【正文】 行研制和發(fā)射了包括太陽(yáng)和地球同步軌道在內(nèi)的 6 顆氣象衛(wèi)星。我國(guó)還發(fā)射了第一顆海洋衛(wèi)星，為我國(guó)海洋環(huán)境和海洋資源的研究提供了及時(shí)可靠的數(shù)據(jù)。 2020年 10 月 27 日，北京一號(hào)小衛(wèi)星在俄羅斯普列謝斯克衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射，為國(guó)內(nèi)外遙感應(yīng)用用戶提供了充足和豐富的多廣譜和全色遙 感影像產(chǎn)品。 除了上述已發(fā)射的遙感衛(wèi)星外，我國(guó)還先后成立了國(guó)家遙感中心、國(guó)家氣象衛(wèi)星中心、中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心、衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心和中國(guó)遙感衛(wèi)星地面接收站等國(guó)家級(jí)遙感應(yīng)用機(jī)構(gòu)。同時(shí)國(guó)務(wù)院各部委及省市地方建立了 160 多個(gè)省市級(jí)遙感應(yīng)用機(jī)構(gòu)。 時(shí)下，我國(guó)衛(wèi)星遙感應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國(guó)土、水利、城鄉(xiāng)建設(shè)、環(huán)境、測(cè)繪、交通、氣象、海洋、地球科學(xué)研究等方面得到廣泛應(yīng)用。遙感技術(shù)在我國(guó)國(guó)土資源大調(diào)查、西氣東輸、南水北調(diào)、三峽工程、三河三湖治理、退耕還林、防沙治沙、交通規(guī)劃與建設(shè)、海岸帶監(jiān)測(cè)及海島測(cè)繪、 300 萬(wàn)平方公里海洋權(quán)益維護(hù)及區(qū)域經(jīng)濟(jì)調(diào)查管理等重大工程建設(shè)和重大任務(wù)中發(fā)揮了不可替代的作用。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，遙感現(xiàn)在已經(jīng)形成了比較完整的理論體系及技術(shù)支持。自從航空航天技術(shù)發(fā)展以來(lái)，遙感技術(shù)就隨著航空航天攝影技術(shù)以及空間運(yùn)載技術(shù)開(kāi)始了緩慢的發(fā)展。作為一種獲取信息的手段，遙感技術(shù)結(jié)合了計(jì)算機(jī)、電子、通訊、航天等多種學(xué)科的知識(shí)，以得到一步步的提升。相比較而言，國(guó)外一些空間大國(guó)的遙感技術(shù)的相關(guān)研究比國(guó)內(nèi)開(kāi)展的要早，成果也更為顯著。對(duì)于遙感圖像預(yù)處理分析的基本框架以及算法大多是國(guó)外學(xué)者研究 的成果。 國(guó)外最早發(fā)射和使用遙感衛(wèi)星的是美國(guó)和前蘇聯(lián)，并且很長(zhǎng)一段時(shí)間國(guó)際商業(yè)遙感衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)市場(chǎng)是美國(guó)占據(jù)的主要市場(chǎng)。在 1986 年，法國(guó)也發(fā)射了 SPOT1 遙感衛(wèi)星，此后日本、印度、歐空局、加拿大等國(guó)家和國(guó)際集團(tuán)也相繼發(fā)射了各自的遙感衛(wèi)星。進(jìn)入二十一世紀(jì)以后，遙感事業(yè)伴隨著衛(wèi)星事業(yè)的發(fā)展，漸漸開(kāi)始了各國(guó)家爭(zhēng)相發(fā)展的新興技術(shù)。 就現(xiàn)在而言，國(guó)外的衛(wèi)星獲取影像技術(shù)比較先進(jìn)，各國(guó)家都在努力完善自己的衛(wèi)星及獲取遙感圖像的技術(shù)。其中 Landsat TM、 SPOT 也是我國(guó)進(jìn)行應(yīng)用研究與生產(chǎn)所經(jīng)常引用的圖像資源，另外， 以高分辨率著稱的快鳥計(jì)劃更是推進(jìn)了遙感圖像獲取的發(fā)展。 此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)越來(lái)越先進(jìn)，遙感影像處理軟件也逐步向易操作化發(fā)展。美國(guó) RSI 公司推出了一款，由專業(yè)遙感科學(xué)家基于交互數(shù)據(jù)語(yǔ)言 IDL 開(kāi)發(fā)的，功能非常強(qiáng)大的一套遙感影像處理軟件 ENVI。它提供了詳細(xì)的預(yù)處理方法，操作簡(jiǎn)單，功 5 能豐富，能夠被不同層次的遙感使用者所接受。由于其能夠提供二次開(kāi)發(fā)和對(duì) IDL 語(yǔ)言的全面兼容，它更成為遙感平臺(tái)定制開(kāi)發(fā)的首先工具。但由于它不能提供 WEB 方式的開(kāi)發(fā)，與目前流行的 WEB 方式開(kāi)發(fā)趨勢(shì)很不相符，許多開(kāi)發(fā)型人員也會(huì)選擇 GIS軟件 。 ERDAS IMAGING 是美國(guó) ERDAS 公司開(kāi)發(fā)的遙感圖像處理系統(tǒng)，它面向廣闊應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品模塊，服務(wù)于不同層次用戶的模型開(kāi)發(fā)工具以及高度的 RS/GIS 集成功能，為遙感應(yīng)用領(lǐng)域的用戶提供了功能強(qiáng)大的圖像處理工具，并代表了遙感圖像處理系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。 另外，還有 PCI GEOMATICA、 ER MAPPER、像素工廠等多種軟件，都是各有自己特點(diǎn)的遙感圖像處理系統(tǒng)，分別收到不同行業(yè)人群的青睞。 6 第 2 章 相關(guān)理論研究綜述 遙感技術(shù)簡(jiǎn)介 遙感，即遙遠(yuǎn)的感知，其英文為“ remote sensing”。遙感學(xué)科的科學(xué)含義一般理懈為：在不接觸物體的情況下，感測(cè)目標(biāo)的“信息”，并在該信息之中，提取我們所需要的物體物理狀態(tài)、屬性、發(fā)展趨勢(shì)等內(nèi)容，從而進(jìn)一步應(yīng)用。 遙感信息技術(shù)是指以光或電磁波為載體，經(jīng)介質(zhì)傳輸由航空或航天遙感平臺(tái)所收集到的反映地球表層系統(tǒng)現(xiàn)象的空間信息并加以利用的技術(shù)。 遙感技術(shù)是近幾十年新興的一門科學(xué)技術(shù)，現(xiàn)代遙感技術(shù)的基本過(guò)程是： 在距目標(biāo)物幾米至幾千公里的距離以外，以汽車、飛機(jī)和衛(wèi)星等為觀測(cè)平臺(tái)，使用光學(xué)、電子學(xué)或電子光學(xué)等探測(cè)儀器，接收目標(biāo)反射、散射和發(fā)射來(lái)的電磁輻射能量，以圖像膠 片或數(shù)字磁帶形式進(jìn)行記錄； 然后把這些信息傳送到地面接收站，接收站把這些遙感數(shù)據(jù)和膠片進(jìn)一步加工成遙感資料產(chǎn)品； 最后結(jié)合己知物體的波譜特性，從中提取有用信息，識(shí)別確定目標(biāo)物之間的相互關(guān)系。 因此說(shuō)遙感是一個(gè)接收、傳送、處理和分析遙感信息，并最后識(shí)別的復(fù)雜技術(shù)過(guò)程。具體過(guò)程如圖 所示。 圖 遙感過(guò)程與技術(shù)系統(tǒng) 其中，遙感地面接收站的數(shù)據(jù)處理工作 記錄數(shù)據(jù)或光學(xué)信息 在距目標(biāo)物幾米至幾千公里的距離以外，以汽車、飛機(jī)和衛(wèi)星等為觀測(cè)平臺(tái)，使用光學(xué)、電子學(xué)或電子光學(xué)等探測(cè)儀器，接收目標(biāo)反射 、散射和發(fā)射來(lái)的電磁輻射能量，以圖像膠片或數(shù)字磁帶形式進(jìn)行記錄； 獲得遙感數(shù)據(jù) 把這些信息傳送到地面接收站，接收站通過(guò)掃描或直接存儲(chǔ)的方式把這些遙感數(shù) 地面站 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 接收記錄系統(tǒng) 分析解譯 計(jì)算機(jī)解譯 人工目視解譯 發(fā)射輻射 回波輻射 目標(biāo)物 平臺(tái) 傳感器 人工輻射源 人工輻射 反射輻射 7 據(jù)和膠片進(jìn)一步加工成遙感資料產(chǎn)品； 遙感解譯與應(yīng)用 結(jié)合己知物體的波譜特性，從中提取有用信息，識(shí)別目標(biāo)和確定目標(biāo)物之間的相互關(guān)系，并可以結(jié)合圖像處理軟件實(shí)現(xiàn)使其應(yīng)用于學(xué)術(shù)或商業(yè)等不同領(lǐng)域。 遙感圖像處理過(guò)程 遙感圖像的處理過(guò)程主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)以及人機(jī)互動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 首先，數(shù)據(jù)的輸入主要以是以掃描以及直接傳輸來(lái)進(jìn)行，對(duì)于光學(xué)相片來(lái)說(shuō)，掃描是將數(shù) 據(jù)輸入計(jì)算機(jī)的主要方式，使數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)顯示器或者以其他形式來(lái)顯示。其次，圖像預(yù)處理技術(shù)就是通過(guò)現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出來(lái)的圖像處理軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行去噪、幾何糾正、融合鑲嵌等處理，來(lái)使其盡量接近真實(shí)影像。再次，遙感圖像的解譯也十分重要，主要分為人工解譯、自動(dòng)分類、特征提取和動(dòng)態(tài)檢測(cè)等方式。最后，遙感信息可以制成相應(yīng)的專題地圖并對(duì)其進(jìn)行三維可視化分析，通過(guò)與 GIS 軟件的結(jié)合使用，來(lái)實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)的利用價(jià)值，形成形象易分析的數(shù)據(jù)形式并最終生成地理信息分析的成果報(bào)告。遙感圖像處理的一般流程為： 圖 遙感圖像處理流程圖 遙感影像處理軟件簡(jiǎn)介 現(xiàn)今隨著遙感影像的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣， 現(xiàn)存的 遙感 軟件已經(jīng)出現(xiàn)很多，但對(duì)于它們的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，歸納概括起來(lái)有三種情況。一是以模塊化處理已經(jīng)獲得的遙感影像數(shù)據(jù)為優(yōu)勢(shì)；二是在處理遙感圖像的基礎(chǔ)上，利用它的平臺(tái)進(jìn)一步提供良好的二次開(kāi)發(fā)環(huán)境；三是能夠提供 WEB 形式的開(kāi)發(fā)，適應(yīng)現(xiàn)今計(jì)算機(jī)科技的發(fā)展潮流 [3]。本論文使用 ENVI 軟件來(lái)進(jìn)行遙感影像處理的研究分析，下面簡(jiǎn)要介紹一些 ENVI 的特點(diǎn)： ENVI(The Environment for Visualing Images)遙感影像處理軟件是由美國(guó) RSl 公司推出的一套功能齊全的遙感影像處理系統(tǒng)。它是處理、分析并顯示多光譜數(shù)據(jù)、高數(shù)據(jù)的輸入和 輸出 圖像顯示與輸出 圖像預(yù)處理（幾何糾正、融合、鑲嵌等） 影像信息提?。ㄈ斯そ庾g、自動(dòng)分類、特征提取、動(dòng)態(tài)檢測(cè)等） 專題制圖 /三維可視化分析（集成 GIS 現(xiàn)有數(shù)據(jù)） 成果報(bào)告（ GIS 分析／共享） 8 光譜數(shù)據(jù)以及雷達(dá)數(shù)據(jù)的高級(jí)影像處理工具，并獲得了 2020 年美國(guó)權(quán)威機(jī)構(gòu) NIMA遙感軟件測(cè)評(píng)第一。 ENVI 軟件是由專業(yè)的科學(xué)家基于交互式數(shù)據(jù)語(yǔ)言 IDL 開(kāi)發(fā)出的一個(gè)影像處理系統(tǒng)，它可以輕松讀取、顯示、分析各種類型的遙感數(shù)據(jù)，并且提供了從遙感影像預(yù)處理、影像信息提取，到與地理信息系統(tǒng)整合的過(guò)程中所需要的各種工具。因其易操作、功能強(qiáng)大，備受不同層次的遙感使用者所喜愛(ài)。不僅如此，它還提供二次開(kāi)發(fā)接口，并對(duì) IDL 語(yǔ)言全面兼容，因此成為遙感平臺(tái)定制開(kāi)發(fā)的首先工具。 ENVI 的主要優(yōu)勢(shì)有：先進(jìn)、可靠的影像分析工具，全套的影像信息智能化提取工具，全面提升影像價(jià)值；專業(yè)的光譜分析，其中的高光譜分析一直處于世界領(lǐng)先地位；可以隨心所欲的拓展新功能；底層的 IDL 語(yǔ)言可以幫助用戶輕松地添加、擴(kuò)展ENVI 的功能，甚至開(kāi)發(fā)定制自己的專業(yè)遙感平臺(tái)；流程化圖像處理工具 — 將眾多主流的圖像處理過(guò)程集成到流程化 Workflow 圖像處理工具中，進(jìn)一步提高了圖像處理的效率； RSI 公司與 ESRI 公司加強(qiáng)了合作， ENVI 軟件于 2020 年與 ArcGIS 的整合，更為遙感與 GIS 的一體化集成提供了典型案例。 圖 遙感圖像處理流程圖 ENVI 支持若干種圖像文件格式，并能夠快捷地集成矢量和山歌數(shù)據(jù)。 ENVI 文件格式： ENVI 使用的是通用柵格數(shù)據(jù)格式，包含一個(gè)簡(jiǎn)單的二進(jìn)制文件（ a simle flat binary）和一個(gè)相關(guān)的 ASCII（文本）的頭文件。該文件允許 ENVI 使用幾乎所有的影像文件，包括那些包含自身嵌入式頭信息的影像文件。 精度評(píng)定： ENVI 中圖像校正精度顯示分為一階、二階、三階，它決定了重采樣的精度。一般的，選擇 的控制點(diǎn)越多就階數(shù)越高，從而精度也就越高。 ENVI 軟件的缺點(diǎn)是不提供 WEB 方式開(kāi)發(fā)，與目前流行的軟件 WEB 開(kāi)發(fā)趨勢(shì)很不相符。但是，現(xiàn)今許多遙感學(xué)者已經(jīng)研究出通過(guò) ENVI 軟件進(jìn)行 WEB 開(kāi)發(fā)的方法，并取得了一定的成果。 遙感圖像預(yù)處理技術(shù) 由于空間、時(shí)間、波譜以及輻射分辨率的限制 (即遙感信息獲取過(guò)程中會(huì)受到衛(wèi)大氣校正 模塊 空間特征 提取模塊 立體像對(duì)高程 提取模塊 正射校正 模塊 雷達(dá)高程 處理模塊 NITF 數(shù)據(jù) 支持模塊 ENVI IDL 數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)拓展工具包 數(shù)據(jù)連接工具包 9 星影響、地形起伏變化、天氣變化、大氣吸收與散射等隨機(jī)條件的影響 )，遙感系統(tǒng)很難精確地記錄復(fù)雜的地表信息，因此不可避免會(huì)在數(shù)據(jù)獲取的過(guò)程中存在誤差，所以，遙感圖像在進(jìn)行解譯應(yīng)用之前一定要經(jīng)過(guò)消除或 減小這些誤差的預(yù)處理操作，才能保證地理信息獲取的準(zhǔn)確性。 圖像的預(yù)處理又被稱作圖像糾正和重建，它的主要目的是糾正原始圖像中的噪聲以及幾何與輻射變形，使研究人員需要的有用數(shù)據(jù)內(nèi)容更清晰的展示出來(lái)。 數(shù)據(jù)源的選擇 選擇遙感數(shù)據(jù)源要考慮分辨率、時(shí)相、價(jià)格、覆蓋范圍等因素。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)研究的目的：首先需要不同數(shù)據(jù)進(jìn)行比較研究，因此獲取數(shù)據(jù)需具有廣泛性和差異性；其次，就數(shù)據(jù)量來(lái)考慮，為了快速準(zhǔn)確的完成實(shí)驗(yàn)研究，我們選擇一些數(shù)據(jù)量較小的數(shù)據(jù)。 近年來(lái)，大量的環(huán)境與資源遙感衛(wèi)星為民用提供數(shù)據(jù)。目前常用的遙感數(shù)據(jù)源 如表 、表 所示、這些數(shù)據(jù)源的空間分辨率為 m 至 1000 m 不等 , 波譜范圍基本覆蓋從可見(jiàn)光到熱紅外，而且不僅一些影像數(shù)據(jù)含有全色波段而且具有多光譜波段。這些遙感數(shù)據(jù)不僅在環(huán)境與資源調(diào)查中還是商務(wù)方面都發(fā)揮了非常大的作用 [4]。 表 常見(jiàn)商業(yè)高分辨率衛(wèi)星 傳感器 發(fā)射時(shí)間 國(guó)家 多光譜波段 空間分辨率（米） 重反周期 IKONOS 1999 美國(guó) 紅、綠、藍(lán)、近紅外 全色： 1；多光譜： 4 SPOT5 2020 法國(guó) 紅、綠、近紅外、中遠(yuǎn)紅外 全色： 5 或 （超模 式）；多光譜： 10 26 Quick Bird 2020 美國(guó) 紅、綠、藍(lán)、近紅外 全色： ；多光譜： FORMASATII 2020 中國(guó)臺(tái)灣 紅、綠、藍(lán)、近紅外 全色： 2；多光譜： 4 1 EROSB 2020 以色列 — 全色： （立體） 55 CartoSATI(P5) 2020 印度 — 全色： （立體） — ALOS 2020 日本 紅、綠、藍(lán)、近紅外 全色： （立體）；多光譜： 10 2 北京一號(hào)小衛(wèi)星 2020 中國(guó) 紅、綠、近紅外 全色： 4；多光譜： 32 35 KOMPSAT2 2020 韓國(guó) 紅、綠、藍(lán)、近紅外 全色： 1；多光譜： 4 3 WorldView1/2 2020 美國(guó) 紅、綠、藍(lán)、近紅外 紅邊、海岸、黃、近紅外 2 全色： ；多光譜： 資源應(yīng)用衛(wèi)星 2B星 2020 中國(guó) — 全色： ；多光譜： 26 GeoEye1 2020 美國(guó) 紅、綠、藍(lán)、近紅外 全色： （ ）；多光譜： 23 RapidEye 2020 德國(guó) 藍(lán)、綠、紅、紅邊、近紅外 5 每天 10 表 其他衛(wèi)星 傳感器 時(shí)間 國(guó)家 多光譜波段 空間分辨率 中巴資源衛(wèi)星 01/02 1999 中國(guó) 藍(lán)、綠、紅、近紅外 多光譜： NOAA 氣象衛(wèi)星 — 美國(guó) 紅、近紅外、中紅外和兩個(gè)熱紅外 風(fēng)云系列衛(wèi)星 — 中國(guó) 可見(jiàn)光 4 個(gè)，近紅外 2 個(gè)，中紅外 2 個(gè)，熱紅外 2 個(gè) MODIS — 美國(guó) 36 個(gè)波段 250m、 500m 和 1000m 圖像幾何校正 遙感圖像的幾何處理，是遙感信息處理過(guò)程中的一個(gè)基本環(huán)節(jié)。它的重要性主要體現(xiàn)在三個(gè)方面： 首先為了滿足各類專題圖的量 測(cè)和定位要求，原始圖像必須進(jìn)行相應(yīng)的幾何校正；其次當(dāng)應(yīng)用不同的傳感方式，不同光譜范圍以及不同成像時(shí)間的各種同一地域復(fù)合圖像數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)分類、地物特征的變化監(jiān)測(cè)或其它應(yīng)