遥感卫星图像处理与应用.docx
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遥感卫星图像处理与应用
遥感
基本解释
[remotesensing]通过人造地球卫星上的遥测仪器把对地球表面实施感应遥测和资源管理的监视（如树木、草地、土壤、水、矿物、农家作物、鱼类和野生动物等的资源管理）结合起来的一种新技术
详细解释
使用空间运载工具和现代化的电子、光学仪器，探测和识别远距离研究对象的技术。
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。
遥感技术主要特点
1．可获取大范围数据资料。
遥感用航摄飞机飞行高度为10km左右，陆地卫星的卫星轨道高度达910km左右，从而，可及时获取大范围的信息。
例如，一张陆地卫星图像，其覆盖面积可达3万多km2。
这种展示宏观景象的图像，对地球资源和环境分析极为重要。
2．获取信息的速度快，周期短。
由于卫星围绕地球运转，从而能及时获取所经地区的各种自然现象的最新资料，以便更新原有资料，或根据新旧资料变化进行动态监测，这是人工实地测量和航空摄影测量无法比拟的。
例如，陆地卫星4、5，每16天可覆盖地球一遍，NOAA气象卫星每天能收到两次图像。
Meteosat每30分钟获得同一地区的图像。
3．获取信息受条件限制少。
在地球上有很多地方，自然条件极为恶劣，人类难以到达，如沙漠、沼泽、高山峻岭等。
采用不受地面条件限制的遥感技术，特别是航天遥感可方便及时地获取各种宝贵资料。
4．获取信息的手段多，信息量大。
根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。
例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。
利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。
例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。
遥感技术所获取信息量极大，其处理手段是人力难以胜任的。
例如Landsat卫星的TM图像，一幅覆盖185km×185km地面面积，象元空间分辨率为30m，象元光谱分辨率为28位的图，其数据量约为6000×6000=36Mb。
若将6个波段全部送入计算机，其数据量为：
36Mb×6=216Mb
广泛的应用
为了提高对这样庞大数据的处理速度，遥感数字图像技术随之得以迅速发展。
目前，遥感技术已广泛应用于农业、林业、地质、海洋、气象、水文、军事、环保等领域。
在未来的十年中，预计遥感技术将步入一个能快速，及时提供多种对地观测数据的新阶段。
遥感图像的空间分辨率，光谱分辨率和时间分辨率都会有极大的提高。
其应用领域随着空间技术发展，尤其是地理信息系统和全球定位系统技术的发展及相互渗透，将会越来越广泛。
遥感（RemoteSensing），从广义上说是泛指从远处探测、感知物体或事物的技术。
即不直接接触物体本身，从远处通过仪器（传感器）探测和接收来自目标物体的信息（如电场、磁场、电磁波、地震波等信息），经过信息的传输及其处理分析，识别物体的属性及其分布等特征的技术。
通常遥感是指空对地的遥感，即从远离地面的不同工作平台上（如高塔、气球、飞机、火箭、人造地球卫星、宇宙飞船、航天飞机等）通过传感器，对地球表面的电磁波（辐射）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。
当前遥感形成了一个从地面到空中，乃至空间，从信息数据收集、处理到判读分析和应用，对全球进行探测和监测的多层次、多视角、多领域的观测体系，成为获取地球资源与环境信息的重要手段。
遥感在地理学中的应用，进一步推动和促进了地理学的研究和发展，使地理学进入到一个新的发展阶段。
遥感信息应用是遥感的最终目的。
遥感应用则应根据专业目标的需要，选择适宜的遥感信息及其工作方法进行，以取得较好的社会效益和经济效益。
遥感技术系统是个完整的统一体。
它是建筑在空间技术、电子技术、计算机技术以及生物学、地学等现代科学技术的基础上的，是完成遥感过程的有力技术保证。
遥感的原理与实践
概况
以上海市第三轮航空遥感调查为例
在人类即将告别20世纪，并迈步跨入21世纪之际，上海市人民政府要求:
对20世纪末的上海城市发展状况，作一次全面的航空遥感调查，这是继1988年和1994年前两轮航空遥感调查之后的上海市第三轮航空遥感调查。
本次航空遥感调查的目的是：
运用现代信息技术手段，将20世纪末的上海城市发展状况，以数字化的形式真实、详细地记录下来，建立相应的遥感影像资料数据库，并对这些数据充分加以分析和利用，以便为未来的上海城市发展提供信息服务和决策参考。
（一）基本概念
遥感一词来源于英语“RemoteSensing”，其直译为“遥远的感知”，时间长了人们将它简译为遥感。
遥感是20世纪60年代发展起来的一门对地观测综合性技术。
自20世纪80年代以来，遥感技术得到了长足的发展，遥感技术的应用也日趋广泛。
随着遥感技术的不断进步和遥感技术应用的不断深入，未来的遥感技术将在我国国民经济建设中发挥越来越重要的作用。
关于遥感的科学含义通常有广义和狭义两种解释:
广义的解释:
一切与目标物不接触的远距离探测。
狭义的解释:
运用现代光学、电子学探测仪器，不与目标物相接触，从远距离把目标物的电磁波特性记录下来，通过分析、解译揭示出目标物本身的特征、性质及其变化规律。
（二）系统的组成
遥感是一门对地观测综合性技术，它的实现既需要一整套的技术装备，又需要多种学科的参与和配合，因此实施遥感是一项复杂的系统工程。
根据遥感的定义，遥感系统主要由以下四大部分组成：
1、信息源信息源是遥感需要对其进行探测的目标物。
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、信息获取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。
（三）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:
γ-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0°k=-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不同。
各种物体对入射光反射的规律叫做物体的反射光谱。
（四）遥感的分类
为了便于专业人员研究和应用遥感技术，人们从不同的角度对遥感作如下分类:
1、按搭载传感器的遥感平台分类根据遥感探测所采用的遥感平台不同可以将遥感分类为:
地面遥感，即把传感器设置在地面平台上，如车载、船载、手提、固定或活动高架平台等；航空遥感，即把传感器设置在航空器上，如气球、航模、飞机及其它航空器等;航天遥感，即把传感器设置在航天器上，如人造卫星、宇宙飞船、空间实验室等。
2、按遥感探测的工作方式分类根据遥感探测的工作方式不同可以将遥感分类为:
主动式遥感，即由传感器主动地向被探测的目标物发射一定波长的电磁波，然后接受并记录从目标物反射回来的电磁波;被动式遥感，即传感器不向被探测的目标物发射电磁波，而是直接接受并记录目标物反射太阳辐射或目标物自身发射的电磁波。
3、按遥感探测的工作波段分类根据遥感探测的工作波段不同可以将遥感分类为:
紫外遥感，其探测波段在0.3～0.38um之间;可见光，其探测波段在0.38～0.76um之间;红外遥感，其探测波段在0.76～14um之间;微波遥感，其探测波段在1mm～1m之间;多光谱遥感，其探测波段在可见光与红外波段范围之内，但又将这一?
（五）遥感技术的特点
遥感作为一门对地观测综合性技术，它的出现和发展既是人们认识和探索自然界的客观需要，更有其它技术手段与之无法比拟的特点。
遥感技术的特点归结起来主要有以下三个方面:
1、探测范围广、采集数据快遥感探测能在较短的时间内，从空中乃至宇宙空间对大范围地区进行对地观测，并从中获取有价值的遥感数据。
这些数据拓展了人们的视觉空间，为宏观地掌握地面事物的现状情况创造了极为有利的条件，同时也为宏观地研究自然现象和规律提供了宝贵的第一手资料。
这种先进的技术手段与传统的手工作业相比是不可替代的。
2、能动态反映地面事物的变化遥感探测能周期性、重复地对同一地区进行对地观测，这有助于人们通过所获取的遥感数据，发现并动态地跟踪地球上许多事物的变化。
同时，研究自然界的变化规律。
尤其是在监视天气状况、自然灾害、环境污染甚至军事目标等方面，遥感的运用就显得格外重要。
3、获取的数据具有综合性遥感探测所获取的是同一时段、覆盖大范围地区的遥感数据，这些数据综合地展现了地球上许多自然与人文现象，宏观地反映了地球上各种事物的形态与分布，真实地体现了地质、地貌、土壤、植被、水文、人工构筑物等地物的特征，全面地揭示了地理事物之间的关联性。
并且这些数据在时间上具有相同的现势性。
遥感的类型
遥感技术的类型往往从三个方面对其进行划分：
根据工作平台层面区分：
近地遥感、航空遥感（气球、飞机）、航天遥感（人造卫星、飞船）
根据工作波段层面区分：
紫外遥感、可见光遥感、红外遥感、微波遥感、多谱段遥感
根据传感器类型层面区分：
主动遥感（微波雷达）、被动遥感（航空航天、卫星）
根据应用领域区分：
环境遥感、大气遥感、资源遥感、海洋遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感
遥感卫星图像处理与应用
遥感影像处理是对数字影像数据进行一系列工序处理后得到的，包括倾斜和投影差改正、影像镶嵌、图幅切割、图廓整饰等。
该产品同时具有地形图特征和影像特征，信息较为丰富，可作为GIS的数据应用到各个领域。
博乐图地理公司使用ERDAS、ERMapper、Globalmapper（卫星影像处理大师）和ENVI等处理软件可对各种影像数据进行加工，包括QuickBird、IKONOS、SPOT、LandsatTM和航片等。
而且可以提取各特征信息进行深度解译，将矢量地图与影像进行叠加，为用户提供方便的服务。
欢迎访问公司网站,在此网站上能找到你所需要的内容。
卫星数据接收
卫星数据接收的过程是：
在卫星过境前，根据卫星轨道预报的参数和数据接收计划，设定天线控制跟踪指令。
接收系统按照预设的时间启动，捕捉遥感卫星数据下传的信号，系统要捕获的目标DownLink数据（原始数据）；下行数据信号再通过数据通道开关（DPS），由专用的数据记录系统记录，存档。
这样就完成了数据的接收获取任务。
卫星数据接收系统是卫星数据资源信息化的基础。
目前，国内外遥感数据的存储格式有很多，因此卫星数据接收系统必须同时具备以下功能：
一是格式的开放性，能兼容各种存储格式；二是数据接收的实时性。
我们的解决方案是一个开放性架构，支持多种卫星存储格式，可以衔接多种常用的数据格式。
海量卫星数据的多级存储
卫星资源数据信息通过自动接收、信息化处理后，其数据和信息量将是海量的，以前的存储体系主要依赖于分布式存储系统，其缺点是各种数据库都需要以字段编码的形式按一定的表结构有效地组织起来，形成卫星资源信息数据库，处理时间长。
据相关调查和经验数据表明，存储的数据有20％是用户需要经常读取的，而有80％的数据是不太经常需要，甚至不读取的。
为此亚细亚智业提供先进的多级存储技术，将并不重要或很少被访问的数据迁移到较便宜的二级或三级存储介质设备上。
亚细亚智业利用“MarsStoreagePlatform”为用户构建一个海量数据的归档存储平台，支持海量卫星遥感数据存储所需要的数据在线、近线、以及离线等存储形式相结合的多级存储体系，完成卫星数据从在线到近线、近线到离线的归档以及恢复。
将高可用的磁盘阵列作为卫星资源数据的在线存储设备，用户可以自行设定存储策略，让数据自动在磁盘阵列、磁带库、磁带架等设备中进行存储归档，通过存储策略的设定，系统会把符合归档策略的卫星资源数据保存到下一级存储设备中，当用户调用时，数据会自动从下一级存储设备中恢复到在线盘阵中，供用户使用。
基于“MarsStoreagePlatform”存储平台，可以为用户定制开发最符合需要的卫星资料海量存储系统。
SAN构架数据共享
卫星遥感数据分析、应用有不同的标准，并有相应的数据格式。
相关的数据分析软件也各不相同，这些分析软件需要的硬件环境、操作系统、数据库也不一样，相应的应用软件也不一样。
这些分析软件、应用软件、不同格式的原始数据都是对磁盘设备中的数据进行处理，同时卫星数据量非常大，这些软件需要高速的得到相关的数据，这就要求数据处理速度快，如果没有SAN环境下的磁盘共享软件，SAN架构中的主机虽然可以访问统一磁盘设备，但必须为每一个主机划分独立的卷，不同主机间不能通过SAN进行数据交换。
亚细亚智业提供一个跨平台的SAN文件系统解决海量数据的高速文件级共享。
这种文件系统是可真正实现SAN架构的开放性，使网络中的不同设备访问到统一的磁盘系统。
可以有效地同时支持SUNSolaris、SGIIRIX、WindowsNT/2000和Linux等操作系统，让使用这些异种平台的工作人员都可以享受高速协同工作的好处。
我们的数据共享机制是真正的无服务器文件共享系统，从根本上保证了系统的可扩展性、灵活性和高效性。
所有共享磁盘中的数据都可以被各种主机直接访问，完全不需要专用的存储服务器。
这种体系结构意味着，在高性能交换式SAN环境中，可以随意、快速、方便地添加新的SAN主机和存储设备，而不必担心由传统存储服务器模式带来的性能瓶颈问题，同时也消除了管理服务器的负担。
卫星数据分析处理
卫星数据的分析与处理通常要经历一下几个步骤：
流数据的帧格式化同步生成帧数据、图像数据的分景信息的生成、图像数据的几何校正和辐射校正，图像数据的精加工和制图等。
经过不同级别处理的数据会生成不同等级的数据产品：
0级数据，1级数据，2级数据。
经过处理过的各级数据就可以用于农业估产，防汛，探矿，城市规划，环境状况估测等。
考虑到各领域卫星数据分析处理的差异，我们采用插件的方法，博采众长，充分发挥各领域专业卫星数据分析软件的优势。
插件方式的使用，用户可以根据自己的需要进行应用领域功能的扩充，来完成某种特定的应用。
在系统功能需要扩充或业务需要作适用应调整时，只需修改（或新增）相应的插件，无需变动整个系统架构，极大地提高了系统的维护性与扩展性。
卫星数据管理
对于卫星数据的复杂性，关联性，我们提供了非常丰富和完善的卫星遥感数据查询与管理策略，包括支持特有的对象式存储方式，可以将相关联的多个景的遥感数据归为一个存储对象归档到同一数据磁带上。
同时可以对访问频率、容量、对象完整性、对象分类等进行完善的管理，用户可以根据需要自行搭配这些策略元素，组合出自己的各种对象管理策略，这些策略元素还可以自由的添加，以便最大限度的满足用户对数据对象归档与恢复的需要。
支持对数据存储策略设定；提供完善的卫星数据检索查询，可以按轨道/时间等特征信息查询到相应的卫星数据资料；并有严格的用户权限设置，确保用户只能从事与其身份相符的操作；系统有自动的操作日志记录；并提供检测报警功能，可以对系统的工作状态进行检测，在设备或网络异常的情况下，自动进行报警。
SPOT卫星数据处理级别
SPOT卫星数据1A级产品
•探测器均衡化
•未做任何几何校正
•图像定位精度
SPOT1，2，4：
350米
SPOT5：
50米
•1A级在最大程度上保留了卫星原图像的所有信息
•提供所有星历参数做正射纠正
•正射纠正必须从1A级开始
SPOT卫星数据1B级产品
•在1A级基础上进行了部分几何纠正,消除了如卫星姿态、全景变形、地球曲率及自转带来的几何误差
•图像定位精度：
SPOT1，2，4：
350米
SPOT5：
50米
•如需做正射纠正，则可将1B级产品复原至1A级
•由于在SPOT5上装有地球自转补偿装置，此级别数据与1A级数据的几何差异不及其他SPOT卫星数据大
SPOT卫星数据2A级产品
•初级制图产品,在1B级基础上加标准地图投影
•图像定位精度与1A及1B级相同,但只要加入控制点，精度会显著提供
•2A级产品只能用多项式方法做几何纠正
•2A级产品不能做正射纠正
SPOT卫星数据2B级产品
•在2A基础上加入大地控制点，定位精度
SPOT1，2，4，5：
提高到10－30米
•大地控制点来源于地图，GPS等
•地理编码产品SPOTView,SPOTMap系列可做GIS的底图
陈述彭：
遥感应用与数字地球
摘要：
中国的遥感科学技术事业，起步于20世纪70年代，经历了起步、成长到创新发展的几个历史阶段。
文章回顾了我国在星载对地观测体系、机载对地观测技术、遥感地面卫星接收站网与图像数据处理系统能力建设方面取得的重要成就，以及在遥感基础理论研究、遥感在全球变化与海洋调查、国土资源普查、环境保护与灾害监测、城市规划与工程建设、遥感考古与古环境再现等应用领域取得的丰硕硕果，阐述了我国在“数字地球”战略本土化建设包括国家空间数据基础设施、“数字省区”、“数字城市”、“数字流域”及数字地球原型系统等方面取得的进展，并论述了遥感和“数字地球”与地球信息科学的相互关系。
一、前言
遥感是20世纪60年代新兴的科学领域之一。
它是人类迈向太空，对地观测，获取地表空间信息的一种先进科学技术和生产力。
具有宏观、准确、综合地进行动态观测与监测的能力。
中国的遥感科学技术事业，起步于20世纪70年代末期。
据不完全统计，30年来，我国已建立10多个卫星遥感地面接收站，160多个遥感机构，400多家地理信息服务企业，数十所大学设置了该领域专业。
从70年代的引进、跟踪、消化、吸收，到20世纪末的技术和人才“输出”，经历了近30年的奋斗历程。
从起步、成长到奋进创新的几个历史阶段的实践经验，扼要归纳如下：
·从遥感应用起步，推进遥感科学技术的进步；从综合航空遥感实验着手，支持卫星应用与应用卫星的发展。
·从研制可见光、近红外遥感器入手，依次开发远红外、多谱段和高光谱遥感器，积极开发微波遥感并开展多波段、多极化的应用，建设全波段、全天候、全天时的对地观测信息技术系统，不断提高信息获取能力。
·卫星应用平台的研发，从单一的实验卫星起步，分期分批发射气象、资源、海洋系列业务卫星，进一步构建小卫星星座（群），实现“应用卫星与卫星应用”的“天地一体化”的目标。
·以对地观测技术系统为依托，与全球定位系统和地理信息系统、网络通讯技术相结合，链接“数字地球”战略，促进“数字地球”应用的“本土化”，为全球化信息共享作贡献。
·不断开拓遥感应用新领域。
20世纪末，侧重于针对自然资源、环境与能源问题。
以地球科学为主，逐步开展水碳循环、叶绿素与初级生产力的研究，开始注重生命科学；21世纪，开始从遥感考古、人口统计空间分析着手，作为进入人文社会科学的新契机。
·在大量应用实验的基础上，在社会生产需求的鼓舞下，创建了国家及部级重点开放实验室，设置了定标场、田间试验台站，加强对电磁波谱特征理论、遥感信息传输规律及订正、遥感信息复合的深入研究，为遥感技术系统集成与新一代应用软件的开发，为创建地球信息科学打下初步的基础。
二、遥感信息获取能力建设
1.星载对地观测体系
近30年来，我国已发射50多颗卫星和4艘无人宇宙飞船。
《中国的航天》白皮书预计，我国近几年还将继续研制和发射近30颗各类卫星，包括通信、气象、海洋、资源、导航、天文以及环境与灾害监测卫星、空间科学探测卫星，直接或间接提高获取遥感信息的能力。
今后十年或稍后的一个时期，以气象卫星系列、资源卫星系列、海洋卫星系列和环境与灾害监测小卫星群，可组成长期稳定运行的卫星对地观测体系，实现对全球的陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。
2003年秋季，我国计划在“神舟5号”飞船中开展载人航天飞行计划，实现中华民族遨游太空的梦想，其中包括有人工直接操作的新型对地观测技术。
以下简介我国卫星对地观测遥感数据获取能力。
1.1“风云”系列气象卫星
我国已建成极轨和静轨气象卫星相结合的“风云”气象卫星系列和数据应用系统。
1988年、1990年，1999年及2002年分别发射了4颗风云一号系列极轨气象卫星。
FY-1A，FY-1B卫星主要有效载荷为5通道可见光和红外辐射计，FY-1C与前两个卫星相比，可见光和红外辐射通道数增加到10个，增强了对地球系统的观测能力，使我国每天可以得到一次分辨率为3.1km的4通道全球覆盖数据。
“风云二号”卫星是地球静止轨道气象卫星，1997年6月和2000年6月我国先后发射了FY-2A和FY2-B卫星，能够提供每半小时获取覆盖地球三分之一面积的全景圆盘图。
第二代极轨气象卫星FY-3系列，已列入2002年至2020年研制计划，此卫星系列将极大地提高对地观测和全球大气探测的能力。
1.2资源卫星系列
1999年10月中巴地球资源遥感卫星（CBERS）成功发射。
由中国与巴西联合研制，开创了发展中国家航天高技术合作的先例。
卫星有效载荷包括分辨率为20米的5波段CCD相机、分辨率为78米的4波段红外多光谱扫描仪和分辨率为256米的2波段宽视场成像仪。
卫星运行3年多来，我国已
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