前言

自从第一颗地球资源技术卫星升空以来，遥感技术有了突飞猛进的发展，成为20世纪末期发展最为迅速的科学技术领域之一，在经济建设、国防建设和社会发展的各个方面，得到越来越广泛的应用。数字摄影测量作为摄影侧量发展的第三个里程碑。在空间信息处理、特别在遥感信息处理方面有着十分重要的作用，是遥感信息处理的重要手段。数字摄影侧量的发展，为摄影测量与遥感学科注入了新的活力，使得遥感影像的量测、识别、处理、转换、传输、管理、存储与更新更加灵活方便，从而使得摄影侧量与遥感在土木工程、城市规划、环境监测与保护、地图测绘、灾害评估、资源探侧与开发、农业工程、工业过程控制与机器入视觉、医学诊断、公安侦破、飞行器导航与定位等各个领域得到了广泛的应用。  

“遥感”，顾名思义是遥远地感知。传说中的“千里眼”、“顺风耳”则具有这样的能力。人类通过大量的实践，发现地球上每一个物体都在不停地吸收、发射和反射信息和能量，其中有一种人类已经认识到的形式电磁波，并且发现不同物体的电磁波特性是不同的。遥感则根据这个原理来探测地表物体对电磁波的反射和其发射的电磁波，从而提取这些物体的信息，完成远距离识别物体的任务。遥感技术是指从高空到地面各种对地球观测的综合性技术系统总称。它由遥感平台、探测传感器以及信息接受、处理与分析应用等组成，可周期性地提供监测对象数据和动态情报。按遥感平台分为航空遥感、航天遥感和地面遥感。按光谱分为可见光遥感、红外遥感和微波遥感。按遥感对象分为土地遥感、环境遥感、大气遥感、海洋遥感、农业遥感、林业遥感、水利遥感以及地质遥感等。

自1972 年美国发射第一颗对地观测卫星（Landsat）以来，遥感技术被广泛应用于土地利用动态监测中。主要监测土地利用变化的类型、数量以及发生变化的位置。最常用的遥感监测方法可分为逐个象元对比法和分类后对比法两种。美国、加拿大等是世界上应用遥感技术较为发达的国家，近几年，我国在应用遥感技术方面也取得了长足的发展。

美国在1974 年至1977 年期间，实施包括美国本土、加拿大、前苏联及其它地区的大面积农作物估产计划(LACIE)，对小麦种植面积、产量进行估算。1980年至1986 年开展了全球性农业和资源空间遥感调查计划(AGRISTARS)。90 年代中期，利用TM 影像按州进行土地利用调查。目前，美国正在利用遥感技术进行全国抽样调查。加拿大在90 年代初期，已经建立了全国土地利用动态遥感监测系统。利用遥感、地理信息系统技术对全国资源状况进行周期性调查与更新。欧共体国家自1992 年以来，开展了利用遥感技术监测耕地、农作物变化的大型计划，即MARS 计划。该计划规定采用抽样遥感监测方法每两周向欧共体总部提供监测报告。

我国在80 年代初期，应用分辨率为79 米的MSS 卫星遥感数据开展了全国土地概查。80 年代后期，应用航空遥感技术开展了全国绝大多数地区1：1 万土地利用现状调查。随后在部分地区，还应用最新航空资料开展了土地变更调查和较大比例尺如1：5000、1：2000 的更新调查。由于我国部分地区如西北地区因缺少航空资料，在第一次土地利用现状调查时采用了卫星遥感数据TM 影像进行了1：5 万、1：10 万比例尺的调查。1996 年，原国家土地管理局应用TM 数据监测了全国城市中的17 个城市的扩展趋势。监测成果四进中南海向中央领导汇报。其中城市盲目扩展导致占用大量耕地的现象，引起了党中央、国务院领导的高度重视。当年的监测成果为中央11 号文件的下发起到了推动作用。1997 年和1998年连续两年应用TM 和少量的SPOT 数据开展了全国100 个地区的土地利用分类和土地利用变化遥感监测,并与土地变更调查汇总数据进行比较。监测采用的主要技术路线是对两个时相的卫星遥感数据进行分别处理，将土地利用遥感图像分类，通过比较提取变化信息。首次实现了国家从时空上直接掌握全国的土地利用变化情况。

国土资源部成立以来，应用高分辨率卫星数据对全国特大城市进行了监测。监测成果在国土资源调查、规划、管理、保护和合理利用方面发挥了重要作用，形成了一套完整的技术标准，培养了一支熟练掌握遥感监测技术的队伍。遥感技术在国土资源管理中的应用已形成产业化。

1.摄影测量与遥感的关系

从1851年法国人劳赛达特提出交会摄影测量开始，经过了160余年，摄影测量得到了迅速的发展，数字摄影侧量与遥感的产品，已经成为各种信息系统的重要信息源。特别是近40年以来，随着遥感技术的出现，为摄影测量提供了更加丰富的信息源和广阔的应用空问，从而形成了一个崭新的学科—一摄影测量与遥感。

传统的摄影测量学是利用光学摄影机获取的像片，经过处理，以获取被摄物体的形状、大小、位置，特性和相互关系的一门学科。在传统的摄影测量中，使用的传感器主要是光学摄影机，信息源主要是硬拷贝像片，其探测的空间也主要限于低空和地面。

1972年，美国发射了第一颗地球资源技术卫星ERTS-I ( Landsat-1)。拉开了人类对地探测的序幕，该卫星在资源与环境等领域得到了广泛的应用，并受到全世界的关注。在随后的40余年中，形成了人类从空间对地球表面进行探测的热潮，世界主要发达国家和中国，在遥感卫星平台和遥感传感器领域都取得了重大进展。在遥感信息获取方面，不仅可以利用黑白成像、彩色成像、彩色红外摄影的框幅式摄影机，而且可以利用全景扫描仪、多光谱扫描仪、高光谱成像系统、CCD线性阵列扫描仪、面阵扫描仪、侧视雷达与合成孔径雷达成像系统等多种手段，从不同的高度、不同的时间对地球表面进行动态观测，从面获得多时相、多光谱、多尺度的遥感信息。这些信息都可以成为摄影测量处理的对象，从而使得摄影测量发展成为摄影测量与遥感(Photogramrnetry and Remote Sensing)这一新的学科。国际摄影测量与遥感学会(ISPRS)曾于1988年在第15届大会上给出了这样的定义:“摄影测量与遥感是一门利用非接触成像或其他传感器系统获取地球及其周围环境和其他目标的可靠信息、并对这些信息进行记录、量测、分析和表达的科学技术”。这一定义概括了遥感信息探测、获取和处理的全过程，使得摄影测量与遥感融为一体。

摄影测量学问世以来，经历了模拟摄影测量与解析摄影测量的发展阶段，随着计算机技术、航夭技术和信息技术的发展，逐步形成了数字摄影测量。数字摄影测量是利用数字影像或数字化影像，经过计算机处理，提取目标的几何与物理信息的摄影测量分支学科。它的特点是:利用数字影像作为信息源，运用数字处理技术，产生数字化的产品。因此也被王之卓院士称之为全数字摄影测量(All Digital Photogrammetry) 。

遥感是20世纪末期发展最为迅速的科学技术领域之一，由于它的科学性、技术性和实用性，已经深人到经济建设、国防建设和社会发展的各个方面。数字摄影测量作为摄影测量发展的第三个里程碑，在空间信息处理、特别在遥感信息处理方面得到越来越广泛的应用，

是遥感信息处理的重要手段的角度进行系统的讨论。

数字摄影测量的发展，进一步突破了解析摄影测量的局限性，它可以利用各种遥感影像，如光学影像、微波影像、多光谱影像和高光6}影像等实现高精度的点定位和自动测量，进行影像分析、融和、分类、特征提取和目标识别，获得目标的几何与物理特性，从而提供各种数字地图产品或图解产品，成为各种地理信息系统和数据库的直接信息入口。

数字摄影测量使得摄影测量自动化水平大大提高，使作业员越来越多地摆脱繁琐的操作，从而实现更高层次的监控与质量控制。同时.由于数字摄影测量的高度的灵活性，不仅使得产品的形式多样，面且使得数据的转换、传输、管理、存储与更新更加灵活方便，因而在城市规划、环境监测与保护、地图测绘、灾害评枯、燃油开发、资源探测、精细农业、通讯策划等领域得到了广泛的应用。

综观摄影测量发展历程，可以看出，传统的摄影测量是利用摄影机在不接触目标的情况下对目标进行探测，而遥感的含义也是一种利用传感器、从远距离探测物体的技术，从这一意义上来说，传统摄影测量是一种初级的遥感方法，只不过其传感器是单一的摄影机，探测的距离和空间都是有限的，而且局限于测定目标的大小与几何形状。随着空间技术、传感器技术、计算机技术的进步，摄影测量有了迅速发展，遥感技术的出现，更使得摄影测量的结发生了巨大变化，促成了数字摄影测量的发展，使得摄影测量、遥感与地理信息系统(GIS}结合，形成了影像信息科学。

当前由于卫星遥感影像分辨率不断提高，为数字摄影测量处理提供了重要的信息源，极大地促进了数字摄影测量的发展。遥感技术的进步促进了摄影测量、数字摄影测量的发展;同样，数字摄影测量的发展，已成为遥感信息处理的重要手段，使得遥感信息得到广泛的应用，推动了遥感技术的发展。

近40余年以来，数字摄影测量已经大大突破了传统摄影测量的局限，它不仅能够处理地面摄影像片、航空像片，而且能够处理从数百公里外获得的航天影像。同时，它所能够处理的信息源.不仅是硬拷贝像片(数字化影像)，而且更主要的是海量的数字影像。另下载乐鱼体育面，数字摄影测量产品结构的变化也是显而易见的，它能够根据不同的需要，生成多种形式的数字产品，这些产品不仅便十存储、转换和更新，并且很容易实现二维和三维显示、便于进行各种几何和物理的分析。这就是说，数字摄影测量是遥感影像的重要处理手段，遥感影像经过数字摄影测量处理，扩大了它的应用范围。   

数字摄影测量之所以成为遥感影像的重要处理手段，首先在于它在理论上更加成熟和完善。它不仅能以数字投影的方式实现遥感影像成像过程的几何反转，而且能够以全数字方式完成影像数字定向、影像匹配和三维信息提取。数字摄影测量能够将数字影像处理、计算机视觉和摄影测量数字投影融为一体，成为实现遥感影像信息提取的重要手段。同时能够运用图像形态分析、小波与分形理论、模式识别等技术实现影像的融合和分类，而且正在深入地利用人工智能、专家系统和认知科学等实现影像的知识挖掘、影像的理解和解译。另下载乐鱼体育面，一个完善的数字摄影测量系统几乎和遥感影像处理系统没有差别，一般都具有影像  处理和分析功能，同时还能够提供具有高精度的“地学编码”的遥感影像，与摄影测量的其他数字产品DEM ,数字地形图、专题图等成为各种信息系统的直接信息入口，而且还能够为  “数字城市”、“数字地球”提供基础地理信息。

2.航空遥感数据及其获取

2.1 航空遥感

航空遥感是遥感体系的主要组成部分，一般指在大气内 10 公里以下飞机平台上的对地摄影观测，以获取地球表面物体的信息为目标。在土地资源管理、地质矿产调查、基础测绘方面有广泛的应用。

传统的航空摄影需要专用的航空摄影相机，大中型的专业航空摄影飞机和作业队伍，正规的起降机场，并接受严格的空域管制。飞行采用全覆盖扫描式的航线，垂直和近垂直方向摄影，航向和旁向均要求有重叠（立体测图要求60%航向重叠和30%旁向重叠）。个别的轻型和超轻型飞机航空摄影在起降场地上要求不高，但执行任务的规模相对较小，姿态控制不如大中型飞机稳定。

2.2 航空遥感数据

航空遥感数据有多种类型，根据任务的不同选用不同类型的数据。共同的特点是成像比例尺大，影像信息丰富，对地物的判断比较容易，比卫片的判读更直观。常用的航空影像数据分为胶片式和数字（数码）式两类。处理过程也有光学和数字两种，前者是用光学镜头放大印像、药水冲洗等，后者主要是数字化后在计算机中处理。胶片式一般是整像幅成像，有稳定的几何关系，相机成影面上均设有机械或光学的框标，摄影瞬间在每张胶片四周留下标记，以利于成像几何关系解算。数字式以线阵或面阵CCD 扫描摄像为主，现阶段几何关系不如胶片式稳定。常见的几种航空遥感数据类型如下：

1、黑白胶片

主要在可见光范围内成像，反映地物反射可见太阳光的明暗关系。主要特点是清晰度高，几何分辨能力强，精度高，成本相对较底，适于航空摄影测量。柯达、乐凯均有航摄用黑白胶片产品。

2、天然彩色胶片

主要在可见光范围成像，反映地物的颜色同人眼观察效果一致。主要特点是视觉效果良好，直观逼真，容易理解，适于城市规划等用途。一般采用柯达的彩色航摄胶片。

3、彩色红外胶片

成像光谱范围除部分可见光（绿光和红光）以外，还包含人眼无法感知的近红外光，摄影时需要在镜头前加黄色滤光镜，滤掉蓝光。植被的显著特征是在近红外光部分有强反射，像片上以红色表示红外光，因而植物表现为红色。主要特点是假彩色效果，色彩艳丽，反差大，对地表覆盖类型敏感，适合于土地利用、地质矿产、水污染监测、军事侦察等多种专业用途。柯达和乐凯均有彩红外航摄胶片产品。

为了方便不具备专业判读知识的人员使用，有时通过将彩红外像片交换红绿波段的办法模拟生成天然彩色像片。

4、天然彩色数码

近年来新兴的数码相机已经在航空摄影中取得长足的进步，通过线阵或面阵CCD 对地扫描成像，直接形成数字图像，可以方便计算机后处理，保证信息量不衰减。主要特点是没有复杂、笨重、高能耗的胶片传动机构，相机可以做到非常轻便，能够装到小型飞机上使用，适合与小范围机动灵活的航空摄影任务，在城市规划、资源调查等领域有广泛的应用，是今后发展的方向。

2.3 摄影飞机

航空摄影的平台分为高空、中低空、低空飞机，分别由大型、中型、轻型飞机担当，飞机越大，航高、航程、提供的电力越大、飞行姿态越稳定、任务载荷也越大、工作舱环境越好，但对机场的要求也会越高，机动灵活性差。小飞机对场地的要求不高，但姿态稳定性较差，执行大规模任务的能力较差。航空摄影飞机一般都是经过专门改装的飞机，以适于相机开窗口安装。在我国航空摄影飞机平台主要有以下几种：

高空飞机：运八、里尔、空中国王、双水獭、奖状、呼唤

中低空飞机：安30、运十二、运五

轻型飞机： GT500、蜜蜂3

航空摄影相机均为专用相机，设计中考虑了焦距、像幅、几何性能、操作控制等诸多因素，目前广泛应用的航摄相机有胶片式和数字式的，主要区别在后背，胶片式的后背像幅为23X23 厘米，胶卷长度一般为60 米或120 米，有胶片传送机构和取景控制装置，数字式的后背一般为12000 像元线阵（或4000X4000 像元面阵），由便携计算机辅助操作和存储数码影像，而前端的光学系统都是高质量的固定焦距镜头，成像几何性能优良，价格昂贵。胶片式的大像幅航摄仪体积重量大，需要足够的电力驱动，“运五”以上的飞机才能带动，数字式的相对轻巧，小型飞机上也可工作。

目前国内常用的航空摄影相机有以下几种：

胶片式航空相机： LEICA RC 系列 23X23 厘米像幅

ZEISS RAM 系列

数字式航空相机： LEICA ADS40 12000 像元线阵

轻型数码相机：哈苏120 型+飞思数字后背 4000X4000 像元面阵

2.4 摄影、成图比例尺、航高、航摄相机焦距、地面分辨率

传统航空摄影时，由于高度相对较高，对镜头而言，相当于对焦无限远，所以航空摄影的成像面均定在焦平面上，即成像平面与投影中心距离为f（焦距），设航高为H，则航空摄影的比例尺为 1/m=f/H.

1/m≥1/10000 的称为大比例尺航空摄影，1/25000<1/m<1/10000 的称为中比例尺航空摄影，1/m≤1/25000 的称为小比例尺航空摄影。

航空摄影比例尺应依据最终成图比例尺及用途确定。一般来讲，成图比例尺

与摄影比例尺相差3-4 倍左右为宜。小表为摄影比例尺、成图比例尺、正射影像图分辨率的关系

航空条件下，航摄胶片的分辨力一般为70-100 线对/毫米，乘以倍，折算为能充分表达的像元数为:p=200-280 像元/毫米。

地面分辨率： ，式中m 为航摄比例尺分母。按1/2.5 万中等比例尺计算，对应地面分辨率为0.13-0.09 米。可见大比例尺航空摄影地面分辨率在厘米级，小比例尺也在分米级。

2.5 航摄费用构成

传统航空摄影费用主要由以下部分构成：

收费依据：中国民用航空总局文件（1994）第30 号

费用构成：调机费（分机型按小时计算）

面积费（依地区类别、摄影比例尺按面积计算，彩色摄影加收15%）

材料费 （胶卷、像纸等）

光学处理费（冲洗、印像、检查）及其他（空域申请、送审、验收）

2.6 航空遥感数据获取

航空摄影需要经过若干专业流程，需要复杂的技术设计和生产工艺，并接受严格的管理，我国传统航空摄影的工序大体要经过以下步骤：

首先，由用户方提出任务需求和技术要求，并报当地空域主管部门（大军区司令部）申请空域。用户需要与航摄单位协商技术要求，主要包含：划定摄区范围、定航摄比例尺、规定摄影焦距、规定航摄胶片类型、型号、规定影像重叠度要求、确定执行任务的季节和期限、提交成果要求（种类、数量）等。其次，用户有航空摄影单位商谈签定航空摄影合同，航摄单位根据合广东会02949-com技术要求进行航摄技术方案设计。国内主要的航摄单位有空军航摄团、国家遥感中心航空遥感一部、太原通用航空公司、中国测绘科学研究院、中国航空物探遥感中心、中飞通用航空公司。第三，航摄单位实施航空飞行摄影，并立即冲洗胶片报航管部门做保密审查。最后，由用户根据合同技术规定对航摄单位的成果资料进行验收。

2.7当前最尖端的航空遥感传感器简介

1.UCD数字航摄仪

奥地利Vexcel的U1traCamD(下面简称为UCD)的航空数码相机。UCD数码航摄像机系统在每个镜头承影面上精确安置了不同数量的CCD面阵：全色波段4个镜头对应呈3x 3矩阵排列9个CCD面阵，其中主镜头对应四角的4个CCD、第1从镜头对应前后2个CCD、第2从镜头对应左右2个CCD、第3从镜头对心中间i个CCD；多光谱波段的4个镜头分别对应另外4个CCD。UCD系统所使用的13个CCD面阵尺寸均为4008x2672像素，其中形成全色影像的9个CCD之间存在一定程度的重叠(航向为258像素．旁向为262像素)，CCD获取的影像数据通过重叠部分影像精确配准．消除曝光时蛳误差造成的影响，生成一个完整的巾心投影影像。全色影像通过与同步获取的RGB和彩红外影像进行融合、配准等处理，生成高分辨率的真彩和彩红外影像产品。

2.DMC数字航摄仪

Z/I公司的DMC 数字航摄仪镜头系统由8个镜头组成，每个单独镜头配有大面阵的CCD 传感器。相机底部按正方形顶点位置安放了4个全色波段镜头，飞行时4镜头同时拍摄，分别获取影像，4个影像的位置关系类似于蝶形，再利用影像上的同名点采用外扩法拼合成虚拟焦距为120mm的中心投影影像。多光谱传感器获取的影像通过与全色高分辨率影像融合生成真彩或彩红外影像。

3.ADS40数字航摄仪

ADS40航摄仪是Leica公司基于线阵CCD 技术的，集成了GPS和惯性测量装置（IMU）的新型摄影测量仪器，采用线阵式CCD 传感器推扫成像，获取无缝条带状影像。通过在焦平面安置分光镜组件和多条CCD线阵，一次飞行中全色前、下、后视、R、G、B和近红外波段CCD 线阵分别以不同角度对地面进行扫描成像，不同角度的两波段影像分别构成立体。

4.SWDC系列数字航摄仪

我国的SWDC系列数字航摄仪是基于瑞典Hassel-blad H系列4 K×5 K数码相机，集成重力二维稳定平台、数字罗盘、K电动调节、空管PCI04嵌入式计算机和GPS定位、记录等系统。单幅、双拼、四拼相机均可安装在包括蜜蜂=3超轻型以上的任何飞机。并可实现相机在空中无入操作。SWDC除具有一般数码航空相机特性外，最大的特点是镜头可更换，35 mm、50 mm、80 mm焦距正好对应传统23×23相机的88 mm、152 mm、300 mm焦距，4拼相机像素达8000×10000，覆盖面积相当于传统23×23相机，影像接近方形；视场角大，基高比大，使高程测量精度提高；GPS的使用不仅实现了空中定点曝光，而且GPS辅助空三使航摄外业控制的工作量大大减少；完备的处理软件使影像数据的接口更加通用化，制作的4D产品质量更高。因此，它满足从1：500--1：10 000比例尺的常规航空摄影

3.航天遥感数据及其获取

3.1部分遥感卫星简介

 

1、LANDSAT系列卫星数据

LANDSAT 系列卫星是由美国国家航空和航天局（NASA）发射的，它是目前世界范围内应用最广泛的载有光学传感器的民用对地观测卫星。目前，该系列的5号和7 号卫星正在运行，6 号卫星因发射失败而丢失。

（1）LANDSAT-5

LANDSAT-5 卫星于1984 年4 月发射上天，最初的设计寿命为5 年。目前虽然有部分星上仪器由于时间的原因已出现性能下降的现象，但卫星的总体情况尚属良好，所获取的数据仍被广泛地应用。其卫星轨道的基本情况如下：

太阳同步轨道

轨道的高度705 公里

轨道倾角98.2°

下行经过赤道的时间为当地时间上午10:00±15 分钟

重访周期16 天

LANDSAT-5 卫星的主要传感器名为TM（Thematic Mapper，专题制图仪），是具7 个波段的左右扫描式光学成像仪器。TM 的成像宽度为185 公里，标准景为185 公里*185 公里。

（2）LANDSAT-7

LANDSAT-7 卫星于1999 年4 月发射上天。为保证LANDSAT 系列卫星特性的一致性，LANDSAT-7 卫星轨道和重访周期与5 号星完全相同。

LANDSAT-7 卫星的主要传感器名为ETM+（Enhanced Thematic Mapper Plus），是具8 个波段的左右扫描式光学成像仪器。ETM+的成像宽度为185 公里，标准景为185 公里*185 公里。LANDSAT-7 与5 号星相比最大的变化在于以下两点：

增加了分辨率为15 米的全色波段（0.52 - 0.90 微米）；

波段6 的分辨率提高到60 米。

ETM+数据的处理级别同TM 完全一致。

2、SPOT系列卫星数据

SPOT 是法语观察地球的卫星的意思。SPOT 系统自1986 年发射第一颗卫星以来，迄今为止已有5 颗卫星进入太空，目前仍有SPOT1、SPOT2、SPOT4、SPOT5四颗星在正常工作。SPOT4 号卫星除保持原有的3 个多光谱波段外，又增加了短波红外波段。同时，SPOT 4 号星还搭载了名为“植被”的探测器。“植被”探测器分辨率为1公里，视场幅宽为2250 公里，可以每天覆盖整个中国一次。

于2002 年5 月发射的SPOT 5 号卫星，在保持60 公里x60 公里的成像范围不变的情况下，全色分辨率提高到2.5 米，多光谱将达到10 米，立体像对也将通过同轨的前后偏转成像装置获取。

SPOT 轨道有如下特点：近极地轨道、近圆形轨道、与太阳同步轨道和可重复轨道。轨道的基本情况如下：

轨道高度：832Km

轨道倾角：98 度

一天绕地球：14 又5/26 圈

绕地球一圈运行周期：101 分钟

重复周期：26 天

一个重复周期内卫星绕地球369 圈

相继轨迹间地面偏移距离：向西2823 公里

SPOT5 之后的系列卫星，也已经在设计当中。

视场宽度 60 公里

覆盖面积 3600 平方公里

SPOT 卫星具有视角偏转技术，使其对同一地点的重复观测周期非常短。单一卫星可在2－3 天内重复观测一次。目前SPOT 是多星运作，3 颗星同时工作可以实现对中国境内同一地点的重复观测周期为1 天，甚至在有些情况下对同一地点的重复观测时间差仅为20 分钟。

3、CBERS-1 卫星数据

CBERS-1 卫星为我国与巴西联合研制，也是我国第一颗地球资源卫星。1999年10 月14 日发射成功，2000 年3 月2 日交付使用。

卫星轨道的基本参数如下：

太阳同步轨道

轨道的高度778 公里

轨道倾角98.5°

下行经过赤道的时间为当地时间上午10:30

轨道周期26 天,WFI 4-5 天

CBERS-1 上配准有三个传感器：CCD 多光谱相机、IRMSS 红外多光谱扫描仪、巴西WFI 宽视场CCD 相机，它们的特性如表1.1.7 所示。

4. IRS 系列卫星

IRS 系列卫星是印度“国家自然资源管理系统”（National Natural Resource

Management System）的组成部分。自1988 年3 月以来，共有7 颗IRS 系列的卫

星（1A、1B、1E、P2、1C、P3、1D）相继升空。

下面以IRS 系列中应用最广的IRS-1C 卫星为例作一介绍。

IRS-1C 卫星轨道的基本情况如下：

太阳同步轨道

轨道的高度817 公里

轨道倾角98.69°

下行经过赤道的时间为当地时间上午10:30±5 分钟

轨道周期24 天

IRS-1C 具有三个光学传感器：PAN、LISS-3 和WiFS。

 

5、IKONOS卫星

1999 年9 月，IKONS 卫星发射成功。IKONOS 在希腊语中是“图像”的意思。IKONOS 卫星带给对地观测最大的意义在于它高分辨率的图像，这种最高可达1米分辨率的图像为民用航天遥感事业的发展开创了一个新的领域。

IKONOS 卫星轨道的基本情况如下：

太阳同步轨道

轨道的高度680 公里

轨道倾角98.2°

下行经过赤道的时间为当地时间上午10:30-14:00，IKONOS 卫星的光学传感器是由柯达公司生产的数字相机。

6. Geoeye-1

Geoeye-1（地球之眼-1）是由世界上规模最大的商业卫星遥感公司——美国地球之眼公司（GeoEye），2008年9月6日从美国加州范登堡空军基地发射的。目前，地球之眼公司有轨道观测-2、轨道观测-3和艾科诺斯等3颗成像卫星在轨工作。地球之眼-1在发射之后将迅速加入这些卫星的行列，从而形成一个史无前例的高分辨率成像平台星座。地球之眼-1将运行在684km高的太阳同步极地轨道上，以大约7.5km/s的轨道速度飞行，每天绕地球12或13圈，每天都在当地时间上午10:30左右通过给定地区。它将能以0.41m全色分辨率和1.65m多谱段分辨率搜集图像，而且同样重要的是它还能以3m定位精度精确确定目标的位置。因此，该卫星一经完全投入使用，将成为当今世界上能力最强、分辨率和精确度最高的商业成像卫星。

GeoEye-1卫星拥有达到.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。地球之眼-1将运行在684km高的太阳同步极地轨道上，以大约7.5km/s的轨道速度飞行，每天绕地球12或13圈，每天都在当地时间上午10:30左右通过给定地区。它将能以0.41m全色分辨率和1.65m多谱段分辨率搜集图像，而且同样重要的是它还能以3m定位精度精确确定目标的位置。因此，该卫星一经完全投入使用，将成为当今世界上能力最强、分辨率和精确度最高的商业成像卫星。

7. WorldView一2

WorldView一2高分辨卫星发射成功DigtalGlobe公司的worldView一2卫星于北京时间2009年10月9号凌晨在加利福尼亚州范登堡空军基地成功发射，该卫星能提供0．5 m分辨率的全色和1．8 m分辨率的多光谱影像，其主要参数如表1所示。该卫星具有7．25 a的设计寿命，在770 km高轨道上运行，WorldView一2系统将带来成像领域最高的镜头转向敏捷性、采集能力、几何精度及多光谱波段。

8.中国资源二号卫星

“中国资源二号卫星”于北京时间2002年上午11时17分，在太原卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭送入“中国资源二号卫星”于北京时间2002年上午11时17分，在太原卫星发射中心用“长征四号乙”运载火箭送入太空。

“中国资源二号”是传输型遥感卫星，由中国必威BETWAY集团公司所属的中国空间技术研究院研制，主要用于国土资源勘查、环境监测与保护、城市规划、农作物估产、防灾减灾和空间科学实验等领域。中国资源二号系列卫星首次发射的时间是2000年9月，2002年10月27日第二次发射成功。至今还在太空正常运行，已经将全中国扫描了四遍，存档数据非常全，完全满足不同用户的需求。

第二枚“中国资源二号”卫星，这是我国自行研制的第二颗传输型遥感卫星，其整体性能和技术水平又有了新的发展和提高。据有关专家认为，“中国资源二号” 的成功发射并正常稳定的运行，标志着我国航天遥感技术日臻成熟。

 “中国资源二号”是传输型遥感卫星，由中国必威BETWAY集团公司所属的中国空间技术研究院研制，主要用于国土资源勘查、环境监测与保护、城市规划、农作物估产、防灾减灾和空间科学实验等领域。中国资源二号系列卫星首次发射的时间是2000年9月，2002年10月27日第二次发射成功。至今还在太空正常运行，已经将全中国扫描了四遍，存档数据非常全，完全满足不同用户的需求。

第二枚“中国资源二号”卫星，这是我国自行研制的第二颗传输型遥感卫星，其整体性能和技术水平又有了新的发展和提高。据有关专家认为，“中国资源二号” 的成功发射并正常稳定的运行，标志着我国航天遥感技术日臻成熟。

“中国资源二号卫星”的总设计师和总指是叶培建博士。资源二号用于对地观测，可数字式的向地面传送对地观测数据。资源二号的“三轴稳定平台”的精度达到我国的最高水平，再经过CCD摄像机进行改进，资源二号完全可以达到3米分辨率。而且不同于其他卫星的是，“中国资源二号”的运行轨道可以随时调整，使得资源二号卫星数据的每一个点都能达到3米，而其他的一些卫星的数据只有星下点的分辨率较高，其他地方的可能就达不到星下点的分辨率。资源二号卫星具有轨道机动能力，我国第17颗返回式侦查卫星已经验证成功，能使卫星尽快赶到世界上各个“热点”，在利用CCD摄像机具有±32度侧摆角和定标功能，可使卫星连续3天对重点关注地物进行重复观测。

3.2卫星遥感数据获取过程

重点介绍接收和处理数据的工作流程、数据产品的种类以及订购数据的方式

等。

1、数据的接收和处理

（1）数据接收与记录过程

了解详细的接收计划，获取预测的卫星轨道参数；卫星轨道参数进行轨道预测，并在实际接收前预设好天线的指向；卫星出现在预测位置附近时，利用程序或自动跟踪的方法，锁定卫星；卫星下行数据依次经过解调器（Demodulator）、位同步器（BSSC）、数据通道开关;（DPS）、可重构帧相关器（RFC）等环节的处理后，实时进入计算机磁盘阵列（RAID）存储；卫星过境后，对存储在磁盘阵列上的数据进行必要的数据处理（如LANDSAT-7的0级数据生成与快视处理等）；

数据按照规定的格式转存到DLT磁带上。

（2）数据处理和产品生产过程

通过国外卫星管理部门，获取精确的卫星参数；建立产品生产任务单，输入所有必要的处理要求；加载存档数据DLT，读取所需的全部图像（或信号）及辅助数据；如用户需要的是0级或RAW产品，则数据处理到此为止；对于SAR数据，首先要进行极其复杂的成像处理，然后再根据不同的需求分别进行几何变换及地图投影处理等；对于光学数据，首先进行辐射校正处理，即为用户要求的1级产品；如用户要求更高级别产品，则继续进行相应的几何校正处理；将数据处理所得到的结果按照要求的格式生成用户产品；进行数据产品的检验，并生成规范的产品标志等。

2、数据产品的订购

用户获得数据产品的过程大致为：结合自己的需求，查询存档数据库，选定数据；联系用户服务部，填写产品订购单，缴纳必要的费用；安排用户产品的生产；

产品的质量检查；产品交付用户。

如果用户想订购未来的数据，则要与卫星地面站联系，查询卫星的计划，并通过地面站与该卫星的管理部门联系，方可接收到所期望的数据。数据订购的其余过程同上。

3.3卫星遥感数据预处理

1、几何精校正

遥感图像在成像时，由于成像投影方式、传感器外方位元素变化、传感介质的不均匀、地球曲率、地形起伏、地球旋转等因素的影响，使获得的遥感图像相对于地表目标存在一定的几何变形，图像上的几何图形与该物体在所选定的地图投影中的几何图形产生差异，产生了几何形状或位置的失真。主要表现为位移、旋转、缩放、仿射、弯曲和更高阶的歪曲。消除这种差异的过程称为几何校正(GeometricCorrection)。卫星数据校正的目的是改正原始数据的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。

几何校正包括系统误差改正和几何精校正。系统误差改正是对一些系统误差按实际测定的参数，如传感器姿态，传感器运行至各个摄站时刻，传感器内部结构的几何偏移等加以改正；几何精校正是指当系统误差改正后，影像上还有残剩误差，包括残剩的系统误差和偶然误差，一般用地面控制点作进一步的几何处理。几何精校正的工作方法及流程如下图所示

2、配准

影像配准(Matching)是将同一地区不同传感器、不同日期、不同波段或传感器在不同位置获取不同特性的影像在几何上互相匹配，即实现影像与影像间地理坐标及像元空间分辨率上的统一。

配准方式可分为相对配准和绝对配准。相对配准是以某一图像为基准，经过坐标变换和插值，使其它图像与之配准。绝对配准是将所有的图像校正到统一的坐标系。

在实际作业中针对不同监测地区和遥感数据的情况，采用不同的配准模式，概括起来有以下五种：

第一种处理方式是将全部影像都分别几何校正到统一地图坐标系下，完成校正配准工作。由于受地形起伏以及卫星侧视角的影响，地形图过于陈旧，控制点选择困难等，精度受到一定程度的影响。因此不同影像、不同区域呈现不同的残差分布规律和残差幅度，难以实现精确配准。

第二种处理方式是首先对高空间分辨率图像进行几何精校正，然后将其他图像与之配准。该方法存在的问题是当高分辨率图像未完全覆盖整个监测区时，图像镶嵌和工作区范围确定十分困难。

第三种处理方式是先将高质量的某一时相低分辨率数据进行分景几何精校正，像元大小插值成高分辨率大小，然后将其余卫星数据以景为单元与其进行相对配准。由于基准图像分辨率较低，几何校正精度不如第二种方式。

第四种方式是先将多源图像配准并融合，然后用地形图选取控制点进行几何精校正。相对而言此种方法几何校正精度较高，但工作量较大。

第五种处理方式是充分利用已有成果，选择已经过几何精校正、且精度高的图像为基准图像，将要处理的各类图像与其配准。此种方法工作量小、效率高，但前提是作为基准用的遥感图像的几何校正精度要有保证。影像配准时同名点的选取可以采用人工选取的方法，或通过相关运算自动获得。

图像配准中误差一般地区不大于0.5 个像元，平原地区严格控制在0.5 个像元以内，山区适当放宽。影像配准采用以下方法进行精度检查：融合检查—对配准后数据进行快速融合处理，目视检查融合图是否有重影现象。叠加检查—利用图像处理软件的连接和分层交互显示功能目视检查数据配准精度当配准精度不能满足要求时，应在有重影的地区加密控制点，重新进行纠正

配准，直到精度符合要求。

3、镶嵌

影像镶嵌(Mosaicking)是将两幅或多幅影像拼在一起，构成一幅整体影像的技术过程。

由于影像纠正过程中，控制点的误差、DEM 的误差、计算过程中重采样的误差等，造成了同一地面特征在不同影像上有不同的地面测量坐标；同时由于成像时太阳高度角及大气环境的不同以及成像时间的差别，使相邻影像呈现出不同的辐射特征，因此，影像镶嵌时除了要满足在拼接线上相邻影像的细节在几何上一一对接外，用于背景图制作时，还要求相邻影像的色调保持一致，但用于变化信息提取时，相邻影像的色调不允许平滑，避免信息变异。

当一景图像不能覆盖整个监测区时，尽量选取时相接近的卫星图像进行镶嵌。根据工作区的具体情况，镶嵌的方法采用先镶嵌后校正或先校正后镶嵌。

1、先镶嵌后校正

采用图像对图像配准技术，以其中一景图像为基准，从相邻图像重叠区选择控制点，将相邻的图像进行相对配准，然后将两景图像镶嵌起来，以此类推将工作区所有图像镶嵌到一起。再利用地形图对镶嵌好的图像统一选取控制点进行几何精校正，最终得到具有地理坐标的镶嵌图。该方法优点是快速、省力，一般适合于相邻图像重叠较大、像元间相对几何精度较高、以平原区为主的遥感图像的镶嵌。

2、先校正后镶嵌

采用先对各景遥感图像分别进行几何精校正，然后在统一的地理坐标下镶嵌。该方法优点是对相邻图像的重叠度要求不是很高，一定程度上避免局部地区精度不高对整体精度造成的不利影响。特别是对涉及山区的数据的镶嵌基本上采用了该方法。

 

4、融合

多源遥感数据的融合（Fusion）是将多源遥感数据在统一的地理坐标系中，采用一定的算法生成一组新的信息或合成图像的过程。不同的遥感数据具有不同的空间分辨率、波谱分辨率和时间分辨率，如果将它们各自的优势综合起来，可以弥补单一图像上信息的不足。这样不仅扩大了各自信息的应用范围，而且大大提高了遥感影像分析的精度。

多源遥感数据融合的技术关键是：（1）充分认识研究对象的地学规律；（2）充分考虑不同遥感数据之间波谱信息的相关性而引起的有用信息的增加和噪声误差的增加，对多源遥感数据作出合理的选择；（3）解决遥感影像的几何畸变问题，使各种影像在空间位置上能精确配准起来；（4）选择适当的融合算法，最大限度地利用多种遥感数据中的有用信息。只有对研究对象的地学规律、遥感影像的几何物理特性、成像机理这三者有深刻的认识，并把它们有机结合起来，信息融合才能达到预期的效果。

近年来，随着多源数据的不断丰富和提供，多源遥感数据融合的研究发展很快。在传统数据融合模型方法的基础上，许多学者将一些新的技术和边缘科学的理论引入进来，发展形成了不少新的模型算法。如，遗传算法在影像融合中的应用；小波变换在影像融合中的应用方法等等。

遥感数据融合的算法有很多，目前还没有统一的数据融合模型和融合结果的有效评价方法，选用何种算法有效在很大程度上与遥感数据源的种类和融合的目的有关。在近几年开展的全国土地利用动态遥感监测中，影像融合的目的是解决影像判读分析困难、数据冗余以及存储管理的问题，以突出反映土地利用类型要素信息，增强影像可判读性，提高监测精度。根据不同的应用目的，数据融合可分为两种：

一是用于变化信息提取的数据融合。将同一时相的全色数据和多光谱数据进行融合，主要是为了增强地类边界的清晰度，提高目标识别精度；将不同时相的多源影像数据进行特征变异融合，主要是为了突出变化信息，保证变化数据的统计精度。因此，在数据融合前，对原始数据的处理，不能产生光谱扭曲，以利于建立解译标志，减少判读的不确定性。

二是用于背景图制作的数据融合。要求数据融合的结果图像清晰，色彩鲜艳，有较好的目视效果，以利于非专业人员的应用。

3.4高分辨卫星遥感数据摄影测量

当前，高分辨率卫星已逐渐成为人们研究和探讨的热门方向，特别是基于CCD传感器的卫星日益受到各国重视。线阵CCD传感器利用推扫式成像方式进行摄影成像，获取立体的方式有同轨立体和异轨立体，目前有单线阵相机、两线阵相机和三线阵CCD相机，其中大部分高分辨率卫星均采用三线阵的模式。由于基高比(摄影基线与飞行高度的比值)较大，三线阵模式可以避免摄影死角的出现，可采用前视与正视影像、正视与后视影像或者前视与后视影像构成立体像对，而且立体影像对几乎是在同一时刻以同一辐射条件获取，避免了由于成像时间过长而引起影像色调变化，便于后续的影像处理和应用。因此，三线阵相机与单线阵或两线阵相机相比，在摄影测量中都有不可比拟的优势。早在80年代德国科学家就开始研究并应用三线阵CCD相机进行立体摄影测量，已开发出了一系列新型摄影测量相机，其中较典型的有MOMS-02、MEOSS、HRSC和WAOSS。目前，日本的ALOS、美国的QuickBird、IKONOS和GeoEye-1等卫星也均采用三线阵CCD相机作为传感器。我国中科院长春光机已成功地研制出首台三线阵CCD相机，在2004年成功发射的卫星上就采用了三线阵CCD相机作为传感器，并且取得了良好的效果。然而，我国与国际先进水平相比还有很大的差距，目前高分辨率空间遥感数据仍然无法摆脱对国外的依赖，遥感类型、品种、质量等难以支持地球系统科学的创新和发展，无法满足国民经济和社会发展的需求[3,4]。

利用线阵CCD影像进行测图作业中，由于线阵CCD影像成像的特殊性，许多传统的技术方法、技术工艺不能满足生产要求，其主要技术难点在于DEM的采集和编辑、正射影像的纠正镶嵌等方面。自上世纪末开始，我国学者便开始对线阵CCD影像摄影测量处理的理论进行了研究，并对利用CCD影像进行摄影测量处理的方案和三线阵CCD相机的可行性进行了探讨和研究，提出“EFP”法和LMCCD的理论，在三线阵CCD影像空中三角测量方面提出独创性的见解，通过模拟实验研究解决了长期以来困扰空中三角测量平差精度低的难题[5]。近年来，卫星的空间分辨率，光谱分辨率(光谱段数)、时间分辨率(重复周期)乃至温度分辨率有大大提高的同时，数字摄影测量也大大突破了传统摄影测量的局限，理论上更加成熟和完善，将数字影像处理、计算机视觉和摄影测量数字投影融为一体，成为实现遥感影像信息提取的重要手段。数字摄影测量它不仅能以数字投影的方式实现遥感影像成像过程的几何反转，而且能够以全数字方式完成影像数字定向、影像匹配和三维信息提取，同时能够运用图像形态分析、小波与分形理论、模式识别等技术实现影像的融合和分类，而且正在深入地利用人工智能、专家系统和认知科学等实现影像的知识挖掘、影像的理解和解译。所能够处理的信息源不仅是硬地面摄影像片、航空像片；而且能够处理从数百公里外获得的海量航天数字影像。目前，国内外一些测绘软件都具有SPOT、IKONOS、QuickBird等影像的摄影测量处理功能，支持RPC模型立体测图，能够为“数字城市”、“数字地球”提供基础地理信息。随着GeoEye-1卫星的运营，一些大型商业软件中也陆续添加GeoEye-1卫星的专用传感器模型，如ERDAS2010。