1、遥感制图第 7 章 遥感制图教学目的和要求：1.了解遥感的概念与影像地图的概念。2.了解卫星影像生成专题地图的一般过程。本章重点： 影像地图的概念和遥感制图的一般过程。本章难点： 遥感系列制图。教学时数： 2学时遥感制图是指，利用航空或航天遥感图像资料制作或更新地图的技术。其具体成果包括遥感影像地图和遥感专题地图。遥感影像因现势性强，可作为新编地(形)图的重要信息来源。1 遥感概述1.1 遥感的概念与分类1.遥感的概念 遥感简单的说，它的含义就是遥远的感知，即通过非直接接触目标的方式，而能获取被探测目标的信息，并能通过识别与分类，了解该目标的质量、数量、空间分布及其动态变化的有关特征。 遥感技
2、术是指从地面到高空对地球和天体进行观测的各种综合技术总称，由遥感平台、传感仪器、信息接收、处理、应用等部分组成。遥感平台主要有飞机、人造卫星和载人飞船。传感仪器有可见光、红外、紫外摄像机，红外、多谱段扫描仪，微波辐射、散射计，侧视雷达，专题成像仪，成像光谱仪等，并且在不断向多谱段、多极化高分辨率和微型化方向发展。 各种传感仪器将记录到的数字或图像信息，通过校正、变换分解、组合等光学图像处理或数字图像处理后，以胶片、图像或数字磁带等方式提供给用户。用户在进行分析判读或在地理信息系统和专家系统支持下，制成专题地图或统计图表，为资源与环境的调查和动态监测，以及军事侦察等提供信息服务。2. 遥感的分类
3、按遥感仪器搭载的工作平台不同分为：航天遥感、航空遥感和近地面遥感；按传感器的工作波段不同分为：可见光与近红外遥感、热红外遥感、微波遥感；按具体应用目的不同分为：环境遥感、地质遥感、农业遥感、林业遥感、城市遥感等。1.2 遥感的特点及其应用领域遥感信息的主要特点可以概括为以下几个方面： （1）宏观性和综合性 （2）多波段性 （3）多时相性 在国民经济建设各个领域都得到了广泛的应用。2 遥感信息的制图应用2.1 遥感制图的信息源 编制地图，必须要有空间数据，也就是地图的信息源，而遥感信息的判读与制图的目的，就是要从遥感图像上将经过概括化了的地面信息提取出来，并将其典型特征用地图符号表示在二维平面上
4、，以供人们去认识和识别图上所显示的离散化、特征化了的信息。1. 主要信息源 截至目前世界各国已经发射的遥感卫星有数十种之多，例如美国的陆地卫星（Landsat）、气象卫星(NOAA)、海洋卫星(Seasat),法国的SPOT卫星，日本的MOS卫星，JERS卫星、ADES卫星，欧空局的ERS卫星和印度的IRS卫星等等。 我国目前经常使用的信息源主要有美国的Landsat-TM、NOAA-AVHRR和法国的SPOT-HRV。2.波谱分辨率与波段选择 波谱分辨率，是由传感器所使用的波段数目，也就是选择的通道数，以及波段的波长和宽度所决定。各遥感器波谱分辨率在设计时，都是有针对性的，多波段的传感器提供
5、了空间环境不同的信息。以TM为例： TM1蓝波段：对叶绿素叶色素浓度敏感，用于区分土壤与植被、落叶林与针叶林、近海水域制图。 TM2绿波段：对无病害植物叶绿素反射敏感 TM3红波段：对叶绿素吸收敏感，用于区分植物种类。 TM4近红外波段：对无病害植物近红外反射敏感，用于生物量测定及水域判别。 TM5中红外波段：对植物含水量和云的不同反射敏感，可判断含水量和雪、云。 TM6远红外波段：作温度图，植物热强度测量3.时间分辨率与时相的选择时间分辨率是指对同一地区遥感影像重复覆盖的频率。由于遥感图像信息的时间分辨率差异较大，因此，用遥感制图的方式反映某种制图对象的动态变化时，不仅要搞清这种制图对象本身
6、变化的时间间隔或变化周期，同时还要了解有没有与之相对应的遥感信息源。同时还应该看到，时间分辨率和时相的选择，二者之间存在着非常密切的关系。只有具有较多种类的时间分辨率的遥感信息，才能比较容易的挑选出满足要求的理想时相，不会因为诸如气象等因素的影响而得不到所要求的时相信息。 4.空间分辨率及制图比例尺的选择空间分辨率即地面分辨率，指遥感仪器所能分辨的最小目标的实地尺寸，也就是遥感图像上一个像元所对应地面范围的大小。由于遥感制图是利用遥感图像来提取专题制图信息的，因此在选择遥感图像空间分辨率时要考虑以下两点要素：一是判读目标的最小尺寸，二是地图成图比例尺。遥感图像的空间分辨率与地图比例尺有密切关系
7、：空间分辨率越高图像可放大的倍数越大，地图的成图比例尺也越大。2.2 遥感图像的处理方法1.遥感图像的纠正处理 人造卫星在运行过程中，由于飞行姿态和飞行轨道、飞行高度的变化以及传感器本身误差的影响等，常常会引起卫星遥感图像的几何畸变，因此，把遥感数据提供给编制专题图之前，必须经过纠正处理，包括粗处理和精处理。2.遥感图像的增强处理 在进行遥感图像判读之前，要进行图像增强处理，包括光学图像增强处理和数字图像增强处理。光学图像增强处理主要是为了加大不同地物影像的密度差。常用的方法有假彩色合成、等密度分割、图像相关掩膜。数字图像增强处理的主要特点是借助计算机来加大图像的密度差，常用的方法有反差增强、
8、边缘增强、空间滤波等。 2.3 遥感图像的专题信息提取1.目视判读 是用肉眼或借助简单判读仪器，运用各种判读标志，观察遥感图像的各种影像特征和差异，经过综合分析，最终提取出判读结论。 （1）常用方法 有直接判定法、对比分析法和逻辑推理法。直接判定法，是通过色调、形态、组合特征等直接判读标志，判定和识别地物。 对比分析法是采用不同波段、不同时相的遥感图像，各种地物的波谱测试数据，及其他有关的地面调查资料，进行对比分析，将原来不易区分的地物区别开来。 逻辑推理法，是专业判读人员利用专业知识和实践经验，应用地学规律进行相关分析，将潜在专题信息提取出来。 （2）工作程序 包括判读前的准备工作，建立判读
9、标志，室内判读及野外验证。 2.计算机自动识别与分类 计算机自动识别，又称模式识别，是将经过精处理的遥感图像数据，根据计算机研究获得的图像特征进行的处理。具体处理方法有： 统计概率法：是根据物体的光谱特征进行自动识别； 语言结构法：是根据物体的图形进行识别； 模糊数字法：是根据物体最明显的本质特征进行识别。 计算机自动分类 ，可分为监督分类和非监督分类两种。 监督分类：是根据已知试验样本提出的特征参数建立判读函数，对各待分类点进行分类的方法。 非监督分类：是事先并不知道待分类点的特征，而是仅根据各待分点特征参数的统计特征，建立决策规则并进行分类的一种方法。3 卫星影像图和卫星影像地图3.1 概
10、念 利用卫星影像编图，根据他的技术条件和线划的地理要素，可分为：卫星影像镶嵌图、卫星影像图和卫星影像地图三种。 卫星影像镶嵌图：不另外进行影像的几何纠正，将多幅影像依像幅边框显示的经纬度位置，镶辑拼贴而成的影像图。 卫星影像图：进行了影像平面位置的几何纠正和影像增强，图上绘制出较全面的地理要素的影像图。 卫星影像地图：在卫星影像上，能够依据数字地面模型(DEM)，进行共线方程纠正，有详细的地理要素的影像图。3.2 卫星影像图的产生和编制卫星影像图的产生和编制过程包括：（1）卫星数据的几何纠正（2）像元亮度的重采样（3）影像镶嵌（4）彩色合成（5）多种信息复合（6）矢量数据的符号化（7）图像的输
11、出产品4 从影像生成专题地图 4.1 概述 1.目视解释的专题地图（1）影像预处理 包括遥感数据的图像校正、图像增强，有时还需要实验室提供监督或非监督分类的图像。（2）目视解译 经过建立影像判读标志，野外判读，室内解译，得到绘有图斑的专题解译原图。（3）地图概括 按比例尺及分类的要求，进行专题解译原图的概括。专题地图需要正规的地理底图，所以地图概括的同时也进行图斑向地理底图的转绘。 （4）地图整饰 在转绘完专题图斑的地理底图上进行专题地图的整饰工作。 2. 数字图像处理的专题制图 （1）影像预处理 同目视解译类似，影像经过图像校正、图像增强，得到供计算机分类用的遥感影像数据。 （2）按专题要求
12、进行影像分类。 （3）专题类别的地图概括 包括在预处理中消除影像的孤立点，依成图比例尺对图斑尺寸的限制进行栅格影像的概括。 （4）图斑的栅格/矢量变换。 （5）与地理底图叠加，生成专题地图。 4.2 图像分类1. 统计模式识别 （1）主成分变换 （2）缨帽变换（3）最大似然判别（4）最小距离判别2.以地学知识及专家系统为基础的识别4.3 图斑的地图概括1.图斑概括的实质2.图斑概括需考虑的问题3.图斑概括的过程4.概括的框架结构和实例4.4 图斑边界的矢量化5 遥感系列制图5.1 遥感系列地图与地理底图 系列地图，简单说就是在内容上和时间上有关联的一组地图。我们所讨论的系列地图，是指根据共同的制图目的，利用统一的制图信息源，按照统一的设计原则，成套编制的遥感专题地图。 地理底图的编制程序：采用常规的方法编制地理底图时，首先选择制图范围内相应比例尺的地形图，进行展点、镶嵌、照像，制成地图薄膜片，然后将膜片蒙在影像图上，用以更新地形图的地理要素。经过地图概括，最后制成供转绘专题影像图的地理底图，其比例尺与专题影像图相同。5.2 遥感系列制图的基本要求： 1.统一信息源 2.统一对制图区域地理特征的认识 3.制定统一的设计原则 4.按一定的规则顺序成图5.3 遥感系列制图的统一协调 1.统一协调的目的 2.统一协调的基础 3.统一协调的方法与内容
