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1、遥感制图,一 计算机地图制图概述,传统的地图制图技术经长期发展，已日臻完善和成熟。但其弱点是：地图编制与生产难度大、生产成本高、周期长、制印技术复杂、专业性强；手工劳动占重要成份；地图产品种类单一，更新困难，不能反映空间地理事物的动态变化，信息难于共享等。因此，从上世纪50年代开始，计算机技术开始引入地图学领域。经过理论探讨、应用试验、设备研制和软件开发等发展阶段，如今，计算机制图已成为地图学的重要分支学科，即计算机地图制图学。,计算机地图制图技术与传统的制图方法大相径庭，特别是在地图信息的表达、传输和管理上，完全建立在一种全新的格局上，即地图的计算机信息化。因此，这门技术带来的变革和对地图学
2、产生的影响极其广泛和深刻。目前，随着理论上的不断发展和创新，计算机地图制图已可基本代替传统的地图制图，实现了地图制图技术的历史性变革。,计算机地图制图是以地图制图原理为基础，在计算机硬、软件的支持下，应用数学逻辑方法，研究地图空间信息的获取、变换、存贮、处理、识别、分析和图形输出的理论方法和技术工艺手段。和传统地图制图相比，过去制图人员面对的始终是有形的纸质地图，编图工作是在一种现实的可视（可以触摸）环境中进行的；现在制图者主要面对数据，所有制图资料变成计算机可以接受的数字形式，制图过程实际上就是对数据的编辑处理、管理维护和可视化再现的过程，数据联结各个制图环节。,二 遥感影像地图,遥感影像地
3、图是一种以遥感影像和一定的地图符号来表现制图对象地理空间分布和环境状况的地图。按其表现内容分为：普通影像地图专题影像地图按获取遥感信息传感器的不同：航空摄影影像地图扫描影像地图雷达影像地图,专题影像地图是以影像地图作基础底图，通过解译并加绘有专题要素位置、轮廓界线和少量注记制成的一种影像地图。因像片上有丰富的影像细节，专题要素又以影像作背景，两者可以相互印证，又不需要编制地理底图，因而具有工效高、质量好等优点，是有发展前途的一种新型地图。,普通影像地图与专题影像地图,前者的比例尺较大，影像分辨率高，适用于工程设计、地籍管理、区域规划、城市建设以及区域地理调查研究和编制大比例尺专题地图；后者是由
4、陆地卫星多光谱扫描仪扫描获得的MSS4、MSS5 MSS6、MSS7等波段的影像经纠正后编制的，属于中小比例尺影像地图，区域总体概念清晰，有利于大范围的分析研究，适用于研究制图区域全貌、大地构造系统区域地貌、植被分布、制定工农业总体规划，进行资源调查与专题制图等。,航空摄影影像地图与扫描影像地图,考古,（1）卫星遥感可以覆盖全球的每一个角落，任何地区都不再有制图资料的空白区；（2）卫星遥感的周期性重复探测，使每一个地区都可以获得不同时相的制图信息，为动态地图的制作和利用地图进行动态分析提供了信息保障；（3）数字卫星遥感信息，可以直接进入计算机进行自动处理，省去了图像扫描数字化的输入过程；（4）
5、改变了传统的从大比例尺逐级缩编小比例尺地图的逻辑程序；（5）以丰富的影像细节去表现区域的地理外貌，比单纯使用线划的地图信息量丰富，真实直观、生动形象，富于表现力；（6）用简单的线划符号和注记表示影像无法显示或需要计算的地物，弥补了单纯用影像表现地物的不足，因而减少了制图工作量，缩短了地图的成图周期。,遥感影像地图的特点,遥感影像地图的发展趋势1）电子影像地图：这种影像地图以数字形式存贮在磁盘、光盘或磁带等存贮介质上，需要时可由电子计算机的输出设备(如绘图机、显示屏幕等)恢复为影像地图。与传统的影象地图相比，它保留了影像地图的基本特征如数学基础、图例、符号、色彩等，只是载负影像地图信息的介质不同
6、。2）多媒体影像地图3）立体全息影像地图,三 计算机辅助遥感制图,指在计算机系统支持下，根据地图制图原理，应用数字图像处理技术和数字地图编辑加工技术，实现遥感影像地图制作和成果表现的技术方法。,计算机辅助遥感制图,1、遥感影像信息选取与数字化2、地理基础底图的选取与数字化3、遥感影像几何纠正与图像处理4、遥感影像镶嵌与地理基础底图的拼接5、地理基础底图与遥感影像复合6、符号注记图层生成7、影像地图图面配置8、遥感影像地图制作与印刷,1.信息源的选择,图像的地面分辨率、波谱分辨率和时间分辨率是遥感信息的基本属性，在遥感应用中，它们通常是评价和选择遥感图像的主要指标。（1）空间分辨率与制图比例尺的
7、选择 空间分辨率即地面分辨率，是指遥感仪器所能分辨的最小目标的实地尺寸，即遥感图像上一个像元所对应的地面范围的大小。例如Landsat TM影像的一个像元对应的地面范围是30m30m，那么其空间分辨率就是30m。,由于遥感制图是利用遥感图像来提取专题制图信息，因此在选择图像的空间分辨率时要考虑以下两个因素：一是解译目标的最小尺寸；二是地图的成图比例尺。遥感图像的空间分辨率与地图比例尺有密切的关系。在遥感制图中，不同平台的遥感器所获取的图像信息，其可满足成图精度的比例尺范围是不同的。,（2）波谱分辨率与波段的选择波谱分辨率是由传感器所使用的波段数目（通道数）、波长、波段的宽度来决定的。通常，各种
8、传感器的波谱分辨率的设计都是有针对性的，这是因为地表物体在不同光谱段上有不同的吸收、反射特性。同一类型的地物在不同波段的图像上，不仅影像灰度有较大差别，而且影像的形状也有差异。多光谱成像技术就是根据这个原理，使不同地物的反射光谱特性能够明显地表现在不同波段的图像上。因此，在专题处理与制图研究中，波段的选择对地物的针对性识别非常重要。,在考虑遥感信息的具体应用时，必须根据遥感信息应用的目的和要求，选择地物波谱特征差异较大的波段图像，即能突出某些地物（或现象）的波段图像。实际工作中有两种方法：一是根据室内外所测定的地物波谱特征曲线，直观地进行分析比较，根据差异的程度，找出与之相对应的传感器的工作波
9、段。二是利用数理统计的方法，选择不同波段影像密度方差较大且相关程度较小的波段图像。除了对单波段遥感图像的分析选择外，大多数情况下是将符合要求的若干波段作优化组合，进行影像的合成分析与制图。如利用MSS影像编制土地利用图时，通常采用MSS4、5、7波段的合成影像；若进一步区分林、灌、草，可选MSS5、6、7波段的组合影像。,（3）时间分辨率与时相的选择把传感器对同一目标进行重复探测时，相邻两次探测的时间间隔称为遥感图像的时间分辨率。如Landsat 1、2、3的图像最高时间分辨率为18天，Landsat4、5、7为16天，SPOT-4为26天，而静止气象卫星的时间分辨率仅为半小时。,遥感图像的时
10、间分辨率差异很大，用遥感制图的方式反映制图对象的动态变化时，不仅要搞清楚研究对象本身的变化周期，同时还要了解有没有与之相对应的遥感信息源。如要研究森林病虫害的受灾范围、森林火灾蔓延范围或洪水淹没范围等现象的动态变化，必须选择与之相适应的短期或超短期时间分辨率的遥感信息源，显然只有气象卫星的图像信息才能满足这种要求；研究植被的季相节律、农作物的长势，目前以选择landsat-TM 或SPOT遥感信息为宜。,遥感图像是某一瞬间地面实况的记录，而地理现象是变化、发展的。因此，在一系列按时间序列成像的多时相遥感图像中，必然存在着最能揭示地理现象本质的“最佳时相”图像。“最佳时相”的涵义包括两个方面：第
11、一，为了使目标不仅能被“检出”且能被“识别”，应要求信息有足够大的强度，还应是地理现象呈节律性变化中最具有本质特性的信息；第二，探测目标与环境的信息差异最大、最明显。,如编制地质地貌专题地图，选择秋末冬初或冬末春初的图像最为理想，因为这个时段的地面覆盖少，有利于地质地貌内在规律和分布特征的显示；进行“三北”防护林的遥感调查与制图，选择树木已经枝繁叶茂，但农作物及草本植被尚未覆盖地面的五月末的时相最为理想；解译海滨地区的芦苇地及其面积用五六月间的图像；编制黄淮海地区盐碱土分布图用三四月间的图像比较适宜。总之，遥感图像时相的选择，既要考虑地物本身的属性特点，也要考虑同一种地物的空间差异。,2.图像
12、处理根据遥感制图的任务要求，确定了遥感信息源之后，还必须对所获得的原始遥感数据进行加工处理，才能进一步利用。,（1）图像预处理人造卫星在运行过程中，由于侧滚、仰俯的飞行姿态和飞行轨道、飞行高度的变化以及传感器光学系统本身的误差等因素的影响，常常会引起卫星遥感图像的几何畸变。因此，在专题地图制图之前，必须对遥感图像进行预处理。预处理包括粗处理和精处理两种类型。粗处理是为了消除传感器本身及外部因素的综合影响所引起的各种系统误差而进行的处理。它是将地面站接收的原始图像数据，根据事先存入计算机的相应条件而进行纠正，并通过专用的坐标计算程序加绘了图像的地理坐标，制成表现为正射投影性质的粗制产品图像软片和
13、高密度磁带。,精处理的目的在于进一步提高卫星遥感图像的几何精度。其作法是利用地面控制点精确校正经过粗处理后的图像面积和几何位置误差，将图像拟合或转换成一种正规的符合某种地图投影要求的精密软片和高密度磁带。目前，在精处理过程中，也常常在图像上加绘控制点、行政区划界限等对后续解译工作起控制作用的要素。,（2）图像增强处理,为了扩大地物波谱的亮度差别，使地物轮廓分明、易于区分和识别，以充分挖掘遥感图像中所蕴含的信息，必须进行图像的增强处理。图像增强处理的方法主要有光学增强处理和数字图像增强处理两种。图像光学增强处理的目的在于人为加大图像的密度差。常用的方法有假彩色合成、等密度分割和图像相关掩膜等。数
14、字图像增强处理是借助计算机来加大图像的密度差。主要方法有彩色增强、反差增强、滤波增强和比值增强等。数字图像增强处理具有快速准确、操作灵活、功能齐全等特点，是目前广泛使用的一种处理方法。,（3）遥感影像镶嵌,图像镶嵌(MOSAIC)是将多个具有重叠部分的图像制作成一个没有重叠的新图像；有基于像元的镶嵌和基于地理坐标的镶嵌；,镶嵌要有足够宽的重叠区，最好不少于图像的1/5，否则会影响精度相邻图像往往色调或灰度值不一致，需要进行直方图匹配如果镶嵌后需要进行某种地图投影变换，最好先根据该投影方式分幅校正，然后再镶嵌,图像的镶嵌注意的问题,3.图像解译从数据类型来看，数字遥感图像是标准的栅格数据结构，因
15、此，遥感图像的解译实际上就是把栅格形式的遥感数据转化成矢量数据的过程。图像解译的主要方法有目视解译和计算机解译两种。,（1）目视解译目视解译是用肉眼或借助简单的设备，通过观察和分析图像的影像特征和差异，识别并提取空间地理信息的一种解译方法。目前，遥感制图已经全面实现了数字化操作，目视解译也从过去手工蒙片解译发展为数字环境下的人机交互式图像解译。所谓人机交互式图像解译，是一种以计算机制图系统为基础，以数字遥感图像为信息源，以目视解译为主要方法并充分利用专业图像处理软件实现对图像的各种操作（如缩放、旋转、平移、反差增强等）。,解译准备 解译之前，必须做好两方面的工作：一是利用制图软件或GIS软件，
16、生成与所选遥感图像一致的地图投影文件，这个矢量地图投影文件实际上就是新编专题地图的地理底图的重要内容。然后，以此为控制基础，实现图像与基础底图的准确配准。二是收集与图像解译内容有关的地图资料和文字资料，熟悉解译地区的基本情况，并制定解译工作计划。建立解译标志 首先在室内通过对卫星图像的分析研究，确定野外考察的典型路线和典型地段，然后通过卫星图像的野外实地对照、验证，从而建立各种地物目标在图像上的解译标志。卫星图像的解译标志包括图像的色调、形态、组合特征等。,解译 首先对具体解译区域进行宏观分析，建立总体概念，然后再根据解译标志，进行专题内容的识别。解译的方法有直接解译法、对比分析法和逻辑推理法
17、。直接解译法是通过色调、形态、组合特征等直接解译标志，判定和识别地物。对比分析法采用不同波段、不同时期的遥感图像地物光谱测试数据以及其他地面调查资料，进行对比分析，将原来不易分开的地物区分开来。逻辑推理法指解译人员运用专业知识和实践经验，并根据地学规律进行相关分析和逻辑推理，解译那些因卫星图像比例尺小，地面分辨率低，前两种方法又无法解译的图像信息。,野外验证 在解译工作结束之后，为保证解译结果的准确性，必须通过野外抽样调查，对解译中的疑点作进一步的核实，并对解译成果进行修改和完善。（2）计算机解译计算机解译是利用专业图像处理软件，实现对图像的自动识别和分类，从而提取专题信息的方法,它包括计算机
18、自动识别和计算机自动分类。,计算机自动识别（模式识别），是将经过精处理的遥感图像数据根据计算机所研究的图像特征进行的处理。具体处理方法有：统计概率法、语言结构法和模糊数学法。统计概率法是根据地物的光谱特征进行自动识别；语言结构法是根据地物的图形进行识别；模糊数学法则是根据地物最明显的本质特征（光谱的或图像的本质特征）进行识别，。计算机自动分类分为监督分类和非监督分类两种方法。监督分类是根据已知试验样本提出的特征参数建立解译函数，对各待分类点进行分类的方法；非监督分类是事先并不知道待分类点的特征，仅仅根据各待分点特征参数的统计特征，建立决策规则并进行分类的一种方法。,目前，主要通过ERDAS、E
19、R Mapper、PCI等图象处理软件进行遥感图象解译。解译得到的栅格数据，可以转换成矢量数据，以备进一步的处理使用。计算机解译能克服肉眼分辨率的局限性，提高解译速度，而且随着技术的日趋成熟，它还能从根本上提高解译的精度。目前，各种类型的图像处理软件都不同程度地提供了计算机自动识别与分类的强大功能，一些部门和单位利用遥感图像处理软件试验或编制专题地图，建立专题数据库。然而，由于受遥感成像机理复杂性等多种因素的综合影响，计算机自动识别和分类方法在生产实践中，还不可能替代目视解译方法，目视解译仍然是图像解译的主流方法。,4.基础底图的编制,图像解译只是完成了从影像图到专题要素线划图的转化过程。为了
20、说明专题要素的空间分布规律，还必须编制相应的基础底图。,一种方法是直接使用已经编好的数字底图资料。如果底图的数学基础、内容要素等与成图要求不同，用户可以通过投影转换或地图编辑功能进行统一协调。另一种方法是把相应的普通地图或专题地图进行扫描，然后与用户建立的数学基础进行配准，或经过几何纠正后，再根据基础底图的要求，分要素进行屏幕矢量化编辑，获得基础底图数据文件。,5.专题解译图与地理底图的复合在计算机制图环境下，通过人机交互解译或计算机解译得到的专题解译图，必须与地理底图文件复合，复合后的图形文件，经过符号设计、色彩设计、图面配置等一系列编辑处理过程，最终形成专题地图文件。,6 符号注记层的生成
21、,符号和注记是影像地图必不可少的内容。但在遥感影像上，以符号和注记的形式标绘地理要素与将地形图上的地理要素叠加在影像上是完全不同的两个概念。影像地图上的地图符号是在屏幕上参考地形图上的同名点进行的影像符号化，生成符号注记层，即在栅格图像上用鼠标输入的矢量图形。目前，大多数制图软件都具备这种功能。,7 影像地图的图面配置,与一般地图制图的图面配置方法一样，在此不在赘述。,8 遥感影像地图的制作与印刷目前，有两种方法，一种是利用电分机对遥感影像负片进行分色扫描，经过计算机完成色彩校正、层次校正、挂网等处理过程得到遥感影像分色片。分色片经过分色套印，即可印制遥感影像地图。另一种方法是将遥感数据文件直接送入电子地图出版系统，输出分色片或彩色负片，在此基础上印制遥感影像地图。,
