第四章遥感图象判读.docx
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第四章遥感图象判读
第四章遥感图象判读
二、航空象片判读的效果
航空象片判读的效果：
一方面取决于航空象片的质量,再一方面决定于判读人员的专业水平和判读经验及辅助设施的应用。
另外，除了人类的生理特点影响遥感图像解译外，人类心理特点在遥感图像解译中也存在着一定的影响，这些特点包括：
（1）遥感图像解译过程中,在同一时刻中只有一种地物是目标地物，图像的其余部分则是作为目标地物的背景出现，此时人类注意力集中在目标地物上。
（2）目标地物识别时，目视者过去的经验与知识结构对目标物体的确认具有导向作用。
因此，遥感图像上同一个目标地物，不同的解译者可能会得出不同的结论。
（3）心理惯性对目标地物的识别具有一定影响。
在观察目标地物的图形结构时，空间分布比较接近的物体，图形要素容易构成一个整体。
（4）观察的时效性。
实验证明，遥感图像辨识需要一段时间,这期间内,目视者先区分目标地物和背景,然后辨认目标的细节,最后构成一个完整的图像知觉,为了正确地辨认图像中的目标地物,需要一个最低限度的时间才能够完成。
§2遥感信息判读流程
一、信息搜集：
要搜集全部有关的信息，包括物质信息和能量信息，也包括目标的信息和与其有关的主要环境要素的信息，即要占有全部资料。
（物质信息--表征物体成分、结构、形状、大小的空间特征，时间分布以及与环境因素相关的状态的信息；能量信息--表征物体能量流的成分、结构及时空状态的信息。
）
二、信息处理：
既要重视能量信息的校正、增强、提取及复合，又要重视物质信息的模型化研究。
三、信息判读：
以能量信息分析为基础，物质信息的地学分析为重要手段，两者紧密结合。
四、信息反馈：
既要重视系统反馈的研究，又要重视应用反馈的研究。
（系统反馈主要检验信息搜集、处理、解译及地学模型的正确性；应用反馈主要检验整个系统的功能。
）
二、目视解译基本程序与步骤
一般认为，遥感图像判读分为五个阶段：
（1）目视解译准备工作阶段
遥感图像反映的是地球表层信息，由于地理环境的综合性和区域性特点，以及受大气吸收与散射影响等，遥感影像有时存在同质异谱或异质同谱现象，使得遥感图像目视解译存在着一定的不确定性和多解性。
为了提高目视解译质量，需要认真做好目视解译前的准备工作。
一般说来，准备工作包括以下方面：
明确解译任务与要求、搜集与分析有关资料、选择合适波段与恰当时相的遥感影像。
（2）初步解译与判读区的野外考察
初步解译的主要任务是掌握解译区域特点，确立典型解译样区，建立目视解译标志，探索解译方法，为全面解译奠定基础。
（3）室内详细判读
初步解译与判读区的野外考察，奠定了室内判读的基础。
建立遥感影像判读标志后，这就可以在室内进行详细判读了。
（4）野外验证与补判
室内目视判读的初步结果，需要进行野外验证，以检验目视判读的质量和解译精度。
对于详细判读中出现的疑难点、难以判读地方则需要在野外验证过程中补充判读。
（5）目视解译成果的转绘与制图
遥感图像目视判读成果，一般以专题图或遥感影像图的形式表现出来。
将遥感图像目视判读成果转绘成专题图，可以采用两种方法：
一种是手工转绘成图，另一种是在精确几何基础的地理地图上采用转绘仪进行转绘成图。
完成专题图的转绘后，再绘制专题图图框、图例和比例尺等，对专题图进行整饰加工，形成可供出版的专题图。
§4航空像片的信息提取
六、航空像片的立体观察
立体观察的原理：
什么是立体观察：
用肉眼或借助光学仪器（立体镜），对有一定重叠率的像对进行观察，可以获得地物和地形的光学立体模型，称为像片的立体观察。
眼睛观察立体的原理：
（1）眼睛的结构：
相当于一架能自动调节焦距和光圈的摄像机。
（2）立体的形成：
取决于双眼观察。
遥感图像判读
“判读”（interpretation）是对遥感图像上的各种特征进行分析、比较、推理和判断，最后提取出你所感兴趣的信息。
传统的方法是采用目视判读，是一种人工提取信息的方法、使用眼睛目视观察。
借助一些光学仪器或在计算机显示屏幕上，凭借丰富的经验、扎实的专业知识和手头的相关资料，通过人脑的分析、推理和判断，提取有用的信息。
第十章将讲述的计算机信息提取，是利用计算机通过一定的数字方法（如统计学、图形学、模糊数学等）。
目前目视判读仍在大量使用，第九章将介绍目视判读的原理、方法和步骤。
遥感影像的特征
１、绝大部分为大中比例尺像片,各种人造地物的形状特征与图型结构清晰可辨；
２、绝大部分采用中心投影，可以看到地物的顶部轮廓。
3、视域广阔，监测范围大
9.1目视判读原理
一、一般概念与图像判读过程
定义：
遥感图像是探测目标地物综合信息的最直观、最丰富的载体，人们运用丰富的专业背景知识，通过肉眼观察，经过综合分析、逻辑推理、验证检查把这些信息提取和解析出来的过程叫目视判读。
四、判读工具设备
反光立体镜，各类地物判读典型象对，实习用象对，放大镜、特种红铅笔、聚脂薄膜片，透明胶纸。
五、立体观察
单张像片只能研究物体的平面位置，立体像对可构成立体模型来解求地面物体的空间位置。
目标地物体识别特征
1、色：
指目标地物在遥感影像上的颜色，包括色调、颜色和阴影。
P.S:
在黑白像片上，据地物间色调的相对差异区分地物。
在彩色像片上据地物不同颜色的差异或色彩深浅的差异来识别地物。
通常在黑白影像中，一般建筑物为灰白色，而草地与森林颜色较深。
在假彩色影像中，草、树和庄稼地区为红色，水是灰色和蓝色的，城市是蓝灰色的。
3、位：
指目标地物在遥感影像上的空间位置，包括目标地物分布的空间位置、相关布局等。
三、目视判读标志
定义：
遥感影像上那些能够作为分析、判断景观地物的影像特征称判读标志或解译标志。
（二）直接解译标志
直接解译标志是判读目标自身特点在影像上的直接表现形式，概括说来，目标地物特征一般包括“色、形、位”三大类：
1.色：
色调、阴影、颜色；
2.形；形状、大小、图案、纹理或质地；
3.位：
位置、布局。
（一）间接解译标志
由于遥感技术的局限性，许多问题不能直接从目视判读直接获得答案，都需从其它相关事物间之间的联系，通过逻辑推理获得判断，这一过程叫间接解译，所采用的依据称间接解译标志。
例如石油天然气勘探、环境质量评价、城市人口等的遥感分析
✓间接标志灵活、变化、难有规律可循。
建立间接标志需要丰富的知识背景和严密的逻辑推理，有时需要建立模型，是一种综合分析、相关分析的方法。
✓不同专业判读有不同的间接标志。
✓进行地质构造分析，可以把水系形态、地貌类型作为间接标志；
✓城市人口判读，将建筑物密度、楼层数、商业网点作为间接标志；
三、目视判读的标志
航空象片上，不同地物有其不同的影象特征，这些影象特征是判读时识别各种物体的依据，称之为判读标志。
1形状（shape）：
是目视判读最直观的标志。
目标地物的形状在不同空间分辨率的扫描图像上表现特点不同。
在中低分辨率扫描影像上，地物的形状特征是经过自然综合概括的外部轮廓，它忽略了地物外形的细节，突出表现了目标物体宏观几何形状特征，如山脉的走向，水系的形态特征等。
在中高分辨率扫描影像上，可以看到地物的较为详细的形状特征。
但线状地物（如道路和河流）的宽度经常被夸大。
在高分辨率扫描影像上，可以看到地物具有的形态特征的更多细节，如飞机场内的飞机与停机坪等。
2大小（size）：
同一地物在不同空间分辨率的扫描图像上表现出尺寸大小不同。
在低空间分辨率的扫描图像上该地物尺寸小，在高空间分辨率的扫描图像上该地物尺寸大。
图像判读中，必须结合图像的空间分辨率（或比例尺）来认识地物大小。
3阴影（shadow）：
在多光谱图像中，阴影是电磁波被地物遮挡后在该地物背光面形成的黑色调区域。
在扫描影像中陡峭的山峰背面往往形成阴影，阴影的出现给山区的扫描影像增加了立体感，同时也造成阴影覆盖区地物信息的丢失。
4组合图案：
当地物较小或象片比例尺较小时，在象片上往往不能看出某个地物的影象，但这些细小的地物影象可以构成一种组合图案，表现为一定的纹理结构，以某种规律性重复出现。
5色调与颜色：
这是扫描图像解译的基本标志。
对于中低分辨率的扫描影像来说，图像中色调与颜色更是一个重要的判读标志。
由于扫描图像多数为多光谱影像，同一地区多光谱扫描图像中的相同地物，在不同波段的图像上可能会呈现不同色调，组合可以有不同的颜色，这因为同一种地物在可见光和近红外波段上具有不同的反射率，它们在单波段扫描影像中表现为不同的色调。
判读前通过反差调整和彩色增强后，成为目视判读的重要标志。
颜色（colour）
是彩色遥感图像中目标地物识别的基本标志。
日常生活中目标地物的颜色是地物在可见光波段对入射光选择性吸收与反射在人眼中的主观感受。
遥感图像中目标地物的颜色是地物在不同波段中反射或发射电磁辐射能量差异的综合反映。
（一）影响色调变化的主要因素
1、物体本身的颜色
2、地物表面的结构
1）光滑表面；
2）无光泽表面；
3）起伏不平的表面；
3、物体本身的反光能力
4、湿度的大小
5、摄影季节的不同
•形状：
地物的轮廓在影象平面的投影。
需要根据影象比例尺和分辨率具体分析，注意畸变（雷达、航片边缘）
形状（shave）
目标地物在遥感图像上呈现的外部轮廓。
用于图像判读的图像通常多是垂直拍摄的，遥感图像上表现的目标地物形状是顶视平面图，它不同于我们日常生活中经常看到的物体形状。
大小：
地物的尺寸、面积、体积等按比例缩小的相似记录。
根据比例尺在影象上量算.
大小（size）
指遥感图像上目标物的形状、面积与体积的度量。
它是遥感图像上测量目标地物最重要的数量特征之一。
•阴影：
有利有弊，证明物体具有一定的高度；提供物体外形剖面景观；遮挡地物，增加解译难度
阴影（shadow）
是遥感图像上光束被地物遮挡而产生的地物的影子；根据阴影形状、大小可判读物体的性质或高度，阴影的长度、方向和形状受到光照射角度、光照射方向和地形起伏等影响，山脉等阴影笼罩下的树木及建筑物往往会使目标模糊不清，甚至丢失。
本影和落影
本影是地物未被阳光直接照射到的部分在像片上的构像，本影有助于地物获得立体感，如汽车的背光部分或低太阳角下的建筑物。
落影是阳光直按照射物体时，物体投在地面上的影子在像片上的构像，如高架桥投在地面上的阴影。
落影可以显示出物体的侧面形状。
纹理：
遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构。
即地物影像轮廓内的色调变化的空间布局和频率。
如点状、粒状、线状、斑状等；粗糙、平滑
纹理（texture）
也叫内部结构，指遥感图像中目标地物内部色调有规则变化造成的影像结构。
如航空像片上农田呈现的条带状纹理。
图型（Pattern）
目标地物有规律的排列而成的图形结构。
例如住宅区建筑群在图像上呈现的图型，农田与周边的防护林构成的图型，以这种图型为线索可以容易地判别出目标物。
•图型：
目标地物有规律的排列而成的图形结构。
•布局：
物体间的空间配置。
物体间一定的位置关系和排列方式，形成了很多天然和人工目标特点。
•位置：
地物分布的地点。
地理位置和相对位置。
位置（site）
指目标地物分布的地点。
目标地物与其周围地理环境总是存在着一定的空间联系，并受周围地理环境的一定制约。
位置是识别目标地物的基本特征之一。
9.2目视判读的方法与步骤
目视判读工作一般包括以下几个方面：
（一）遥感资料的准备：
遥感影像资料、一般背景资料；
（二）影像增强处理——判读前期准备
（三）判读分析
一、目视判读的方法
1.判断原则
（1）综合信息综合分析；
（2）多手段，多方法相结合；
（3）室内外结合、保证精度；
2.判读方法
（1）直接判定法；
（2）对比分析法；
（3）逻辑推理法；
二、遥感影像判读步骤
遥感图像目视解译的一般原则
总体观察：
从整体到局部对遥感图像进行观察；
综合分析：
应用航空和卫星图像、地形图及数理统计等综合手段,参考前人调查资料,结合地面实况调查和地学相关分析法进行图像解译标志的综合,达到去粗取精、去伪存真的目的；
对比分析：
采用不同平台、不同比例尺、不同时相、不同太阳高度角以及不同波段或不同方式组合的图像进行对比研究；
观察方法正确：
需要进行宏观观察的地方尽量采用卫星图像,需要细部观察的地方尽量采用具有细部影像的航空像片,以解决图像上“见而不识”的问题；
尊重图像的客观实际：
图像解详标志虽然具有地域性和可变性,但图像解译标志间的相关性却是存在的,因此，应依据影像特征作解译；
解译耐心认真：
不能单纯依据图像上几种解译标志草率下结论,而应该耐心认真地观察图像上各种微小变异；
重点分析：
有重要意义的地段,要抽取若干典型区进行详细的测量调查,达到“从点到面”及印证解译结果的目的。
从已知到未知、先易后难、先山区后平原、先地表后深部、先整体后局部、先宏观后微观、先图形后线形
从已知到未知是遥感图像解译必须遵循的原则。
“已知”主要指解译者自己最熟悉的环境地物,或是别人最熟悉的环境地物,如地形图及有关资料等。
所谓的未知就是图像上的影像显示,根据己印证的影像在相邻图像上举一反三,然后根据影像再在相应地面上找到新的地物,这就是从己知到未知的含义。
先易后难是指易识别的地物先确认,然后根据客观规律和影像特征不断地进行解译实践,逐渐积累解译经验,取得解译标志，克服各种解译困难的过程。
“先山区后平原,先地表后深部、先整体后局部,先宏观后微观,先图形后线形”等步骤亦属先易后难的组成部分。
例如,由于山区基岩裸露,影像清晰,而平原地区平坦,影像较为模糊,所以前者容易辨识,后者就比较困难，况且山区与平原在构造上总有这样那样的牵连,因此，一方面在解译上可以借鉴,另一方面又可用“延续性分析”不断扩展。
至于圆形构造、线形构造,在一般情况下,两者都易于发现。
§4航空像片的信息提取
二、居民地和道路的判读
城市居民地的判读特点：
房屋稠密，面积较大，建筑物排列整齐，能判读建筑物的形状、高度和周边环境。
农村居民地的判读特点：
小而分散，有农田包围，能判读居民地的外形和面积及通向居民地的道路。
道路的判读特点：
线状分布，色调较亮。
实习：
居民地和道路的判读。
三目视判读实例
（一）土地与土地利用
•土地是一个综合的概念，它是包括气候、地貌、土壤、水文、植被等自然因素在内的自然综合体，同时也包括人类活动的作用和影响。
•土地覆盖是指地球表面当前所具有的自然和人为影响所形成的覆盖物，如地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽湿地及道路等。
•土地利用是土地资源自然属性和经济特性的全面反映。
土地利用划分具有如下特点：
在自然、经济和技术条件的综合影响下，经过人类的劳动所形成的产物；在一定的空间分布上服从社会经济条件，在地域分布上不一定连成片。
热红外像片解译
热红外图像的成像原理：
记录地物发射热红外线的强度。
注意：
地物本身具有热辐射特性，热红外像片的解译与可见光以及扫描成像类型影像不同。
2.4 影响地物特征及判读的因素
遥感解译过程是复杂的，它是由许多因素所决定的。
首先，遥感图象所显示的是某一区域特定地理环境的综合体。
遥感提供的是一种综合信息。
这种“综合”表现在两个方面：
一是地理要素的综合。
它反映的是地质、地貌、水文、土壤、植被、社会生态等多种自然、人为要素的综合。
这些因于是密切相关、交织在一起，往往难以区分；
二是遥感信息本身的综合。
它可以是不同空间分辨率、不同波谱分辨率、不同时间分辨率、不同辐射分辨率遥感信息的综合。
其次，遥感数据所对应的地理环境又是一个复杂的、多要素的、多层次的、具动态结构和明显地域差异的开放巨系统。
它在时间和空间上是不断变化的，因而遥感信息中的各要素是相互关连、复杂变化的。
可以认为遥感图象解译过程是对遥感这一“综合信息”进行层层分解的过程。
这个过程是相当复杂的，它的难度可以从以下几方面加以说明
一是，地物波谱特征是复杂的，它是受多种因素控制的，本身也是因时因地在变化着。
二是，自然界存在着大量“同物异谱”与“异物同谱”现象。
同物异谱——同一种地物由于地理区位不同、环境影响因素不同等，在影象上可以表现形式不一。
异物同谱——影象上表现形式相同的未必是同一地物或现象。
三是，地物的时空属性和地学规律是错综复杂的，各要素、各类别之间的关系是多种类型的。
有的具明显的规律性，如地带性规律、植物季节变化规律等；有的具随机性、不确定性，如自然灾害的随机性、突发性等；有的具有模糊性，存在过渡渐变关系，如自然地带、草场类型的变化均呈过渡渐变关系，且过渡带随季节变动而移动．
为了提高解译结果的正确性、可靠性，必须介入辅助数据、地学知识，进行遥感与地学综合分析．两者结合不但可扩大地学本身的视野，促进地学的数量化发展，而且可改善遥感解译、分析精度，因而被广泛应用。
3. 图象量测（Measurement）
图象量测指在已知图象比例尺的基础上，应用图象的几何关系，借助简单工具或设备（如立体镜、求积仪、解析测图仪等）。
测量和计算目标物的大小、长度、相对高度等以获得精确的距离、高度、面积、体积、形状、位置等信息。
这方面的发展已派生出一门独立的学科——摄影测量学。
它的基本原理不仅己从摄影像片延伸到对各类遥感图象的相应量测，而且量测工作从二维延伸到三维立体及仿真模型的量测。
1）特定地物及状态的提取。
如通过线性、环形构造及构造统计图，分析区域的构造格局、构造应力场；通过矿化蚀变带的提取，指导找矿；通过考古遗迹、古岸线痕迹的提取，研究古地理环境及其变化；通过火点、火线、林火范围，洪水淹没区等灾害状态的识别，了解灾情及研究对策等。
2）物理量的提取。
如通过立体象对测得的高程数据，派生出坡度、坡向、相对高差、地表粗糙度等一系列地形因子；通过对可见光一近红外波段图象光密度值的测量，推算目标的相对反射率；通过对热红外图象测量的辐射值，推算目标的表面温度、湿度等。
3）特定指标提取。
即根据量测、估算的亮度、辐射值，通过数值的各种运算提取有特征意义的指数如植被指数、泥沙流混浊指数、亮度指数、土地覆盖指数、沙化指数、温度指数、湿度指数等。
4）变化检测：
从多时相遇感信息中检测目标的变化。
如土地覆盖变化、，海岸河口变化、河道变迁、城市发展、环境变化等。
一遥感图像的判读及其方法
遥感图像判读的原则
1.总体观察、综合分析：
对图像整体、局部进行细致观察，结合各种资料进行初步分析；
2.尊重客观实际；
3.先易后难、从已知到未知。
一般来说，当选定时间、波段、位置、成像方式后，成像过程获得的影像像元与地面对应的单位面积一一对应。
但是，由于解译过程中存在着同物异谱、同谱异物现象，因此解译结果不是唯一的。
为了获得唯一的解，首先要弄清影像的性质，其次是摄影比例尺、地域、季节和成像前三天的天气状况。
1）目视解译遥感图像要注意地物影像信息特征
（1）地物影像信息随空间分布的变化规律
地物影像信息具有一定的地理坐标位置，受地带性与非地带性因素的影响。
（2）地物影像信息随时间的变化规律
同一地物不同季节的影像是不同的。
水文、植被和土壤含水量等随季节的变化，都有不同的影像信息特征。
例如冬季淡水湖结冰呈白色（咸水湖不结冰呈浅蓝色），平水期为深蓝色，洪水期含沙量增加呈蓝绿色。
（3）地物与地物间的相关规律
地理环境中气候、水文、植被、土壤、地貌、岩性等相互之间都是有联系的。
地物影像的时空规律与相关关系，都可通过直接或间接解译标志识别。
这些规律和关系都具有规律性、随机性、不确定性和模糊性，这是因为影响遥感图像解译效果的因素很多；解译标志随着地区的差异和自然景观的不同而变化，绝对稳定的解译标志是不存在的。
所以在遥感图像解译过程中，运用解译标志时，要从区域整体出发，正确使用客观规律和影像信息特征，既要认识解译标志的同一性，又要考虑它的可变性，努力总结研究区域的解译标志，从复杂多变中归纳出具有相对普通性和稳定性的解译标志。
还可以针对不同性质的现象选用不同的方法去处理。
2）解译的原则、步骤、程序和操作
1）目视解译的一般原则
遥感图像目视解译的原则是：
总体观察，综合分析，对比分析，观察方法正确，尊重影像的客观实际，解译图像耐心认真，有价值的地方重点分析。
（2）目视解译的步骤
图像目视解译的步骤主要是：
从已知到未知，先易后难，先山区后平原，先地表后深部．先整体后局部，先宏观后微观，先图形后线形。
（3）目视解译程序
（4）具体操作方法
①拿到卫星图像后，首先要读边框上的注记，通过它可以知道，卫星图像是哪一波段，显示的是什么自然环境，有无植被、水和其它因素的干扰，太阳高度角高低，成像季节等等。
②解译阶必须进行正立体现察，特别是基岩露头区，解译时务必使阴影朝向自己，只有这时才是正立体现察，才会获得与真实地物影像一致的正立体像，才会无误的识别出各地物自身固有的特征和特点。
③在解译时将几个波段的图像进行分析再分析，对比再对比，要做到反复分析，反复对比，不厌其烦的分析，不厌其烦的对比。
如有条件，要采用不同比例尺、不同季节、不同颜色、不同太阳高度角和不同曝光强度成像的图像进行对比。
④对于难以解译、解像力低的部位，可采用航空像片作辅助，因航空像片比例尺大，可以看到影像的细节。
也就是说，小比例尺影像特征难以区分的话，有时在大比例尺影像上则可以区分出来。
⑤对一些目视解译比较困难的部位，在有仪器的条件下，可以进行重复的彩色增强分析，调配不同的色调组合，直到清楚地显示出地物现象为止。
⑥对于规模较大或过大的宏观或超宏观构造单元，在一张或几张卫星图像也看不出其全貌时，可以用更多的卫星图像镶嵌一幅大的图像或结合起来，采取撇开细节的、远距离的，宏观或超宏观的观察方法进行解译，或用更小比例尺的镶嵌图与前者配合起来进行解译，效果最好。
⑦许多模糊的线性现象是不容易看出来的，要正对着线性现象方向、分组、定向、平移、仔细的看，才看得出来。
也就是看到部分形迹后，再向两头延伸。
⑧解译时一般用视域大的，3—6倍的手持放大镜，最好是6倍放大镜进行详细观察和分析。
⑨卫星图像解译只是为确定在哪些地方做地面工作和怎样开展地面工作做准备，目的是使地面工作做得更快更好。
不论卫星图像的解译工作多么细致、多么精密，其它方法的配合和野外验证都是必不可少的，只有通过多方面的验证才能做出最后的判断和结论。
⑩将全部解译、野外验证和其它方法取得的资料，集中转画到聚脂薄膜上，然后进行图画结构分析，如发现有不合理的现象，要进行重新解译和必要的野外验证，直到整个图面结构合理为止，也就是合乎客现实际为止。
3）目视解译方法
（1）直判法
直接通过遥感图像的解译标志，就能确定地物存在和属性的方法。
一般具有明显形状、色调特征的地物和自然现象。
（2）对比法
是指将要解译的遥感图像，与另一已知的遥感图像样片进行对照，确定地物属性的方法。
但对比必须在相同或基本相同的条件下进行。
（3）邻比法
在同一张遥感图像或相邻遥感图像上进行邻近比较，从而区分出不同地物的方法，称为邻比法。
这种方法通常只能将地物的不同类型界线区分出来，但不一定能鉴
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