遥感原理与应用课程设计.doc

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1、1绪论1.1遥感发展简史遥感(RS)简介遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域，成为一门实用的，先进的空间探测技术。遥感是利用遥感器从空中来探测地面物体性质的，它根据不同物体对波谱产生不同响应的原理，识别地面上各类地物，具有遥远感知事物的意思。也就是利用地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料，并从中获取信息，经记录、传送、分析和判读来识别地物。20世纪30年代曾在个别城市进

2、行过航空摄影；20世纪50年代开始系统的航空摄影，主要应用于地形图制图、更新，在铁路、地质、林业等领域也有重要作用；20世纪70年代以来，遥感事业有了长足进步。一方面是从国外购进一批陆地卫星影像和少量仪器设备，开展图像的解译应用工作。一方面积极开展我国自己的遥感研究工作，多次发射和回收地球卫星，开展不同自然地理区域的航空遥感试验和地物波谱测验工作，研究成功了多光谱相机、多光谱扫描仪、红外扫描仪、微波辐射计、激光测高计合成孔径侧视雷达等各类型的传感器、彩色合成仪和密度分割仪，数字图像处理系统研究成功；还建立了地面接收站，发射了一系列对地观测卫星。另一方面，成立了遥感研究、教育机构，积极培养有关遥

3、感技术方面的人才。1.2遥感的基本概念1.广义的遥感 从远处探测和感知物体的技术。（地对地、地对空、空对空、空对地）2.狭义的遥感 遥感是从远离地面的不同工作平台（如高塔、气球、飞机、火箭、卫星、宇宙飞船、航天飞机等）通过传感器，对地球表面的电磁波信息进行探测，并经信息的传输、处理和判读分析，对地球的资源与环境进行探测和监测的综合性技术。1.3 遥感技术系统1.遥感平台，即在遥感中搭载遥感仪器的工具。它既是遥感仪器赖以工作的场所，又是遥感中“遥”字的具体表现。2.传感器 无论哪种类型遥感传感器，它们都由如图3-1所示的基本部分组成：3.遥感数据接收处理系统1）信息的获取：信息源是遥感需要对其进

4、行探测的目标物。任何目标物都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性，当目标物与电磁波发生相互作用时会形成目标物的电磁波特性，这就为遥感探测提供了获取信息的依据。2）信息的接收： 信息获取是指运用遥感技术装备接受、记录目标物电磁波特性的探测过程。信息获取所采用的遥感技术装备主要包括遥感平台和传感器。其中遥感平台是用来搭载传感器的运载工具，常用的有气球、飞机和人造卫星等; 传感器是用来探测目标物电磁波特性的仪器设备，常用的有照相机、扫描仪和成像雷达等。3）信息的处理：信息处理是指运用光学仪器和计算机设备对所获取的遥感信息进行校正、分析和解译处理的技术过程。信息处理的作用是通过对遥感信息的校正、分析

5、和解译处理，掌握或清除遥感原始信息的误差，梳理、归纳出被探测目标物的影像特征，然后依据特征从遥感信息中识别并提取所需的有用信息。4）信息的应用：信息应用是指专业人员按不同的目的将遥感信息应用于各业务领域的使用过程。信息应用的基本方法是将遥感信息作为地理信息系统的数据源，供人们对其进行查询、统计和分析利用。遥感的应用领域十分广泛，最主要的应用有: 军事、地质矿产勘探、自然资源调查、地图测绘、环境监测以及城市建设和管理等。4.分析解译系统1)光学成像系统的技术过程与科学原理，2).是图像目视解译1.4遥感的类型1.按遥感平台分可分为：地面遥感、航空遥感、航天遥感、航宇遥感。2.按传感器的探测波段分

6、可分为：紫外遥感 （探测波段为0.05-0.38）、可见光遥感（探测波段为0.38-0.76）、红外遥感（探测波段为0.76-1000）、微波遥感（探测波段为1mm-10m）、多波段遥感(由可见光和红外波段范围内的若干窄波段组成)3.按工作方式分可分为:主动遥感（探测器主动发射电磁波，并接受其回波）、被动遥感（被动接受目标物的发射或反射）。4.按应用领域可分为：环境遥感，农业遥感，林业遥感，地质遥感，海洋遥感，气象、水文、工程、灾害、城市、军事、资源、测绘1.5遥感的特点1.大面积的同步观测。传统地面调查实施困难，工作量大，遥感观测可以不受地面阻隔等限制。2.时效性。 可以短时间内对同一地区进

7、行重复探测，发现地球上许多事物的动态变化，传统调查，需要大量人力物力，用几年甚至几十年时间才能获得地球上大范围地区动态变化的数据。因此，遥感大大提高了观测的时效性。这对天气预报、火灾、水灾等的灾情监测，以及军事行动等都非常重要。3.经济性。 遥感的费用投入与所获得的效益，与传统的方法相比，可以大大的节省人力、物力、财力和时间、具有很高的经济效益和社会效益。4.局限性。 遥感技术所利用的电磁波有限，有待进一步开发，需要更高分辨率以及遥感以外的其他手段相配合，特别是地面调查和验证。5.数据的综合性和可比性。 遥感获得地地物电磁波特性数据综合反映了地球上许多自然、人文信息。由于遥感的探测波段、成像方

8、式、成像时间、数据记录、等均可按照要求设计，使获得的数据具有同一性或相似性。同时考虑道新的传感器和信息记录都可以向下兼容，所以数据具有可比性。 与传统地面调查和考察相比较，遥感数据可以较大程度地排除人为干扰。2.遥感成像原理与遥感图像特征2.1 遥感原理振动的传播称为波。电磁振动的传播是电磁波。电磁波的波段按波长由短至长可依次分为：-射线、X-射线、紫外线、可见光、红外线、微波和无线电波。电磁波的波长越短其穿透性越强。遥感探测所使用的电磁波波段是从紫外线、可见光、红外线到微波的光谱段。 太阳作为电磁辐射源，它所发出的光也是一种电磁波。太阳光从宇宙空间到达地球表面须穿过地球的大气层。太阳光在穿过

9、大气层时，会受到大气层对太阳光的吸收和散射影响，因而使透过大气层的太阳光能量受到衰减。但是大气层对太阳光的吸收和散射影响随太阳光的波长而变化。通常把太阳光透过大气层时透过率较高的光谱段称为大气窗口。大气窗口的光谱段主要有: 紫外、可见光和近红外波段。 地面上的任何物体（即目标物），如大气、土地、水体、植被和人工构筑物等，在温度高于绝对零度（即0k=-273.16）的条件下，它们都具有反射、吸收、透射及辐射电磁波的特性。当太阳光从宇宙空间经大气层照射到地球表面时，地面上的物体就会对由太阳光所构成的电磁波产生反射和吸收。由于每一种物体的物理和化学特性以及入射光的波长不同，因此它们对入射光的反射率也

10、不同。各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱。遥感探测正是将遥感仪器所接受到的目标物的电磁波信息与物体的反射光谱相比较，从而可以对地面的物体进行识别和分类。这就是遥感所采用的基本原理。2.2 摄影成像 摄影成像是一种对文字、图像等进行扫描的成像方法。它采用数码相机拍摄图片，然后根据图片的变形规律纠正图片变形，最后根据各图片的相对位置拼装图片。数码相机包括一般的高档相机和专门为图形扫描而设计的相机裸机，即：只有一组镜头、一个电荷耦合器件CCD、一组电路、简单外壳和必备构件的相机。本发明还研究了为获得照片变形而设计的标准图板、为纠正图片变形对所拍图片进行复原的方法、对修正后的图片进行拼接的方

11、法及相应的扫描设备，具有使用方便，扫描精度高，一物多用，维修成本低而且方便，可以升级换代等优特点。 2.3扫描成像过程及图像特征 如图32所示，当旋转棱镜旋转时，第一个镜面对地面横越航线方向扫视一次，在扫描视场内的地面辐射能，由刈幅的一边到另一边依次进入传感器，经探测器输出视频信号，再经电子放大器放大和调制，在阴极射线管上显示出一条相应于地面扫描视场内的景物的图像线，这条图像线经曝光后在底片上记录下来。接着第二个扫描镜面扫视地面，由于飞机向前运动，胶片也作同步旋转，记录的第二条图像正好与第一条衔接。依次下去，就得到一条与地面范围相应的二维条带图像。 2.4 微波遥感与成像 微波遥感是传感器的工

12、作波长在微波波谱区的遥感技术，是利用红外光束投射于物体表面，由其反射回的微波波长改变及色偏确定其大小、形态以及移动速度的技术。微波遥感的突出优点是具全天候工作能力，不受云、雨、雾的影响，可在夜间工作，并能透过植被、冰雪和干沙土，以获得近地面以下的信息。广泛应用于海洋研究、陆地资源调查和地图制图。微波遥感成像考研提供很多有价值的遥感图像共给人类研究利用。3.遥感图像处理3.1数字图像增强图像增强的目的在于改善图像的显示质量，以利于信息的提取和识别。从方法上说，则是设法摒弃一些认为不必要或十扰的信息，而将所需要的信息得以突出出来。显然，这可以通过调整遥感图像直方图，进行像元亮度值之问的数学运算处理

13、，或是数学变换等方法来实现。遥感图像增强处理从方法原理上可以分以下儿种卞要方法:（1）彩色增强处理彩色增强处理是遥感图像增强处理的基本方法，它可将单波段黑白遥感图像组合转换成彩色图像，大大提高了图像的显示质量，为信息提取和识别提供了便利。遥感图像多波段彩色合成是将同一地区不同波段的图像依照彩色合成原理，构成彩色合成图像，当通道中图像波段与进行基色变换的波段一一对应时，合成图像为天然(真)彩色图像。例如，将3, 2, ,图像分别进行红、绿、蓝的基色变换，可得到近似真彩色的合成图像。但是，若这种对应关系被破坏，采用其它的组合关系，产生的图像则为假彩色合成图像。为了提高图像增强的效果，可进行多组合，

14、不同配置的多种方案的合成，选择最佳的图像增强效果。（2）反差增强处理遥感图像反差增强的日的同样是增强或扩大图像反差的对比度，增加图像表现的层次性。数字图像反差增强的实质就是将图像中过于集中的像元分布区域院度值分布范围)拉开扩展，故又称对比度扩展。为此，反差增强的关键是寻找到一个函数，以统一的重新分配，构成得到反差增强的图像。变换函数可以是线性的或是非线性的。例如:可根据增强前亮度值分布范围和设定的扩展后的亮度值分布区间提供的参数确定变换函数;或依据图像直方图调整的需要确定变换函数;或采用指定函数位日指数函数、对数函数等)为变换函数。处理时需注意的是:在像元亮度值分布区间得到一定拉仲扩展，一些像

15、元得到突出的同时，必然地消弱和摒弃一些像元信息，所以在处理时应随时注意这种变化，根据需要采用不同的变换函数或方法，以获得较为满意的效果。(3)滤波增强处理任何一幅数字图像都是由顺序排列的数字“点阵构少戊的，点阵中每一行(或称扫描行)包括相同的若干个像元点。如果以每一行的像元点位置为横坐标，以像元点的亮度值为纵坐标，这样每一行即可绘制波形曲线。从数学中可知道，任何一条复杂的波形曲线，都可分解成具有不同频率威波长)的数条简单波形曲线的叠加。所以说，滤波处理就是将数字图像中各行所构成的复式波形曲线，通过空间滤波程序(或滤波器)分解成为不同频率(或波长)的简单波形曲线，并根据需要将不需要的频率(或波长

16、)曲线加以滤除，选择适宜和需要的频率波形曲线，重新构成新的图像，以使一些地物或现象得以突出，这便是滤波增强处理，或称频率增强处理。滤波增强处理根据所选择的波形曲线的频率威波长)高低，可分为高通滤波、中通滤波和低通滤波。例如，对于大的山体构造这样规模的地物，它们之间的距离以数十千米计，其在图像上的形迹具有较低的空间频率(即具有较长的波长)，可应用低通滤波得到突出;同样，如一般的背斜、向斜褶皱构造，它们的分布具有中等空间频率特征，波长以千米计，则可采用中通滤波增强去突出;而节理、裂隙及小型地质构造的分布具有较高的空间频率，波长几十米到儿白米计，可采用高通滤波得到增强。4比值增强处理.3.2 遥感图

17、像纠正 随着计算机硬件价格的降低和软件水平的提高，计算机图像处理越来越深入遥感领域，遥感图像处理为光学处理。光学处理包括数字图像的校正和数字图像的增强。遥感数字图像校正包括：(1)辐射校正：由于传感器本身的响应特性和大气对于太阳辐射的衰减（吸收、散射和反射）以及地物光照条件(地形和太阳高度角)影响，导致图像模糊失真，造成图像的分辨率和对比度相对下降，产生条纹和“噪声”，甚至形成“同物异谱，异物同谱”现象。这些都需要通过辐射校正复原。对这种辐射失真的校正称为辐射校正。(2)几何校正：遥感图像在获取过程中由于多种原因导致景物中目标物相对位置的坐标关系在图像中发生变化,这种变化称为几何畸变。校正遥感

18、图像成像过程中所造成的各种几何畸变称为几何校正。3.3 遥感图像解译（1）目视解译，又称目视判读，或目视判译，它指专业人员通过直接观察或借助辅助判读仪器在遥感图像上获取特定目标地物信息的过程。（2）计算机解译，又称遥感图像理解，它以计算机系统为支撑环境，利用模式识别技术与人工智能技术相结合，根据遥感图像种目标地物的各种影象特征（颜色、形状、纹理与空间位置），结合转解知识库种目标地物的解译经验和成像规律等知识进行分析和推理，实现对遥感图像的理解，实现对遥感图像的理解，完成对遥感图像的解译。4.遥感数字图像计算机解译遥感图像的计算机自动解译是一个正在成长的研究方向。它的许多理论方法是借用了计算机图

19、像理解、知识工程、机器视觉等相关领域的。 遥感数字图像计算机解译以遥感数字图像为研究对象，在计算机系统支持下，综合运用地学、遥感图像处理、地理信息系统、模式识别与人工智能技术，实现地学专题信息的智能化获取。其基本目标是将人工目视解译遥感图像发展为计算机支持下的遥感图像理解。 利用计算机对遥感数字图像进行解译，其难度很大。第一，遥感图像是从遥远的高空成像，成像过程要受传感器、大气条件、太阳位置等多种因素的影响，影像中所提供的目标地物信息不仅不完全，且或多或少地带有噪音，人们必须从不完全的信息中尽可能精确地提取出地表场景中感兴趣的目标物，其难度很大。第二，遥感影像信息量丰富，与一般的图像相比，其包

20、容的内容远比普通的图像多，因而非常 “ 拥挤 ” ，不同地物间信息的相互影响与干扰使得要提取出感兴趣的目标变得非常困难。第三，遥感图像的地域性、季节性和不同成像方式更增加了计算机对遥感数字图像进行解译的难度。 由于利用遥感图像可以客观、真实和快速的获取地球表层信息，这些现势性很强的遥感数据在自然资源调查与评价、环境监测、自然灾害评估与军事侦察上具有广泛应用前景。因此，利用计算机进行遥感图像智能化解译，快速获取地表不同专题信息，并利用这些专题信息迅速地更新地理数据库，这是实现遥感图像自动理解的基础研究之一，也是地理信息系统中数据采集自动化研究的一个方向，因此具有重要的理论意义和应用前景。本章重点

21、是计算机实现遥感影象的特征抽取和智能解译。如图所示：4.1遥感数字图象的性质与特点1遥感数字图象概念：数字形式表示的遥感图象像素：像素是成像过程的采样点，也是计算机图象处理的最小单元。像素具有空间特征和属性特征。空间分辨率：时间分辨率指对同一地点进行采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。时间分辨率对动态监测很重要。2. 遥感数字图像的的特点1）便于计算机处理与分析2）图象信息损失低3）抽象性强4.2 遥感数字图像的计算机分类1.分类原理1）计算机遥感图象分类是统计模式识别技术在遥感领域中的具体应用2）遥感图象分类的主要依据是地物的光谱特征。3）需要对数字图象进行运算处理：比值处理、差

22、值处理、主成分变换、K-T变换2.基本过程1）首先明确遥感图象分类的目的及其需要解决的问题，在此基础上根据应用目的选取特定区域的遥感数字图象2）根据研究区域，收集与分析地面参考信息与有关数据，进行辐射纠正和几何纠正3）对图象分类方法进行比较研究，选择适合的图象分类方法和算法，制定分类系统，确定分类类别4）找出代表这些类别的统计特征5）监督分类，非监督分类的不同情况6）对遥感图象中各像素进行分类7）分类精度检查8）对判别分析的结构进行统计检验3.遥感图象的计算机分类方法1）监督分类方法：首先需要从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本，根据已知训练区提供的样本，通过选择特征参数(如像素亮度均值,

23、差等)，建立判别函数,据此对样本像元进行分类，依据样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别 。监督分类包括利用训练区样本建立判别函数的“学习”过程和把待分像元代入判别函数进行判别的过程。监督分类中常用的具体分类方法：最小距离法、多级切割法、特征曲线窗口法、最大似然法。2）非监督分类方法：非监督分类的前提是假定遥感影像上非监督分类的前提是假定遥感影像上的同类物体在同样条件下具有相同的光谱信息特征.类物体在同样条件下具有相同的光谱信息特征.非监督分类方法不必对影像地物获取先验知识非监督分类方法不必对影像地物获取先验知识,仅依靠影像上不同类地物光谱信息仅依靠影像上不同类地物光谱信息(或纹理信息或纹理

24、信息)进行特征提取进行特征提取,再统计特征的差别来达到分再统计特征的差别来达到分类类的。目的目的,最后对巳分出的各个类别的实际属性进行最后对巳分出的各个类别的实际属性进行确认确认。非监督分类方法主要采用聚类分析方法,聚类是把一组像素按照相似性归成若干类别,即物以类聚.它的目的是使得属于同一类别的像素之间的距离尽可能的小而不同类别上的像素间的距离尽可能的大.其常用方法如下：分级及集群法、动态集类法4.3 遥感图像多种特征的抽取遥感图像解译，除了利用地物的光谱特征外，还利用地物的形状特征和空间关系特征，因此需要提取图像其它特征。对于高分辨率遥感图像，可以清楚的观察丰富的结构信息，例如：城市是由许多

25、街区组成的，每个街区又由多个矩形楼房构成，其中 “ 人造地物 ” 具有明显的形状和结构特征，如建筑物、厂房、农田田埂，我们可以设法提取含有这类地物形状特征及其空间关系特征，作为结构模式识别的依据。1.颜色的量化和变换 颜色是不同频率的可见光在人眼中的主观反映。在图像数字化时是通过颜色空间的坐标值来对应每一种颜色的。常用的颜色空间有 RGB 三色空间和 HSI 颜色空间。对于这两种颜色空间的概念和转换，2.纹理特征描述与提取图像中在局部区域内呈现了不规则性，而在整体和宏观上表现出某种规律性的图斑称作纹理。纹理是图像的一个重要的特性。为了定量地研究纹理，需要研究纹理本身可能具有的特征。粗糙度和方向

26、性是人们区分纹理时所用的两个最主要的特征。多年以来研究者们建立了许多纹理算法以测量纹理特性，这些方法大体可以分为两大类：统计分析方法和结构分析方法。前者从图像有关属性的统计分析出发；后者则着力找出纹理的基元，然后再从结构组成上探求纹理的规律，也还有直接去探求纹理构成的结构规律。占主导地位的是统计的方法。3.形状特征的提取1）地物边界跟踪方法边界跟踪主要有两种方法：第一种方法以图像像元作为跟踪的落脚点，跟踪点的连线作为地物的界线。这种跟踪方法适用于线状物体的跟踪；第二种方法认为地物的界线在相邻地物之间，因此边界跟踪的路径应该从两个相邻地物边界的像元中间穿过，这种方法适用于点状地物与面状地物的跟踪

27、。2）形状特征描述与提取通过边界跟踪可以获得一系列有序的边界点，这些边界点提供了地物单元形状特征的大量信息。地物单元边界特征描述和形状特征提取可以采用多种方法，地物形态特征提取的要素主要有：地物单元周长 P 、地物面积 S 、线状物体的曲率等。4 空间关系特征的描述与获取这里所讲的地物空间关系是指遥感数字图像中两个地物或多个地物之间在空间上的相互联系，这种联系是由地物的空间位置所决定的。在二维空间，地物的空间关系主要表现为以下几种：1）方位关系 指两个地物之间方向与位置的相对关系。方位关系的描述包括以下内容：距离关系：即一个物体到另一个物体的直线距离。由于空间分布的地物具有三种类型，因此，各种

28、物体之间的距离关系定义也不相同。点状地物之间的距离则是两点间的距离，点状地物到线状地物的距离是该点到该线上某一点的最短垂直距离。点状地物到面状地物的最短距离为该点到面状地物边界的最短距离。线状地物到面状地物的最短距离是线上一点到面状地物边界点的最短距离，面状地物到面状地物的距离是两个面状地物边界点的最短距离。方向关系：即一个物体相对与另一个物体的方向。方向关系常用八个方向来描述，它们分别为：正北、东北、正东、东南、正南、西南、正西、西北。每个方向可以用方位角区间来定量表示。2) 包含关系 一个物体位于另一个物体内部，并且边界不相邻。包含关系具有三种情况：点包含在面状地物内部，线状地物被包含在面

29、状地物内部，一个小的面状物体被另一个大的面状物体所包围。3) 相邻关系，指两个地物在边界上相邻。两个面状物体的相邻关系，存在着两种不同状况：外接邻域 (a) ，内接邻域 (b) 。点与面相邻是指点状地物位于面状地物的边界，线状地物与面状地物相邻是指线状地物上一点或多点位于面状地物边。4) 相交关系，两个地物在一点上交汇，它主要用来描述点状地物与线状地物，线状地物与线状地物的空间关系。它包含两种情况；点状地物位于线状地物的某一点 (a) ，两条线状地物相交一点或相交多点 (b) 。5) 相贯关系。一个线状物体通过面状物体的内部，例如穿过林区的线状地物。提取点状地物与面状地物的包含关系，关键是判明

30、点状地物是否为面状地物所包含，有两种方法可以判断点状地物是否在区域内：铅垂线法和射线法。相邻关系特征抽取包括三种不同情况：点与面相邻，这可以通过检测 “ 点 ” 是否在多边形的边界上来确认。线状地物与面状地物相邻，首先需要了解线状地物是否与面状地物边界是否相交，如果存在相交，那么以相交点为裁剪点，将线状地物一分为二，分别检测这两个线段是否同时在面状地物的外部或者在面状地物的内部。若同时在面状地物的外部或者在面状地物的内部，这说明线状地物与面状地物相邻，否则不是。两个面状地物相邻问题，可以采取更为简单的方法：因为两个相邻多边形 ( 面状地物 ) 共用一条边界，每条边界记录了两个多边形标号，其标号

31、中一个是该边对应的当前多边形，另一个是相邻接的多边形。通过检索一个多边形边界，必然能够找到相邻接的多边形。可以利用弧段建立多边形与边界的关系。根据定义，弧段是一条规定了起点和终点的线段，区域分割时，一组弧形形成的封闭曲线确定了多边形 ( 面状地物 ) 的空间位置，一个弧段仅属于一个唯一的区域。两个相邻的区域，必然存在两条具有不同起点和终点的弧段，但是两条弧段具有方向相反，各点在空间位置相同的特征，利用这个特性，可以找到区域相邻关系的方法。4.4遥感图像理解专家系统遥感图像解译专家系统是模式识别同人工智能技术相结合的产物。它用于模式识别方法获取地物多种特征，为专家系统解译遥感图像提供证据，同时应

32、用人工智能技术，运用遥感图像解译专家的经验和方法，模拟遥感图像目视解译的具体思维过程，进行遥感图像解译。因此，它起到遥感图像解译专家的作用。利用遥感图像专家系统，可以实现遥感图像的智能化解译和信息获取，逐步实现遥感图像的理解。遥感图像解译专家系统的组成遥感图像解译专家系统既需要对遥感图像进行处理、分类和特征提取，又需要从遥感图像解译专家那里获取解译知识，构成图像解译知识库，在基于知识制导下，由计算机完成遥感图像解译。因此，它是复杂的系统。下图给出了一种联合式的遥感图像解译专家系统结构框图。4.5解译标志 有直接解译标志和简直解译标志1.直接解译标志：是指那些能帮助判别和解译地面某一地物或现象的

33、影像特征。如：影像的形状，大小，色调，阴影，影像的结构，图案花纹等。1）形状：形状是指地物外部轮廓的形状在影像上的反映。不同类型的地面目标有其特定的形状，因此地物影像的形状是目标识别的重要依据。2）大小：大小是指地物在像片上的尺寸，如长、宽、面积、体积等。地物的大小特征主要取决于影像比例尺。有了影像的比例尺，就能够建立物体和影像的大小联系。3）色调和色彩色调是物体的电磁波特性在图像上的反映，在黑白像片上指黑白深浅程度。地物的形状、大小都要通过色调显示出来，所以色调特征是最基本的解译标志。如排水性良好、干燥的、有机质成分低的土壤；中酸性岩浆岩、松散堆积物、大理岩、石英岩等一般具有浅色调。如潮湿的

34、、有机质成分高的土壤、煤层、基性、超基性岩浆均具有较深色调。如石灰岩、白云岩、砂岩以及中基性岩浆岩等，变质岩中的变粒岩具有灰色色调。在利用色彩判断地物时，要注意： 多波段的彩色合成图像，不仅要了解地物的波谱特性，而且要知道彩色合成时波段影像与红、绿、蓝三色的对应关系 彩红外图像：植被红、水蓝青、道路灰白、建筑物灰或浅蓝。4）阴影 阴影分本影和落影两种。本影指物体本身没有被光线直接照射到的部分，在像片上呈暗色调。它有助于建立像片的立体感。落影地物经光线照射投影于地面的物体阴影，在像片上呈暗色调，它有助于观察地物的侧面形态及一些细微特征。5）水系 水系标志在地质解译中应用最广泛，它可以帮助我们区分

35、岩性、构造等地质现象。这里所讲的水系是水流作用所形成的水流形迹，即地面流水的渠道。它可以是大的江河，也可以是小的沟谷，包括冲沟、主流、支流、湖泊以至海洋等。在图像上可以呈现有水，也可以呈现无水。水系的级序，一般是从冲沟到主流，依次由小到大（1、2、3）排列。6）地貌形态标志：山顶形态、山坡形态、沟谷形态7）纹理：很小的物体，在图像上是很难个别地详细表达的,但是一群很小的物体可以给图像上的影像色调造成有规律的重复，即影像的纹理特征。8）位置：是指地物的环境位置以及地物间的空间位置关系在像片中的反映。也称为相关特征。它是重要的间接判读特征。9）植被 反映明显，直接解译更方便。2.间接解译标志：指运

36、用某些直接解译标志，根据地物的相关属性等地学知识，间接推断出的影像标志。如根据道路与河流相交处的特殊影像特征，可以判断渡口；根据水系的分布格局与地貌构造、岩性的关系，来判断构造、岩性等等。5. 遥感的应用5.1 地质遥感 遥感地质又称地质遥感，是综合应用现代遥感技术来研究地质规律，进行地质调查和资源勘察的一种方法。它从宏观的角度，着眼于由空中取得的地质信息，即以各种地质体对电磁辐射的反应作为基本依据，结合其他各种地质资料及遥感资料的综合应用，以分析、判断一定地区内的地质构造情况。遥感地质工作的基本内容是：地面及航空遥感试验，发挥适用于地质找矿、地质环境的遥感系统，进行图像、数字数据的处理和地质

37、判释。遥感地质需要应用电子计算机技术、电磁辐射理论、现代光学和电子技术以及数学地质的理论与方法，是促进地质工作现代化的一个重要技术领域。遥感技术所 取得的地面图像和 数据及相应的 数据和信息处理技术在地质学的应用，又称地质遥感。一般包括4个方面的研究内容：各种地质体和地质现象的电磁波谱特征。地质体和地质现象在遥感图像上的判别特征。地质遥感图像的光学及电子光学处理和图像及有关数据的数字处理和分析。遥感技术在地质制图、地质矿产资源勘查及环境、工程、灾害地质调查研究中的应用。遥感是以电磁波为媒介的探测技术，对遥感目标（如地球）的电磁波辐射特性进行探测和记录，记录的数据通过遥感平台上的数据通讯和传输系

38、统传送到地面接收站，通过数据接收和处理系统得到图像和数据磁带。遥感图像相当于一定比例尺缩小了的地面立体模型。它全面、真实地反映了各种地物（包括地质体）的特征及其空间组合关系。遥感图像的地质解译包括对经过图像处理后的图像的地质解释，是指应用遥感原理、地学理论和相关学科知识，以目视方法揭示遥感图像中的地质信息。5.2 水体遥感 主要用于水环境污染监测中，水体的遥感监测主要是以污染水与清洁水的反射光谱特征研究作为基础的。总的看来，清洁水体反射率比较低，水体对光有较强的吸收性能，而较强的分子散射性仅存在于光谱区较短的谱段上。故在一般遥感影像上，水体表现为暗色色调，在红外谱段上尤其明显。为了进行水质监测

39、，可以采用以水体光谱特性和水色为指标的遥感技术。海洋石油污染和向海洋倾倒废弃物是海洋环境恶化的重要原因。全世界每年排入海洋的石油及其制品多达 1000多万吨，这对海洋生态所造成的灾害性影响是无法估量的。人海河流把沿岸农田的化学肥料、城市中的生活废水和工业污水不断排人海洋，使海洋污染范围不断扩展，生态环境恶化，环境质量下降。应用遥感卫星，特别是海洋遥感卫星，可以在大范围内对石油污染和化学污染进行搜索，还可以估算出污染的范围及其扩散情况，从而为海洋环保部门提供了必需的数据和资料。5.3 植被遥感植被是生长于地球表层的各种植物类型的总称，在地球系统中扮演着重要的角色，它是地球表层内重要的再生资源。植

40、被是全球变化中最活跃、最有价值的影响要素和指示因子。植被影响地气系统的能量平衡,在气候、水文和生化循环中起着重要作用,是气候和人文因素对环境影响的敏感指标。因此,地球植被及其变化一直被各国科学家和政府所关注。卫星遥感是监测全球植被的有效手段,卫星从太空遥视地球,不受自然和社会条件的限制,迅速获取大范围观测资料,为人类提供了监测、量化和研究人类有序活动和气候变化对区域或全球植被变化影响的可能。植被遥感研究的主要内容：1.通过遥感影像从土壤背景中区分出植被覆盖区域，并对植被类型进行划分，区分是森林还是草场或者农田，进而可以问是什么类型的森林，什么类型的草场，什么样的农作物，如此等等。2.能否从遥感

41、数据中反演出植被的各种重要参数，例如叶面积指数（LAI）、叶子宽度、平均叶倾角、植被层平均高度、树冠形状等等，这一类问题属于更深层次的遥感数据定量分析方法与反演技术。3.能否准确的估算出与植被光合作用有关的若干物理量，例如植被表面水分蒸腾量、光合作用强度（干物资生产率）、叶表面温度等。关于植被资源的清查与分类方面以已取得了较为突出的成绩，后两个问题正是植被遥感所要研究的问题，虽已取得了相当的进展，但到成熟仍需时日。健康植物的波谱曲线有明显的特点（图7.1），在可见光的0.55m附近有一个反射率为1020的小反射峰。在0.45m和0.65m附近有两个明显的吸收谷。在0.70.8m是一个陡坡，反射

42、率急剧增高。在近红外波段0.81.3m之间形成一个高的，反射率可达40或更大的反射峰。在1.45m，1.95m和2.62.7m处有三个吸收谷。与此同时可以对不健康的植物，预测植物的生长情况。图7.1绿色植物有效光谱响应特征5.4 地面污染及土地利用发展监测 地面污染也是利用间接解译，通过污染区作物的生长所起的特殊变化，与正常生长区的作物有不同的光谱表现来确定。通过定期地监测地面的作业就能查清土地利用形式的变化，以便管理资源。人工建筑物特别容易测定，这是由于它们的高反射率和形状的规则性所致。因此通过遥感图像，在城市规划中可以可靠地跟踪都市扩大的规模和速度，还能查清像隔热不佳的建筑物的热损失这类特

43、殊问题。最后遥感还可以被用来监视森林砍伐，估计牧场开垦的规模和速度。5.5 举例子说明遥感的综合应用其在3S技术的作用遥感技术能动态地、周期性的获取地表信息，广泛应用于各个领域。遥感数据在3S技术的作用主要表现在以下方面：GIS数据库的数据源遥感数字图像可以作为GIS数据库中地一种数据源，从遥感图像中可以获取不同专题数据，更新GIS数据库中地地学专题库。利用遥感数字影象获取地面高程，更新GIS中地高程数据获取遥感图像高程信息地原理是：将空间部分重叠地俩幅图像进行投影校正，并且精确配准位置，测出每个象元地灰度值梯度，构造灰度值矩阵，通过对不同配准位置地交叉相关，根据俩影象中地物光束或地物辐射电磁

44、波信号地连续相对位移，算出相关系数，相关系数地最大值定义为俩影象像元地灰度向量间夹角最小，在此基础上剔除粗差，建立地面高程模型，由此来确定图像中地每点高程。在汶川地震中的实际应用 ：四川大地震发生后，路断，桥断，通信中断，重灾区陷入信息隔绝状态。国土资源部第一时间紧急启用航空遥感飞机，从米高空拍摄地震灾区高精度遥感图片，捕捉地震灾害的“指纹”。航空遥感飞机成为打破大地震造成信息封锁、监测堰塞湖等次生灾害威胁的“天眼”。2006年05月14日四川北川县2008年05月14日四川北川县月日时分，四川汶川地震发生后，路塌、桥垮、通信中断，汶川、北川等重灾区成为“孤岛”。打破地震造成的信息封锁，捕捉地

45、震灾害“敌情”成为抗震救灾当务之急。国土资源部部长、国土资源部抗震救灾应急指挥领导小组组长徐绍史日夜部署抗震救灾工作，决定紧急启用常规用于土地调查、重要地质找矿、区域性地质环境调查的航空遥感飞机，火速支援抗震救灾前线。中国航空物探遥感中心正在成都作业的两架飞机就地待命。国家测绘局两架飞机紧急调往四川灾区。国土资源部支持研制的无人飞机从贵州出发，经过小时飞行，抵达成都。日时分，对汶川地震灾区进行第一次航空遥感拍摄，获取黑白航片余张，范围涵盖汶川、茂县、北川等个区块，有效覆盖面积约平方公里。都江堰漩口镇映秀镇汶川县城茂县县城以及重灾区河谷居民地，陆续进入高清晰数字航空测量相机。无人飞机专家小组日凌

46、晨抵达绵竹，日中午起飞获取嘉陵江镇数据迅速处理成图并进行解译，成功制作了汶川、茂县、北川地区地震灾害图集。在抗震救灾中，航空遥感作用巨大。遥感图上的堰塞湖、前方道路损毁情况，映秀镇到汶川县城有多少滑坡等都非常清晰。图上不仅有滑坡分布状况，还预测出滑坡方量、所需施工力量、工期等。随着抗震救灾进程，一个新名词让人们的心悬起来：堰塞湖。由于灾区高山峡谷的地形地貌，地震造成山体崩碎，堰塞湖成为悬在灾区群众和抗震救灾人员头顶的一盆水。监控所有堰塞湖刻不容缓。日上午时分，中国航空物探遥感中心对地震灾区航拍图片及卫星数据紧急解译，发现处堰塞湖，水量在万立方米以上的大型堰塞湖有处，万立方米至万立方米的处，万立

47、方米以下的处。日航拍图片解译发现处堵江形成的堰塞湖，水量分别达万立方米、万立方米、万立方米、万立方米、万立方米，坝体主要为细碎屑物质，渗透稳定性差，容易形成流土溃坝，存在灾害隐患，需要严加监测和防范。截至日，航遥中心已为住房和城乡建设部、农业部、国家防汛抗旱总指挥部办公室、国家电力监管委员会等六部委家单位提供批次遥感影像解译资料，及时快捷地提供了地震灾区涉及公路损坏、房屋损坏、堵江、崩滑流、堰塞湖和潜在地质灾害等信息。在航遥中心会议室可以看到，卫星遥感影像图和航空遥感图的地形特征较为明显，而航空遥感图上则能清楚地看到道路、房屋等信息。王平说，航空遥感拍摄飞行一般高度为米，卫星则在几百公里以上，

48、航空遥感拍摄能捕捉到更多细部信息。如果云层低，重点区域比较小，可以调用无人飞机，其低空遥感系统可以在阴天或小雨情况下实施米以下低空航拍，一次起飞覆盖半径公里，获取地面米至米分辨率影像图。这样，航空遥感飞机、无人飞机与遥感卫星形成灾害监测“天网”。徐绍史说，目前航拍主要集中在重灾区，以应急为主。下一步要继续扩大航拍范围，对受灾地区整体情况，包括地质灾害如滑坡、崩塌、泥石流等造成的损失形成系统的基础数据，为灾后重建工作提供科学依据。3遥感的前景与展望遥感技术的应用是极其广泛的，凡是涉及地球科学的各门类的学科和技术种类，遥感技术都能为它们提供信息。这种广泛性必然会使对遥感数据的需求用户范围变广，因此除了社会公益型用户外，还存在部分商业应用型用户。虽然这些商业应用型用户由于遥感卫星正处于产业化