浅谈LANDSATMSS影像的光谱效应及应用.docx

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浅谈LANDSATMSS影像的光谱效应及应用

目录

摘要……………………………………………………………………………………………………………2

关键词………………………………………………………………………………………………2

Abstract……………………………………………………………………………………………2

KeyWords…………………………………………………………………………………………2

引言2

1.Landsat-MSS影像的简单介绍2

2.Landsat-MSS影像光谱效应3

2.1Landsat-MSS影象的几何特性3

2.2Landsat-MSS影像的光谱原理4

2.2.1空间分辨率4

2.2.2多波段影像5

2.2.3彩色合成影像5

3.Landsat-MSS影像的应用5

3.1国土资源清查中应用6

3.2灾害监测6

3.3自然生态环境监测、预报与评估中的应用6

3.4林业遥感中的应用7

参考文献7

浅谈Landsat-MSS影像光谱效应与应用

姓名:

宋娜学号;20075080040

院系:

城环学院专业:

地理科学

指导老师:

姚高伟职称:

助教

摘要：

Landsat-MSS影像是美国陆地资源卫星利用多波段扫描仪获得的多波段光谱影像，主要有4个波段组成。

根据其光谱效应和不同地物的光谱反射不同，研究其光谱原理，进行识别地物，被广泛应用。

被应用于国土资源清查，灾害监测，生态环境监测，解决环境变化等各个方面。

随着卫星遥感的发展，它们的波段更多，分辨率更高，应用领域更广。

关键字：

Landsat-MSS影像;多波段光谱影像;波段;光谱原理;应用;灾害监测生态环境监测;林业遥感;解决环境变化

Abstract：

Landsat-MSSimagesistheuseoflandresourcesatellitescannermulti-bandmulti-bandspectraobtainedimagesaremainlycomposedoffourbands.Accordingtotheirdifferentspectrumofeffectsandfeaturesofthespectralreflectanceisdifferentfromtheprincipleofitsspectrum,toidentifysurfacefeatures,arewidelyused.Beappliedtolandandnaturalresourcesinventory,disastermonitoring,eco-environmentalmonitoringtoaddressallaspectsofenvironmentalchange.Withthedevelopmentofsatelliteremotesensing,andtheirbandmore,higherresolution,widerfieldofapplication

Keyword:

Landsat-MSSimages;Multi-bandspectralimaging;Band;SpectralPrinciple;Apply;Disastermonitoring;Eco-environmentalmonitoring;Forestryremotesensing;Solutionstoenvironmentalchanges

引言

陆地资源卫星在重复成像的基础上，产生了世界范围的影像，对地球学的发展有很大的推动，同时由于提供了数字化的多波段图像数据，促进了数字图像处理技术的发展，扩大了陆地资源卫星的引用广度和深度。

［１］　

地球资源遥感卫星发展的历史就是对遥感平台的多样化，遥感基础理论的不断深化，遥感卫星分辨率不断提高和遥感应用的逐渐推广的历史。

地球资源遥感卫星始于1972年，美国发射首颗地球资源遥感卫星，发回MSS图像信息。

MSS（Multi-SpectralScanner）多谱段扫描仪共4个波段。

由于美国地球资源遥感卫星的上天，以及其发回的遥感信息的广泛应用（特别初期在军事上和农业上的应用），使人们认识到利用地球资源卫星寻找、开发、利用和管理地球资源是一种非常有效的手段，于是各国争先研制自己的地球资源卫星。

到目前为止，已先后有美国、俄罗斯、法国、印度、日本和加拿大等国家发射了自己的地球资源卫星（或称用于地球观测的卫星）。

80年代末，中国和巴西开始联合研制中巴地球资源卫星（CBERS），并于去年发射成功，投入使用。

　在近三十年的发展过程中，最具代表性的有美国的陆地卫星系列（Landsat），法国的斯波特卫星系列（SPOT），印度的遥感卫星系列（IRS）和加拿大的雷达卫星（Radarsat）等。

［２］

1.Landsat-MSS影像的简单介绍

Landsat-MSS影像是指从陆地资源卫星Landsat上，通过返束光导摄像机和光谱扫描仪MSS，获得的遥感图像。

是以陆地卫星为遥感平台，运用多光谱扫描仪获得的遥感图像。

属航天遥感的一种。

美国于1961年发射了第一颗试验型极轨气象卫星,70年代,在气象卫星的基础上研制发射了第一代试验型地球资源卫星（Landsat-1、2、3）。

这三颗卫星上装有返束光导摄像机和多光谱扫描仪MSS,分别有3个和4个谱段，分辨率为80m。

各国从卫星上接收了约45万幅遥感图像。

 80年代,美国分别发射了第二代试验型地球资源卫星（Landsat—4\5）。

卫星在技术上有了较大改进,平台采用新设计的多任务模块,增加了新型的专题绘图仪TM,可通过中继卫星传送数据。

TM的波谱范围比MSS大,每个波段范围较窄,因而波谱分辨率比MSS图像高,其地面分辨率为30m（TM6的地面分辨率只120m）。

Landsat—5卫星是1984年发射的，现仍在运行。

   90年代，美国又分别发射了第三代资源卫星（Landsat-6,7）。

Landsat-6卫星是1993年发射的，因未能进入轨道而失败。

由于克林顿政府的支持，1999年发射了Landsat-7卫星，以保持地球图像、全球变化的长期连续监测。

该卫星装备了一台增强型专题绘图仪ETM+，该设备增加了一个15m分辨率的全色波段，热红外信道的空间分辨率也提高了一倍，达到60m。

美国资源卫星每景影像对应的实际地面面积均为185km×185km，16天即可覆盖全球一次。

[3]

陆地卫星1—5号都装有多光谱扫描仪，其中1一4号有4个波段，5号增加了第8波段。

其波长为：

MSS40．5—0．6um;MSS50.6—0．7um；MSS60．7—0．8um；MSS70．8—1．1um；MSS810.4—12um。

分辨率为80m。

专题制图仪为第4、5号陆地卫星上携带的传感器，分辨率达30m。

光谱段有7个。

具体波段如表1所示

表1MSS波段编号和波长范围

Landsat-1～3

Landsat-4～5

波长范围/μm

分辨率

MSS-4

MSS-1

0.5～0.6

78米

MSS-5

MSS-2

0.6～0.7

78米

MSS-6

MSS-3

0.7～0.8

78米

MSS-7

MSS-4

0.8～1.1

78米

2.Landsat-MSS影像光谱效应

2.1Landsat-MSS影象的几何特性

（1）卫星像片外形MSS和TM以及SPOT等陆地卫星像片是卫星运行中由扫描仪进行扫描而产生的连续条带图像。

由于地球的自转运动，当第二条扫描线开始扫描的时候，第一条扫描线的起点已经东移，这样不断地进行下去，一幅图像扫描完成，像幅呈菱形。

（2）地理坐标粗制像片的经。

纬度由计算机先算出像主点（像幅中心）坐标，再推算出整幅图的经纬度，注在像幅的四周，间隔为30’，纬度在60。

以上的地区为1。

精制像片的经纬度是在概略坐标的基础上，用地面控制点坐标和统一横轴墨卡托坐标纠正过的，精度较高。

经纬网的形状与图幅斜交，原因是卫星自东北向西南运动，轨道与经纬线斜交。

赤道地区倾角最小，中纬地区倾角较大，在北极圈倾角为90。

，此时，东西和南北方向额倒，成为上东下西，左北右南，经线和纬线的位置相互交换。

（3）投影性质多光谱扫描图像，是由许多像元组成的，每个像元可看成单张像片，因此是多中心投影。

RBV是中心投影。

由于航高很大，视场角很小MSS视场角仅11．56，可近似地看作垂直投影。

（4）重叠卫星图像在航线上的重叠有16千米占9%，是地面处理机构在分幅处理时形成的，不是两个摄影站连续摄影拍摄的有一定重叠的两张像片，因此，虽有重叠但不能进行主体现察。

卫星图像有旁向重叠。

在赤道处的重叠为26千米，占14%，由于纬线的长度不同，而像片的幅宽不变，因此纬度愈高旁向重叠率越高，如北京所在N40゜可达34%，N60゜达57%。

旁向重叠可组成像对进行立体观察，但纬度低于60゜的地区重叠率低不易观察，故卫星像片的立体现察仅限于南北纬60゜以上的地区。

只有法国SPOT卫星的邻幅可以在任何纬度进行立体现察。

[4]

（5）编号由世界统一的WRS方法编号。

该方法由两个数字组成，前面的数字为卫星轨道号数，后面一个数字为行数。

第1一3号陆地卫星轨道号数从纽芬兰岛东部算起，我国领土大约位1：

122—163号轨道之间；行数从北纬90゜算起每169千米为一行，我国领土大约位于25—58号之间。

2.2Landsat-MSS影像的光谱原理

不同的地物对不同波段光的反射不同。

比方说，水和植物的叶子对于近红外的反射率不同；而不同污染程度的水体对近红外的反射率不同，不同种类的植物的叶片对近红外的吸收\反射率也不同，后者是由于受到叶片中叶绿素含量的影响，因为叶片中的叶绿素会吸收近红外。

因此遥感影像通过事先光谱分析获得光谱知识，然后针对不同目标地物来选择利用哪一波段的光反射后的成像进行分析；另一方面，如果目标地物不明，可以利用不同光的反射情况对图片分析，从而获得地物的具体属性。

卫星图像按光学处理方式有分波段黑白和彩色合成两种图像。

Landsat-MSS影象有5个波段的黑白卫星图像，各有不同的光谱效应：

MSS4对水体有一定的透射能力，能判读水下地形。

利于识别岩性和松散沉积物，对植物有明显的分映，但水陆交界不明显。

MSS5对水体有一定的透射能力，对海水中的泥沙流，大河中的悬浮物有明显的反映，对岩性表现最好，能区别死树和活树。

亦不易表现水陆界线。

MSS6对水体及湿地反映明显，色调深暗，对植被反映强烈，在图伤上植被色调浅，能区分健康的和有病虫害的植被，易区分沟陆界线。

MSS7与MSS6相似，水体和植被色调反差更强烈。

对研究地质构造，尤其是隐伏构造有利，军事上可用来识别伪装。

MSS8用于地物的热辐射测量。

2.2.1空间分辨率

空间分辨率是指遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离。

对于摄影影像，通常用单位长度内包含可分辨的黑白“线对”数表示（线对/毫米）；对于扫描影像，通常用瞬时视场角（IFOV）的大小来表示（毫弧度mrad），即像元，是扫描影像中能够分辨的最小面积。

可以理解为图像上能显示出来的最小地面尺寸，一般由像元的大小决定。

MSS图像上的像元面积80m，因此，空间分辨率为57m×79m；TM图像像元面积为30m×30m，因此，空间分辨串为30m（TM‘为120m），MSS像片的空间分辨率是80m，并不是说小于80m的地物就一定在图像上没有表现，大于80m的地物就一定能显示，还应考虑反差条件。

如果一个地物面积大于57m×79m，但和背景色调相似，则很难在像片上找到该地物。

反之，小于57m×79m的地物当与背景色调反差强烈时，仍然能辨别出来。

如干燥地区的小湖泊，即使仅有40m×40m，在MSS影象上仍有表现．这是因为一个像元面积内。

各处的辐射强度不同，而在扫描时所得到的该像元辐射强度，是其综合辐射强度。

湖泊中的水反射率最低，在红外波段强烈吸收，使整个像元的辐射强度都降低，因此，像元的暗色调与背景色调差异明显。

再如一条铁路的路基仅有5米宽，但路基高，落影明显，色调和周围地物有显著差别，在图像上仍然很清晰。

但是Landsat-MSS影象的分辨率不能满足发展的需要。

通过技术提高改善扫描仪的空间分辨率，需要我们考虑更多影响空间分辨率的因素。

例如改变合成孔径大小等，目前发展的TM，ETM影象已经取得较大成果，美国政府规定,分辨率大于0.5米以上的卫星影像都要经过审批。

“所以现在一般只使用0.6米的图像”。

2.2.2多波段影像

多波段，又叫多光谱，是指对地物辐射中多个单波段的摄取。

[5]得到的影象数据中会有多个波段的光谱信息。

对各个不同的波段分别赋予RGB颜色将得到彩色影象。

例如，将R，G，B分别赋予R，G，B三个波段的光谱信息，合成将得到模拟真彩色图象。

多波段遥感影象可以得到地物的色彩信息，但是空间分辨率较低。

实际操作中，我们经常将这两种影象融合处理，得到既有全色影象的高分辨率，又有多波段影象的彩色信息的影象。

[6]

多波段影像是用多波段遥感器对同一目标（或地区）一次同步摄影或扫描获得的若干幅波段不同的影像。

与单波段影像相比，它具有信息量大，光谱分辨率高（遥感器能分辨的地物的最小波长间隔）的特点，并且可通过各种影像增强技术，获得彩色合成影象，大大提高对地物的识别能力。

Landsat上的MSS和TM影像都属多波段扫描影像。

2.2.3彩色合成影像

彩色合成是将多波段黑白图像变换为彩色图像的处理技术。

一般为三色合成,也可两色或四色合成。

合成的方法有两种：

直接使用光学方法和使用计算机的数字处理。

前者是将一组黑白透明片放入配有特定的红、绿、蓝三色滤光片的光学系统中，投影到同一屏幕上，使图像精确重合，形成彩色图像。

数字处理合成法是令三幅图的像元亮度值变换为红、绿、蓝三基色的彩色编码去控制彩色显示设备，形成彩色图像。

根据合成影像的彩色与实际景物自然彩色的关系，可分为真彩色影像和假彩色合成影像，前者是比较真实地反映地物原来彩色的影像，它可以通过彩色感光胶卷拍摄获得，也可以用彩色合成方法获得；假彩色合成影像是通过彩色合成方法获得的非真彩色影像。

在光学合成法中，是将多波段影像配合不同滤光片准确重叠合成。

影像的波段和滤光片可有各种组合方案，所得的假彩色影像也各不相同。

解译时为了突出显示影像中的某种地物，可选择最佳组合方案。

目前,用Landsat的MS-4,5,7波段影像的正片,分别配以蓝、绿、红滤光片，重叠投影合成的是标准假彩色影像。

在这种影像上，植被显示为红色，城镇为蓝灰色，水体为蓝色，雪和云为白色等等。

假彩色合成影像目前广泛用于专题制图、资源调查、地学研究和环境监测等方面。

3.Landsat-MSS影像的应用

在航天遥感中，应用最广泛，最深入的就是陆地卫星系列。

其应用几乎涉及到地学和国民经济的各个领域。

LANDSAT卫星主要在用于国土资源清查，农作物评估，灾害监测，解决环境问题等中发挥重要作用。

[1]

3.1国土资源清查中应用

自从1972年世界上第一颗资源遥感卫星——美国陆地资源卫星1号发射成功以来，已先后有20余颗资源遥感卫星在太空运行，获取了全球近30年的遥感是数据。

这些图像真实的记录了30年来的地球面貌变化的内容。

利用高速图像处理系统，对不同时间的图像进行对比，能得出河道图像的变化过程、河口泥沙淤积速度、湖泊的消长演化、水土流失程度、森林覆盖变化、土地利用状况和城镇扩展面积等于人类生存密切相关的环境数据；利用专家系统处理卫星遥感数据，还能进行区域地质调查，从中判读出地质矿产的有利储存部位，也可以进行考古调查，从中发现人类难以发现的古代人类活动遗迹。

在综合分析环境条件的基础上，还可以利用卫星遥感进行铁路选线、水库选址等工程选址工作，并能够进行城镇发展总体规划，评价区域人口与资源、环境的平衡状态，为可持续发展决策提供基础数据。

我国国土资源部在1998年、1999年租用几颗资源卫星的数据资料，监测了全国66个50万人口以上的城市在199年10月至1999年10月期间建设占用耕地情况。

监测结果不仅准确、客观地反映了检测区土地利用的变化，特别是建设占用耕地的情况，而且在国民经济建设及国土资源管理中发挥了重要作用：

[7]

经济建设和领导决策提供了重要依据。

中央和地方有关领导依据遥感监测范阳的土地；利用变化情况，及时制定和完善了国土资源规划、管理、保护和合理利用的政策措施。

在检测建设用地的年华趋势、布局及规模方面发挥了作用。

为保证土地变更调查话素具的真实性提供了技术手段。

利用遥感监测指导土地变更调查，针对性强，节省了调查新增建设用地的时间，较常常规调查时间缩短了1/2,提高了工作效率，同时也保证了调查结果的可靠性。

为土地执法检查提供了科学依据。

3.2灾害监测

Landsat-MSS影像与其他资源卫星资料相结合，作为重大自然灾害的主要信息源。

对地震、干旱、森林火灾、洪涝、水土流失等灾害开展实时检测与在后评估，建立基础地理信息系统库、自然灾害北京数据库以及相应的应用模型，对实时接收的数据或图像进行实时处理和灾害信息提取。

例如利用卫星图像进行热红外异常监测，来监测地震灾害的发生；在近红外波段只有一小部分在可见光波段，对水体反映比较敏感，且水、陆分界明显，可用来监测洪水；地表在常温下，辐射波长在11UM左右，当地面的火点温度达几XX至上千度时，其峰值为4.0UM左右，故此可用之监测森林火灾。

[8]

3.3自然生态环境监测、预报与评估中的应用

采用传统的地面调查方法，如要对我国的生态环境进行一次全国性的调查，不仅需要动用大量的人力物力，而且耗时短则3~5年，长则更多年。

由于调查不能做到同步，因此所得结果存在区域性强、时段参差不齐、资料年限不一致等缺点，很难从总体上反应全国的生态环境状况。

所以，从我国的自然生态环境需求看，迫切需要建立以卫星遥感为主要手段的生态环境动态监测系统，以便对我国生态环境现状进行及时、全面的调查、评价与预测。

3.4林业遥感中的应用

由于森林资源成份复杂、调查工作量大、费用高，调查总体内各单位难以同步，有的地方甚至50年才能调查一次，这样就很难在大范围内（如全省范围）定期获得一次全面的森林资源数据。

特别是森林资源清查涉及的面积大，野外调查时各单位的技术标准难以统一，主观因素影响较大，调查持续时间较长等，使得森林资源调查结果的可比性及可靠性均很差。

显然，森林资源数据的获取和更新能力大大落后于生产发展的需要。

要缩短森林资源清查的周期，快速、准确、高质高效地获取森林资源的各种数据，评价森林资源的质量与效益，实现森林资源的定期甚至是实时监测，必须改变传统的森林资源清查方式，急需采用先进的技术手段，卫星遥感技术自然成为解决这一矛盾的重要方式。

1976年，我国首次引进了美国陆地卫星影像，并在林业上首次使用。

1977年用于西藏林区的森林资源调查，用卫星图像勾绘了比例尺为5:

50万的森林分布图。

1962年山西省运用陆地卫星影像，通过暗室影像增强和信息特征提取技术，运用地学分析方法进行目视判读，编制省一级农业自然资源图，其中绘制了包括5:

25的万森林分布图。

《洞庭湖地区遥感应用试验研究》项目是利用陆地卫星MSS资料进行光学放大、彩色合成影像，充分利用多时相资料，以目视判读方法为主，在2万多平方公里范围内，首次在我国南方湿热地区完成了农业自然基础图件9幅、专题研究5个，以及一系列定量统计分析工作。

此次研究利用陆地卫星MSS影像开展了森林资源调查，包括编制森林分布图。

利用陆地卫星影像编制森林分布图与常规方法比较，定性定位准确、速度快，现实性和宏观性强等特点。

以前常规方法编制森林分布图是用大比例尺地形图或航空像片在野外调查勾绘的，在缩编成图时，要经过人为的综合，不可避免的含有主观因素，而且速度慢。

通过卫星影像，准确地划分了森林类型，并以影像为依据，数理统计抽样技术为基础，结合少量地面样地，进行森林资源清查。

统计了洞庭湖地区的森林资源数据。

实践表明这是一个能大量节省人力、物力、财力和缩短时间的有效方法，为改进一类森林资源调查提供了经验。

4.结语

随着计算机技术的进步，航空航天科技进步，卫星遥感不断发展，应用领域也进一步扩大，关系到国民经济发展，国家安全。

影像技术已经扩展到全色波段，并向专题化发展，服务公民经济发展的需求。

Landsat-MSS影象的优势在国土资源调查中得到了充分发挥,但是其造价昂贵，卫星发射技术门槛高，不是大部分国家能够掌握的技术。

针对LANGDASAT-MSS影象空间分辨率相对不足的问题，可以结合相关技术，以改善扫描仪为出发点。

参考文献

【1】梅安新等.遥感导论.北京：

高等教育出版社，2005

【2】北京市海淀区教师进修学校主编．中学教学实用全书　地理卷．重庆出版社，1994

【3】网络资源

【4】承继成，林珲，周成虎等.数字地球导论.北京：

科学出版社，2000

【5】李德仁，周月琴，金为铣著.摄影测量与遥感概论.北京：

测绘出版社，2005

【6】薛重生，张志，王京名编.地学遥感概论.武汉：

中国地质大学出社，2000

【7】罗格.叩开太空之门——航天科技知识问卷.宇航出版社,2004

【8】庄逢甘主编.中国地方遥感应用协会成立五周年论文集.宇航出版社,1997

【9】仇肇悦，李军，郭宏俊编著.遥感应用技术.武汉测绘科技大学出版社，1996

【10】欧润贵。

林业遥感。

北京：

中国林业出版社，1996