOS取得的天安门广场图像 ? 美国 美国 QUICKBIRD DigitalGlobe公司是一个影像数据公司，总部位于 Longmont, Colorado. DigitalGlobe公司已在 10月 18日由德尔它 II火箭， 加州范登堡空军基地成功地发射了 QuickBird卫星。 450KM;98度倾角；太阳同步； 93.4分钟； 5年设计寿 命；重 2100磅；立体观测；重访周期： 1—6天，取决 于纬度高低 QuickBird卫星能够提供具有行业领先水平的 0.61 米全色（黑白）和 2.44米多光谱（可见光、红外波段） 数据。 www.digitalglobe.com 美国 美国 QUICKBIRD 成像方式 推扫式成像 传感器 全波段 多光谱 分辨率 0.61米（星下点） 2.44米（星下点） 蓝： 450-520nm 绿： 520-600nm 红： 630-690nm 近红外： 760-900nm 量化 11 位 星下点成像 沿轨 /横轨迹方向（ +/-25度） 立体成像 沿轨 /横轨迹方向 辐照宽度 以星下点轨迹为中心，左右各 272公里 单景 16.5公里 X 16.5公里成像模式 条带 16.5公里 X 165公里 轨道高度 450公里 倾 98度（太阳同步） 重访周期 1 – 6天（ 70厘米分辨率，取决于纬度高低） 波长 450-900nm 与 T M / E T M 比 较 ? 其它高分辨率数据 其它高分辨率数据 z BhasKara-1，-2( 印度电视广播卫星 )影像 z 空间分辨率为5.8m ，（IRS 系 列 ） IRS-P6： 空 间分辨率为2.5m。 z 　　 z EROS(以色列)影像 空间分辨率为1m 。 2）中等分辨率遥感卫星数据 ）中等分辨率遥感卫星数据 z 空间分辨率一般在 80m-10m左右 ，卫星 一般在 700km－ - 900km（千米）的近极地太 阳同步轨道上运行。而重复（更新）覆盖同 一地区的时间间隔为几天至几十天等。 z 它们广泛用于资源调查、环境和灾害监测、 农业、林业、水利、地质矿产和城建规划等 近 50个行业和领域。 2）中等分辨率遥感卫星数据 ）中等分辨率遥感卫星数据 z （1） LANDSAT-MSS（美国）影像 z （2） LANDSAT-TM/ETM（美国）影像 z （3） SPOT-HRV（法国）影像 z （ 4） CBRS(中巴的资源卫星 ) Landsat MSS图像 类型 波 段 波长 μ m 分辨 率 m 光谱信息及识别特征 M S S 图 像 4 0.5~0.6 79 可 见 光 绿光波段。对水体具一定的穿透能 力 ， 可 用于水下地形、环境污染、植被识 别，但受大气影响图像质量相对较差。 5 0.6~0.7 79 可见光红光波段 。对岩石地层、构造、 植被等有较好显示。 6 0.7~0.8 79 可 见 光 和近红外波段。对水体、构造、岩 石和隐伏构造及地貌细节具有较好显示。 7 0.8~1.1 79 近 红 外 波段。对水体、湿地、构造细节、 岩石和隐伏构造及地貌细节具有较好显 示 。 TM图像影像特征 since 1982 波段 波长μ m 分辨率 m 光谱信息及识别特征 1 0.45~0.52 30 可见光兰光波段。能反映岩石中 铁 离 子 叠 加 吸 收 谱 带 ， 为 褐 铁矿，铁帽特征识别谱带。但因受 大气影响图像质量较差。 2 0.52~0.60 30 可见光绿光波段。光谱响应及用途类似 MSS4。 3 0.63~0.69 30 可见光红 光波段。光谱响应及用途类似 MSS5，但地物细节 较 MSS5好。 4 0.76~0.90 30 近红外波段。为植被叶绿素强反 射 谱 带 。 反 映 植 被 种 类 、 第 四系含水量差异，适用于岩性区 分 、 构 造 及 隐 伏 地 质 体 识 别 ， 地貌细节也显示较清晰。 5 1.55~1.75 30 近红外波段。为水分子强吸收带 ， 适 用 于 调 查 地 物 含 水 量 ， 植被类型区分；地质构造、隐伏 断 裂 识 别 以 及 冰 川 、 雪 识 别 等。 6 10.4~12.5 120 远红外波段，也为地物热辐射波 段 。 图 像 特 征 取 决 于 地 物 表 面温度及热红外发射率。可用于 地 热 制 图 、 热 惯 量 制 图 、 隐 伏地质体及隐伏构造识别，但总体分辨率较差。 7 2.08~2.35 30 反射红外波段。为烃类物质、蚀 变 岩 石 和 含 羟 基 蚀 变 矿 物 吸 收谱带，用于区分热液蚀变岩类 ， 含 油 气 信 息 识 别 ， 岩 性 和 地质构造解译。 SPOT-4卫星 since 1998 轨道高度： 831.433公里 ; 轨道倾角： 98.721 轨道周期： 101.46分／圈 ;重复周期： 369圈／ 26天 降交点时间：地方时 10:30分 0.51—0.73umB2单色 Pan， 10米分辨率 1.58—1.75um SWIR 0.78—0.89umB3 0.61—0.68umB2 0.5—0.59μmB1 多光谱 XI 20米分辨率 SPOT-5 since 2002 2001年 底发射 升空， 2002年 初正式 运营。 3 低分辨率遥感卫星数据 低分辨率遥感卫星数据 z 气象卫星是空间分辨率（清晰度）相对 较低的卫星 采集 （ “摄像 ”）系统，常见的电 视气象预报 时的 “气象卫星云图 ”，广泛应用 于宏观观测的对象，如 ：气 象预 报 和 观 测 海 洋表面深度海浪、海冰等。 z 　 z （1）NOAA气象卫星影像 z （2）中国风云1号卫星影像 风云一号C及风云一号D主要技术指标 风云一 号 C星简称（ FY-1C）是我国的第一颗三轴稳定太阳同步极地 轨道业务气象卫星。其主要功能是用 于天气预报、气候研究及环境监测。 我国各地地面站通过接收 FY-1C的 CHRPT数 据 ，可以每天两次获取当地 的观测资料。资料处理中心通过接收星上存储的数据，可以每天获取一 次全球资料。 风云一号 C星于 1999年 5月 10日由长征四号乙运载火箭从太原卫星 发射中心发射升空。当天，地面站接收到七个通道的可见光云图资料， 6 月 10日接收到三个通道的红外云图资料。至今已稳定运行四年多。 FY- 1C的高分辨率实时广播资料 CHRPT免 费 向全球开放。 轨道高度 870KM 倾角 98.85 偏心率 < 0.005 轨道周期 102.3分钟 探测仪器 多通道可见红外扫描辐射计 (MVIRS) 多通道可见红外扫描辐射计(MVIRS)是风云一号的主要探测仪器。其 通道数由风云一号A星的5个增加到10个,各通道特性如下: 通道号 波长（微米） 主要用途 1 0.58-0.68 白天云层, 冰，雪，植被 2 0.84-0.89 白天云层，植被，水 3 3.55-3.93 火点热源，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 风云二号 风云二号 A星简介 星简介 风云二号 A星是中国的第一颗自旋稳定静止气象卫星。 主要功能是对地观测，每小时获取一次对地观测的可见 光，红外与水汽云图。 风云二号 A星于 1997年 6月 10日由长征三号火箭从西昌发射中心发射升空。 卫星于 1997年 6月 17日定位于东经 105度，并于 1997年 6月 21日获取第一张可见 光云图， 1997年 7月 13日获取第一张水汽，红外云图。系统测试结果表明，卫星 状态良好！ 风云二号 A星卫星数据对全球用户开放。凡是在风云二号 A星覆盖范围内的 用户均接收其广播的 S-VISSR资料和 WEFAX低分辨模拟图象。获取每小时对地 观测圆盘图象。圆盘图象包括三个通道数据：可见光，波长范围 0.55微米到 1.05微米；红外，波长范围为 10.5微米到 12.5微米；水汽，波长范围为 6.2微米 到 7.6微米。星下点分辨率，可见光 1.25公里，红外及水汽为 5公里。白天观测的 可见光图象，可获得云顶及地表的反照率；昼夜观测的红外图象，可获得云顶及 地表的红外辐射；水汽图象，可获得大气中的水汽含量。同时利用这些图象数据 提取或推导气象参数； 从数据收集平台收集与传输用于气象，海洋，水文等平台数据； 广播展宽数字云图，低分辨云图及各类产品； 监测太空环境。 可见光 红外 水汽 波长 0.55-1.05 微米 10.5-12.5 微米 6.2-7.6 微米 分辨率 1.25 公里 5公里 5 公里 视场(FOV) 35 微弧 140 微弧 140 微弧 扫描线 2500_4 2500 2500 Detector Si-photo-diode HgCdTe HgCdTe 信噪比 S/N=6.5 (albedo=2.5%) S/N=43 (albedo=95%) NEDT=0.5- 0.65k,(300K) NEDT=1k,(300K) 量化等级 6 比特 8 比特 8 比特 步进角 140微弧(由北向南） 　 　 帧周期 30 分钟 　 中分辨率成像光谱仪 中分辨率成像光谱仪 MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) 　 是美国宇航局研制大型空间遥感仪器。它在 36个相 互配准的光谱波段、以中等分辨率水平（ B1～ 2: 250 m ； B 3～ 7: 500 m； B1 8～ 36 :1000m）、每 1～ 2天观测 地球表面一次。 　　 MODIS测量的基本目标可概述为： 1) 陆地和海洋表 面的温度和地面火情。 2) 海洋彩色，水中沉积物和叶绿 素。 3) 全球植被测绘和变化探测。 4) 云层表征。 5) 汽 溶胶的浓度和特性。 6) 大气温度和湿度的探测，雪的覆 盖和表征。 7) 海洋流。 4）航空遥感数据 ）航空遥感数据 --不可替代的地球空间 不可替代的地球空间 信息 信息 ? 与卫星相互补充 ? 独立发展、企业化的成熟 ? 技术不断提高 ? 高度之分类： 低空 < 3000m 中空 3000-6000m 高空 6000-13000m 超高空 13000-20000m 亚轨道 > 20000m 超高空和亚轨道平台：超高空飞机、无人机 （ UAV）、气球 美国将以往航空摄影资料经数字化制成数字正射产品 null 华 盛顿特区 1 米分辨率数字正射影像图 2 到那儿去找？ 到那儿去找？ 2.1 航空遥感数据 建国以来，航空照片已经覆盖全国各地，数目达 数百万张。这些数据主要存在 各省的测绘部门 。不仅 有历史的照片，而且近年来，随 着数字化潮流的风起 云涌，数字地球的日益热火，新 的一轮测绘工作已经 开始。例如 河 南省1：1万测图等。 我国从 70年代起，进行了大量的 航空遥感试验 （天津、长春、云南腾冲、南京、太原、洞庭湖、珠 江口等）， 积累了一些资料，可以到这些试验的主办 单位去查询。 2 到那儿去找？ 到那儿去找？ 2.2 航天遥感数据 ?国土资源部遥感中心 （地质大学） ?科学院航空遥感中心 ?中国科学院中国卫星地面站( www.rsgs.ac.cn) ?中央卫星气象中心 (http://211.94.154.102/ServiceCenter/script/servicescenter) ?中国资源卫星应用 http://www.cresda.com ?农业部遥感应用中心 ?类似研究项目的单位 ?商业公司也成为遥感数据的一个重要来源。 ?网上查询 3 要什么？ 要什么？ 能要什么？ 能要什么？ z 1） 根据自己的研究主题，确定遥感数据。 是航空的？ 航 天？ z 2）根据自己的硬件和软件 环境 ，确 定数 据的格式，数字化的？ 光学的？ z 3）根据自己的财力确定 4 如何具体断定需要什么数据？ 如何具体断定需要什么数据？ z 不仅对各自的专业领域熟悉以外，还需要 了解遥感数据的几个重要特征指标。 z 1) 空间分辨率 /地面分辨率 z 2）时间分辨率 z 3）光谱分辨率 时间分辨率 用途：注意研究对象的时间序列的变化，如： 1）自然规律的时间考虑 作物监测：农时，拔节期、氧化期、乳熟期 植被： 叶 子展开、叶子开始黄枯 地质、土壤：不长庄稼 2）社会经济现象的时间考虑 城市研究：根据对城市的发展特点了解状况。 环境污染监测：立法前后、总量控制前后等等。 5 具体要那块数据？那个时间的数据？ 具体要那块数据？那个时间的数据？ 1）网上查询（ www.rsgs.ac.cn） 2） LANDSAT卫星的索引图查 询 。 （演示图像 ） Landsat5接收范围 接收范围 MSS,TM的 数据是以 景 为单 元构成的，1景 约相当地面上 185× 185km 2 的 面积。各景的位 置根据卫星轨道 所确定的轨道号 和由中心纬度所 确定的行号进行 确定。这一系统 称 WRS（ world reference system ），中国全土可 用轨道号从113 到151 ，行号从 23到45的约530 景覆盖。 6 得到的数据对不对？ 得到的数据对不对？ 简单的办法是先看看 头文件比如TM数据的头文件，记 录有： a)数据 的宽 度和 高度 ；b )中心点的经纬度；c )太阳的 高度角；d) 太阳天顶角；e)空间分辨率；f)有那些波段； Bands present = 1234567；g) 还有其它一些地图投影方 面的信息。 各种卫星数据的文件头是不同的，有的是 ASCII文件， 但大部分都是以 BINARY格式记录的，需要使用软件。 二、遥感数据的处理 二、遥感数据的处理 1.遥感数据读取（数据格式转换，包括数字化） 2.遥感数据波段选择与合成 (加色法、减色法、彩色 合成） 3.遥感数据的处理（恢复、增强、分类或者信息提取） 4.信息的复合处理（多源遥感数据及遥感信息与其它 信息的复合） 三、遥感应用领域 三、遥感应用领域 1 水问题研究遥感应用 2 植被与林业调查遥感应用 3 土地利用覆盖遥感应用 4 地质学中的应用 5 测绘中的遥感应用 6 军事中的遥感应用 7 考古遥感的应用 8 其他应用 遥感在水问题研究中的优势： 遥感在水问题研究中的优势： 1 水问题研究遥感应用 ? 持久地提供面状信息，这以稀疏零散点的水文观测 来说是一次革命和飞跃，且信息具有多时空分辨率， 有助于解决尺度问题。 ? 遥感信息和水文实测信息具有良好的互补性 （点与 面、单一与综合等） ， 应用前景良好； ? 遥感信息由于自身限制，目前应用尚受到一定局限， 未来也不可能完全替代传统水文信息的获取手段。 水问题遥感 水问题遥感 （1）水资源调查与预测－ 水文要素提取、水质、水系变化提取 （2）水污染监测 （3）水环境监测－叶绿素、水色、泥沙、污染物 （4）洪涝旱灾害监测－淹没面积以及损失评估、洪水 演进 （5）水土流失调查－强度分级、及其动态变化 （6）河口河道湖泊水库淤积调查 （7）大型工程和环境效益评估 确定各水质变化 水质指标 水生物变量 应用 颜色 植物基、藻、可溶性化学物质 食物供给、食物链研究 混浊度 入口处水的运动 水体动力学、测深 泥沙 悬移质泥沙浓度 湖泊泥沙研究、侵蚀源 营养状态 颜色、混浊度、温度 氮形态、生产率 热污染 温度 热污染源、热分布图、工程 结构评价 水污染监测 水污染监测 水污染的类型和遥感表征 水污染监测的物理基础 水污染监测的物理基础 水污染监测的物理基础（ 水污染监测的物理基础（ 2) 水环境监测 水环境监测 ★ 利用航空热红外扫描图像确定热电厂排水口处 水体的 热污染 ； ★ 利用 SAR图像确定海面 油污染的范围 及用红外 扫描仪确定 油膜的厚度 ； ★ 利用 TM图像确定 水生物 (藻类 )、赤潮的范围 等等都是遥感技术应用的例子。 ★ 采用高光谱对 水体所含化学要素的定量 研究正 在官厅水库和太湖进行，为进行大面积的水环 境监测提供先进而价廉的方法，从而取代传统 的水样化验方法。 洪涝灾害监测 洪涝灾害监测 ★ TM和MSS探测器必须在晴朗无云的条件下才能正 常工作，但在洪水泛滥的时候这些天气条件很少 见，卫星探测的云层下的洪水数据是不可信的。 ★ 机载和星载孔径雷达（ SAR）凭借其能穿透云层 和全天候探测的能力显示出探测洪水范围的潜力。 ★ 1998年长江和松花江洪水的遥感监测。 水土流失调查 水土流失调查 ★ 土壤侵蚀量的大小受自然因素和人类活动的综合 影响。除了与降雨、径流过程有关外，还与土 壤、岩性、地质、地貌、植被、地形、土地利 用、水系分布等因素有密切关系，而遥感技术 在获取这些宏观信息方面具有独特的优势。 ★ 根据动力作用类型，土壤侵蚀可分为水蚀、风蚀 和融冰侵蚀三大类型； 根据侵蚀强度，土壤侵 蚀可分为剧烈、极强、强、中、轻及微 6个等级； 而根据侵蚀的危险程度，可分为毁坏、极险、 危险、较险和无险 5等。 　　 水土流失调查（续） 水土流失调查（续） ★ 全国第一次土壤侵蚀遥感普查； ★ 全国第二次土壤侵蚀遥感普查； ★ 通过这次普查，除了可以了解目前全国土 壤侵蚀的现状外，还应该了解近 10年来各 种水土保持措施所取得的效果，比较治沟、 治坡等工程措施以及生物措施的效果。 ★ 由遥感技术获取的下垫面信息，是研制流 域产沙汇沙模型的基础资料。 河口河道湖泊和水库泥沙淤积调 河口河道湖泊和水库泥沙淤积调 查 查 ★ 采用跨年代多时相遥感影像，分析 冲淤的空间和时 间变化 。遥感资料与水文及其他测量资料的互补是 必要的。 ★ 利用多时相(包括建库后水位较低时)遥感影像及建 库前的DEM，可以确定 水库库容和库容曲线 。与用 GPS定位结合回声测深仪测量的方法相比，该方法快 捷和成本低，但精度相对较差，其关键在于是否有 水位足够低时的遥感影像。 ★ 鉴于我国目前多数大、中型水库建库后没有进行过 库容测量而淤积情况又比较严重，这种方法虽然精 度稍差，仍不失为 一种简捷有效的方法 。 河口河道湖泊和水库泥沙淤积调 河口河道湖泊和水库泥沙淤积调 查 查 ★ 对于湖泊而言，用以前的水下地形测量成果作 DEM， 也可以采用类似的技术途径测定湖泊蓄水容量的变 化和蓄水量与水位的关系曲线。 ★ 载有雷达测高仪的卫星的出现（如地球卫星、海洋卫 星，ERS —1和最近美国/法国的TOPEX / Poseidon 型卫星）使对湖泊和大型河流的水位测量成为现实， 且精度可推至厘米级。 ★ TOPEX/Poseidon型卫星的任务是获得地球各大洋外貌 的全球视图。提供充分准确的数据来改进预测大洋 循环运动的模型。 大型工程选址和环境效益评 大型工程选址和环境效益评 估 估 ★ 大型工程的建设对拟建地的自然条件特别是 工程地质条件有许多严格的要求，还需要从 技术经济的角度对不同方案进行评价，遥感 技术可以提供各种所需的信息，提高工作的 效率和质量。 ★ 在三峡、小浪底、万家寨、二滩、东风及龙 滩等水电站，以及引沁入汾和珠澳供水等工 程中都广泛利用了遥感资料，这些资料在区 域稳定性评价和选择规划方案等方面起了重 大作用。 例：深圳湾填海和河道整治 例：深圳湾填海和河道整治 大型工程选址和环境效益评 大型工程选址和环境效益评 估 估 ★ 水库建设环境效益评估中的重要内容之一是 水库的淹没调查 ，它涉及到移民、安置和 赔偿等一系列复杂而敏感的问题。 ★ 遥感技术可以 调查淹没损失 ，在三峡、二滩 及黑龙江上中游梯级开发规划中和十几个 水库都采用了这一技术方法。 ★ 遥感技术还可以调查移民安置区的 环境容量 ， 确定安置区在水、土 (坡度较小的可开垦耕 地的面积 )和其他资源方面承受移民的能力。 遥感应用的总结 遥感应用的总结 z 数据预处理（几何纠正、辐射纠正） z 数据分析（ 建立模型 建立模型 ） z 模型参数率定与验证（） z 制图输出