遥感科学与技术

第一篇：遥感科学与技术

遥感科学与技术(本科类)

本专业培养德、智、体全面发展；具备摄影测量与遥感信息获取、空间数据处理、影像解译与分析的基础知识和基本技能；掌握从影像上提取空间信息、识别影像目标属性并进行三维重建的基本原理与方法；具有初步的实际工作能力和科研能力；培养能在城市、农业、水利、交通、军事、地质、环境、海洋等领域从事摄影测量与遥感等领域的科研、教学、生产的管理工作的高级专门技术人才。主要课程：测量学基础，航空与航天摄影，摄影测量学基础，数字摄影测量学，数字图像处理，遥感原理与应用，地理信息系统原理与应用，近景摄影测量，遥感图像解译，微波遥感，GPS原理与应用，计算机视觉。学生毕业后，可在测绘、遥感、地质、水利、交通、农业、林业、冶金、电力、石油、医学、机械、矿山、煤炭、国防、军工、城建、环保、文物保护、航空摄影、航空航天、电子技术应用等行业和部门从事摄影测量与遥感方面的生产、设计、规划和管理及有关教学、科研管理工作。

第二篇：遥感科学与技术专业

一、专业解析

什么是遥感？

遥感技术并不神秘，从字面上说就是从远处感觉事物。广义地讲，遥感是指不直接接触地收集关于某一定对象的某种或某些特定的信息，从而了解这个对象的性质。一般多指从人造卫星或飞机对地面观测，并以电磁传播与接收技术，以收取目标的讯息并加以进行分析的技术。

简单理解，就像是在飞机或人造卫星上，安装一台功能强大的照相机，通过图像分析获取想要得到的数据。

举个简单的例子，当我们进行市容规划的时候，为了取得土地的使用情况，如果采用地面测量，工程量将会是非常巨大的，而使用遥感技术，通过空中拍摄取得规划区域的图像信息后，只需要分析这些图片就能够得到这一区域的土地资源信息——绿色的是植被，规则的长方形、正方形是建筑物，深色的是河流„„一目了然，快捷准确。

很早以前，人们就希望从空中来观察地球，当时人们使用的是普通的照相机，后来发展成为专门的航空照相机。航空摄影的技术在世界大战期间获得了长足的发展，基于这种照片的识别技术也得到了提高。随着飞行器技术的提高，尤其是火箭和卫星的出现，遥感技术获得了一个全新的平台。现在，遥感技术也日新月异，成为在国民经济建设中不可缺少的一种重要技术。

遥感学什么？

在《普通高等学校本科专业目录》中，该专业的全称为遥感科学与技术，属于工学中的测绘类。遥感科学与技术是在空间科学、地球科学、测绘科学、计算机科学及其他学科交叉渗透、相互融合的基础上发展起来的一门新兴学科。主要专业课程分为三大系列：计算机科学类、测绘科学与技术类和遥感科学与技术类。

各院校根据培养特色不同，课程设置和人才培养目标也有所差异。如北京建筑大学遥感科学与技术专业主要课程包括：误差理论与数据处理、摄影测量基础、数字摄影测量、近景摄影测量、地理信息系统原理、遥感物理基础、遥感原理与方法、数字图像处理、遥感技术应用、激光雷达数据处理与应用、微波遥感、高光谱遥感、城市遥感。该校遥感专业人才培养的主要方向是，掌握遥感科学基本理论、方法和技术，兼具测绘工程、地理信息科学专业知识，适应行业发展的遥感专业人才。

遥感人才好像“破译员”

这里还有一个误区，很多人认为遥感的主要作用就是“拍照”：从空中拍下照片进而获取有效信息。实际上，遥感绝非“拍照”这么简单，遥感技术的真正作用是将信息从“照片”中提取出来并得以应用。

北京建筑大学遥感科学与技术专业庞蕾老师说，遥感中收集到的信息，就是物体发射或者被它反射的电磁波。这些电磁波包括近紫外、红外线、可见光、微波等。遥感技术就是收集这些数据，再通过对这些数据进行分析和处理，获得对象信息的技术。虽然目前遥感信息获取系统已经较为完善，但由于地球大气、陆地和水体非常复杂，不同物质反射电磁波的特性各不相同，遥感图像出现误差的情况难免会发生。遥感技术也不是无所不能的，今年马航失联事件就是很好的例证。世界多国调集了几十颗卫星搜救马航失联客机，依然无功而返。

如果说遥感技术是密码，那么，遥感专业人员就是解读这些密码的破译员。遥感专业人才就是要学会获取对象信息，并把它们解读出来。

一位从事遥感专业教学多年的老师介绍，无论你的专业方向偏重哪方面，学习遥感专业必须学好英语，还得学会一门计算机编程语言，这样才能与国际接轨，才能更好的提升专业水平。

二、专业与就业

目前运用在哪些领域

卫星遥感并不是单一的技术，它集中了空间、电子、光学、计算机通信和地学等学科的成就。随着国际上卫星遥感技术的迅猛发展，人类已经进入了一个多层、立体、多角度、全方位和全天候对地观测的新时代。下面让我们一起来看看，它究竟能在哪些领域发挥作用。

1.观测PM2.5。就拿目前最受关注的雾霾治理工作来说，从2013年1月1日起，我国对70多个城市开展了PM2.5的监测，同时运用卫星遥感技术，从空中监测灰霾的影响范围。

2.用于防灾减灾。遥感卫星可以用于各类灾害应急监测和抢险救灾信息支持，如地震、火山活动、土砂灾害等。2014年8月3日，云南鲁甸发生地震后，国家共调集国内外18颗遥感卫星，对地震灾区紧急成像，获取鲁甸地震区域卫星影像数据近百景，为抗震救灾发挥了巨大作用。

3.资源普查。卫星遥感技术可以用来普查地球资源，例如水、石油、天然气、煤炭、金属矿藏储量。今年8月，我国又在酒泉卫星发射中心成功将遥感卫星二十号送入太空。它主要用于科学试验、国土资源普查、农作物估产及防灾减灾等领域。

4.天气预测、掌握海面温度、海洋资讯。如果没有气象卫星，我们无法全面监测大气成分，无法做好气象预报预测；如果没有海洋卫星，我们很难解决赤潮等问题；如果没有陆地遥感卫星，我们不能有效地监测森林、沙漠等的变化情况。

5.考古研究。遥感技术在我国的考古工作中运用越来越多。在新疆的北庭古城、高昌古城，陕西的汉长安城，河南的汉魏洛阳故城、安阳殷墟等很多古代遗址的考古工作中，遥感技术获得的影像资料，为学者们发现遗迹现象、摸清遗址范围和内涵、了解遗址过去和当下的保存状况等工作，提供了很多有益的帮助。

6.农作物生产预测。卫星遥感技术可以掌握全球耕地分布，监测大宗作物的长势与估产。遥感技术的应用，让农业统计数据的获取途径发生重大变化，有了遥感技术，一个地区的粮食种植面积在卫星照片上一目了然，大大提升了数据的准确性。7.军事。遥感在军事科学上的应用是显然的，因为可以远距离地观察目标，而且可以获得相对宏观的分析数据。在军事上，遥感可以对目标国家和地区的资源状况的监视。监视对方军事部署和大规模的军事移动。在具体的作战中，遥感可以帮助分析局部的地形、资源状况，从而帮助己方进行战术行动的方案判断。

毕业生少 就业率高

人们越来越需要深刻地了解我们的地球，了解它的资源，了解他的变化，以便合理安排生产和生活活动。可以说，遥感技术为我们打开了观察地球的“眼睛”。

在我国，遥感科学与技术目前已成功地应用到包括资源调查、环境保护、政府管理与决策、城市规划、防灾减灾、重大工程和国防建设等众多领域。在国民经济建设以及国防建设等方面显示出独特的战略地位和意义，许多发达国家已将其列为优先发展的战略目标，具有很好的发展和应用前景。近年来，随着我国社会经济建设的迅速发展，遥感科学与技术的应用范围不断拓展，取得了良好的经济效益和社会效益。

据阳光高考信息平台数据显示，遥感科学与技术专业本科毕业生人数并不多，毕业生规模仅为800-900人。但从连续三年的就业形势来看，该专业的就业率区间从2011年的85%升高到2013年的95%，就业率呈持续上升趋势。该专业毕业生主要在城市发展与规划、国土资源与开发、环境、交通工程、海洋、国防建设等领域的科研单位、企业与行政管理及生产部门，从事与遥感技术相关的理论与应用研究、开发和管理工作，也可在高等院校从事专业教学、科研工作。

三、报考指南

各校遥感专业掠影

目前全国开设遥感科学与技术专业的院校共有20余所，包括武汉大学、西南交通大学、解放军信息工程大学、首都师范大学等院校等。其专业方向也多集中于学校自身特色方向，包括矿业、交通、农业、海洋、气象以及土地利用等领域。

在我国开设遥感科学与技术专业的院校中，武汉大学是办学历史较早，专业师资力量雄厚的院校，在国内同类院校中始终名列前茅，被业界誉为中国测绘遥感领域人才培养的摇篮。目前，该校遥感信息工程学院设有 “遥感科学与技术”“地理国情监测”2个本科专业，“遥感科学与技术”拥有遥感信息工程、摄影测量、地理信息工程等三个专业方向。

2013年以前北京地区仅有北京航空航天大学和首都师范大学设有该专业，前者的遥感专业偏重于仪器类航空航天遥感，而后者则侧重于环境遥感。2014年北京建筑大学也开设了遥感专业，其专业特色建立在建筑测绘、城市遥感等基础上。

报考应当注意什么？

由于学习遥感专业，要运用很多专业软件，并且要进行很多编程实习。所以，不喜欢电脑，对编程完全没兴趣的同学，选报时一定要慎重。当然，没有编程基础，也完全不用担心，经过几年的学习你也许会成为一个电脑高手。遥感专业和其他热门专业的录取分数线相比不算太高。当然，各校的情况不同，生源和就业形势也在不断变化，不排除遥感专业抬高分数线的可能。学生在选择报考时一定要结合自己实际情况、兴趣爱好等情况综合考虑。另外，色弱、色盲的同学要认真阅读所选院校的招生章程，谨慎选择。

专业推荐

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第三篇：遥感科学与技术学习报告（精选）

遥感科学与技术学习报告、测绘与地理信息学院

陈春鹏

1451171 听了xxx教授关于遥感科学与技术的讲座，让我认识到了什么是遥感、遥感的应用和遥感的发展前景，并有了自己的一点思考。

一、遥感的知识

1、什么是遥感技术？

1.1遥感的定义

20世纪60年代随着航天技术的迅速发展，美国地理学家首先提出了“遥感”（Remote Sensing）这个名词，它是泛指通过非接触传感器遥测物体的几何与物理特性的技术。也就是说，遥感是门技术，那它是门什么样的技术呢?通过学习我们知道了它是通过距离地物几千米到几百千米甚至上千千米的飞机、飞船、卫星，使用光学或电子光学仪器（称为传感器）接收地面物体反射或发射的电磁波信号，并以图像胶片或数据磁带记录下来，传送到地面，经过信息处理、判读分析和野外实地验证，最终服务于资源勘探、动态监测和有关部门的规划决策的一门技术。通常我们就把这一接收、传输、处理、分析判读和应用遥感数据的全过程称为遥感技术。

1.2遥感的原理与基础

遥感之所以能够根据收集到的电磁波数据来判读地面目标物和有关现象，是因为一切物体，由于其种类、特征和环境条件的不同而具有完全不同的电磁波反射或发射辐射特征。因此，可以说，遥感技术主要建立在物体反射或发射电磁波的原理基础之上的。

1.3遥感的分类

①按电磁波波段的工作区域分类可分为：可见光遥感，红外遥感，微波遥感和多波段遥感等。

②按被探测的目标对象领域不同可分为：农业遥感、林业遥感、地质遥感、测绘遥感、气象遥感、海洋遥感和水文遥感等。

③按传感器的运载工具的不同可分为：航空遥感（以飞机、气球作为传感器的运载工具）和航天遥感（以卫星、飞船或火箭作为传感器的运载工具）两大系统。

④目前的分类方式是：首先按传感器记录方式的不同，把遥感技术分为图像方式和非图像方式两大类；再根据传感器工作方式的不同，把图像方式和非图像方式分为被动方式和主动方式两种。被动方式是指传感器本身不发射信号而是直接接收目标物辐射和反射的太阳散射；主动方式则是传感器本身发射信号，然后再接收从目标物反射回来的电磁波信号。

2、遥感的发展历史

①1858年纳达在气球上拍摄地面的照片。②1903年福特兄弟发明飞机，使航空遥感成为可能。

③1906年，劳伦士用17只风筝拍下旧金山大火这一历史性大幅照片。④第一次世界大战中第一台航空摄影机问世，英国空军拍下了德国的炮兵阵地。

⑤1957年前苏联发射了第一颗人造卫星，使卫星摄影成为可能，并在1959年发回第一张地球影像；1960年从“泰罗斯”与“雨云”气象卫星上获得全球的云图。⑥1971年美国“阿波罗”宇宙飞船成功地对月球表面进行航天摄影测量。同年美国利用“水手”号探测器对火星进行 测绘作业。

⑦1972年美国地球资源卫星上天，其多光谱扫描仪影像用于对地观测，使得遥感作为一门新兴技术得到广泛应用。

⑧目前全球在轨的人造卫星达到3000颗，其中提供遥感、定位、通信传输的数据和图像服务的将近500颗，而且目前世界各国已建成的遥感卫星地面接收站超过50个。至今摇撼从区域到全球、从地表到太空，无不表明遥感已经发展到相当成熟的阶段，当代遥感的发展主要表现在它的多传感器、高分辨率和多时相特征上。

3、遥感信息的获取

遥感信息获取的关键：传感器。地物发射或反射的电磁波信息，通过传感器收集、量化并记录在胶片或磁带上，然后进行光学或计算机处理，最终才能得到可供几何定位和图像解译的遥感图像。一般来说传感器有以下几个系统：

①收集系统：利用物理元件把收集到的电磁波聚焦并送往探测系统。②探测系统：用于探测地物电磁辐射的特征，是传感器中最重要的部分。③信息处理系统：扫描仪、雷达探测到的都是电信号，有时为了需要须将电信号在显像管的屏幕上转换为图像。

④记录系统：遥感影像的记录一般分直接与间接两种方式。直接记录方式的摄影胶片、扫描航带胶片、合成孔径雷达的波带片；间接方式有模拟磁带和数字磁带。

4、遥感信息的传输与预处理

①传输：遥感信息的传输有模拟传输和数字信号传输两种传输方式。模拟信号传输是指一种连续变化的电源与电压表示的模拟信号，经过放大和调制后用无线电传输；数字信号传输是指将模拟信号转换为数字形式进行传输。

②预处理：从航空或航天飞机的差传感器上收到的遥感信息因受传感器性能、飞行条件、坏境因素等影响，在使用前要进行多方面的预处理，才能获得反映目标实际的真实信息。这个过程包括数据转换、数据压缩、数据校正、辐射校正以及几何校正。

5、遥感影像的处理

①几何处理：几何处理依照不同传感器的成像原理有所不同，对于无立体重叠的影像主要是几何纠正和形成地学编码，对于有重叠的卫星影像，还要解求地面目标的三维坐标和建立数字高程模型。②灰度处理：包括图像复原和图像增强、影像重采样、灰度均衡、图像滤波。不同传感器、不同分辨率、不同时期的数据，可以通过数据融合的方法获得更高、更多信息的影像。

③特征提取：从原始影像上通过各种数学工具和算子提取用户有用特征。④目标识别：从影像数据中人工或自动/半自动地提取所要识别的目标，包括人工地物和自然地物目标。

⑤图像解译：对所获得的遥感图像用人工或计算机方法对图像进行判读，对目标进行分析。

6、遥感技术的使用

遥感技术的应用涉及各行各业、方方面面。这里列举其在国民经济建设中的主要应用。

①应用在国家基础测绘和建立空间数据基础设施中； ②应用于铁路、公路设计中，勘探地形地质；

③应用于农业生产中，土地资源调查、农作物生产与监测； ④应用于林业，进行森林资源调查和动态监测；

⑤应用于煤炭工业中，研究煤层在光场、热场内的物理特征，识别煤层，探测煤系地层；

⑥应用于地质矿产、油气资源勘探；

⑦应用于水文学和水资源研究中，进行水资源调查，水文情报预感和区域水文研究；

⑧应用于海洋研究和环境监测； ⑨应用于地震灾害监测； ⑩应用于现代战争。

7、遥感技术的发展前景

就遥感对地测而言，可以归纳出以下七大发展趋势：

①航空航天遥感传感器数据获取技术趋向多平台、多传感器、多角度和高空间分辨率、高光谱分辨率、高识相分辨率；

②航空航天遥感对地定位趋向不依赖地面控制；

③摄影测量遥感数据的计算机处理更趋向自动化和智能化；

④利用多时相影像数据自动发现地表覆盖的变化趋向实时化；

⑤航空航天遥感在构建“数字地球“和”数字中国“中正在发挥愈来愈大的作用；

⑥全定量化遥感方法走向实用；

⑦遥感传感器网络与全球信息网络走向集成。

二、相关思考

遥感技术是一门发展前景明朗的技术，遥感的未来，我相信它也必将朝着当今科学技术的发展潮流——趋向于更加智能化，多元化。智能化，即是遥感的信息发射或获取，遥感的信息处理包括信息的纠正更加智能化，不用再投入大量的人力和物力进行数据方面的纠正，而且随著航天事业的发展，未来的遥感不再仅局限于地球，将被广泛应用于对外太空星体的观测方面。多元化，即是未来有关遥感的传感器将会更加多种多样，不仅是工作原理的繁多，也是功能的多种化，我相信随著科学技术的发展，未来的遥感传感器的工作条件将不会太苛刻，未来的传感器即使在严峻的环境下也可以快速高效的完成任务。遥感，即是对遥远物体的感知，那么未来的遥感会不会也对深海域的生物和海底地形进行感知呢？未来的传感器会不会耐得住深海域的高压，对海洋进行勘探？……我相信遥感未来将会给人来发展带来更大的利益。

第四篇：遥感科学与技术毕业论文开题报告

基于高分一号的建筑用地分类（前期准备与后期安排）1 引言（研究课题意义以及遥感技术概况）选择遥感影像(landsat)（研究区概况 遥感信息源（图像来源以及基本信息）研究方法（方法大致介绍）图像分类成哪几种 其中建筑用地分为哪几种）影像预处理（各种方法对比选择最佳）（处理流程以及处理后的图像）

4信息提取方法（各种方法比较选择最适合的一个）将各种方法以此列出比对选择 附加流程图和方程 对各个波段进行分析选择比较引言

随着我国的不断发展，农村城镇化和城市现代化的建设脚步进一步加大。在城市范围内,城市建筑用地,包括居住地,公共设施、工业、仓储、对外交通、道路广场、市政公用设施以及特殊用地等(不包括水域)是城市土地利用中最为活跃的因子，也是变化扩展最为迅速的土地利用地类“对于土地资源一定的城市,随着经济发展,城市建筑用地的增长是必然的趋势,同时伴随着其它土地利用类型的减少，另一方面也会导致城市热岛效应增强，城市景观破坏等一系列问题，因此，快捷、准确与客观地提取建筑用地信息，全面掌握获得不同时期城镇建筑用地的分布范围和面积资料，动态监测城市建筑用地使用状况,分析城市建筑用地对非建用地的影响对科学合理地进行城镇规划，控制建筑用地规模，有效保护中国宝贵有限的耕地资源与淡水资源，都具有十分重要的作用。在进行城镇建筑之前需要提前选好适宜的地理位置，但是各地土地利用的数据库建库程度差异较大，纸质地图过时较快，地图数字化耗时耗力，航空像片提取城镇信息花费太高且缺乏周期性的航摄数据，实地勘探又太过浪费人力物力，这些因素都限制了对城镇建筑用地信息的分类以及快速高效获取。而遥感具有不与同标地物接触，大面积同步观测、经济性、时效性等特点，是一种高效的研究方法。Landsat TM影像在遥感领域得到了广泛应用，能识别到乡镇一级的居民地。

土地利用类型

土地利用类型划分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和其它用地等土地利用类型，其中耕地包括水田和旱地，林地包括有林地、灌木林地、疏林地、其它林地，草地包括高覆盖草地、中覆盖草地、低覆盖草地，水域包括河流沟渠、湖泊、水库和池塘、滩地，建设用地包括农村居民点、城镇用地、工交等其它建设用地，其它用地包括沼泽地、裸土地、裸岩石砾地、海域等。选择遥感影像

专题制图仪（TM）是航天遥感中的一种重要的信息源，它是由陆地卫星（Landsat）上所载的第二代光学机械扫描仪所收集，并将地物信息记录在数据磁带上，发送回地面，各地面站将数据进行回放，纠正等处理，而形成的各种可视图像。TM图像共有7个波段，除了TM6外，其余波段地面分辨率为28.5m x28.5m因此，在较大面积航天遥感监测应用中，主要采用 A B 图像作为信息源，覆盖我国城乡的TM图像是以16d重复一次的频度源源不断地接收处理，这为TM图像应用提供了条件。另一方面，TM数据由于具有较高的空间分辨率和良好的时间连续性,是城市扩展研究中常用的数据源,与高分辨率数据如快鸟等相比较,在保证一定精度的情况下具有高的性价比。

（研究区概况与数据）3 图像预处理

包括辐射校正,几何校正和利用行政区划矢量图对研究区进行影像裁切,并进行了数据的合成与融合等处理,得到研究区影像和所需的各种合成影像。辐射校正:包括辐射定标,大气校正和地形校正。

光学传感器接受辐射通量在理想状态下应该是地物反射辐射亮度的精确测量值，而实际情况是,在地物反射辐射值在传送到传感器前,要经过辐射源到大气层到地球表面到探测器的一系列过程,因而传感器获得的辐射通量存在误差，辐射校正的目的是消除由于大气等自然因素所带来的辐射误差。辐射误差有两种:传感器内部本身的误差和由大气,地形等引起的外部误差，内部误差一般是系统内部的确定的,可以通过卫星自身的星上辐射定标和替代辐射定标来确定的，外部误差是变化的,它受不同研究区的环境因素影响,需要根据研究自身的需要来进行校正”在平原地区只需进行大气校正,而在山区除了要进行大气辐射校正外,还需进行地形的辐射校正。l)辐射定标

辐射定标是确定影像DN值与辐射亮度的过程,它的结果是获得了一个联系DN值与辐射亮度L的公式和参数,从而可以计算影像的辐射亮度和地表反射率。2)大气校正

大气校正的目的是要减消大气对地表反射率的影响，大气校正的方法有很多方法,按照校正的结果可分为相对大气校正方法和绝对大气校正,相对大气校正后得到的影像,相同的DN值代表相同的地表反射率,不考虑实际的地表反射率，绝对大气校正是将遥感影像的DN值转换为地表反射率的方法“按照校正过程可以分为直接大气校正和间接大气校正,直接大气校正是参照大气状况对DN值进行校正,大气状况参照标准的大气模式和地面实测资料或由影像本身进行反演得到,间接大气校正指对NDVI等一些遥感常用函数进行重新定义,形成新的函数模型,减少大气的影响，辐射传输模型是在大多数大气校正方法中校正精度较高的一种方法,利用电磁波在大气中的辐射传输原理建立模型来的对遥感影像进行大气校正，其中用得最广泛的是6s模型、LOWREAN模型和MORTRAN模型，由于本次研究所使用数据由遥感卫星地面站直接购得,辐射校正和影像拼接部分已经完成,所以只需要完成几何校正和研究区的行政边界裁切即可得到研究区的使用数据。

几何纠正

遥感影像的几何误差主要表现为影像的位移、旋转和像元地面相对实际位置的扭曲和偏移,为了保证遥感影像处理的准确性和在其进行空间分析时具有标准的地理空间坐标,必须对遥感影像的几何误差进行校正,其基本步骤为:一是采集合适的地面控制点;二是依据控制点对影像进行空间变换;三是对空间变换后的影像进行像元灰度值的内插重采样。l)地面控制点(GCP)的选取

这个是几何纠正中最重要的一步。在所选区域的地形图与TM影像中选取同名地面控制点20个,地面控制点应具有以下特征: 1 地面控制点在影像上应有明显和清晰的定位识别标志,如道路交叉点、河流交叉口、建筑边界、农田界线等;2 地面控制点上的地物应不随时间而变化,以保证当两幅不同时段的图像或地图几何纠正时,可以同时识别出来;3 在没有做过地形纠正的图像上选控制点时,应在同一地形高度上进行；

地面控制点应当均匀的分布在整幅影像内,保证一定的数量,地面控制点的数量、分布和准度直接影响几何纠正的效果和对地物判读的效果,控制点选取的精度和难易程度应与影像质量!地物特征及影像空间分辨率相关,以达到研究要求精度为目标。2)影像的空间变换

地面控制点确定后,通过GCP对原始影像几何畸变的过程进行数学模拟,建立原始畸变影像空间与标准几何空间的数学对应关系,从而利用这种关系将畸变的影像空间中全部的元素转换为标准空间中的元素，把原始影像变形看成是某种曲面,输出图像则为规则的平面，从理论上讲,任何曲面都能可以用适合的高次多项式来模拟。

第二步是选择合适的坐标变换函数式(即数学纠正模型),建立影像坐标(x,y)与其参考坐标(X,均之间的关系式,通常称为多项式纠正模型，假设影像中的点以(x、y)表示,畸变TM影像中的点(X、Y)表示,两者的函数影射关系为:

通过已经得到的地面控制点,采用二次多项式作为几何校正模型,以最小二乘法求出多项式的系数,然后对整个影像进行坐标变换,校正误差控制在0.5个像元之内.3)重采样

重新定位后的像元在原影像中分布不均匀,绝大多数不在原来的像元中心,即输出影像像元点在输入图像中的行列号不全是整数关系,因此必须重新计算新位置像元的DN值,进行DN值的内插计算也就是重采样”常用的内插方法包括: 1最邻近法

将最邻近的像元的DN值赋予新像元,该方法的优点是输出影像最大程度上保持原有性,简单迅速,但此方法最大可产生半个像元的位置偏移造成输出影像中某些图斑的破碎.2双线性内插法

使用邻近四个点的像元DN值,按照其距离的远近赋予不同的权重,进行线性内插,该方法边缘受到滤波平滑的作用,产生一个比较连贯的影像,其缺点是破坏了原有的像元DN值,对以后的影像分类产生一定的影响.3三次卷积内插法

与双线性内插相似但原理更为复杂,使用邻近周围的16个像元DN值,用三次卷积函数进行内插,这种方法对可使边缘均衡化和清晰化,但更加破坏了原像元的DN值,计算量大.(由于实验需要保持影像的原有性，因此选择最邻近法较为合适)

边界裁剪

对遥感影像进行上述处理后,利用1:100万中国行政边界矢量图中的研究区边界对影像进行裁剪。

影像波段组合以及增强处理

TM影像共有7个波段,不同的波段以不同的波谱频率反映地物信息，在利用TM影像数据提取地物信息时,更多的光谱波段参与影像的处理,能够更为有利的提取所需的专题信息,但过多的波段同时参与地物信息提取分类,会造成数据处理时间过长生成冗余的数据,降低了提取的精度,反而利用较少合理的数据进行处理,能提高信息提取的效率,因此遥感影像波段选择和组合十分重要。假彩色合成中波段的选择是很重要的环节,波段选择的结果直接影响到假彩色合成影像信息提取的精度，选择遥感影像波段组合的依据有两类:一是波段信息量的大小,二是影像的光谱特征。选择假彩色合成影像波段组合判断的标准是:(1)各个波段的标准差要大,TM影像数据各个波段的标准差反映了信息的离散度,即其信息量,标准差越大的波段信息量越大(2)组合波段间的相关系数要小,TM影像数据各波段间存在一定的相关性,如果它们之间的相关性太高会导致大量重复冗余的信息,使合成影像的信息量总体不高,同时影响合成影像色彩的饱和度,在假彩色合成影像上如果三个波段之间的有很高的相关性会使得影像的饱和度差，(3)组合的各波段的均值大小不能相差太远,如果TM影像数据各波段的均值相差太多,会导致合成影像严重的偏色，(4)提取专题信息应选用带有目标物特征波谱带的波段。分别用线性拉伸或直方图均衡化对TM的各波段进行处理，并用目视判读的方法判定居民地在各波段上的可识别性，对这些波段进行了部分合成，如TM4与TM7，TM1+TM2+TM3，TM2+TM3+TM4，TM3+TM4+TM5等。4 信息提取方法

（1）NDBI提取法

NDBI又称归一化建筑指数，在典型TM影像上，TM4和TM5两波段除了城镇灰度值偏高外，其他地类灰度值都变小。NDBI=(TM5-TM4)／(TM5+TM41 很显然NDBI取值在一1与1 之间。然后根据NDBI求出比值图像后，进行二值化处理，令≤0像元赋值为0，＞0像元赋值为255。红色表示灰度值为 255的像元，即是城镇区域，蓝色是灰度值为0的那些像元。

NDBI指数法，结果是唯一的。与监督分类相比，最大的优越性和好处就是，不掺杂有任何人为因素，非常客观公正，而且精度也能保证，完全可以达到监督分类的最好精度（强于非监督分类），精度满足应用的需要，NDBI操作简单、易行、客观，不因人、因时而异，结果唯一客观。

（2）手工提取法

手工提取法可直接在遥感图像上提取矢量多边形。存在的问题是对提取者的知识经验要求较高,城镇中多种地物交错,边界不明显;手工提取较费时且精度不高,操作也不方便。经手工提取对比发现,在影像上手工提取城镇信息,采用TM543组合较其它组合要好。受TM图像本身分辨率的限制,实验中采用手工提取方法边界确定比较困难,误差较大;各地类交错,手工提取过于复杂不宜采用。

（3）监督分类以及非监督分类法

监督分类法需从研究区域选取有代表性的训练场地作为样本建立判别函数,据此对样本像元进行分类,依据样本类别的特征来识别非样本像元的归属类别。非监督分类方法是在没有先验类别作为样本的条件下,主要根据像元间相似度大小进行归类合并。训练场地的选择是监督分类的关键,样本数目也要能满足分类要求。监督分类受人为影响的因素比较大,客观性比较差。目前,监督分类配合野外调查是目前遥感图像分类常用的方法，（4）比值居民地半自动提取法

比值居民地指数(Ratio Resident-area Index,RRI)RRI=TM1/TM4[6],保留RRI介于1.476至3.333的范围,二值化后保留的地物主要为城镇和河流,手工提取河流后对二值化图像进行掩摸处理,去除河流部分,剩下的就是城镇。该方法需手工去除河流信息,提取结果中去除了林地、耕地、园地、绿地、裸地的影响,但水体边界和山体阴影被划分到城镇中来,尤其是在地形起伏较大的地方,使用该方法遗留了山体阴影,水体边界也被划分到城镇信息中来。不同地区手工去除河流也会产生一定误差。（5）综合阈值法

先采用归一化植被指数(NDVI)进行植被区和非植被区的区分,阈值为0时,城镇和其它地类被划分入非植被区。引入NDVI参数后,还可消除异物同谱现象,该参数在城郊地带效果比较明显。剩余的非植被区(裸地、阴影、水体、建筑)中,裸地和城镇灰度稍高,水体、河流和阴影灰度偏低。采用TM1/TM4可增大差别。经实验,在剩余地类中,采用TM1/TM4>T就可去除裸地,留下的是河流、水体、阴影和城镇。T值的变化主要和图像的季相变 化相关,T值在1.5~1.9之间,春夏季在1.5附近,秋冬季在1.9附近,该值也可根据实际情况灵活调整。剩余地类中,城镇的TM4TM5;城镇的TM2TM5;城镇的TM2+TM3TM4+TM5。经反复实验,采用TM2+TM3

(6))计算机训练识别

将研究区分为林地、农用地、草地、城镇用地、水体、滩涂、未利用地7个类型。处理中先对影像进行了主成分(PCA）变换．将Landsat影像中有高相 关性的波段进行相关分析，有利于提高分类进度。在训练区的选择上采用逐步判别法．对要画的训练 区进行最佳化选择．所遵循的原则是使训练区内部 像元之间的方差最小．而训练区内外的像元间方差 最大。这样就很好保证了训练区内地类的同一性． 确保了分类的精度。然后对影像采用最大似然法进行分类．分类后进行精度评价。其精度往往依赖于人对 研究区所作的地物样本训练．训练区选择的适合性 和训练区的大小等因素．不合适的训练选择往往会 造成分类精度的大幅下降．改进后的方法很好地保 证了训练区选择的合理性。有助于精度的提高。

后期安排

用多种方法按照前期准备的流程对数据进行处理分类，通过比较选出最为合适的分类提取方法。

第五篇：卫星遥感-教案-卫星轨道与卫星技术-2004

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 第二章

卫星轨道与卫星技术

卫星作为一个重要的空基平台，不仅要提供承载传感器的物理支持，还要提供电源供应、数据收发等辅助功能，这是内容将在卫星技术里面介绍。卫星轨道的选择取决于遥感数据的要求，将在介绍卫星运动规律的基础上介绍几种常用的卫星轨道。

2.1 卫星轨道

1卫星运动规律

卫星作为一个人造天体，服从天体运动规律。请参考理论力学、普通天文学等课程深入了解该部分内容

A 卫星轨道是一条圆锥曲线

卫星受到地心的万有引力作用绕地球运转其轨道在过地心的一个平面内。r  c a O 在极坐标下运动方程为：

2GMrrr

2hr2定义e＝c/a是偏心率，a是半长轴，c是焦距，P=a(1－e2)是半通径，是矢径与半长轴之间的夹角，此时轨道方程可以：

P1e2ra

1ecos1ecos偏心率e决定了卫星轨道的形状。至于用于对地遥感目的的卫星，其轨道是椭圆轨道（e<1）。

近地点，＝0°，ra＝a(1－e)远地点，＝180°，为：rp＝a(1＋e)

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 B 卫星在相同时间内扫过相同的面积 在极坐标下面积时间变化率dA/dt为：

dA121rhdt22

hrr显然，卫星高度越高，角速度越小，卫星运动速度越慢！

卫星在轨道上的能量

W1GMmGMmmv22r2a

21v2GM()ra此即卫星活力公式，以此可以推导远地点和近地点卫星运动速度！

C卫星轨道周期的平方与半长轴立方成正比

a3GM 22T4显然卫星周期只取决于半长轴，与其它参数无关！

天体运动规律只解决了卫星在轨上的运动状态。卫星由地面发射进入轨道则是由运载火箭来完成的，卫星在轨道上面的运行速度取决于入轨状态，因此对应于不同的运行轨道发射火箭的推力需求也不同，或者卫星入轨速度和姿态决定了卫星轨道形状！卫星轨道描述

在卫星对地遥感中，卫星空间位置是一个不可或缺的基本参数。一个没有轨道信息的卫星遥感资料是毫无价值的！

对卫星轨道的描述依赖具体的坐标系。在天文学以及天体物理学中，通常采用天球坐标系，这也是刻画卫星作为天体的运行轨道状态的最直观的描述体系，它不考虑地球的自转。在地面资料处理、卫星定位时通常使用地理坐标，它直接描述卫星相对地面的具体位置。

A 天球坐标系

以地心为中心，地球赤道平面所在平面为天赤道平面，地球两极与天球两极一致，这

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 样一个假想球为天球，它不随地球自转。天球上任意一点位置用赤经和赤纬表示。赤经以春分点为起点，反时针度量，以0-360°表示。赤纬由天赤道向南北两边至极地为90°。在天球坐标系下，描述卫星轨道需要以下几个参数：

图 天球坐标系

卫星轨道的空间取向参数：

倾角 赤道平面与卫星轨道平面的夹角。

升交点赤经：卫星由南半球飞北半球南段轨道称为轨道升段。轨道升段与赤道平面交点称为升交点。升交点位置用赤经表示，它表示轨道平面相对太阳的取向（赤纬是多少？）。太阳升交点赤经是多少？

卫星轨道形状参数

偏心率 确定卫星轨道形状 轨道半长轴：卫星运行周期

近地点角：轨道平面内升交点和近地点之间张角，它描述轨道半长轴空间取向

卫星在轨道上位置参数

平均近点角M：卫星通过近地点时刻为tp，则任意时刻t的平均近点角定义为：M=（t－tp），＝2/T。它描述任意时刻卫星在轨道上面的位置

卫星真近点角和偏近点角E 此时有开普勒方程将该参数联系起来：M＝E－esinE 3

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09

图 卫星真近点角和偏近点角E

B 地理坐标

地理坐标系以地球上面的经纬度表示轨道空间位置，它随着地球一起转动。在各种卫星定位中通常使用该坐标系。

星下点：卫星与地球中心连线在地球表面的交点。由于地球的自转和卫星绕地球的旋转，星下点在地面上形成一条连续的运动轨迹－星下点迹。

升交点与降交点：定义同天球坐标系，只是用地球坐标系来表示。由于地球自转，每圈轨道的升交点与降交点可能都是不同的。

截距：卫星绕地球公转的同时，地球不同的自西向东旋转，所以当卫星绕地球一周后地球相对卫星转过的角度称为截距。截距等于两个升交点之间的经度之差。由于卫星轨道相对地球每小时向西偏移15°，故截距与轨道周期和升交点经度之间的关系为：n+1－n ＝L＝T×15°/小时（西经取＋）

轨道数：从卫星入轨到第一个升交点为0轨道，以后每过一个升交点，轨道数目增加1。它描述了卫星在空间的飞行时间。

C 人造卫星经纬度随时间变化近似公式

在轨道定位中，有时候需要确切知道任意时刻卫星在轨道上的位置。摘自：

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卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 3常用卫星轨道简介

A 卫星轨道分为许多类，按照卫星轨道参数划分为前进轨道（倾角小于90°）、后退轨道、赤道轨道以及极地轨道。

前进轨道卫星顺地球自转方向运动，反之，后退轨道逆地球自转方向运动。赤道轨道卫星倾角为0°或者180°，卫星在赤道上空运行

极地轨道卫星倾角90°，卫星通过南北两极。由于地球自转，这一轨道可以实现全球覆盖。

按照卫星高度划分为低高度短寿命轨道，主要适合在军事卫星

中高度长寿命轨道，高度350-1500km，寿命在1年以上。既有较高的地面分辨率，又有较长的寿命，目前大多数民用遥感卫星都采用这类轨道。

高高度长寿命静止卫星

运行高度35800km，卫星寿命在几年以上，主要用于气象、广播、通讯领域。

按照卫星轨道形状又可划分为园轨道和椭圆轨道。圆轨道对于卫星轨道预告和资料定位十分方便。

B近极地太阳同步轨道

卫星的轨道平面与太阳始终保持固定的取向，轨道倾角接近90°，有时又简称近极地太阳同步轨道或者极地轨道。卫星几乎以同一地方时经过世界各地。考虑到地球绕太阳公转的因素，必须使卫星轨道平面每天自西向东旋转1°。利用地球扁率引起的卫星轨道摄动来实现太阳同步轨道，卫星高度越高，实现太阳同步轨道的倾角也越大。对于TIROS-N系列，卫星高度870km，轨道倾角98.899°。

太阳同步轨道的有点：利用地球自转可以实现全球观测，尤其能够观测极区 在观测时有合适的照明，可以得到稳定的太阳能，保障卫星正常工作。

但该轨道时间分辨率低，对某个地区的观测时间间隔长，一颗极地太阳同步轨道卫星每天只能对同一地区观测两次，不能监视生命史短、变化快的过程。而且相邻两条轨道的观测资料不是同一时刻的，需要进行同化。

C 地球静止卫星轨道

轨道倾角为0°，卫星在赤道上面运行。卫星周期等于地球自转周期。由静止卫星周期T=23h56m04s，可以计算卫星高度 H＝35860km，,卫星在轨道运行速度V＝3.07km/s 优点：

卫星高度高、视野广，一颗静止卫星可以观测地球南北纬度70°东西经度140°约占地球表面1/3的面积

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 可以对某个地区进行连续观测，时间分辨率高

但是，不能观测两极，而且由于卫星高度高，对传感器灵敏度以及分辨率能力要求高，对卫星定位要求高：失之毫厘，差之千里。

另外，由于静止卫星只能位于赤道上空，其上能够容纳的卫星数量是有限的。因此，在设计静止卫星时，必须考虑富余设计，在卫星工作生命到期时用推力火箭将卫星推向更高高度成为宇宙垃圾，腾空原来卫星轨道！

D 轨道选择原则

从理论上来说，遥感卫星的空间轨道可以是任意的。具体到遥感应用的具体任务需求，却要求选择最有利的空间轨道。有时候，轨道选择对实现遥感任务是具体来说，选择卫星轨道应该遵循如下原则：

减小地球大气磨擦，H>200km 全球覆盖性的地球观测－极轨或者近极轨 保持恒定光照－太阳同步轨道 连续观测－静止轨道 地面高分辨率－低轨道

尽量选用圆轨道，方便轨道预报和卫星定位。

关于前苏联在1965年4月23日发射第一颗试验通讯卫星闪电1A成功进入一个绕地的独特轨道。其高度变化在600km－39650km之间。西方专家认为苏联原计划发射同步卫星，由于这样那样的原因未能达到预定轨道。事实上，这个轨道是有意选择的，对于处于高纬度地区的苏联来说它是最适合的轨道。苏联人机智地应用了第二运动定律（越高越慢），把卫星发射在与赤道成65°倾角的椭圆轨道上，这样既能照顾到苏联北部又能顾及南部。当卫星在赤道以北时，远离地球，这样，在卫星绕地一周12小时内有8小时在苏联上空，这真是一个聪明的解决办法。

2.2 卫星技术

卫星遥感是一项庞大的系统工程，卫星作为遥感传感器的空间承载平台，与地面平台截然不同，需要一些专门的技术以保障正常的观测活动能够顺利进行。卫星姿态控制

问题：在太空中，如何保持姿态稳定？

引：宇航员在太空中如何把一个香蕉传给同伴？儿童常玩的陀螺

卫星对地观测，通常要求传感器保持某种固定的对地姿态。比如，一般来说要求正对

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 地面观测，但有些特殊的卫星观测项目，比如临边、掩星观测则要求某些特殊的取向。因此卫星遥感中姿态控制是最基本的卫星技术。比如，我国早期的风云卫星在上天10多天后姿态控制就出了问题，卫星发生翻滚，导致整个卫星报废！在太空中，卫星姿态稳定采用陀螺原理。早期采用自旋稳定，卫星绕自身旋转，自旋轴在轨道平面内平动，仪器装在卫星底部，则在一个卫星周期内只有部分时间能够进行观测，后来采用滚轮式自旋稳定，自旋轴与卫星轨道平面垂直，仪器装在卫星侧面，当仪器转向朝向地面时进行观测，这样在整个周期内都能观测。现在的卫星大都采用三轴稳定：

俯仰轴，与轨道平面垂直，控制卫星上下摆动

横滚轴，平行轨道平面且与轨道方向一致，控制卫星左右摆动 偏航轴，指向地心，控制卫星沿轨道方向运行。

在卫星绕地一圈中，偏航轴与横滚轴改变360°才能保持姿态稳定。卫星电源

卫星需要庞大的电能为通讯系统、伺服系统以及传感器提供电力供应。卫星的供电能力是限制卫星载荷的一个重要因素。早期一般采用化学电池，容量有限，适合返回卫星。目前大都采用太阳能帆板电池。但是在通讯卫星上，考虑可能出现的卫星蚀，卫星上面必须配备蓄电池。

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 210-1-***TIME

调制过程 通讯

卫星一旦进入轨道，通讯系统是地面与卫星之间进行联系的唯一途径。

卫星接收各种控制指令和发送各种状态，实时传输型遥感卫星，传感器获得的资料也必须借助通讯系统发回地面。通讯系统负责对卫星源数据进行调制，生成调制波，地面接收调制波，再经解调还原数据。通讯系统能力是制约卫星遥感的一大因素，特别是目前越来越突出。在有些卫星上面，特别是极轨卫星，当卫星不再地面接收区之外时还需要另外的资料暂存系统保存数据，在卫星再次飞临地面站上空时发送。卫星结构

由于受到运载火箭发射能力的限制，卫星设计要求采用高强度、轻重量的材料，在满足强度要求的同时尽可能减轻自身重要，以便尽可能多增加负载容量。另外，卫星在太空保持姿态稳定的需要，通常都设计成某种对称结构，现代卫星都有一对长长的太阳能帆板,以及固定指向的通讯天线。除此之外，现代卫星对空间电磁环境，空间热辐射的严格要求，也是卫星结构设计必须考虑的因素。

卫星在运行过程中，向阳面温度高，背阴面温度低，卫星的这种温差可以达到200℃。另外，用电功耗大的仪器会发热，需要将热量散发出去，处于低温环境的设备需要保温或加温，这些都要靠热控措施来解决。卫星的热控措施有被动热控和主动热控之分。被动热控就是为被控设备选择合适的表面涂层或隔热保温材料进行保温，或用散热好的材料散热。而主动热控则是以电控方法采用加热或通风的办法达到升温或降温的目的，以保证星上设备具有正常的温度环境。

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 5轨道摄动与轨道维护

除了地球引力外，高空稀薄大气阻力，日月及其它天体引力，太阳光压，电磁力等因素都会导致卫星偏离预定开普勒轨道。在卫星业务运行的整个阶段，必须时刻监测卫星的轨道运行状态。

另外，在卫星业务运行过程中，出于某种目的需要变更卫星轨道－比如改变观测计划（TRMM升轨），报废静止卫星轨道转移等。卫星技术发展趋势

材料科学和电子科学的飞速进步极大地促进了卫星技术的进步。纳米级的电子元器件、微米以至纳米级的微机电装置、星上信息处理技术、星间激光信技术、超轻型材料和充气式结构、高效太阳能空间电源系统和电推进系统等 ,将推动卫星技术进入一个崭新的时代。

高强度轻型材料的发展，可以大幅度地降低结构重量，大大提高有效载荷重量； 电路的高度集成化和微处理器执行指令速度的大大提高 ,电子系统的体积、重量和能耗都会大大下降，性能指标则大大提高。

高效太阳能空间电源系统有望使得能源供应容量成倍提高，为荷载更多传感器提供便利。

风云一号D星外观

作业：

卫星轨道与卫星技术－教案－2004/09 1 风云一号D星是我国自行研制的第一代太阳同步轨道气象卫星的第四颗星。该星总质量为958千克，轨道高度为870公里，轨道倾角为98.8度。另据报道，风云一号D环绕地球飞行第二圈时，５月１5北京时间上午１１时４４分３６秒，乌鲁木齐气象卫星地面站成功接收到第一张从“风云一号D”传回地面的云图。查找乌鲁木齐的地面经纬度，估算风云一号D星的轨道升交点赤度。美国国家大气海洋局发射的NOAA－6卫星近地点797km，远地点813公里，试估算该卫星的在轨速度。