遥感数据特征

常用遥感数据特征总结

按照遥感平台类型，遥感技术可以分为航宇遥感、航天遥感、航空遥感、地面遥感四类。其中航天遥感平台发展最快，应用最广。很据航天遥感平台的服务内容，可以将其分为气象卫星系列、陆地卫星系列和海洋卫星系列。不同的卫星系列所获得的遥感数据有着不同的特征，常常应用于不同的应用领域，在进行检测研究时，常常根据不同的卫星资料特点，选择不同的遥感数据。下文简单总结了几种常用的航天遥感数据特征。

1 气象卫星系列

气象卫星是最早发张起来的环境卫星。从1960年美国发射第一颗实验性气象卫星（TIROS）以来，已经有多种实验性或者业务性气象卫星进入不同轨道。气象卫星资料已经在气象预报、气象研究、资源调查海洋研究等方面显示出了强大的生命力。

气象卫星主要有以下几种系列：60年代——TIROS系列、ESSA系列、Nimus 系列；70年代——ITOS系列、NOAA系列、SMS系列、GOES系列、MeteopII、GMS、Meteosat；80年代后，主要以NOAA系列为代表。我国的气象卫星发展比较晚，FY-1是我国发射的第一颗1988年9月7日发射成功。气象卫星主要有以下特征。

（1）轨道。气象卫星轨道可以分为两种，低轨和高轨。低轨是近极低太阳同步轨道，简称极地轨道，轨道高度800~1600km，南北向绕地球运转。对东西宽约2800km的带状地域进行观测，由于与太阳同步，使卫星每天在固定的时间经过每个地方的上空，资料获得时具有相同的照明条件。高轨是指地球同步轨道，轨道高度36000km左右，相对于地球静止，能够观测地球1/4的面积，有3—4颗卫星形成观测网，对某一固定地区，每隔20~30min获取一次资料，由于它相对于地球静止，可以作为通讯中继站，用于传送各种天气资料。

（2）短周期重复观测。地球同步卫星观测周期为0.5小时一次，极轨卫星为约为0.5~1天/次，时间分辨率较高。有助于对地面快速变化的动态检测。

（3）成像面积大，有助于获得宏观同步信息，减少数据处理容量。

（4）资源来源连续、实时性强、成本低

NOAA系列。

NOAA-11卫星：发射日期1988年9月24日，正式运行日期1988年11月8日，轨道高度841公里，轨道倾角98.9度，轨道周期：101.8分。

NOAA-12卫星：发射日期1991年5月14日，正式运行日期1991年9月17日轨道高度804公里，轨道倾角98.6度，轨道周期101.1分。

NOAA-14卫星：发射日期1994年12月30日，正式运行日期1985年4月10日，轨道高度845公里，轨道倾角99.1度，轨道周期101.9分。

NOAA-15卫星：发射日期1998年5月13日，正式运行日期1998年12月15日轨道高度808公里，轨道倾角98.6度，轨道周期101.2分。

NOAA-16卫星：发射日期2000年9月12日，正式运行日期2001年3月20日，轨道高度850公里，轨道倾角98.9度，轨道周期102.1分。

NOAA-17卫星：发射日期2002年6月24日，正式运行日期2002年10月15日，轨道高度811公里，轨道倾角98.7度，轨道周期101.2分。

NOAA卫星装载有6个光谱通道的可见光和红外扫描辐射计，包括1个可见光、2个近红外通道、1个中波红外通道和2个长波红外通道。数据量化等级10比特，NOAA-K/L/M(15，16/17)是美国第五代极轨业务环境卫星，星上主要携带有：（1）改进的甚高分辨率辐射计3型（AVHRR/3），（2）高分辨率红外辐射探测仪3型（HIRS-3），（3）先进的微波探测装置A型（AMSU-A），（4）先进的微波探测装置B型（AMSU-B）。其中HIRS-3、AMSU-A和AMSU-B统称为先进的TIROS业务垂直探测器（ATOVS）。

*：通道3A和3B时间共享。

表1.5 AMSU-B光谱通道特征及其主要探测目的

（摘自国家卫星气象中心）

2 陆地卫星系列

Landsat系列遥感数据特征：

LANDSAT是美国陆地探测卫星系统。从1972年开始发射第一颗卫星LANDSAT-1，到目前最新的LANDSAT-7。LANDSAT 7 卫星于99年发射，装备有Enhanced Thematic Mapper Plus(ETM+)设备，ETM+被动感应地表反射的太阳辐射和散发的热辐射，有8个波段的感应器，覆盖了从红外到可见光的不同波长范围。 ETM+比起在LANDSAT 4、5上面装备的Thematic Mapper(TM)设备在红外波段的分辨率更高，因此有更高的准确性。

LANDSAT 7 的总体数据：7个光谱波段和一个全色波段，观察宽度达185km，15、30、60、80米精度，离地705km太阳同步轨道，16天运行周期，覆盖范围为南北纬81度之间区域。

其中ETM+的波段：

0.45-0.52微米蓝绿波段, 用于水体穿透, 土壤植被分辨；

0.52-0.60微米绿色波段, 用于植被分辨；

0.63-0.69微米红色波段, 处于叶绿素吸收区域, 用于观测道路/裸露土壤/植被种类效果很好；

0.76-0.90微米近红外波段, 用于估算生物数量, 尽管这个波段可以

从植被中区分出水体，分辨潮湿土壤，但是对于道路辨认效果不如TM3；

1.55-1.75微米中红外波段, 这被认为是所有波段中最佳的一个, 用

于分辨道路/裸露土壤/水, 它还能在不同植被之间有好的对比度, 并且有较好的穿透大气、云雾的能力；

10.5-12.5微米热红外波段, 感应发出热辐射的目标. 分辨率为60m；

2.08-2.35微米中红外波段, 对于岩石/矿物的分辨很有用, 也可用于辨识植被覆盖和湿润土壤；

0.52-0.90微米全色波段, 得到的是黑白图象, 分辨率为15m, 用于增强分辨率, 提供分辨能力；

以上波段除6、8外分辨率均为30m。

在使用这些卫星图象的时候，要先进行处理。通常是用多个波段的图象进行彩色合成，得到伪彩色图象。在合成前，各波段图象还要先做图象增强处理。例如：MrSid卫星图象是用band7作为红色, band4作为绿色，band2作为蓝色合成的，简称为742。（MrSid用的是Landsat TM, 1987-1993拍摄数据，当时未有Landsat 7）；GeoGratis Landsat7 合成卫星图象是用743(RGB)。

常用的合成方法：

真彩合成。与肉眼所见接近；仅使用反射的可见光，受大气、云雾、阴影、散射的影响较大，通常对比度不高，感觉模糊（蓝色光散射严重）；对于海岸区域研究特别有用，因为可见光可穿透水面，观察到海底。

近红外合成。颜色与肉眼所见完全不同；植被在近红外波段反射率特别高，因为叶绿素在此波段反射的能量大，因此在432图象中植被会明显表现为深浅不同的红色，不同类型植物有不同的红色色调；水会吸收差不多所有的近红外光，因此水面颜色很深近乎黑色。

短波红外合成。包含至少一个短波红外波段，短波红外波段的反射率主要取决于物体表面的含水量，因此这类图象可用于植被保护和土地研究。

SPOT系列：

SPOT卫星是法国空间研究中心（CNES）研制的一种地球观测卫星系统。“SPOT”系法文Systeme Probatoire d’Observation dela Tarre的缩写，意即地球观测系统。SPOT-1号卫星于1986年2月22日发射成功。卫星采用近极地圆形太阳同步轨道。轨道倾角93.7°，平均高度832公里（在北纬45°处），绕地球一周的平均时间为101.4分钟。轨道是“定态”（phased）的，重复覆盖周期为26天。卫星覆盖全球一次共需369条轨道。卫星在地方时上午10时30分由北向南飞越赤道，此时轨道间距为108.6公里。随纬度增加轨距缩小。星上载有两台完全相同的高分辨率可见光遥感器（HRV），是采用电荷耦合器件线阵（CCD）的推帚式（push-broom）光电扫描仪，其地面分辨率全色波段为10米；多波段为20米。当以“双垂直”方式进行近似垂直扫描时，两台仪器共同覆盖一个宽117公里的区域，并且产生一对SPOT影像。两帧影像有3公里的重叠部分，其中线在参考轨道上。其中每一影像覆盖面积60×60公里2。当进行侧向（可达27°）扫描时，每一影像覆盖面积为80×80公里2。这种交向观测可获得较高的重复覆盖率和立体像对，便于进行立体测图。SPOT卫星标志着卫星遥感发展到一个新阶段。

SPOT4于1998年3月发射，它增加了一个短波红外波段(158-1．75pm)；把原0．61-0．68um的红波段改为0．49-0．73um包含“红”的波段，并替代原全色波段，可以产生分辨率10m的黑白图像和分辨率20m的多光谱数据；增加了一个多角度遥感仪器，即宽视域植被探测仪Vegetation(VGT)，用于全球和区域两个层次上，对自然植被和农作物进行连续监测，对大范围的环境变化、气象、海洋等应用研究很有意义。VGT被设计为垂直方向的空间分辨率1．15km，扫描宽度2250km，可见光-短波红外波段0．43-1．75um共5个波段。它们为蓝波段0．43-0．47um、绿波段0.50-0．59um、红波段0．61—0．68um，近红外波段0．79-0．89um、短波红外波段1．58-1．75um。SPOT4中的VGT和HRVs将使同一区域有可能同时获得较大范围的粗分辨率数据和小范围的细分辨率数据。

SPOT5于2002年5月4日发射，星上载有2台高分辨率几何成像装置(HRG)、1台高分辨率立体成像装置(HRS)、1台宽视域植被探测仪(VGT)等，空间分辨率最高可达2.5m，前后模式实时获得立体像对，运营性能有很大改善，在数据压缩、存储和传输等方面也均有显著提高。

GeoEye系列：

GeoEye-1卫星拥有达到0.41米分辨率(黑白)的能力，简单来说这意味着，从轨道采集并由SGI Altix 350系统处理的高分辨率图像将能够辨识地面上16英寸或者更大尺寸的物体。以这个分辨率，人们将能够识别出位于棒球场里放着的一个盘子或者数出城市街道内的下水道出入孔的个数。

GeoEye-1不仅能以0.41米黑白(全色)分辨率和1.65米彩色(多谱段)分辨率搜集图像，而且还能以3米的定位精度精确确定目标位置。因此，一经投入使用，GeoEye-1将成为当今世界上能力最强、分辨率和精度最高的商业成像卫星。

GeoEye-1 照片产品和解决方案现在已经大量推出，其地面分辨率分别为0.5米、1米、2米和4米。照片产品有彩色和黑白两种。彩色照片包含四种波长的颜色：蓝色、绿色、红色和近红外。商业客户可以通过多种途径购买 GeoEye-1 照片。服务专家现在可在购买 GeoEye-1 照片产品和增值解决方案方面提供帮助。

包括GoogleEarth、GoogleMap、Tom Clancy's H.A.W.X等软件及游戏都使用了该卫星的地球照片。

GEOEYE-1 规格

全色传感器：0.41 meters x 0.41 meters

多普段传感器：1.65 meters x 1.65 meters

光谱范围：450–800 nm

450–510 nm (blue)

510–580 nm (green)

655–690 nm (red)

780–920 nm (near IR)

扫描宽度：15.2 km

Off-Nadir Imaging:Up to 60 degrees

动态范围：11 bits per pixel

任务寿命预期：大于10 years

Revisit Time:Less than 3 days

轨道高度：681 km

Nodal Crossing:10:30 a.m.

3 海洋卫星系列

由于海洋具有其特殊性，如面积大。反射较强、海水具有透明性的差异以及海面特殊状况等，海洋遥感具有以下特征：

（1）以微波为主。微波可以在各种天气条件下，透过云层获得全天候的海洋信息，并且微波还可以较好的获得海水温度、盐度和海面粗糙度等信息。

（2）电磁波与激光、声波的结合时扩大海洋遥感探测手段的一条新路。海洋遥感从可见光到微波虽然都被利用，但仍局限在以海水表面为深度的薄层，而利用声波可以突破深度上的局限性，将遥感技术应用的范围延伸到深海。

Seasat 1：

发射于1978年，为近极地太阳同步近圆形轨道，能够覆盖全球95%的地区，一次扫描覆盖海面1900km，装载5中传感器，其中四种是微波传感器。