实验5 遥感图像目视解译与制图(1)

实验5 遥感图像目视解译与制图（1）

原理参考《遥感实习教程》P70实习十五 扫描图像判读

实验结束后，上交实验报告，报告中包括表5和表6

扫描图像判读原理及方法简介

1、影像的特征

常用的遥感扫描影像都是卫星遥感影像，如MSS、TM和SPOT遥感影像，相对于航空像片来说，这些影像具有以下特征：

（1）像幅面积大，宏观性强：1景陆地卫星的TM影像，像幅面积为185KM*185KM， 其覆盖范围为34225平方公里，SPOT卫星影像是60KM*60KM，相当于3600平方公里。如此大面积视野的自然景观，以一幅图像的形式展示于人们眼前，是其它遥感平台的遥感影像所无法比拟的。使我们比较容易地找出一些地表大区域的宏观规律，如大的地貌类型、大的线性地质构造等。因此，自陆地卫星问世起，人类终于可以从离开地球的太空高度，从宏观领域来认识地球，了解和认识我们在常规工作方法中难以识别的规律。遥感影像反映的地面景观，是一种自然综合概括后的景观。一般说来，影像空间分辨率越低，它对地面景观的概括性越强，对景物细节的表现力越差。例如MSS遥感影像提供的地面信息，可以反映出水系的宏观特征，但河流细节特征不明显。空间分辨率高，可以提高景物细节的表现力，但也干扰了地表宏观特征的表现。

（2）影像的多波段性：遥感扫描影像采用多波段方式记录地表各种地物的电磁波信息，MSS图像具有4个波段，TM图像具有7个波段，SPOT图像具有5个波段，每个波段都提供了丰富的信息。例如，一景SPOT图像的全色波段具有6000*6000个像元，每个像元对应于地面100平方米的范围，其信息量十分巨大。一景MSS图像上的一个波段具有2340个*2340个像元，4个波段的像元合计为30326400个，丰富的信息量有助于对目标地物的综合分析。由于图像的多光谱特性，不但使所获得的信息量增大，而且可以通过假彩色合成形成解译红外彩色特征的假彩色影像。

（3）影像的数字记录形式：多光谱图像大多数是以数字的形式记录在磁带上的，数字形式的图像可以充分用于计算机中，进行遥感图像的数字处理，从而极大地增强对遥感数据的分析处理能力，也可获得一般光学处理难以获得的效果。

（4）影像的多时间性和动态观测：地球资源卫星与飞机不同，一旦发射进入太空，就一刻不停地围绕地球运转，并以一定时间周期重复扫描地球表面，向地面接收站发送最新获取的扫描影像。利用地球资源卫星提供的遥感影像。可以对同地区感兴趣的目标地物进行动态监测，及时了解其变化。

（5）陆地卫星影像的近垂直投影：陆地卫星因航高较大（900公里左右），因此因地形起伏而产生的像点位移较小，同时，由于其传感器的视场角较小，因此在同一幅影像内，其像片中心点与像幅边缘之间的比例尺大体一致，一般经过粗纠正后，影像就可用作判读。

（6）可得到大面积的同等、适中的太阳高度角的影像。这有利于对地表的解译分析。 （7）取得资料容易，不受地区和国家的限制。

（8）成本低廉：据有关资料报道，整个西半球，如果用航空像片摄影成图，约3亿美元，而用卫星像片编制成图只需3000美元。

2、判读标志

判读航空像片所采用的直接判读标志和间接判读标志，一般也适用于判读卫星图像。由于卫星图像反映了广大地区多波段和多时相的同步环境信息，是地表自然综合体的高度综合性图像。因此比航空像片要概括得多。其主要判读标志包括以下内容和特征：

（1）色调：卫星图像上的色调是地物电磁辐射特性的反映。其中黑白影像的色调是地物波谱特征的直接记录，彩色合成图像上的色彩是地物在几个波段上的波谱特征的综合反映。利用卫星影像上的色调和色彩进行地物识别，是卫星图像判读的重要依据。在单波段（黑白）影像上，色调是由波段的光谱效应直接产生的。各波段的光谱效应决定了各波段的主要应用目的和领域，表1、表2和表3分别为MSS、TM和HRV的光谱效应及主要应用。

表1 MSS各波段的光谱效应及主要应用

光谱效应及应用 对水体有一定透射能力，在清洁的水体中透射深度可达10-20米。可以判读浅水地形和近海海水泥沙。由于植被在绿色波段有一个次反射峰。据此可以探测健康植被的绿色反射率。 5 红色 对道路、大型建筑工地、砂砾场和采矿区反映明显。可用于城市研究。在红色波段、各类岩石反射更容易穿过大气层为传感器接收，也可用于地质研究。可明显反映河口区海水团涌入淡水的情况，对海水中的泥沙流、河流中的悬浮物质、河水浑浊度有明显反映，可区分沼泽地和沙地，可以利用植物绿色素吸收率进行植物分类。 6 近红外 近红外 植被在此波段有强烈反射峰。可区分健康植被与病虫害植被。水体在此波段具有强烈吸收作用，使水体呈暗黑色，含水量大的土壤为深色调，含水量少的土壤色调较浅，水体与湿地反映明显。 7 植被在此波段有强烈反射峰。可用来测定生物量和监测作物长势。水体吸收率高，水体和湿地色调更深，海陆界线清晰，第七波段可用于地质研究，划出大型地质体的边界，区分规模较大的构造形迹或岩体。

表2 TM各波段光谱效应及主要应用

波段序号 1 2 3 4 5 6 7 波段 蓝色 绿色 红色 近红外 短波红外 热红外 短波红外 是探测地球表面地物自身热辐射的主要波段，可用于热分布制图，岩石识别和地质探矿等方面 探测高温辐射源，如监测森林火灾、火山活动等，区分人造地物类型 光谱效应及应用 对水体有透射能力，能够反映浅水水体下特征，可区分土壤和植被，区分人造地物类型。 可探测健康植被绿色反射率，可区分植被类型和评估作物长势，区分人造地物类型，对水体有一定透射能力 可测量植物绿色素吸收率，进行植物分类，可区分人造地物类型 测定生物量和作物长势，区分植被类型，绘制水体边界，探测水中生物的含量和土壤湿度 用于探测植被含水量及土壤湿度，区别云和雪 波段序号 4 波段 绿色

表3 HRV各波段光谱效应及主要应用

光谱效应及应用 该波段以叶绿素反射曲线的次高峰为中点，可区分植被类型和评估作物长势，对水体有一定的穿透深度，在干净水域能够穿透10-20米的深度，可以区分人造地物类型。 2 红色 该波段与MSS第五波段和TM第三波段很接近，在晴朗天气下，该波段的大气透过率约为90%。它是叶绿素反射曲线的低谷区。据此可以识别农作物类型，对城市道路、大型建筑工地反映明显。可用于地质解译，辨识石油带、岩石与矿物等。 3 近红外 该波段分别与MSS第七波段和TM第四波段接近。在晴朗天气下，该波段的大气透过率约为95%。它是叶绿素反射率曲线的强反射率区。据此可以检测作物长势。区分植被类型。在灰度图像上植被表现为浅白色调。干净水域的水面反射率为1%。水面呈黑色或者暗黑的色调。据该波段图像可绘制水体边界。含水量大的土壤呈现深灰或暗黑色，含水量小的土壤呈现灰白色调，可用来探测土壤含水量。 4 全色 短波红外 全色 这是SPOT4新增加的一个波段。用于探测植物含水量的及土壤湿度，区别云与雪 该波段的地面分辨率为10米。可用于调查城市土地利用现状。区分城市主要干道，识别大型建筑物，了解都市发展状况。据统计计算，城市总体规划中调查土地利用现状，购买SPOT影像的费用仅仅是航空摄影费用的十分之一，这可以减少投入。

（2）图型：卫星图像的图型标志是地物形态特征和波谱特征的综合反映。地物在影像上的图型结构，主要取决于地物的平面形态和高低起伏特征，当然也与地物的波谱特征所造成的基本色调有关。图像的图型结构通常表现为由不同形状、色调及纹理特征组合而成的图案，即包括点状、斑状、条状、块状、格状、垅状、环状等组成的各种纹理图案。为了更好地细分不同地物的图型特征，可再细分为粗、细、疏、密、明显、模糊等类型和等级，并与其色调特征结合起来进行描述，如“灰或浅灰色的细斑纹状图型结构”。

3、判读方法

遥感扫描影像的判读，应遵循“先图外、后图内、先整体、后局部、勤对比、多分析”的原则。

“先图外、后图内”是指遥感扫描影像判读时，首先要了解影像图框外部所提供的各种信息，它包括以下内容：图像覆盖的区域及其所处的地理位置、影像比例尺、影像重叠符号、影像注记和影像灰阶。

了解图外相关信息后，再对影像作认真观察，观察应遵循“先整体、后局部”的原则，即对影像作整体的观察，了解各种地理环境要素在空间上的联系，综合分析目标地物与周围环境的关系。有了区域整体概念后，就可以在区域背景与总体特征指导下对具体目标判读，这样可以避免盲目性和减少判读错误。

鉴于多光谱扫描影像可以同时获取多个波段的扫描图像。因此，应遵循“勤对比、多分析”判读原则，在判读过程中进行以下对比分析：

多个波段对比：同一种地物在不同波段往往有不同的反射率，当在不同波段扫描成像

波段序号 1 波段 绿色 时，其色调存在着差异，色调的明暗程度取决于地物在该波段的反射率，若反射率高，影像上的色调浅，反射率低，则色调深。因此，同一种物体在不同波段影像中的色调一般是不同的。地物色调的变化往往造成同一地物在不同波段影像上存在形态差异。这是因为影像色调差异是构成物体形状特征的基础。如同一目标地物，在一个波段，色调与背景反差大，地物边界形状清晰，其形状特征明显，但在另一个波段，色调与边界色调反差很小，有些地方甚至用肉眼难以区分，在这种情况下，地物边界形状难以辨认，由此导致了同一地物在不同波段影像上存在的形态差异。根据同一物体在不同波段上的灰度与形状的差异表现。对比不同波段消除不同地物在同一个波段的“同谱异质”现象，可有效地防止误判。

不同时相对比：同一地物在不同季节成像时，即使采用同一波段，影像上也会存在色调的差异。如在温带与亚热带地区，一年四季太阳辐射不同，降水量不同，这直接影响到植被和土壤在扫描影像上的色调与形状的构像。不同时相对比，可以了解地物在不同季节的变化规律。也可以通过不同时相对比来选取最好的解译时相。

不同地物的对比：在同一波段影像上，不同地物类型的色调或形状存在着差异。通过不同地物的对比，可以将它们区分开来，这也是建立判读标志的重要依据。

扫描影像判读过程中的“多分析”是指以一个解译标志为主，多方面综合运用其它解译标志，对遥感影像进行综合分析。遥感影像解译标志在许多方面与航空摄影像片的解译标志类似。由于卫星遥感影像一般比航空摄影像片的比例尺要小，色调和颜色在遥感影像中具有主要作用，因此扫描影像的解译，要重视色调和颜色解译标志的运用。表4是一些常见地物的色调和颜色解译标志。

地物 雪 混浊水体 清澈水体 草地 裸地 街道 湿地 耕地 森林

在运用色调和颜色解译标志对遥感影像进行解译的过程中，应注意到一些解译标志往往具有区域性和条件性，影像的色调、颜色、阴影、图型、纹理等会随影像所在的区域、成像季节和环境条件的改变而改变，因此要根据具体情况，结合其他解译标志，如空间位置、形状等进行综合分析 ，也可借鉴前人的判读标志和解译经验，结合野外校核进行。在借鉴以往判读标志和解译经验时，注意不能生搬硬套。

在目视判读实践中，卫星影像解译比航空像片解译难度更大，因此，熟悉地物在不同波段的光谱特性，了解地物在不同空间分辨率影像上的表现，掌握不同假彩色合成影像的特征，熟练运用扫描影像解译标志与解译方法，是进行目视解译的重要基础。

表4 地物在MSS影像不同波段的色调与颜色解译标志 波段4 波段5 波段6 波段7 457（假彩色） 白 深灰 灰黑 灰 浅灰 灰 深灰 灰 浅灰 白 深灰 灰黑 暗灰 灰白 浅白 浅白 灰黑 暗灰 白 灰黑 晴黑 灰白 灰白 浅灰 灰 浅白 浅白 白 黑 黑 灰白 灰白 暗灰 暗灰 白 白 亮白 浅蓝色 深蓝色 粉红-红 灰白 蓝色 淡蓝色 粉红-红 红 实习目的

1、认识和掌握TM图像各波段的光谱效应

2、学习和掌握陆地卫星遥感图像的判读方法

实习步骤

1、认识TM图像各波段的光谱效应

（1）使用实习图像中的TM图像。图像的文件名为TM1、TM2、TM3、TM4、TM5、TM6和TM7,它们是杭州湾1985年11月20日的TM的七个波段的图像。图像中杭州湾喇叭形的河口和水中的岛屿十分清晰，图像的南部（西南）和西北部为陆地，南部丘陵上的植被覆盖较好，西北部有大片的农田分布，密布的水网和居民地清晰可见。

（2）比较各波段水体色调的变化，分别用亮、较亮、暗、很暗四个等级评价水体在七个波段中的色调，并填写表5

（3）比较各波段水体中泥沙可分辨性的变化，分别用易分辨、可分辨、不易分辨和难分辨四个等级评价泥沙在七个波段中的可分辨性，并填写表5

（4）比较各波段中植被色调的变化，分别用亮、较亮、暗、很暗四个等级评价植被在七个波段中的色调，并填写表5

（5）比较各波段中居民地可分辨性的变化，分别用易分辨、可分辨、不易分辨和难分辨四个等级评价居民地在七个波段中的可分辨性，并填写表5

表5 TM各波段地物色调或可分辨程度评价表 地物类型 TM1 水体 泥沙 植被 居民地

2、TM图像的判读

将两幅图：土地利用与土地利用图进行比较，建立图像判读标志，填写表15.6。

土地类型 湖泊 水库 湿地 居民地 城镇用地 交通用地 农用地 果园 落叶林 针叶林 建设用地

色调特征 表6 判读标志 图型特征 其它 TM2 TM3 TM4 TM5 TM6 TM7

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