常用遥感大数据和波段用途.docx

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常用遥感大数据和波段用途

（一）NOAA/AVHRR

NOAA/AVHRR（NationalOceanicandAtomosphericAdministration）是低空间分辨率遥感卫星。

它是美国国家海洋大气局的实用气象观测卫星，从1970年12月发射的第一颗到2002年6月24号发射的NOAA-M，30多年来共发射了17颗。

NOAA卫星的轨道为太阳同步近极地圆形轨道，以确保同一时间、同一地方的上午、下午成像。

轨道平均高度分别为833km和870km，轨道倾角98.7º和98.9º；是目前业务化运行最成熟的一种遥感卫星。

NOAA卫星采用双星系统，即NOAA12和NOAA14在服役，它的总体参数：

总重量：

1421公斤；负载量：

194公斤；保留余量：

36.4公斤；卫星尺寸：

3.71米（长）*1.88米（直径）。

星载传感器有：

①极精密高分辨率辐射计（AVHRR）以5个频道同时扫描大气，可获得可见光云图和红外云图，作为天气分析与预报之用。

此外，红外频道的数据可用来决定若干云参数及海面温度。

②泰洛斯业务垂直探测器（TOVS），这组仪器包括三个辐射计，各有不同的功能：

A.高分辨率红外辐射探测器（HIRS/2）是具有20个可见光和红外频道的扫描辐射计，可以探测对流层内气温和水汽垂直分布以及臭氧总含量。

B.平流层探测单元（SSU）以3个红外频道观测平流层中的气温垂直分布。

C.微波探测单元（MSU）以4个微波频道观测波长0.5厘米的氧吸收带，可以穿透云层探测云下的气温垂直分布。

③太空环境监测器（SEM）负责侦测太空中太阳质子、α粒子及电子通量等资料。

④地球辐射收支试验（ERBE）以狭角视场和广角视场观测地球大气，可以监测太阳常数、行星反照率以及射出长波辐射等参数。

TIROS-N系列卫星具有数据汇集系统（DCS），可以接收来自两千多个固定及移动观测台的资料，加以处理储存，最后再传送到地面接收站。

AVHRR为TIROS-N系列卫星最主要的仪器，它由一个8英寸口径的卡塞格伦望远镜对准地面，用一个旋转镜对地面左右扫描，望远镜的瞬时视场角为1.3*1.3平方毫弧度，相当于星下点1.1平方公里，扫描每分钟360行，扫描角为正负55度，相当于地面2800公里。

它的成像方式是光学机械扫描成像，成像幅宽为16.5km*16.5km，空间分辨率在星下点处是1100m，在远离星下点处是4000m。

AVHRR具有五个探测波段，每个波段特性见下表1：

表1波段特性

通道

波长（微米）

类型

主要用途

1

0.58-0.68

可见光

探测反射率

2

0.752-1.0

近红外

探测反射率

3

3.55-3.93

中红外

探测热辐率

4

10.3-11.3

远红外

探测热辐率

5

11.4-12.4

远红外

探测热辐率

NOAA卫星地面接收站每天两次在固定时间里接收某一轨道的卫星云图，几条轨道的图像拼接成区域云图，成为预报员制作预报的重要参考资料。

（二）TERRA/MODIS

MODIS（ModerateResolutionImagingSpectrometer）于1999年12月18日在美国加洲的verndenberg空军基地发射成功，承载的卫星是Terra（EOSAM1），它是中空间分辨率遥感卫星，于2000年2月24日正式接收数据。

MODIS采用与太阳同步的，近极地圆形轨道，轨道高705km，测绘带宽2330km*10km。

具有36个光谱通道，分布在0.4-14um的电磁波谱范围内。

MODIS仪器的空间分辨率分别为250m、500m、1000m，在对地观测过程中，每秒可同时获得6.1兆比特的来自大气、海洋和陆地表面信息，每日或每两日可获得一次全球观测数据。

MODIS是被动式成像分光辐射计，携带490个探测器，分布在36个光谱波段，覆盖从可见光到红外波段。

由穿轨迹扫描反射镜、收集辐射的光具和带有光谱滤光片的线列阵探测器组件等部件构成。

探测器组件共四组，分布在四个焦平面处。

MODIS仪器内设置多种定标硬件，供空间操作时使用。

包括：

太阳漫射器、太阳漫射稳定度监视仪、分光辐射度定标组件、板状黑体、和天空视窗。

仪器操作时定期地使用太阳漫射器、黑体和分光辐射度仪等三个定标装置进行定标。

MODIS仪器操作，在轨日夜连续操作。

正常的获取科学数据，在白天，所有波段均操作运行。

在轨道的夜间时段，只有热红外波段收集数据。

MODIS数据的特点如下表：

MODIS波段分布和主要应用

波段号

主要应用

分辨率*

波段宽度**

频谱强度***

要求的信噪比

1

植被叶绿素吸收

250

0.620-0.670

21.8

128

2

云和植被覆盖变换

250

0.841-0.876

24.7

201

3

土让植被差异

500

0.459-0.479

35.3

243

4

绿色植被

500

0.545-0.565

29.0

228

5

叶面/树冠差异

500

1.230-0-1.250

5.4

74

6

雪/云差异

500

1.628-1.652

7.3

275

7

陆地和云的性质

500

2.105-2.155

1.0

110

8

叶绿素

1000

0.405-0.420

44.9

880

9

叶绿素

1000

0.438-0.448

41.9

838

10

叶绿素

1000

0.483-0.493

32.1

802

11

叶绿素

1000

0.526-0.536

27.9

754

12

沉淀物

1000

0.546-0.556

21.0

750

13

沉淀物，大气层

1000

0.662-0.672

9.5

910

14

叶绿素荧光

1000

0.673-0.683

8.7

1087

15

气溶胶性质

1000

0.743-0.753

10.2

586

16

气溶胶/大气层性质

1000

0.862-0.877

6.2

516

17

云/大气层性质

1000

0.890-0.920

10.0

167

18

云/大气层性质

1000

0.931-0.941

3.6

57

19

云/大气层性质

1000

0.915-0.965

15.0

250

20

洋面温度

1000

3.660-3.840

0.45

0.05

21

森林火灾/火山

1000

3.929-3.989

2.38

2.00

22

云/地表温度

1000

3.929-3.989

0.67

0.07

23

云/地表温度

1000

4.020-4.080

0.79

0.07

24

对流层温度/云片

1000

4.433-4.498

0.17

0.25

25

对流层温度/云片

1000

4.482-4.549

0.59

0.25

26

红外云探测

1000

1.360-1.390

6.00

150

27

对流层中层湿度

1000

6.535-6.895

1.16

0.25

28

对流层中层湿度

1000

7.175-7.475

2.18

0.25

29

表面温度

1000

8.400-8.700

9.58

0.05

30

臭氧总量

1000

9.580-9.880

3.69

0.25

31

云/表面温度

1000

10.780-11.280

9.55

0.05

32

云高和表面温度

1000

11.770-12.270

8.94

0.05

33

云高和云片

1000

13.185-13.485

4.52

0.25

34

云高和云片

1000

13.485-13.785

3.76

0.25

35

云高和云片

1000

13.785-14.085

3.11

0.25

36

云高和云片

1000

18.085-14.385

2.08

0.35

表二MODIS数据特点

波段序号

空间分辨率

波段数

主要用途

1-2

250m

2

陆地与云的界限

3-7

500m

5

陆地与云的性质

8-16

1000m

9

海洋颜色，水体表尺物质

17-19

1000m

3

大气水分

20-23

1000m

4

地表/云温度

24-25

1000m

2

大气温度

26

1000m

1

卷云

27-29

1000m

3

水分

30

1000m

1

臭氧

31-32

1000m

2

地表，云表温度

33-36

1000m

4

云顶性质

MODIS数据的文件格式是HDF文件格式。

HDF是美国国家高级计算应用中心（NationalCenterSupercomputingApplication）为了满足各种领域研究需求而研究的一种能高效存储和分发科学数据的新型数据格式。

一个HDF文件中可以包含多种类型的数据，如栅格图像数据，科学数据集，信息说明数据。

这种数据结构方便了我们对信息的提取。

MODIS观测数据的分析和研究将在以下几方面应用领域发挥重要作用：

（1）地表覆盖变化和全球生产力，包括区域性地表覆盖变化的趋势和模式、作物种类，以及全球初级生产力。

（2）自然灾害监测，包括洪涝、干旱、森林草原火灾、雪灾等。

（3）短期气候预测，季、年的气候预测，以便改进对短期气候异常发生时间、地点的预报。

（4）长期气候变化研究，帮助科学家识别长期气候变化及其趋势的机制和因子，包括人类影响。

（5）大气臭氧监测，帮助科学家监测大气臭氧的变化，分析变化产生的原因及对地球系统的影响。

（三）Landsat/TM&ETM

Landsat（陆地卫星）是中空间分辨率卫星，它是由NASA（美国航空航天局）发射的。

从1972年7月23日发射以来，已发射7颗（第6颗发射失败）。

目前Landsat1-4相继失效，Landsat5仍在超期运行（从1984年3月1日至今）。

Landsat7于1999年4月15日发射升空。

Landsat卫星采用与太阳同步的近极地圆形轨道，而且卫星以同一地方时、同一方向通过同一地点，保证了遥感观测条件的基本一致，有利于图像的对比。

Landsat4,5轨道高度705km，轨道倾角98.2º 每16天重复覆盖一次，穿过赤道的地方时为9点45分，覆盖地球范围N81º-S81.5º。

Landsat5上装载了专题制图仪（TM），其空间、光谱、辐射性能均比MSS有明显提高，因而数据质量提高、数据量增加。

Landsat7在数据获取的地理范围与分幅方法、空间分辨率、校正精度和光谱特性等方面足够一致，TM用户可以顺利过渡到ETM+。

Landsat7上装载了ETM+，其在ETM的基础上，设置了太阳定标器和内部灯定标，以改善辐射定标，且热红外谱段空间分辨率提高到60m。

Landsat数据的特点如下表：

表三Landsat数据的特点

波段

类型

波谱范围（um）

空间分辨率（m）

1

blue

0.45-0.52

30/30

2

green

0.52-0.60

30/30

3

red

0.63-0.69

30/30

4

NIR

0.76-0.90

30/30

5

SWIR

1.55-1.75

30/30

6

TIR

10.4-12.5

120/60

7

SWIR

2.08-2.35

30/30

8

Pan

0.52-0.90

—/15

在过去的日子里，Landsat数据的用很广泛，如全球变化的研究，，区域环境的研究，国家安全以及一些其他的文化和经济目的。

例如，Landsat数据已经被用于监测农业产量，城市增长以及陆地覆盖变化，并且Landsat数据在油、气和矿的开采方面有广泛的应用。

其他的科学应用包括监测火山，冰河动力学，农业产量以及海岸情况。

可见光的波长大约在0.4-0.7m。

波长最长的可见光是红光，最短的是紫光。

通常可以感觉到的色彩的波长如下：

紫光（0.4-0.446）、蓝光（0.446-0.5）、绿光（0.5-0.578）、黄光（0.578-0.592）、橙光（0.592-0.62）、红光（0.62-0.7）、红外（0.7-100），近红外（0.7-0.9）

（四）ASTER

ASTER（AdvancedSpaceborneThermalEmissionandReflectionRdiometer）叫做高级太空热辐射反射辐射计。

它是由日本国际贸易工业部提供的一种便于探索的仪器。

于1998年搭载NASA的地球观测系统上午星（EOS-AM1）平台升空。

发射ASTER的目的是为了提高人们对发生在近地表和低大气层中局部或区域规模的过程的理解，其中也包括地表—大气界面的相互作用。

ASTER的立体观测基高比为0.6，跨宽60km，总跨度232km，寿命为5年。

ASTER的数据特征如下表：

表四ASTER数据的特点

类型

波段序号

波谱范围

空间分辨率

VNIR

1

2

3N，3B

0.52-0.60

0.63-0.69

0.78-0.86

15m

SWIR

4

5

6

7

8

9

1.600-1.700

2.145-2.185

2.185-2.225

2.235-2.285

2.295-2.365

2.360-2.430

30m

TIR

10

11

12

13

14

8.125-8.475

8475—8.825

8.925-8.275

10.25-10.95

10.95-11.65

90m

其中，VNIR和美国陆地卫星TM以及日本地球资源卫星（JERS-1）光学传感器（OPS）相类似的波段通道。

选择SWIR波段主要是为了地表土壤和矿物绘图的目的。

TIR的目的是用来估计SiO2的含量。

从ASTER的几何性能来看，就它们的波段范围来说，它们的分辨率在所有EOS-AM1的传感器中仍然是最高的。

对于其它传感器数据的亚像素比率分析，比如对于具有250、500或者1000米空间分辨率的MODIS数据，对于具有275、500或者1100米分辨率的MISR数据，ASTER数据期望能够提供重要的信息。

ASTER的数据类型包括：

1、工程数据：

监视和维持太空船和仪器的健康和安全。

2、校准数据：

作为车载的和替代仪器的校准。

3、科学数据：

收集起来满足使命的科学目的。

ASTER数据对于研究各种局部的到区域的现象很有用，比如：

（1）陆地表面气候：

陆地表面参数的调查，表面温度等，目的是为了了解陆地—大气的互相作用和能量以及湿度流（蒸发作用和蒸发损失总量）。

（2）植被和生态系统动力学：

植被和土壤分布的调查以及他们的变化，目的是评估生物生产力，了解陆地—大气的互相作用，并且探测生态系统变化。

（3）火山监控：

对喷发和先前时间的监控，例如火山气散发到大气层，喷发柱，熔岩湖的演化和喷气孔的活动，喷发历史和喷发潜能。

（4）灾害监控：

野火、洪水、滑坡和海岸侵蚀等的程度和效应。

（5）悬浮微粒和云—对大气中悬浮微粒的特征和云类型的观测，这些对于表面修复的大气纠正很有用。

（6）海洋系统中的碳循环—通过测量珊瑚礁的全球分布和珊瑚礁堆积率，对大气中正在进入珊瑚礁的CO2的测定。

（7）水文学—了解全球能量和水文过程，以及它们对全球变化的关系。

（五）风云

我国的气象卫星是以极轨和静止两个系列并存而发展的。

极轨系列气象卫星以风云一、三、五、……号等奇数排序。

静止系列气象卫星以风云二、四、六、……号等偶数排序。

一、“风云一号”气象卫星

风云一号（以下简称FY-1号）是我国研制的第一代极轨气象卫星。

到目前为止，我国共发射了4颗FY-1号极轨气象卫星，分为两个批次发射。

FY-1A/B，FY-1C/D4颗卫星都是在山西苛岚卫星发射基地发射升空。

FY-1号卫星由航空航天部研制，国家气象局负责卫星资料的接收、处理以及产品的分发，它的主要任务是获取全球气象资料，并向全世界气象卫星地面站发送气象信息。

此外还获取海洋资料，为海洋部门服务。

FY-1号卫星本体是1.4*1.4*1.2米的六面体。

星体外侧对称安装六块太阳电池帆板，帆板展开后卫星总长8.6米。

六块帆板上共装有14000片太阳电池，可产生800瓦电力，电池效率为11.5—12%，表明我国已掌握了相当先进的太阳电池技术和帆板展开技术。

卫星运行在高度为901公里，倾角99度，周期102分钟的太阳同步轨道上，每天绕地球运行14圈。

卫星运作由电子计算机控制，其显著特点之一是采用长寿命的三轴姿态控制系统，使星上两台辐射仪始终对准地球，对地指向精度小于1.0度。

卫星上的主要遥感仪器是两台五通道可见光和红外扫描辐射仪，扫描宽度可达3000公里，星下点分辨率为1.1公里，下面是各通道的波长和主要用途：

表五FY-1号数据的特点

通道

波段（um）

主要用途

1

0.58-0.68

白天云图，地表图象

2

0.725-1.1

白天云图，水，冰，雪和植被

3

0.48-0.53

海洋水色图象

4

0.53-0.58

海洋水色图象

5

10.5-12.5

昼夜云图，地表，海面温度及图象

卫星探测资料可以实时连续发送，也可延时回放。

延时回放是先把国外观测资料存入星上磁带记录器（一次可存储60分钟云图资料），当卫星飞经我国三个指定接收站上空时，回放发送下来，这是我国获取全球气象资料的一种手段。

卫星发送资料的方式有三种，一是甚高分辨率图象传输（HRPT），二是高分辨率图象传输（APT），三是延时图象传输（DPT）。

前两种图象传输的信息格式与美国NOAA卫星基本相同，其中含有卫星姿态数据。

我过卫星气象中心向全世界播发FY-1号的前两种图象资料。

延时图象资料传向我国气象卫星地面站发送，它是在全球范围内经选择的局部地区的云图。

FY-1号卫星的发射为我国研制和更好地利用气象卫星提供了宝贵经验。

二、“风云二号”气象卫星

风云二号（以下简称FY-2）静止是我国研制的第一代静止气象卫星，共有6颗卫星。

FY-2号第一颗星在发射前“夭折”，FY-2A星于1997年6月10日发射成功，FY-2B星于2000年6月25日发射成功。

FY-2B星定点于105ºE，FY-2A星在FY-2B发射前西移并定点于86.5ºE，用于实验和备份。

FY-2号静止气象卫星分为01批和02批，FY-2（01批）共2颗卫星，分别为FY-2A、B；FY-2（02批）为3颗卫星，分别为FY-2C、D、E。

风云二号气象卫星是一个直径2.1m，高1,6m的圆柱体。

远地点发动机分离后，包括天线在内卫星总高度3.1m，重约600kg，卫星姿态为自旋稳定，自旋速率为每分钟100+/-1转，卫星设计工作寿命为3年。

表六FY-2号数据的特点

通道

类型

波段（um）

主要用途

1

可见光

0.55-1.05

白天的云和地表反射的太阳辐射信息

2

红外

10.5-12.5

昼夜云和地表反射的红外辐射信息

3

水汽

6.2-7.6

对流层中、上部大气中水汽分布的信息

FY-2号有以下用途：

（1）FY-2号的导风资料，将填补印度洋上的广大资料空白区。

（2）FY-2号每小时提供一次云图。

在需要的时候，还可以进行加密观测。

这种高频次的云图资料，可以有效地监视暴雨、台风等灾情性中小尺度天气系统。

（3）FY-2号的射出长波辐射资料，提供了大气中云的信息以及热带地区大尺度环流系统分布的信息。

这些信息揭示了大气中赤道辐合带、副热带高压等大尺度环流的中期振动，是中期天气预报的有用工具。

（4）FY-2在亚洲地区第一次提供了水汽云图。

（六）中巴资源卫星（ＣＢＥＲＳ）

1999年10月14日，我国第一颗地球资源遥感卫星（又称资源—号卫星）在太原卫星发射中心成功发射。

早在1985年，我国就研制了中国国土普查卫星，这是一种短寿命、低轨道的返回式航天遥感卫星，在当时．各用户部门取得了不小的成果。

但普查卫星受气候条件限制，长江以南地区团长期阴雨绝大部分相片不能使用，致使全国国土资源与环境普查工作未能达到顶期目的。

中巴资源卫星是继国土普查卫星之后，我国发射的第一颗地球资源卫星。

中巴资源卫星的轨道是太阳同步近极地轨道，轨道高度778hn，卫星的重访周期是26天．设计寿命2午。

其携带的传感器的最高空间分辨率是19．5m。

其上计划装载IR红外扫描仪和CCD相机两种传感器．其原理分别与TM和HRV相似，只是空间分辨率和波段不同。

表七中巴资源卫星数据的特点

CCD

IR

波段（um）

0.45—0.52

0.50—1.10

0.52—0.59

1.55—1.75

0.63—0.69

2.08—2.35

0.77—0.89

10.4—12.5

0.51—0.73

空间分辨绿（m）

20

80（热红外为160）

波段配准

0.3象元

侧视±32

0.25象元

ETM+遥感不同波段的用途

741

741波段组合图像具有兼容中红外、近红外及可见光波段信息的优势，图面色彩丰富，层次感好，具有极为丰富的地质信息和地表环境信息；而且清晰度高，干扰信息少，地质可解译程度高，各种构造形迹（褶皱及断裂）显示清楚，不同类型的岩石区边界清晰，岩石地层单元的边界、特殊岩性的展布以及火山机构也显示清楚。

742

1992年，完成了桂东南金银矿成矿区遥感地质综合解译，利用1：

10万TM7、4、2假彩色合成片进行解译，共解译出线性构造1615条，环形影像481处,并在总结了构造蚀变岩型、石英脉型、火山岩型典型矿床的遥感影像特征及成矿模式的基础上，对全区进厅成矿预测，圈定金银A类成矿远景区2处，B类4处，C类5处。

为该区优选找矿靶区提供遥感依据。

743

我国利用美国的陆地卫星专题制图仪图象成功地监测了大兴安岭林火及灾后变化。

这是因为TM7波段（2.08-2.35微米）对温度变化敏感；TM4、TM3波段则分别属于红外光、红光区，能反映植被的最佳波段，并有减少烟雾影响的功能；同时TM7、TM4、TM3（分别赋予红、绿、蓝色）的彩色合成图的色调接近自然彩色，故可通过TM743彩色合成图的分析来指挥林火蔓延与控制和灾后林木的恢复状况。

754

对不同时期湖泊水位的变化，也可采用不同波段，如用陆地卫星MSS7，MSS5，MSS4合成的标准假彩色图像中的蓝色、深蓝色等不同层次的颜色得以区别。

从而可用作分析湖泊水位变化的地理规律

754

陆地卫星图像的标准假彩色  指采用陆地卫星多光谱扫描仪所成的同一图幅的第四波段MSS4图像、第五波段MSS5图像和第七波段MSS7图像，分别配以兰、绿、红色的彩色合成图像上的彩色。

并称此种合成的图像为陆地卫星标准假彩色图像。

在此图像上植被分布显红色，城镇为兰灰色，水体为兰色、浅兰色（浅水），冰雪为白色等。

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XX开发区砂石矿遥感调查是通过对陆地卫星TM最佳波段组fefee7合的选择（TM5、TM4、TM1）以及航空、航天多种遥感资料的解译分析进行的，在初步解译查明调查区第四系地貌。

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例如把4、5两波段的赋色对调一下，即5、4、3分别赋予红、绿、蓝色，则获得近似自然彩色合成图像，适合于非遥感应用专业人员使用。

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波段选取及主成