遥感技术与应用航空遥感

Jensen, 2000
6
Balloon Intrepid
Intrepid tethered during the Civil War battle of Fair Oaks on June 1, 1862 (copyright Smithsonian Institution, Washington, D.C.).
感光材料的特性
感光材料（胶片或印像纸）主要是由感光乳 剂层和片基构成
普通黑白胶片一般是全色片，它能感受全部 可见光（但对绿光感受较差）
黑白红外胶片的感光层中含有感受红外光的 物质，能直接记录人眼看不见的近红外光
彩色胶片是由对蓝、绿、红三种波长分别敏 感的三层乳剂组成，能感受全部可见光，形 成天然彩色像片
像片倾角（航摄倾角）：主光轴与铅垂线的夹角；像 片面与水平面的夹角
像平面
像平面
主
铅
a
光 轴
垂 线
铅垂线
地平面
18
按航摄倾角分
• 垂直航空摄影： 航摄倾角≤3° 获得近水平的航空像片 是航空遥感图象的主要获取方法 • 倾斜航空摄影： 航摄倾角>3° 获得倾斜航空像片 一般用于科学研究
19
Vertical Aerial Photography
24
垂直航空摄影的航线
单航线摄影
Flightline of Aerial Photography
Direction of Flight
Exposure station
#1
#2
#3
lens
altitude ab ove gr ound level, H
60% overlap stereoscopic model
系统功能：
超低空飞行航拍，获取超高分辨率影像；
基于虚拟地理环境（VGE）平台的无人机飞行航线的
规划与管理、以及海量高分辨率航空影像的检索、查询
与百度文库理；
拼接的高分辨率影像地图，与DEM叠加后的高分辨率
三维影像地图，基于高分辨率影像地图的三维虚拟现实
管理分析系统。
13
应用领域: •应急救援与环境监测 •国土资源勘探与调查 •城镇规划与农村基础建设 •交通监控 •勘查设计与工程监控 •电网巡检
传感器（复习）
§1 传感器的组成 §2 传感器的分类 §3 传感器的性能(空间分辨率、辐射分
辨率等) §4 摄影型传感器 §5 扫描方式的传感器 §6 传感器的发展趋势
航天遥感（复习）
§1 航天遥感特点、轨道分类 §2 Landsat(陆地）卫星介绍 §3 其它地球资源卫星数据 §4 气象卫星数据
29
航空遥感的弱点
受天气等条件限制大； 观测范围受到限制； 费用昂贵，数据的周期性和连续性 不如航天遥感，限制了在动态监测方 面的应用
30
5 航空遥感
(airborne remote sensing)
本章提要(…)
5.1 航空遥感系统 5.2 航空像片的物理特性 地物反射特性、感光材料特性 5.3 航空像片的几何特征 5.4 像片投影差 5.5 像片视差 （立体测量） 5.6 航摄飞行计划
航空遥感灵活，适用于一些专题遥感研究
根据用户的需求, 灵活选择具有特定空间分辨率、波谱分辨率、时间分 辨率的传感器, 设计航空遥感飞行的方案和路线等 ；
航空遥感作为实验性技术系统,是各种星载遥感 仪器的先行检验者
检测传感器的功能；一切星载遥感仪器都是以机载试验为前提的
信息获取方便 可以随时随地对需要侦察或普查的地区进行遥感
3
航空遥感平台
航空遥感平台一般在海拔12km以下的大气（平 流层、对流层），主要包括气球和飞机两种。
气球
飞机
航空遥感平台
气球：可携带简单的传感器 低空气球：发送到对流层的气球 系留气球：用绳子系在地面 高空气球：发送到平流层的气球， 可达12-40公里
5
Balloon Intrepid
31
航空像片的物理特性
地物反射特性
航空像片上物体的色调，主要取决于摄影时的照度和 物体对入射光的反射率。摄影时照度越大，地物反射 率越高，地物亮度就越大，像片的色调就越浅。一般 用亮度系数来表示地物的反射率大小。
亮度系数（P）是指在相同照度条件下，某物体表面 亮度（B）与绝对白体（全白的物体）理想表面亮度 （B0）之比，即：P=B/ B0
27
航空摄影方式
（4）按航摄比例尺分 大比例尺航空摄影：像片比例尺大于1：1万 中比例尺航空摄影：1：1万-1：3万 小比例尺航空摄影：1：3万-1：10万 超小比例尺航空摄影：1：10万-1：25万
28
航空遥感的特点
航空遥感空间分辨率高、信息容量大
取得较精确的位置、方位、距离、面积、高度、体积和坡度等数据； 主要服务于较大比例尺的区域资源与环境详查、制图 , 以及解决工程技 术上的具体问题；
地物反射特性
亮度系数特点
1．物体的亮度系数变化范围很大。 2．同种物体，由于干湿程度的不同，其亮度系数也 不同，潮湿的物体亮度系数小，干燥的物体亮度系 数大。 3．表面粗糙的物体比表面光滑的物体亮度系数小。 4．物体的亮度系数与颜色有关。通常白色物体为白 色，黑色物体为黑色。 5．性质完全不同的物体也可能具有相同的亮度系数。
Jensen, 2000
7
航空遥感平台
飞机：最常用、最广泛的航空遥感平台，可 携带多种传感器 低空飞机：飞行高度在地面上空2公里以下 中空飞机：飞行高度在地面上空2-6公里 高空飞机：飞行高度为12-30公里
8
NASA ER-2
9
Predator(捕食者)
无人机 （ unmanned aerial vehicle, UAV ）
彩色红外胶片是由对绿、红、近红外三种波 长分别敏感的三层乳剂组成，能感受可见光近红外波段，形成彩色红外像片，其颜色与 天然彩色像片不同，其中植被为红色
感光材料的主要性能指标
感光度 反差 分辨率 感光特性曲线
航空摄影时需要选择感光度高、反差适中、 有较高分辨率的感光材料。以获得影像清晰、 层次丰富的高质量航空像片
第5章 航空遥感
(airborne sensing)
航空遥感：以中低空遥感平台为基础进 行摄影（或扫描）成像的遥感方式 本章提要(…)
5.1 航空遥感系统
航空遥感平台、航空摄影方式、优缺点
5.2 航空像片的物理特性
5.3 航空像片的几何特征
5.4 像片投影差
5.5 像片视差 （立体测量）
*5.6 航摄飞行计划（自学）
back
5 航空遥感
(airborne remote sensing)
本章提要(…)
5.1 航空遥感系统 5.2 航空像片的物理特性 5.3 航空像片的几何特征 中心投影、比例尺、特殊点线 5.4 像片投影差 5.5 像片视差 （立体测量） 5.6 航摄飞行计划
36
5.3 航空像片的几何特征
航空投影原理
• Intrepid being inflated during the Civil War battle of Fair Oaks on June 1, 1862 using Thaddeus S. C. Lowe’s portable hydrogen generating system (copyright Smithsonian Institution, Washington, D.C.).
Goosenecks of the San Juan River
in Utah
20
Low-oblique Aerial Photography
Low-oblique photograph of a bridge on the Congaree River near Columbia, SC.
21
High-oblique Aerial Photography
用一组假想的直线将物体向几何面投射称为投影。 其投射线称为投影射线。投影的几何面通常取平 面称为投影平面。在投影平面上得到的图形称为 该物体在投影平面上的投影。
37
中心投影
中心投影
当投影射线会聚 于一点时, 称为中 心投影；投影射线 的会聚点 S 称为 投影中心；
38
航空像片是摄区地面的中心投影
14
Reconnaissance in Afghanistan 2002
15
Reconnaissance in Afghanistan 2002
16
航空摄影方式 （一）按航摄倾角分类 （二）按摄影实施方式分 （三）按摄影所用波段分 （四）按比例尺分
一）按航摄倾角分
主光轴：通过物镜中心并与像平面垂直的直线； 像主点：主光轴与感光片的交点
10
Predator(捕食者)
无人机 （ unmanned aerial vehicle, UAV ）
11
12
系统介绍：
无人机遥感系统可以随时、随地获取地表高分辨 率的城市、土地、流域、森林等空间信息影像数据。 无人机系统成本低廉，能够低速、低空飞行，有利于 遥感作业；并且机动灵活，能快速响应拍摄任务；可 以承担高风险或高科技的飞行任务。
Coverage of photograph terrain recorded on three successive photographs
25
Jensen, 2000
垂直航空摄影
多航线摄影
Bl ock of Aerial Photography
Flight line #1
oblique photography may be acquired at t he end of a flightline as t he aircraft banks to t urn
航空摄影时，地面上每一物 点所反射的光线，通过镜头中 心(S)后，都会聚到焦平面上而 产生该物点的像，而航摄机是 把感光胶片固定地安装在焦平 面上(P)；
中心光线：SA、SB、SC、 SD
物点的像：像中心光线与底 片的交点（a、b 、c、 d）
The RQ-1 Predator is a medium-altitude, long-endurance unmanned aerial vehicle system. It is a Joint Forces Air Component Commander-owned theater asset for reconnaissance, surveillance and target acquisition in support of the Joint Force commander . The RQ-1A/B Predator is a system, not just aircraft. A fully operational system consists of four aircraft (with sensors), a ground control station (GCS), a Predator Primary Satellite Link (PPSL), and 55 personnel for continuous 24 hour operations.
航向重叠：相邻两像片间重叠部分。保证没有摄影漏洞 及立体观察
航向重叠度：航向重叠的面积与一张像片的总面积之比。
一般为60%，不小于53%
23
航空摄影方式
多航线摄影：
沿数条互相平行的直线航线对一个广大地区进行的 连续的、布满全区的摄影。 由几个相互平行、相互连续并有一定重叠部分的单 航线摄影组成。 旁向重叠：相邻航线的各相邻像片间的重叠 旁向重叠度：旁向重叠面积与一张像片总面积之比。 一般为15%-30%。 为避免飞行偏差，一般航线长度限制在60-120km。
High-oblique photograph of the grand Coulee Dam in Washington
in 1940
22
航空摄影方式
（2）按摄影实施方式分
单片摄影：
为特定目标或小块地区进行的摄影，单张、不连续
单航线摄影：
沿一条航线对地面狭长地带或线状地物（铁路、公路） 进行连续摄影
航向重叠 旁向重叠
Flight line #2 Flight line #3
20 ?30% sidelap
Jensen, 2000 26
航空摄影方式
（3）按摄影所用的波段分
普通黑白摄影：城市航空摄影测量使用的基 本资料 天然彩色摄影：蓝、绿、红三种感光乳剂 黑白红外摄影：对可见光、近红外波段感光 彩色红外摄影：绿、红、红外波段感光（主 要类型） 多光谱摄影：多个波段航空像片 机载侧视雷达