5 航空与航天遥感
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3、NOAA卫星 NOAA是由美国海洋大气局发射的第三代气象观测卫 星，（一二代为TIROS，ITOS）。轨道参数：870km和 833km，平时有两颗卫星（11号和12号）运行。
每颗卫星每天至少可对地观测2次，因此两颗卫星可以 进行4次以上观测。主要传感器有两个：AVHRR/2（改进 型高分辨率辐射计），TOVS（泰罗斯垂直分布探测仪）。 前者是以观测云的分布、海域温度分布为主要目的，后者 主要用于测量大气中气温及温度的垂直分布。 4、其他卫星 静止气象卫星、中巴卫星、印度遥感卫星IRSS、日本 地球资源卫星（JERS-1），加拿大的Radarsat卫星等等。 20世纪90年代末以来，一些商业对地观测小卫星发射， 空间分辨率得以大幅度提高，如美国Earth-watch公司的 Quick Bird空间分辨率达0.6m，Spectral Imaging公司的 IKONOS，空间分辨率为1m。
1、BSQ（band sequential）各波段的二维图像 数据按波段顺序排列。 2、BIL（band interleaved by line）每一行中代 表一个波段，按光谱值进行排列，然后按波段顺序排 列，最后对各行进行重复。 3、BIP（band interleaved by pixel）每一行中 每个像元按光谱波段进行排列，然后对该行的全部像 元进行此波段排列，最后对各行进行重复。 以往曾使用多格式存储，1982年后逐渐形成世界 标准格式（LTWG）。遥感中常用的是“观测时刻” 这个参数。
h1
★因地形起伏和像面倾斜引起的像点位移：
1、水平像片的比例尺因地形起伏的影响而有变化， 这是因为航空像片是地面的中心投影造成的。
a a0 A ha
o
b
b0
f H
O A0′ A0 B0′
B0 hb B
aa0/ao=ha/H; bb0/bo=hb/H. 与前面一致，这 也是由于地形起伏引 起的像点位移。
当投影面倾斜时， 像片各部分的比例尺 是不一样的。地面上 AO=BO，但在倾斜 的投影面上，ao≠bo。
A
O
B
3、地形起伏：地形起伏越大，航片投影差越大。
c da b e f
f
H0
A C D
B h2 E F
cd/CD=f/H0； ab/AB=f/(H0-H2); ef/EF=f/(H0+H1). 说明位于不同高 度的线段，比例尺是 不同的，只有位于同 一水平面上的线段才 有同一比例尺。
航空像片的立体观察与量测：（自学内容）
航天遥感
航天遥感是主要以卫星等宇航器作为工作平 台装载传感器拍摄目标地物的遥感成像方式。 与卫星遥感数据有关的几个概念：数字图像 和模拟图像；图像数字化；采样和量化；像素 （像元）；量化位数；灰度级数。 灰度图像与彩色图像及其灰度级数。彩色图 像的分类。
遥感图像的数据格式：
1、比例尺公式：
S1 f P1 o1 b1
1/M=f/H
（f:焦距, H:航高）
S2
P2 f o2 b2 H2
H1
航空像片的比例 尺取决于航高（物距） 和焦距（像距）的几 何关系。焦距固定后， 像片比例尺随航高变 化，航高越高，比例 尺越小。
A
O
B
2、投影面倾斜：像片的各个部分比例尺不相同。
P b o a
航片数据
SPOT数据
TM(432)数据
快鸟数据
中心投影成像示意：
c c b a P S b f b‘ a P
a‘
S
f
P’ H
A
B
C
每一物点在像面成的像，可以看做中心光线与底片的交点， 这样在底片上构成（负片）。航片（正片）的位置，等于以投影 中心为圆心，以焦距f为半径，将P旋转至P′，即为正像的位置。 （点→点，线→ 线）
中心投影几何特征：
地物的光谱反射率：
不同地物对入射太阳光的反射能力不同，而且对于不同 波长的反射能力也不相同。反映在黑白航片上，白色常为白 色，黑色常为黑色，其他颜色则呈深浅不同的灰色。在彩色 航片上表现为色别、明度、饱和度的不同。
航空像片的几何特性：
航空像片属于中心投影。中心投影是指空间上任意直线 通过一固定点（投影中心）投射到平面（投影平面）上而形 成的透视关系。
景数据相当于地面185km×185km的面积。目前已免费发 布。是利用最为广泛的卫星数据。
2、SPOT卫星 SPOT是法国于1986年2月发射的高性能地球观测卫 星，它搭载两台高分辨率传感器HRV，具有斜视进行立体 观测等优点。1990年发射2号卫星，1993年发射3号卫星， 4号于1998年发射，2002年发射5号卫星。空间分辨率多光 谱波段为10m×10m，全色波段为5m×5m和2.5m×2.5 m。轨道参数：飞行高度830m，回归天数26天，但因斜视 观测，实质上可以4-5天进行重复观测。HRV数据一景在垂 直观测时为60km×60km，倾斜观测时的横向最大可达 81km。可用于高程测量，1：5万地形图制作，判读土地利 用类型等等。
4、辐射分辨率：指传感器区分两种辐射强度差 异的能力，表现为灰度级的数目。如MSS分为64个灰 度级，TM为256个灰度级。辐射分辨率越高，表达景 物的层次能力越强。
遥感卫星种类及其数据格式： 1、Landsat卫星 美国1972年第1次发射的地球陆地资源卫星。目 前已有1到7号，但6号卫星发生故障陨落。轨道参数： 4、5、6飞行高度705km，16天对地球观测一遍，7号 卫星飞行高度905km，星载ETM+传感器，第8波段分 辨率15m。MSS（多光谱扫描仪）、4号星后载有TM （专题扫描仪），除6波段外空间分辨率都是30m。一
第六讲 航空与航天遥感
上次课回顾：
遥感与“波” “波”的共同性和差异性 地物反射度量和黑体辐射 地物的反射光谱和特征
★大气对太阳辐射的影响及大气窗口
引言：
遥感优势： 感测范围大、综合宏观； 信息量大，手段多、技术先进； 获取信息快，更新周期短。 遥感分类（按平台）； 近地面遥感、航空遥感、航天遥感 目前以航空和航天遥感为主
wk.baidu.com
总结可知： 地形起伏引起的像点位移规律为： ① 投影差大小和像点与像主点的距离成正比，即 距像主点越远，位移越大。像主点是唯一不因高差引 起投影差的点； ② 投影差与高差成正比，高差越大，投影差越大。 当高差为正时，影像离开中心点向外移动，反之向内 移动； ③ 投影差与航高成反比，即航高越高，投影差越 小。
2、若航空摄影时，像面未能保持水平，则将因投影 面倾斜，造成像片上影响的位置发生变化。
S a f f hc o O0 c θ θo rc P
a rc’
a0 P0
A
叠合图中两向径 ca和ca0共线，只是因 像片倾斜导致两向径 的长度不相等，两向 径只差为像片倾斜引 起的像点位移。 像点位移表现为 水平地面上任意正方 形在像片上均为四边 形，反之不一定为正 方形。
航片比例尺的测定：
1、平坦地区：在平坦地区，当像片倾角小于 1度时，由于地形和像片倾角引起的误差很小，像 片上各处比例尺的变化很小，可用像片的平均比 例尺作为航片的比例尺。 1/M=1/2(d1/D1+d2/D2) 2、丘陵地区：丘陵地区由于地形起伏引起投 影误差，使像片各处的比例尺不一致，所以应按 照测站点求各点的平均比例尺。 1/Mi =1/2(d1/D1+d2/D2)
★遥感数据的评价标准：
1、空间分辨率：指每个像元在地面上相应的范 围，也称作地面分辨率。理论上与实际中有所不同。 低空间分辨率图像的意义：概括能力强、适宜于大区 域的研究；空间分辨率是相对于目视的，其高低对于 定量反演意义不大。 2、光谱分辨率：指传感器所用的波段的数目、 波段中心波长和波段的宽度。可分为多光谱遥感和高 光谱遥感。高光谱遥感数据的每一个像元都对应着一 条连续的光谱曲线，使得精细光谱分析和地物参数定 量反演成为可能。 3、时间分辨率: 指对同一地区的遥感影像重复覆 盖的频率。意义在于：及时更新数据库进行动态监测， 辅助单一图像提高解译能力。
航空遥感
航空遥感是主要以飞机等飞行器作为工作平 台装载航空摄影成像系统从空中拍摄目标地物的 遥感成像方式。（也称航空摄影）
航空摄影的分类：
（像片倾角 3°）垂直摄影和倾斜摄影； （摄影的方式） 单片摄影、航线摄影和连 续摄影（面积摄影） 航向重叠：53~60%；旁向 重叠：15~30%。与纬线平 行飞行，60~120km。
框标 编号 压平线 框标 编号 水准器 时标
水准器
时标
航片的物理特性：
航片上物体的色调，主要取决与它对入射光线的反 射率。反射率越大，地物在像片上的色调越浅。而反射 率可用亮度系数来表征： P=B/B0 式中：B为物体表面亮度；B0为绝对白体的亮度。
通过阅读“不同地物的亮度系数”（P139），可以归纳 出以下几点： 1、不同物体的亮度系数变化范围很大（如雪：0.91.0，针叶林：0.04）； 2、相同物体因干湿等因素，亮度系数也不同（如干燥 的公路0.32，潮湿的公路：0.11）； 3、亮度系数与颜色有关（如黑和色，深和浅）； 4、亮度系数与粗糙程度有关（决定反射能力）； 5、不同物体可具有相同的亮度系数（如干燥的草地和 收割后的田地：0.10）。 色调是航片判读的重要标志之一， 但不能仅仅依靠色调区别地物。
（感光材质）
普通黑白摄影（以可见光为主、用途广易买到） 黑白红外摄影（部分可见光与近红外、空间分辨高） 彩色摄影 （以可见光为主、信息量丰富） 彩色红外摄影（部分可见光和近红外、地物色调变化） 多光谱摄影 （红、绿、蓝和近红外的黑白片、合成）
航空像片的基本参量：
我国常用：18cm×18cm、 23cm×23cm 、 30cm×30cm。 框标：四边中部的黑色箭头，连线交点为像主点； 时标：拍摄时刻；水准器：摄影时倾斜情况； 压平线：摄影时因未压平产生的影像变形。 像片编号：航射区的位置、时间、本片编号等。
每颗卫星每天至少可对地观测2次，因此两颗卫星可以 进行4次以上观测。主要传感器有两个：AVHRR/2（改进 型高分辨率辐射计），TOVS（泰罗斯垂直分布探测仪）。 前者是以观测云的分布、海域温度分布为主要目的，后者 主要用于测量大气中气温及温度的垂直分布。 4、其他卫星 静止气象卫星、中巴卫星、印度遥感卫星IRSS、日本 地球资源卫星（JERS-1），加拿大的Radarsat卫星等等。 20世纪90年代末以来，一些商业对地观测小卫星发射， 空间分辨率得以大幅度提高，如美国Earth-watch公司的 Quick Bird空间分辨率达0.6m，Spectral Imaging公司的 IKONOS，空间分辨率为1m。
1、BSQ（band sequential）各波段的二维图像 数据按波段顺序排列。 2、BIL（band interleaved by line）每一行中代 表一个波段，按光谱值进行排列，然后按波段顺序排 列，最后对各行进行重复。 3、BIP（band interleaved by pixel）每一行中 每个像元按光谱波段进行排列，然后对该行的全部像 元进行此波段排列，最后对各行进行重复。 以往曾使用多格式存储，1982年后逐渐形成世界 标准格式（LTWG）。遥感中常用的是“观测时刻” 这个参数。
h1
★因地形起伏和像面倾斜引起的像点位移：
1、水平像片的比例尺因地形起伏的影响而有变化， 这是因为航空像片是地面的中心投影造成的。
a a0 A ha
o
b
b0
f H
O A0′ A0 B0′
B0 hb B
aa0/ao=ha/H; bb0/bo=hb/H. 与前面一致，这 也是由于地形起伏引 起的像点位移。
当投影面倾斜时， 像片各部分的比例尺 是不一样的。地面上 AO=BO，但在倾斜 的投影面上，ao≠bo。
A
O
B
3、地形起伏：地形起伏越大，航片投影差越大。
c da b e f
f
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A C D
B h2 E F
cd/CD=f/H0； ab/AB=f/(H0-H2); ef/EF=f/(H0+H1). 说明位于不同高 度的线段，比例尺是 不同的，只有位于同 一水平面上的线段才 有同一比例尺。
航空像片的立体观察与量测：（自学内容）
航天遥感
航天遥感是主要以卫星等宇航器作为工作平 台装载传感器拍摄目标地物的遥感成像方式。 与卫星遥感数据有关的几个概念：数字图像 和模拟图像；图像数字化；采样和量化；像素 （像元）；量化位数；灰度级数。 灰度图像与彩色图像及其灰度级数。彩色图 像的分类。
遥感图像的数据格式：
1、比例尺公式：
S1 f P1 o1 b1
1/M=f/H
（f:焦距, H:航高）
S2
P2 f o2 b2 H2
H1
航空像片的比例 尺取决于航高（物距） 和焦距（像距）的几 何关系。焦距固定后， 像片比例尺随航高变 化，航高越高，比例 尺越小。
A
O
B
2、投影面倾斜：像片的各个部分比例尺不相同。
P b o a
航片数据
SPOT数据
TM(432)数据
快鸟数据
中心投影成像示意：
c c b a P S b f b‘ a P
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每一物点在像面成的像，可以看做中心光线与底片的交点， 这样在底片上构成（负片）。航片（正片）的位置，等于以投影 中心为圆心，以焦距f为半径，将P旋转至P′，即为正像的位置。 （点→点，线→ 线）
中心投影几何特征：
地物的光谱反射率：
不同地物对入射太阳光的反射能力不同，而且对于不同 波长的反射能力也不相同。反映在黑白航片上，白色常为白 色，黑色常为黑色，其他颜色则呈深浅不同的灰色。在彩色 航片上表现为色别、明度、饱和度的不同。
航空像片的几何特性：
航空像片属于中心投影。中心投影是指空间上任意直线 通过一固定点（投影中心）投射到平面（投影平面）上而形 成的透视关系。
景数据相当于地面185km×185km的面积。目前已免费发 布。是利用最为广泛的卫星数据。
2、SPOT卫星 SPOT是法国于1986年2月发射的高性能地球观测卫 星，它搭载两台高分辨率传感器HRV，具有斜视进行立体 观测等优点。1990年发射2号卫星，1993年发射3号卫星， 4号于1998年发射，2002年发射5号卫星。空间分辨率多光 谱波段为10m×10m，全色波段为5m×5m和2.5m×2.5 m。轨道参数：飞行高度830m，回归天数26天，但因斜视 观测，实质上可以4-5天进行重复观测。HRV数据一景在垂 直观测时为60km×60km，倾斜观测时的横向最大可达 81km。可用于高程测量，1：5万地形图制作，判读土地利 用类型等等。
4、辐射分辨率：指传感器区分两种辐射强度差 异的能力，表现为灰度级的数目。如MSS分为64个灰 度级，TM为256个灰度级。辐射分辨率越高，表达景 物的层次能力越强。
遥感卫星种类及其数据格式： 1、Landsat卫星 美国1972年第1次发射的地球陆地资源卫星。目 前已有1到7号，但6号卫星发生故障陨落。轨道参数： 4、5、6飞行高度705km，16天对地球观测一遍，7号 卫星飞行高度905km，星载ETM+传感器，第8波段分 辨率15m。MSS（多光谱扫描仪）、4号星后载有TM （专题扫描仪），除6波段外空间分辨率都是30m。一
第六讲 航空与航天遥感
上次课回顾：
遥感与“波” “波”的共同性和差异性 地物反射度量和黑体辐射 地物的反射光谱和特征
★大气对太阳辐射的影响及大气窗口
引言：
遥感优势： 感测范围大、综合宏观； 信息量大，手段多、技术先进； 获取信息快，更新周期短。 遥感分类（按平台）； 近地面遥感、航空遥感、航天遥感 目前以航空和航天遥感为主
wk.baidu.com
总结可知： 地形起伏引起的像点位移规律为： ① 投影差大小和像点与像主点的距离成正比，即 距像主点越远，位移越大。像主点是唯一不因高差引 起投影差的点； ② 投影差与高差成正比，高差越大，投影差越大。 当高差为正时，影像离开中心点向外移动，反之向内 移动； ③ 投影差与航高成反比，即航高越高，投影差越 小。
2、若航空摄影时，像面未能保持水平，则将因投影 面倾斜，造成像片上影响的位置发生变化。
S a f f hc o O0 c θ θo rc P
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a0 P0
A
叠合图中两向径 ca和ca0共线，只是因 像片倾斜导致两向径 的长度不相等，两向 径只差为像片倾斜引 起的像点位移。 像点位移表现为 水平地面上任意正方 形在像片上均为四边 形，反之不一定为正 方形。
航片比例尺的测定：
1、平坦地区：在平坦地区，当像片倾角小于 1度时，由于地形和像片倾角引起的误差很小，像 片上各处比例尺的变化很小，可用像片的平均比 例尺作为航片的比例尺。 1/M=1/2(d1/D1+d2/D2) 2、丘陵地区：丘陵地区由于地形起伏引起投 影误差，使像片各处的比例尺不一致，所以应按 照测站点求各点的平均比例尺。 1/Mi =1/2(d1/D1+d2/D2)
★遥感数据的评价标准：
1、空间分辨率：指每个像元在地面上相应的范 围，也称作地面分辨率。理论上与实际中有所不同。 低空间分辨率图像的意义：概括能力强、适宜于大区 域的研究；空间分辨率是相对于目视的，其高低对于 定量反演意义不大。 2、光谱分辨率：指传感器所用的波段的数目、 波段中心波长和波段的宽度。可分为多光谱遥感和高 光谱遥感。高光谱遥感数据的每一个像元都对应着一 条连续的光谱曲线，使得精细光谱分析和地物参数定 量反演成为可能。 3、时间分辨率: 指对同一地区的遥感影像重复覆 盖的频率。意义在于：及时更新数据库进行动态监测， 辅助单一图像提高解译能力。
航空遥感
航空遥感是主要以飞机等飞行器作为工作平 台装载航空摄影成像系统从空中拍摄目标地物的 遥感成像方式。（也称航空摄影）
航空摄影的分类：
（像片倾角 3°）垂直摄影和倾斜摄影； （摄影的方式） 单片摄影、航线摄影和连 续摄影（面积摄影） 航向重叠：53~60%；旁向 重叠：15~30%。与纬线平 行飞行，60~120km。
框标 编号 压平线 框标 编号 水准器 时标
水准器
时标
航片的物理特性：
航片上物体的色调，主要取决与它对入射光线的反 射率。反射率越大，地物在像片上的色调越浅。而反射 率可用亮度系数来表征： P=B/B0 式中：B为物体表面亮度；B0为绝对白体的亮度。
通过阅读“不同地物的亮度系数”（P139），可以归纳 出以下几点： 1、不同物体的亮度系数变化范围很大（如雪：0.91.0，针叶林：0.04）； 2、相同物体因干湿等因素，亮度系数也不同（如干燥 的公路0.32，潮湿的公路：0.11）； 3、亮度系数与颜色有关（如黑和色，深和浅）； 4、亮度系数与粗糙程度有关（决定反射能力）； 5、不同物体可具有相同的亮度系数（如干燥的草地和 收割后的田地：0.10）。 色调是航片判读的重要标志之一， 但不能仅仅依靠色调区别地物。
（感光材质）
普通黑白摄影（以可见光为主、用途广易买到） 黑白红外摄影（部分可见光与近红外、空间分辨高） 彩色摄影 （以可见光为主、信息量丰富） 彩色红外摄影（部分可见光和近红外、地物色调变化） 多光谱摄影 （红、绿、蓝和近红外的黑白片、合成）
航空像片的基本参量：
我国常用：18cm×18cm、 23cm×23cm 、 30cm×30cm。 框标：四边中部的黑色箭头，连线交点为像主点； 时标：拍摄时刻；水准器：摄影时倾斜情况； 压平线：摄影时因未压平产生的影像变形。 像片编号：航射区的位置、时间、本片编号等。