引言（7）I：遥感历史：陆卫…

最新推荐文章于 2025-08-04 17:04:50 发布

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本文通过1972年美国东部地区的陆卫卫星影像，介绍了如何通过不同波段观察地形特征及植被覆盖情况，并对比了不同季节的影像变化。

原文地址：引言（7）I：遥感历史：陆卫影像 作者：zhuangqi

本小节考虑陆卫四个MSS波段如何生成美国东部同一个地区的多光谱影像（请详细阅读该区地理描述），扫描日期是1972年10月。这些影像并排显示，其下是一张假彩色复合片，区域与前四张照片相同，仅仅是南部地区面积包含得多一些而已。通过观察1978年4月（春季）MSS波段7的影像和72年秋季的影像，了解区域变化。

下面的照片是一张完整的陆卫影像，时间是1972年10月，每个波段的照片都有，还有一张假彩色复合片。波段编号自4至7（1-3号赋给RVB了），照片中是美国东部一个著名区域。在四张照片之下是一张假彩色照片，由波段4、5、7组合而成。照片上向南包括半岛（peninsula）的南端，这里还有小镇Cape May（一个线索）。

注释1：按照惯例（convention），陆卫和许多其他的卫星系统影像一样，上端是北方。但是由于99º的轨道倾角，北方并非与图像顶部和底部边缘垂直，而是稍稍有几度偏离。

注释2：在每幅影像底部的字母（你的显示屏上可能读不出来）是NASA、EROS和其他商业机构在其提供的陆卫影像上的标准注释（annotation）。这些自左至右的信息记录的内容包括获取影像的日期、场景主点和最低点（nadir point）的经纬度坐标、传感器类型、太阳高度角和方位角（azimuth position）、场景标识号（ID），标识号以特定的陆卫序号开始（1-5），结尾是特定波段（如果是彩色是，则是波段组合）。

在开始阅读影像下的第二段之前，我们要考考你，能否找出图中区域是哪里。

MSS Band 4 MSS Band 5

MSS Band 6 MSS Band 7

这些波段的影像，与下一幅影像的一小部分（在南部）拼接起来，采用三波段组合方法，就可以合成如下所示的标准假彩色影像。

MSS Band 4 = Blue

MSS Band 5 = Green

MSS Band 7 = Red

如果你辨认出了影像拍摄的区域，你可以看到新泽西州大部分区域，包括右上角的纽约市和长岛西部，中部偏左是费城。彩色复合片上的区域延伸到Delmarva半岛北部，旁边（flank）是Chesapeake海湾（底部偏左）北部、Delaware海湾（底部中间）和Cape May（底部偏右）。两个都市区，New Jersey都市区和Hudson河都市区，在波段5的影像（红色）中呈现浅至中等的灰-蓝色。在波段7，都市区的中心区域是深色调，主要是由于沥青街道和深色屋顶（通常是沥青（asphalt））是主体，而树木和植被稀少。波段6和7的影像中，城市和农村呈鲜明对比，农村的植被反射系数高，色调明亮。波段6和7中，水体是深色的，但在4和5中色调浅一些，部分原因是由于淤泥（silt）和沉积物（sediment）（反射系数更高）。在每个波段和假彩色影像中，色调明亮的是沿着新泽西海岸分布的临海岛屿的沙滩和土壤。

1972年10月10日这景影像的植被生长繁茂（自然色应当是绿色，但有些树木染了秋天的色彩），因此在波段6和7，植被分布的地方色调明亮。我们可以比较波段5的影像，位于左上方的褶皱脊（fold belt ridge）呈深色，波段7的影像则是亮色（与树叶高反射系数相关，褶皱脊上分布了茂密的森林）。在假彩色照片中植被覆被处呈现深浅不一的红色。收获后（休耕）的田地是蓝色的，与城市的色调相似。在新泽西的费城东边是Pine Barrens，有大片深色区域，是在砂质土壤上生长良好的常绿植被（evergreen）（注意树木在四个波段影像中的外观；彩色照片上，树木是红褐色；常绿植被色调明亮，但不如落叶乔木（deciduous tree））。

问题I-21：试着在这景影像中找出其他主要的地标（landmark）吧（可以使用地图集来确认其位置）。

答案：这是一个主观问题。但是至少你可以找出New Jersey 的Trenton。

问题I-22：虽然要不断地上下滚动察看很麻烦（pain），我们依然建议你在四幅MSS影像中挑出不同的地物，注意其外观，也即是灰阶（和形状）；换而言之，进行比较。描述每幅波段的影像的整体外观。你可以只在脑中考虑，也可以写出来。这项任务很有价值，它使你形成对波长在0.4-1.1µm的四个波段影像特质（nature）的一种“感觉”。

答案：波段4的影像显得“模糊”（washed out），整体呈现较深的色调，对比度较差。但是它显示海水中淤泥的效果很好。波段5的影像对比最强烈（sharp）（灰阶变化程度（spread）大）。植被色调最深。在影像中左上角的山脊（ridge）处可以见到深色（的植被）。在4和5的影像中，Pine Barrens色调均较暗；表明该地有大量的常绿植被，以及颜色更深的针叶林（needle）。波段6的影像整体色调较浅，表明具有高反射系数植被的广泛分布。黑色区域是城市。6和7影像中的水体色调十分深，其反射系数接近于零。波段7的影像其色调更浅。6和7的影像中Pine Barrens色调都稍微深一些，表明常绿植被的反射系数略低于落叶林。注意虽然与植被茂盛（vegetation-rich）的山谷对比度很小，但山脊仍可以辨认出来（discern）还需注意城市在波段4和5中并不突出（stand out）。

比较1972年10月和1978年4月18日（下面一张）的波段7的影像，来做一次变化对比的预览（preview）。由于时值春季，在美国东部树木和植被的叶片尚未生长，1978年的影像上山脊的位置色调很深，这是由于植被没有叶子，岩石和土壤占据了场景的主体，它们具有较低的反射系数。由于影像来自不同的季节，1978年的影像中，低地（lowland）上尚未播种，没有植被生长，这些地方的色调偏暗。在这张影像上，较为明亮的区域，大多是由于较早时候种植的田间植被；Pine Barrens地区小块明亮区域是沙坑（sand pit）——它们在所有波段的反射系数都很高。

读者可能已经注意到在本页顶端的两张陆卫1号黑白影像的下端有一条灰色的条带和一些注释。这是一种在早期和最近的部分陆卫影像中常见的格式。（本教程中使用的影像一般是裁剪（crop off）去这些信息，以便减小影像尺寸；而且通过网络浏览时，这些信息无法读出来（readable）。）这里有另一张影像（北非），影像上的注释包含了陆卫影像一般的周边（peripheral）信息。

注释包含了有价值的信息。这是上图中注释的放大：

注释行最左边是注释的开头，写明了数据采集（acquisition）的日期。然后是两组字母/数字界定：a.主点（格式中心）经纬度坐标，和b.最低点（nadir指从遥感平台做垂线和地面的交点）经纬度坐标。向右是传感器（MSS）和波段（7）的标识。然后是数据获取时太阳高度角（在地平线以上的角度）和太阳方位角（太阳在地平线以上和正北方向的夹角）。下一个字符串（string of alphanumerics）包含了关于飞行器航向（heading）（189°）和接收站位置（G，加州的Goldstone）的信息，然后是I-N-D-IL，其中I 表示全尺寸，N表示常规处理，D表示影像中心的最终精度（definitive accuracy），1L中的1表示飞行器数据传输（transmission）采用线性模式（linear mode）（2表示压缩模式），L 表示低增益（low gain）（H表示高增益）信号放大（amplification）水平。NASA ERTS表明该影像来自NASA的ERTS（陆卫）。最右边的字符E-1106-09183-7中，E来自ERTS，然后是飞行任务编号1（即陆卫1号），106是卫星发射后的天数，09183的09表示小时，18表示分钟，7表示秒，这些都是观察地（场景中心）的当地时间。最后的01是正反馈（regeneration）编号。在灰色条带之下是三组数字，注明和下一景影像在底部相交的经度（E表示London，Greenich以东），单位是度和分；这些数字会再出现在（译者注：下一景）影像顶端，由于轨道倾斜向左偏移。

在订购（order）陆卫影像时，注释中的信息十分有益。还有一项帮助是用户常使用的。针对陆卫项目，专门提出了全球坐标系统（Worldwide Reference System ，简称WRS）。这是一个格网（grid），近乎自上而下的线称为轨道（Path trace），水平线称为行（Row）。下面展示了一张带有该坐标系统的地图（红线标识每10个轨道/行单位），通过网络浏览时，数字和单词太小，无法阅读。