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第五章第五章 遥感数据的信息提取遥感数据的信息提取 1 1 信息提取的原理和方法信息提取的原理和方法 2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 4 4 遥感影像地图遥感影像地图 本章提要本章提要（）主要介绍了主要介绍了遥感数据的信息遥感数据的信息提取的原理和方提取的原理和方法法,其中以航空像其中以航空像片和陆地卫星像片和陆地卫星像片的信息提取为片的信息提取为主主,同时介绍了新同时介绍了新型的影像地图的型的影像地图的概念。概念。1 1 信息提取的原理和方法信息提取的原理和方法 遥感图像中目标地物的特征是地物电磁波的辐射差异遥感图像中目标地物的特征是地物电磁波的辐射差异在遥感影像上的反映。在遥感影像上的反映。依据遥感图像上的地物特征，识别地物类型、性质、依据遥感图像上的地物特征，识别地物类型、性质、空间位置、形状、大小等属性的过程叫信息提取。空间位置、形状、大小等属性的过程叫信息提取。信息提取的方法有：信息提取的方法有：目视判读法：是目前常用的方法。目视判读法：是目前常用的方法。计算机分类法：有监督分类、非监督分类、模式识计算机分类法：有监督分类、非监督分类、模式识别、神经网络分类、分形分类、模糊分类、人工智别、神经网络分类、分形分类、模糊分类、人工智能等数据挖掘技术方法。能等数据挖掘技术方法。目视判读的标志目视判读的标志 色调色调/色彩：判读前通过反差调整和彩色增强后，成为色彩：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。目视判读的重要标志。形状：是目视判读最直观的标志。形状：是目视判读最直观的标志。大小：根据地物间的相对大小，区分地物。大小：根据地物间的相对大小，区分地物。阴影：可判读地物的高度，但也遮挡部分地物信息。阴影：可判读地物的高度，但也遮挡部分地物信息。组合图案：当地物较小时，在影像上表现为纹理，即某组合图案：当地物较小时，在影像上表现为纹理，即某种地物类型有规律的重复出现。如农田、森林。种地物类型有规律的重复出现。如农田、森林。水系标志水系标志 水系是非常重要的解译标志，对地形、地貌、岩性、构造的解译都非常有用。水系是多级水道组合而成的水网，在遥感图像上，尤其是在近红外波段的图像上显示特别清楚。地质解译时，对水系类型、未级支沟、小溪等水文网尤为关注，它们对构造和岩性的解译非常有用。（1）水系类型 水系是指水文网的平面组合形态。水系的发育与地形、地质、气候有关。水系对构造活动反映很灵敏，对地质解译很重要，根据水系形态特征及其所处区域地貌环境可划分为以下几种类型（表1）水系类型的地质条件 水 系 类 型 地 质 条 件（成 因）山 区 型 水 系 树枝状水系 钳状沟头树枝状水系 为花岗岩类等球状风化明显的地区 似平行状水系 中等倾斜细粒结构物质组成岩石的地区 格状水系 受地质构造（岩层产状及节理裂隙等）控制 平行状水系 常与滨海平原、大的沉积裙、褶皱翼部、掀斜构造的倾斜面共存 放射状水系 火山锥、小型侵入体、残留的孤山、穹窿和短轴背斜 环状水系 环状构造（破火山口、陨石坑、圆形或椭圆形侵入体等 星点状水系 南方石灰岩发育地区 倒钩状水系 断裂构造 平 原 型 水 系 扇状水系 河流入海或入湖口 网状水系 入海口或河岸平原上 辫状水系 多沙河流的出口处或宽阔的间歇河滩上 曲流状水系 平原区河曲、曲流、古河道、牛轭湖 山区水系类型山区水系类型 平原区水系类型平原区水系类型（2）水系分析 水系的分析包括水系的密度和均匀性分析。水系密度的大小与岩性有关，一般泥岩、页岩、粘土岩、粉砂岩发育地区，发育高密度水系，反应岩石透水性不良；砂岩、石英砂岩或岩石裂隙发育区，常形成低密度水系，且水系长而稀疏。水系均匀性分析包括水系的对称性和方向性分析。水系均匀，表示岩石抗风化能力和裂隙发育程度都比较相近。水系的对称性，反映区域地形或大片成层岩层向一侧倾斜。水系的方向性，主要反映区域山系走向、岩层走向及构造走向。地貌形态标志地貌形态标志 地貌形态取决于一定的岩性和构造等地质基础，同时也决定于一定的气候、水文等自然地理条件。不同地貌形态是不同岩性、构造在不同内外动力作用下的结果。例如，岩石的抗蚀能力通常由地貌形态反映出来。长期受到侵蚀剥蚀的不同岩石，由于其组成物质的物理化学性质不同，而具有不同的抗蚀能力。抗蚀性强的岩石，组成陡坡和陡崖；抗蚀能力弱的岩石形成缓坡和低地。地貌形态除与岩性有关外，也与构造、产状、地质发育历史、自然环境有关。利用地貌形态解译地质体可以从宏观地貌形态和微观地貌形态两方面进行分析。前者包括山地的形态、地形的相对高差、山体的规模大小和组合格局（形式）；后者包括山顶形态、山坡形态和冲沟形态等。影纹图案影纹图案 影纹图案是地物的形状、大小、色调或色彩、阴影、水系、地貌、植被、土壤、人类活动遗迹等在图像上的综合表现。不同的地质体一般具有不同的影纹图案。在解译过程中对影纹图案的类型可用点状、格状、删状、链状、环状、蠕虫状、姜状等术语来描述。还可进一步区分为宽窄、疏密、粗细、大小、长短等。植被植被 植被的分布与气候的地带性和地形引起的垂直分带性及小气候特点有关。在不同的地貌部位上由于基岩和第四纪沉积物的岩性、粒度、含水性、地下水的矿化特点等的影响，引起植物群落外貌、种属成分、层级、密度、长势、单株与群落的生态畸变和宏观生态特征上的改变。植被分布对地质解译既有利，也有弊。不利之处在于植被掩盖了岩层露头和构造，造成解译上的困难；有利的是，在某些特定条件下它能作为地质解译的间接解译标志。例如，有害元素的存在、水文条件和土壤性质的变化可引起植物生态异常。土土 壤壤 广义的土壤，包括岩石风化后残留在原地的松散残积层。残积物的表层在一定条件下发育为具有一定肥力的土壤为狭义土壤。土壤的分布，根据其颜色、色调、成分、结构，可以区分和识别。残积层与基岩有密切关系，所以土壤具有一定的地质指示意义。如石灰岩、白云岩风化后，大部分溶于水的物质被淋溶迁移，粘土等杂质聚集成残积粘土层，土壤瘠薄，在航片上该处冲沟的色调浅灰。砂岩风化后成沙土。页岩风化后成粘土，往往构成灰色的一片缓坡，色调均匀而单调。水文标志水文标志 主要指陆地水文特征，包括小溪、河川、湖泊、冰雪、地下水溢出地、基岩及松散堆积物的含水性、渗透性、温泉、矿泉等。它们的空间分布特征都与一定的地质条件有关，因此，水文标志是地质解译的一个有用标志。人类活动遗迹人类活动遗迹 历史上人类活动遗留下来的与地质体有关的痕迹，如古矿井遗迹、古冶炼遗迹、废矿渣堆等。现代人类经济活动的各种标志，如地质勘探中的探槽、钻探平机台、地热工程、道路、建筑、农垦活动、历史考古等都可作为地质解译的间接解译标志。目视判读的方法目视判读的方法 直接判读法：依据判读标志，直接识别地物属性。直接判读法：依据判读标志，直接识别地物属性。对比分析法：与该地区已知的资料对比，或与实地对比对比分析法：与该地区已知的资料对比，或与实地对比而识别地物属性；或通过对遥感图像不同波段、不同时而识别地物属性；或通过对遥感图像不同波段、不同时相的对比分析，识别地物的性质和发展变化规律。相的对比分析，识别地物的性质和发展变化规律。逻辑推理法：根据地学规律，分析地物之间的内在必然逻辑推理法：根据地学规律，分析地物之间的内在必然分布规律，由某种地物推断出另一种地物的存在及属性。分布规律，由某种地物推断出另一种地物的存在及属性。如由植被类型可推断出土壤的类型，根据建筑密度可判如由植被类型可推断出土壤的类型，根据建筑密度可判断人口规模等。断人口规模等。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 航空像片一般用摄影的方法获得，航高在航空像片一般用摄影的方法获得，航高在10km以内的以内的对流层。对流层。目前常用的航空像片类型为彩色红外像片。目前常用的航空像片类型为彩色红外像片。航空像片的比例尺大、分辨率高，常用直接判读法和对航空像片的比例尺大、分辨率高，常用直接判读法和对比分析法。比分析法。一般依据航片上地物的形状和色彩就可判读地物属性。一般依据航片上地物的形状和色彩就可判读地物属性。航空像片主要应用在城市遥感中。航空像片主要应用在城市遥感中。一、判读标志一、判读标志 航片判读：根据像片上反映的地物影像识别地物的性质航片判读：根据像片上反映的地物影像识别地物的性质和数量特征，并研究其分布和发生发展的规律。和数量特征，并研究其分布和发生发展的规律。判读的标志：判读的标志：形状；形状；大小；大小；色调色调/颜色；颜色；影阴；影阴；组合图案组合图案/纹理结构。纹理结构。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 二、居民地和道路的判读二、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。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。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。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。实习：居民地和道路的判读。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 三、水体的判读三、水体的判读 河流判读：界线明显、弯曲自然、宽窄不一的条带状。河流判读：界线明显、弯曲自然、宽窄不一的条带状。能判读流向、河宽、流速、桥梁、码头等附属物。能判读流向、河宽、流速、桥梁、码头等附属物。湖泊的判读：轮廓明显的形状、色调较暗。能判读其形湖泊的判读：轮廓明显的形状、色调较暗。能判读其形状、面积。状、面积。海域的判读：能清晰地判读出海岸线、潮侵地带、高潮、海域的判读：能清晰地判读出海岸线、潮侵地带、高潮、低潮位置。低潮位置。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 四、四、地貌的判读地貌的判读 利用航片能判读地貌的类型、形态。如流水地貌、利用航片能判读地貌的类型、形态。如流水地貌、冰川地貌、风沙地貌、黄土地貌、火山地貌等。冰川地貌、风沙地貌、黄土地貌、火山地貌等。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 坚硬岩层上的风蚀沟槽 风蚀长丘 风蚀残丘 新月形沙丘链 平行状平行状 山谷冰川山谷冰川 山麓冰川 复式山谷冰川 冰帽冰帽 古代冰川：槽谷、悬谷、角峰、刃脊、冰斗、冰碛物 火山锥（侧视雷达图像）火山口（五大莲池）峨眉山 玄武岩 的影像 特征 五、植被的判读五、植被的判读 判读标志为：色调判读标志为：色调/色彩和纹理结构。色彩和纹理结构。纹理结构：细小地物在影像上构成的组合图案。地物的纹理结构：细小地物在影像上构成的组合图案。地物的性质不同，组合图案也不同，以此来判读地物群体的性性质不同，组合图案也不同，以此来判读地物群体的性质。质。以判读植物群落为主。以判读植物群落为主。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 六、六、航空像片的立体观察航空像片的立体观察 立体观察的原理：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。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：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）眼睛的结构：相当于一架能自动调节焦距和光圈的摄像机。圈的摄像机。（2）立体的形成：取决于双眼观察。）立体的形成：取决于双眼观察。2 2 航空像片的信息提取航空像片的信息提取 立体观察的像对立体观察的像对 像对：把从相邻两摄影站对同一地区摄取的两张像片，像对：把从相邻两摄影站对同一地区摄取的两张像片，称为像对。也可看成是空间光学立体模型。称为像对。也可看成是空间光学立体模型。像对立体效果的形成过程：空间物体像对立体效果的形成过程：空间物体空间物体的左右空间物体的左右像对像对生理视差生理视差产生立体感觉产生立体感觉恢复空间物体的立体恢复空间物体的立体模型。模型。航摄立体像对：航向航摄立体像对：航向60%的重叠，使同一地物在相邻两的重叠，使同一地物在相邻两像片上都有影像，构成了像对，通过立体镜的立体观察，像片上都有影像，构成了像对，通过立体镜的立体观察，可建立地物的空间立体模型。可建立地物的空间立体模型。像对立体观察的条件像对立体观察的条件 （1）必须是航摄立体像对；）必须是航摄立体像对；（2）像对的比例尺差不得大于）像对的比例尺差不得大于15%；（3）两眼分别看两张像片上的相应影像，即左眼看）两眼分别看两张像片上的相应影像，即左眼看左像，右眼看右像；左像，右眼看右像；（4）同名地物点的连线与眼基线平行。）同名地物点的连线与眼基线平行。问题：航空摄影像对，在立体镜下观看立体时如何问题：航空摄影像对，在立体镜下观看立体时如何满足立体观察的条件？满足立体观察的条件？立体观察的应用立体观察的应用 像片判读。像片判读。立体量测立体量测摄影测量学（摄影测量学（Photogrammetry):如如 地形测绘，即测量高程和平面坐标。地形测绘，即测量高程和平面坐标。3 3 卫星图像的信息提取卫星图像的信息提取 卫星遥感以多波段为主，判读前先进行彩色增强处理，卫星遥感以多波段为主，判读前先进行彩色增强处理，提高目视判读的分辨率。提高目视判读的分辨率。判读方法主要是对比分析和地物纹理特征。判读方法主要是对比分析和地物纹理特征。高分辨率的卫星遥感图像彩色合成后，与航空像片的判高分辨率的卫星遥感图像彩色合成后，与航空像片的判读方法类似。如读方法类似。如IKONOS，QuickBird。一、一、LandsatLandsat卫星图像特征卫星图像特征 光谱特性：由于各种地物组成的物质成分、结构、理化光谱特性：由于各种地物组成的物质成分、结构、理化性质的差异，导致不同的地物对电磁波的反射存在着差性质的差异，导致不同的地物对电磁波的反射存在着差异，并且致使地物的热辐射性质也不完全相同。同一地异，并且致使地物的热辐射性质也不完全相同。同一地物在不同的波谱段，其反射的电磁波与热辐射也有差异。物在不同的波谱段，其反射的电磁波与热辐射也有差异。反映在图像上为：相同地物在不同波谱段的图像上色调反映在图像上为：相同地物在不同波谱段的图像上色调会不同。这叫做地物的光谱效应。会不同。这叫做地物的光谱效应。MSS的光谱效应。的光谱效应。MSS4：0.50.6m，对水体有一定的透视能力，能判，对水体有一定的透视能力，能判读出水下地形。读出水下地形。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 MSS5：0.60.7m，对水体有一定的透视能力，对海，对水体有一定的透视能力，对海水中的泥沙流、河流中的悬浮物有明显的反映；能区分水中的泥沙流、河流中的悬浮物有明显的反映；能区分死树和活树，活树色调较深。死树和活树，活树色调较深。MSS6：0.70.8m，水体为暗色，对地物的湿度有明，水体为暗色，对地物的湿度有明显反映；能反映植物的健康状况。显反映；能反映植物的健康状况。MSS7：0.81.1m，与，与MSS6相似，但水体更黑，湿相似，但水体更黑，湿地色调更黑；能明显区分植物的健康状况。地色调更黑；能明显区分植物的健康状况。MSS8：10.412.6m，反映地物的热辐射性质。地表，反映地物的热辐射性质。地表温度高，热辐射就强，色调就浅。温度高，热辐射就强，色调就浅。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 TM的光谱效应的光谱效应 TM1对水体有较强的透视能力。对水体有较强的透视能力。TM2-TM4与与MSS4-MSS6相似。相似。TM5，TM7属于近红外波段，对岩石有明显的区分能力，属于近红外波段，对岩石有明显的区分能力，对植物也有明显的反映，属于反射峰值。对植物也有明显的反映，属于反射峰值。TM6与与MSS8相同。相同。ETM+的光谱特性的光谱特性 除除PAN波段外，其余与波段外，其余与TM相同。相同。几何特性几何特性 具有地理坐标。具有地理坐标。投影性质：多中心投影。投影性质：多中心投影。重叠：航向无重叠，旁向重叠取决于纬度。如：重叠：航向无重叠，旁向重叠取决于纬度。如：纬度纬度/0 10 20 30 40 50 60 70 80 重叠重叠/%14 15 19 26 34 45 57 70 85 编号。编号。图像注记或图像参考文件：说明成像的时间、条件、波图像注记或图像参考文件：说明成像的时间、条件、波段等。段等。卫星数据的产品类型卫星数据的产品类型 卫星图像资料卫星图像资料 磁带资料磁带资料 光盘资料光盘资料 磁盘资料磁盘资料 To be continued 二、水体判读二、水体判读 水体在卫星图像上要较其他地物容易判读。水体在卫星图像上要较其他地物容易判读。尤其在近红外波段的影像上，由于水体对近红外的强烈尤其在近红外波段的影像上，由于水体对近红外的强烈吸收，水体为黑色，与周围地物的界限很清楚。吸收，水体为黑色，与周围地物的界限很清楚。湖、河、海以其外部形态，很容易区别。湖、河、海以其外部形态，很容易区别。水中的泥沙含量等状况，在可见光短波影像上有显示。水中的泥沙含量等状况，在可见光短波影像上有显示。一般水浅或含沙量大的色调浅。一般水浅或含沙量大的色调浅。水体明显易判的特点，常作为其他地物定点定位的标志。水体明显易判的特点，常作为其他地物定点定位的标志。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 三、地貌的判读三、地貌的判读 地貌在卫星图像判读时是较为直观的要素。地貌在卫星图像判读时是较为直观的要素。卫星图像的比例尺小，能反映大的地貌形态特征，如平卫星图像的比例尺小，能反映大的地貌形态特征，如平原、山地、丘陵。原、山地、丘陵。能判读主要的地貌类型及范围，如风沙地貌、黄土地貌、能判读主要的地貌类型及范围，如风沙地貌、黄土地貌、冰川地貌、火山地貌、流水地貌等。冰川地貌、火山地貌、流水地貌等。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 四、植被的判读四、植被的判读 卫星图像上，植被是群体的特征，不能反映个体的形态，卫星图像上，植被是群体的特征，不能反映个体的形态，只能判读出植被的类型、生长状况、分布范围。只能判读出植被的类型、生长状况、分布范围。植被类型的判读要依据纹理结构和色调，并要有该地植植被类型的判读要依据纹理结构和色调，并要有该地植物群落组成和植被分类图等资料，要经过实地调查和验物群落组成和植被分类图等资料，要经过实地调查和验证。证。植被的判读一般要用多波段合成的图像，如标准假彩色植被的判读一般要用多波段合成的图像，如标准假彩色合成图像。在该图像上植被为红色。合成图像。在该图像上植被为红色。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 五、城镇与道路的判读五、城镇与道路的判读 城镇的光谱是建筑物和水泥下垫面的综合反映，与周围城镇的光谱是建筑物和水泥下垫面的综合反映，与周围环境的反差较大，能判读出城镇的外形和面积。环境的反差较大，能判读出城镇的外形和面积。城镇的内部结构的判读，取决于图像的分辨率。城镇的内部结构的判读，取决于图像的分辨率。道路呈长条状，故提高了分辨率，一般能判读出形态和道路呈长条状，故提高了分辨率，一般能判读出形态和长度，区分道路的等级。长度，区分道路的等级。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 六、土地覆盖与土地利用的判读六、土地覆盖与土地利用的判读 土地覆盖与土地利用的含义大同小异。土地覆盖与土地利用的含义大同小异。图像反映出来的是地表覆盖状况，该状况的类型根据土图像反映出来的是地表覆盖状况，该状况的类型根据土地分类标准而定。地分类标准而定。我国土地分类：一级大类统一，二级各地确定。我国土地分类：一级大类统一，二级各地确定。一级类型：耕地一级类型：耕地林地林地草地草地园地园地居住用地居住用地工矿工矿用地用地交通用地交通用地水域水域特殊用地特殊用地难利用地。难利用地。3 3 卫星像片的信息提取卫星像片的信息提取 TM1 TM2 TM3 TM4 TM5 TM7 4 4 遥感影像地图遥感影像地图 概念：以遥感影像和一定的地图符号来表示制图区域地概念：以遥感影像和一定的地图符号来表示制图区域地理空间信息的地图。理空间信息的地图。影像地图有：普通影像地图、专题影像地图。影像地图有：普通影像地图、专题影像地图。特点：信息丰富、直观形象、现势性强。特点：信息丰富、直观形象、现势性强。应用：城市影像地图、中国影像地图以及各种应用的影应用：城市影像地图、中国影像地图以及各种应用的影像地图等。像地图等。TM321 TM432 TM543 思考题思考题 1、遥感信息提取的原理？2、遥感解译标志的概念，常用的解译标志有哪些？3、目视解译方法有哪些？4、遥感图像解译的一般原则有哪些？5、地物的光谱效应（多波段效应）、多时相效应？