遥感与地理信息系统习题及答案

遥感与地理信息系统（2007-2008第二学期，620506-620507）A卷答案

一、名词解释(每题2分，总26分)

1.大气窗口有些波段的电磁辐射通过大气后衰减较小，透过率较高，对遥感十分有利，

这些波段通常称为“大气窗口”。

2.光谱反射率反射率是物体的反射辐射通量与入射辐射通量之比。

3.近极地轨道 i≈90°时轨道面接近地轴，这时的轨道称近极地轨道。轨道近极地有利于增

大卫星对地球的观测范围。

4.合成孔径侧视雷达:是用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动。

在移动中选择若干个位置，在每个位置上发射一个信号，接收相应发射位置的回波信号贮存记录下来。存贮时必须同时保存接收信号的幅度和相位。侧视雷达

5.间接法纠正方案；所谓间接法方案，是从空白的输出图像阵列出发，亦按行列的顺序

依次对每个输出像素点位反求原始图像坐标中的位置。

6.辐射误差: 传感器观测目标的反射或辐射能量时，所得到的观测量值与目标的光谱反射

率或光谱辐射亮度等物理量之间的差值称为辐射误差。

7.图像平滑: 图像平滑的目的在于消除各种干扰噪声，使图像中高频成分消退，即平滑掉

图像的细节，使其反差降低，保存低频成分。图像平滑包括空间域处理和频率域处理两大类。

8.图像融合技术是指将多源信道所采集到的关于同一目标的图像经过一定的图像处理，提

取各自信道的信息，最后综合成同一图像以供观察或进一步处理

9.景物特征:景物特征主要有光谱特征、空间特征和时间特征。

10.判读标志各种地物的各种特征都以各自的形式（或称样子、模式）表现在图像上。各种

地物在图像上的各种特有的表现形式称为判读标志。

11.几何分辨率传感器瞬时视场内所观察到的地面的大小称空间分辨力。

12.监督法分类: 如果我们事先已经知道样区类别的信息，这种信息可以通过对待分类地区

的目视判读，实地勘查或结合GIS信息获得。在这种情况下对非样本数据进行分类的方法称为监督分类。（或监督分类是基于我们对遥感图像上样本区内地物的类属已知，于是可以利用这些样本类别的特征作为依据来识别非样本数据的类别。）

13.空间数据结构：指空间数据适合于计算机存储管理处理得逻辑结构。

14.GIS 空间分析模型:指在GIS空间数据基础上建立起来的模型，是对现实世界的抽象和

概括。

15.空间元数据：关于数据和信息资源的描述性信息。

16.网络：是指线状要素相互连接所形成的一个线状模型。

17.格网DEM：是DEM的最常用形式，其数据组织类似于图像栅格数据，每个图像的值是高

程值。

二、简答题(每题5分，总65分)

1叙述沙土、植物和水的光谱反射率随波长变化的一般规律。

沙土：自然状态下，沙土表面的反射率没有明显的峰值和谷值。其反射波谱特性曲线比较平滑，不同光谱段的遥感影像上沙土的亮度区别不太明显。

植物：可见光波段0.55μm(绿光)附近有反射率为10%～20%的一个波峰；两侧0.45μm （蓝）和0.67μm（红）则有两个吸收带；在近红外波段0.8～1.0μm间有一个反射的陡坡，至1.1μm附近有一峰值，形成植被的独有特征。

水：水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸收力很强，特别是近红外、中红外波段有很强的吸收带，反射率几乎为0。

遥感图像纠正中，采用共线方程纠正的原理是什么？

共线方程建立了像方和物方空间坐标之间的一一对应的关系，其形式如下：

其中a1，b1，c1，a2，b2，c2，a3，b3，c3九个系数参数是由飞行器所载摄像装置的3个旋转角ψ，ω，k决定的，这3个外方位元素构成了一个3×3的系数矩阵R，称为旋转矩阵：

其中矩阵中的各个参数值是由相机的内外参数共同决定的。Xs，Ys，Zs为摄像装置在地面坐标系的空间坐标，f为摄影焦距，x1，y0都是相机的内参数都是已知的，由于航空飞行器是不断运动变化的，因此对于每一幅拍摄到的航片都是在不同的外方位元素条件下进行的，因此对于每一幅相片成像，共线方程中的9个系数值是不一样的，而且每次相机在地面坐标系中的空间坐标也是不同的。航片最终的显示情况就是由这6个内外方位元素决定的，我们对航拍图像进行几何校正的目的就是将现在在任意飞行姿态的情况下对某一地域的拍摄变换成在相同飞行高度下，相机垂直于该地域时的拍摄情况，即在某一地域上ψ，ω，k都是0条件下航片的成像。

对于同一物点，按照共线方程可以列出其飞行器摄像装置在不同位置和不同角度的共线方程，如下图所示，其投影的情况如下：

对于物点P，按照共线方程可以列出相机在S1位置照相所得物点的世界坐标与该点在投影面上的像平面坐标关系为：

同理可以得出相机在S2位置照相对应的物点P的世界坐标与该点在投影面上的像平面坐标关系：

投影点在S1，S2胶片上的投影点的扫描点坐标分别为(x1，y1)，(x2，y2)，依据相机内定向模型确定相机扫描坐标与像平面坐标之间的关系。

联立上述五式，可以得出由透视变换模型到投影变换模型的一种相片之间的新的投影关系：

其中(x1，y2)，(x2，y2)均是在数字图像坐标系(相机扫描坐标)下的象素点坐标。基于该种模型可以实现几何变形的航拍图像的几何校正。

2叙述中心投影的航空像片,MSS多光谱扫描仪影像,SPOT的HRV推扫式影像和真实孔径侧视雷达图像的几何特征。

中心投影航空像片：像片产生全景畸变；MSS多光谱扫描仪影像：像片像元空间分辨率为56m×79m；SPOT的HRV推扫式影像：SPOT上的HRV分成多光谱型和全色型HRV,多光谱影像上像元相对地面上为20m×60Km,全色影像上一个像元相当于地面大小10m ×10m ；真实孔径侧视雷达图像:1)垂直飞行方向的比例尺由小变大；2）造成山体倾斜，朝向传感器的山坡影像被压缩，而背向传感器的山坡被拉长，与中心投影相反，还会出现不同地物点的重影现象；3）高差产生的投影差亦与中心投影差位移的方向相反，位移量也不同。

3叙述地物光谱特性曲线与波谱响应曲线之间的关系和不同点？

光谱特性曲线用反射率与波长的关系表示；波谱响应曲线用密度或亮度值与波段的关系表示。

如果不考虑传感器光谱响应及大气等的影响，则波谱响应值与地物在该波段内光谱反射亮度的积分值相应

4遥感在主要应用于测绘哪些方面？

遥感图像在测绘中主要被用来测绘地形图、制作正射影像图和经专业判断读后编绘各种专题图。使用现时的遥感图像补测和修编地形图和地图，以及在一些特殊条件下，如云覆盖、森林覆盖、水下、雪原上测绘地形图等。所测绘的地形图或地图已是数字形式，通过格式变换直接存入GIS的数据库，修测的内容可以更新GIS数据库。

5地理信息系统由哪些部分组成？与其它信息系统的主要区别有哪些，技术优势体现在哪里？

GIS包括：系统硬件、软件、数据、人员、应用模型。GIS以地理实体数据为处理和操作的主要对象。技术优势：混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的演化模拟和空间决策支持功能。

6地理实体数据的特征是什么？请列举出某些类型的空间数据。

空间特征：描述事物或现象的地理位置以及空间相互关系。又称几何关系和拓扑关系。

例如，某控制点的经纬度，中国与印度接壤等。

属性特征：描述事物或现象的特征，即用来说明“是什么”，如事物或现象的类别、等级、数量、名称。

时间特征：描述事物或现象随时间的变化，例如：人口数的逐年变化

7GIS的数据源有哪些？

地图数据、遥感数据、文本资料、统计资料、实测数据、多媒体数据、已有系统数据。

8栅格数据结构与矢量数据结构的主要优缺点？

矢量数据结构：优点是便于面向对象的数据表示；数据结构紧凑、冗余度低；有利于网络分析；图形显示质量好、精度高。缺点：数据结构复杂；软件与硬件的技术要求比较高；多边形叠合分析比较困难；显示与绘图成本比较高。

栅格数据结构：优点是数据结构简单；空间分析和地理现象的模拟比较容易；有利于与遥感数据的匹配应用和分析；输出方法快速，成本比较低廉。缺点：图形数据量大；

投影转换比较困难；栅格地图的图形质量比较低；现象识别的效果不如矢量方法。

9地理信息标准化的内容有哪些？

统一的名词术语内涵；数据采集原则；空间定位框架；数据分类标准；数据编码系统；

数据组织结构；数据记录格式；数据质量含义

三、绘图与推导公式题(共18分)

1.绘图说明遥感通用构像方程各符号的意义，并推导（红外和多光谱）扫描式传感器

的构像方程。（9分）

答：

1）．传感器坐标系S－UVW，S为传感器投影中心，作为传感器坐标系的坐标原点，U轴的方向为遥感平台的飞行方向，V轴垂直于U，W轴则垂直于UV平面，该坐标系描述了像点在空间的位置。

2）．地面坐标系O－XYZ，主要采用地心坐标系统。当传感器对地成像时，Z轴与原点处的天顶方向一致，XY平面垂直于Z轴。

3）.图像(像点)坐标系o－xyf，（x，y）为像点在图像上的平面坐标，f为传感器成像时的等效焦距，其方向与S－UVW方向一致。

上述坐标系统都是三维空间坐标系，而最基本的坐标系统是图像坐标系统o－xy和地图坐标系统Om－XmYm，它们是二维的平面坐标系统，是遥感图像几何处理的出发点和归宿。

设地面点P在地面坐标系中的坐标为(X，Y，Z)P，P在传感器坐标系中的坐标为(U，V，

W)P，传感器投影中心S在地面坐标系中的坐标为(X，Y，Z)s。

扫描式传感器获得的图像属于多中心投影，每个像元都有自己的投影中心，随着扫描镜的旋转和平台的前进来实现整幅图像的成像。由于扫描式传感器的光学聚焦系统有一个固定的焦距，因此地面上任意一条线的图像是一条圆弧，整幅图像是一个等效的圆柱面，所以该类传感器成像亦具有全景投影成象的特点。任意一个像元的构像，等效于中心投影朝旁向旋转了

扫描角后，以像幅中心（x＝0，y＝0）成像的几何关系。所以扫描式传感器的构像方程为：

，式中Rθ＝

扫描式传感器的共线方程可表达为：，扫描式传感器的构像关系见下

图：

扫描式传感器构像关系

2.已知中心投影影像姿态产生的变形误差公式为

推导出推扫式影像的像点位移公式。（9分）

对于推扫式成像仪图像，一条影像线与中心投影相同，但x=0，因此可以得到推扫式成像仪的像点位移公示：

ω

?d f

y

f H y dY H f dy ydk fd dX H

f

dx S S )1(22

+---=+--

= 四、

论述题（15分）

请写出下面图形的基于拓扑数据结构弧段文件。什么是拓扑结构，并说出该

图形中存在几种拓扑关系,请举例说明。（其中N,C,P 分别代表结点码,弧段码,多边形）

弧段文件构成

弧段号 起结点 终结点 左多边形 右多边形 C1 N1 N2 P2 P1 C2 N3 N2 P1 P4 C3 N1 N3 P1 Φ C4 N1 N4 Φ P2 C5 N2 N5 P2 P4 C6 N4 N5 P3 P2 C7 N5 N6 P3 P4 C8 N4 N6 Φ P3 C9 N7 N7 P4 P5 C10

N3

N6

P4

Φ

包含三种拓扑个关系： 拓扑邻接：如N1和N4

拓扑关联：如N1、C1、C3、C6 拓扑包含：如P4、P5。