遙感制圖,一 計算機地圖制圖概述,傳統的地圖制圖技術經長期發展，已日臻完善和成熟。但其弱點是：地圖編制與生產難度大、生產成本高、周期長、制印技術復雜、專業性強；手工勞動占重要成份；地圖產品種類單一，更新困難，不能反映空間地理事物的動態變化，信息難于共享等。因此，從上世紀50年代開始，計算機技術開始引入地圖學領域。經過理論探討、應用試驗、設備研制和軟件開發等發展階段，如今，計算機制圖已成為地圖學的重要分支學科，即計算機地圖制圖學。,計算機地圖制圖技術與傳統的制圖方法大相徑庭，特別是在地圖信息的表達、傳輸和管理上，完全建立在一種全新的格局上，即地圖的計算機信息化。因此，這門技術帶來的變革和對地圖學產生的影響極其廣泛和深刻。 目前，隨著理論上的不斷發展和創新，計算機地圖制圖已可基本代替傳統的地圖制圖，實現了地圖制圖技術的歷史性變革。,計算機地圖制圖是以地圖制圖原理為基礎，在計算機硬、軟件的支持下，應用數學邏輯方法，研究地圖空間信息的獲取、變換、存貯、處理、識別、分析和圖形輸出的理論方法和技術工藝手段。 和傳統地圖制圖相比，過去制圖人員面對的始終是有形的紙質地圖，編圖工作是在一種現實的可視（可以觸摸）環境中進行的；現在制圖者主要面對數據，所有制圖資料變成計算機可以接受的數字形式，制圖過程實際上就是對數據的編輯處理、管理維護和可視化再現的過程，數據聯結各個制圖環節。,二 遙感影像地圖,遙感影像地圖是一種以遙感影像和一定的地圖符號來表現制圖對象地理空間分布和環境狀況的地圖。 按其表現內容分為： 普通影像地圖 專題影像地圖 按獲取遙感信息傳感器的不同： 航空攝影影像地圖 掃描影像地圖 雷達影像地圖,專題影像地圖是以影像地圖作基礎底圖，通過解譯并加繪有專題要素位置、輪廓界線和少量注記制成的一種影像地圖。因像片上有豐富的影像細節，專題要素又以影像作背景，兩者可以相互印證，又不需要編制地理底圖，因而具有工效高、質量好等優點，是有發展前途的一種新型地圖。,普通影像地圖與專題影像地圖,前者的比例尺較大，影像分辨率高，適用于工程設計、地籍管理、區域規劃、城市建設以及區域地理調查研究和編制大比例尺專題地圖； 后者是由陸地衛星多光譜掃描儀掃描獲得的MSS4、MSS5 MSS6、 MSS7等波段的影像經糾正后編制的，屬于中小比例尺影像地圖，區域總體概念清晰，有利于大范圍的分析研究，適用于研究制圖區域全貌、大地構造系統區域地貌、植被分布、制定工農業總體規劃，進行資源調查與專題制圖等。,航空攝影影像地圖與掃描影像地圖,考古,（1）衛星遙感可以覆蓋全球的每一個角落，任何地區都不再有制圖資料的空白區；（2）衛星遙感的周期性重復探測，使每一個地區都可以獲得不同時相的制圖信息，為動態地圖的制作和利用地圖進行動態分析提供了信息保障；（3）數字衛星遙感信息，可以直接進入計算機進行自動處理，省去了圖像掃描數字化的輸入過程；（4）改變了傳統的從大比例尺逐級縮編小比例尺地圖的邏輯程序 ；（5）以豐富的影像細節去表現區域的地理外貌，比單純使用線劃的地圖信息量豐富，真實直觀、生動形象，富于表現力 ；（6）用簡單的線劃符號和注記表示影像無法顯示或需要計算的地物，彌補了單純用影像表現地物的不足，因而減少了制圖工作量，縮短了地圖的成圖周期。,遙感影像地圖的特點,遙感影像地圖的發展趨勢 1）電子影像地圖：這種影像地圖以數字形式存貯在磁盤、光盤或磁帶等存貯介質上，需要時可由電子計算機的輸出設備(如繪圖機、顯示屏幕等)恢復為影像地圖。與傳統的影象地圖相比，它保留了影像地圖的基本特征如數學基礎、圖例、符號、色彩等，只是載負影像地圖信息的介質不同。 2）多媒體影像地圖 3）立體全息影像地圖,三 計算機輔助遙感制圖,指在計算機系統支持下，根據地圖制圖原理，應用數字圖像處理技術和數字地圖編輯加工技術，實現遙感影像地圖制作和成果表現的技術方法。,計算機輔助遙感制圖,1、遙感影像信息選取與數字化 2、地理基礎底圖的選取與數字化 3、遙感影像幾何糾正與圖像處理 4、遙感影像鑲嵌與地理基礎底圖的拼接 5、地理基礎底圖與遙感影像復合 6、符號注記圖層生成 7、影像地圖圖面配置 8、遙感影像地圖制作與印刷,1.信息源的選擇,圖像的地面分辨率、波譜分辨率和時間分辨率是遙感信息的基本屬性，在遙感應用中，它們通常是評價和選擇遙感圖像的主要指標。 （1）空間分辨率與制圖比例尺的選擇 空間分辨率即地面分辨率，是指遙感儀器所能分辨的最小目標的實地尺寸，即遙感圖像上一個像元所對應的地面范圍的大小。例如Landsat TM影像的一個像元對應的地面范圍是30m30m，那么其空間分辨率就是30m。,由于遙感制圖是利用遙感圖像來提取專題制圖信息，因此在選擇圖像的空間分辨率時要考慮以下兩個因素：一是解譯目標的最小尺寸；二是地圖的成圖比例尺。遙感圖像的空間分辨率與地圖比例尺有密切的關系。在遙感制圖中，不同平臺的遙感器所獲取的圖像信息，其可滿足成圖精度的比例尺范圍是不同的。,（2）波譜分辨率與波段的選擇 波譜分辨率是由傳感器所使用的波段數目（通道數）、波長、波段的寬度來決定的。 通常，各種傳感器的波譜分辨率的設計都是有針對性的，這是因為地表物體在不同光譜段上有不同的吸收、反射特性。同一類型的地物在不同波段的圖像上，不僅影像灰度有較大差別，而且影像的形狀也有差異。多光譜成像技術就是根據這個原理，使不同地物的反射光譜特性能夠明顯地表現在不同波段的圖像上。因此，在專題處理與制圖研究中，波段的選擇對地物的針對性識別非常重要。,在考慮遙感信息的具體應用時，必須根據遙感信息應用的目的和要求，選擇地物波譜特征差異較大的波段圖像，即能突出某些地物（或現象）的波段圖像。實際工作中有兩種方法：一是根據室內外所測定的地物波譜特征曲線，直觀地進行分析比較，根據差異的程度，找出與之相對應的傳感器的工作波段。二是利用數理統計的方法，選擇不同波段影像密度方差較大且相關程度較小的波段圖像。 除了對單波段遙感圖像的分析選擇外，大多數情況下是將符合要求的若干波段作優化組合，進行影像的合成分析與制圖。如利用MSS影像編制土地利用圖時，通常采用MSS4、5、7波段的合成影像；若進一步區分林、灌、草，可選MSS5、6、7波段的組合影像。,（3）時間分辨率與時相的選擇 把傳感器對同一目標進行重復探測時，相鄰兩次探測的時間間隔稱為遙感圖像的時間分辨率。如Landsat 1、2、3的圖像最高時間分辨率為18天，Landsat4、5、7為16天，SPOT-4為26天，而靜止氣象衛星的時間分辨率僅為半小時。,遙感圖像的時間分辨率差異很大，用遙感制圖的方式反映制圖對象的動態變化時，不僅要搞清楚研究對象本身的變化周期，同時還要了解有沒有與之相對應的遙感信息源。如要研究森林病蟲害的受災范圍、森林火災蔓延范圍或洪水淹沒范圍等現象的動態變化，必須選擇與之相適應的短期或超短期時間分辨率的遙感信息源，顯然只有氣象衛星的圖像信息才能滿足這種要求；研究植被的季相節律、農作物的長勢，目前以選擇landsat-TM 或SPOT遙感信息為宜。,遙感圖像是某一瞬間地面實況的記錄，而地理現象是變化、發展的。因此，在一系列按時間序列成像的多時相遙感圖像中，必然存在著最能揭示地理現象本質的“最佳時相”圖像。“最佳時相”的涵義包括兩個方面：第一，為了使目標不僅能被“檢出”且能被“識別”，應要求信息有足夠大的強度，還應是地理現象呈節律性變化中最具有本質特性的信息；第二，探測目標與環境的信息差異最大、最明顯。,如編制地質地貌專題地圖，選擇秋末冬初或冬末春初的圖像最為理想，因為這個時段的地面覆蓋少，有利于地質地貌內在規律和分布特征的顯示；進行 “三北”防護林的遙感調查與制圖，選擇樹木已經枝繁葉茂，但農作物及草本植被尚未覆蓋地面的五月末的時相最為理想；解譯海濱地區的蘆葦地及其面積用五六月間的圖像；編制黃淮海地區鹽堿土分布圖用三四月間的圖像比較適宜。總之，遙感圖像時相的選擇，既要考慮地物本身的屬性特點，也要考慮同一種地物的空間差異。,2.圖像處理 根據遙感制圖的任務要求，確定了遙感信息源之后，還必須對所獲得的原始遙感數據進行加工處理，才能進一步利用。,（1）圖像預處理 人造衛星在運行過程中，由于側滾、仰俯的飛行姿態和飛行軌道、飛行高度的變化以及傳感器光學系統本身的誤差等因素的影響，常常會引起衛星遙感圖像的幾何畸變。因此，在專題地圖制圖之前，必須對遙感圖像進行預處理。預處理包括粗處理和精處理兩種類型。粗處理是為了消除傳感器本身及外部因素的綜合影響所引起的各種系統誤差而進行的處理。它是將地面站接收的原始圖像數據，根據事先存入計算機的相應條件而進行糾正，并通過專用的坐標計算程序加繪了圖像的地理坐標，制成表現為正射投影性質的粗制產品圖像軟片和高密度磁帶。,精處理的目的在于進一步提高衛星遙感圖像的幾何精度。其作法是利用地面控制點精確校正經過粗處理后的圖像面積和幾何位置誤差，將圖像擬合或轉換成一種正規的符合某種地圖投影要求的精密軟片和高密度磁帶。目前，在精處理過程中，也常常在圖像上加繪控制點、行政區劃界限等對后續解譯工作起控制作用的要素。,（2）圖像增強處理,為了擴大地物波譜的亮度差別，使地物輪廓分明、易于區分和識別，以充分挖掘遙感圖像中所蘊含的信息，必須進行圖像的增強處理。圖像增強處理的方法主要有光學增強處理和數字圖像增強處理兩種。圖像光學增強處理的目的在于人為加大圖像的密度差。常用的方法有假彩色合成、等密度分割和圖像相關掩膜等。數字圖像增強處理是借助計算機來加大圖像的密度差。主要方法有彩色增強、反差增強、濾波增強和比值增強等。數字圖像增強處理具有快速準確、操作靈活、功能齊全等特點，是目前廣泛使用的一種處理方法。,（3）遙感影像鑲嵌,圖像鑲嵌(MOSAIC)是將多個具有重疊部分的圖像制作成一個沒有重疊的新圖像； 有基于像元的鑲嵌和基于地理坐標的鑲嵌；,鑲嵌要有足夠寬的重疊區，最好不少于圖像的1/5，否則會影響精度 相鄰圖像往往色調或灰度值不一致，需要進行直方圖匹配 如果鑲嵌后需要進行某種地圖投影變換，最好先根據該投影方式分幅校正，然后再鑲嵌,圖像的鑲嵌注意的問題,3.圖像解譯 從數據類型來看，數字遙感圖像是標準的柵格數據結構，因此，遙感圖像的解譯實際上就是把柵格形式的遙感數據轉化成矢量數據的過程。圖像解譯的主要方法有目視解譯和計算機解譯兩種。,（1）目視解譯 目視解譯是用肉眼或借助簡單的設備，通過觀察和分析圖像的影像特征和差異，識別并提取空間地理信息的一種解譯方法。目前，遙感制圖已經全面實現了數字化操作，目視解譯也從過去手工蒙片解譯發展為數字環境下的人機交互式圖像解譯。所謂人機交互式圖像解譯，是一種以計算機制圖系統為基礎，以數字遙感圖像為信息源，以目視解譯為主要方法并充分利用專業圖像處理軟件實現對圖像的各種操作（如縮放、旋轉、平移、反差增強等）。,解譯準備 解譯之前，必須做好兩方面的工作：一是利用制圖軟件或GIS軟件，生成與所選遙感圖像一致的地圖投影文件，這個矢量地圖投影文件實際上就是新編專題地圖的地理底圖的重要內容。然后，以此為控制基礎，實現圖像與基礎底圖的準確配準。二是收集與圖像解譯內容有關的地圖資料和文字資料，熟悉解譯地區的基本情況，并制定解譯工作計劃。 建立解譯標志 首先在室內通過對衛星圖像的分析研究，確定野外考察的典型路線和典型地段，然后通過衛星圖像的野外實地對照、驗證，從而建立各種地物目標在圖像上的解譯標志。衛星圖像的解譯標志包括圖像的色調、形態、組合特征等。,解譯 首先對具體解譯區域進行宏觀分析，建立總體概念，然后再根據解譯標志，進行專題內容的識別。解譯的方法有直接解譯法、對比分析法和邏輯推理法。直接解譯法是通過色調、形態、組合特征等直接解譯標志，判定和識別地物。對比分析法采用不同波段、不同時期的遙感圖像地物光譜測試數據以及其他地面調查資料，進行對比分析，將原來不易分開的地物區分開來。邏輯推理法指解譯人員運用專業知識和實踐經驗，并根據地學規律進行相關分析和邏輯推理，解譯那些因衛星圖像比例尺小，地面分辨率低，前兩種方法又無法解譯的圖像信息。,野外驗證 在解譯工作結束之后，為保證解譯結果的準確性，必須通過野外抽樣調查，對解譯中的疑點作進一步的核實，并對解譯成果進行修改和完善。 （2）計算機解譯 計算機解譯是利用專業圖像處理軟件，實現對圖像的自動識別和分類，從而提取專題信息的方法,它包括計算機自動識別和計算機自動分類。,計算機自動識別（模式識別），是將經過精處理的遙感圖像數據根據計算機所研究的圖像特征進行的處理。具體處理方法有：統計概率法、語言結構法和模糊數學法。統計概率法是根據地物的光譜特征進行自動識別；語言結構法是根據地物的圖形進行識別；模糊數學法則是根據地物最明顯的本質特征（光譜的或圖像的本質特征）進行識別，。 計算機自動分類分為監督分類和非監督分類兩種方法。監督分類是根據已知試驗樣本提出的特征參數建立解譯函數，對各待分類點進行分類的方法；非監督分類是事先并不知道待分類點的特征，僅僅根據各待分點特征參數的統計特征，建立決策規則并進行分類的一種方法。,目前，主要通過ERDAS、ER Mapper、PCI等圖象處理軟件進行遙感圖象解譯。解譯得到的柵格數據，可以轉換成矢量數據，以備進一步的處理使用。 計算機解譯能克服肉眼分辨率的局限性，提高解譯速度，而且隨著技術的日趨成熟，它還能從根本上提高解譯的精度。目前，各種類型的圖像處理軟件都不同程度地提供了計算機自動識別與分類的強大功能，一些部門和單位利用遙感圖像處理軟件試驗或編制專題地圖，建立專題數據庫。然而，由于受遙感成像機理復雜性等多種因素的綜合影響，計算機自動識別和分類方法在生產實踐中，還不可能替代目視解譯方法，目視解譯仍然是圖像解譯的主流方法。,4.基礎底圖的編制,圖像解譯只是完成了從影像圖到專題要素線劃圖的轉化過程。為了說明