遥感信息地学评价的三个标准

来源：遥感时间：2022/7/14

遥感地学评价是在深入分析遥感数据基本属性（多平台、多波段、多时相），并透彻了解遥感研究对象的地学属性（空间分布、波谱反射与辐射特征及时相变化），以及由于时间、地理位置变化而引起的光谱响应的变化（即光谱响应的时间效应与空间效应）的基础上，把这些信息与遥感信息本身的物理属性（空间分辨率、波谱分辨率、时间分辨率）对应起来，从而获得较好的分析结果。

基于遥感数据的基本属性和遥感研究对象的地学属性分析，构建出遥感信息地学评价标准包括以下三方面（陈述彭和赵英时，）。

1.空间分辨率

空间分辨率又可称地面分辨率，前者是针对传感器或图像而言，指图像上能够详细区分的最小单元的尺寸或大小；后者是针对地面而言，指可识别的最小地面距离或最小目标物的大小。

空间分辨率具有三种表示方法。

▋（1）像元（pixels）：指瞬时视域内所对应的地面面积，如下图所示，即一个像元所对应的地面面积的大小，单位为m。例如，GF-1PMS相机可以获取2m的全色黑白图像，一个像元相当于地面2m×2m的范围，简称空间分辨率2m。像元是扫描影像的基本单元，是成像过程中或用计算机处理时的基本采样点。

▲不同空间分辨率的遥感影像（显示比例65%）

▋（2）线对数（linepairs）：是对于摄影系统而言，影像最小单元的确定通过1mm间隔内包含的线对数，单位为线对/毫米。所谓线对指一对同等大小的明暗条纹或规则间隔的明暗条纹对。

▋（3）瞬时视场（IFOV）：指传感器内单个探测元件的受光角度或测试视野，单位为毫弧度（mrad）。一个瞬时视场内的信息，表示一个像元；瞬时视场越小，得到的光通量越小，最小可分辨单元（可分像素）越小，空间分辨率越高。

需要注意的是，在遥感地学应用中，不同的自然现象有不同的最佳观测距离和尺度，并不一定是距离越近越好，观测越细微越好。

2.波谱分辨率

波谱分辨率指传感器在接收目标辐射的波谱时能分辨的最小波长间隔。波谱分辨率决定了传感器所选用的波段数目、波段波长位置、波段宽度。波段的波长范围越小，波段越多，波谱分辨率越高，专题研究的针对性越强，对物体的识别精度越高，遥感应用分析的效果也就越好。

如下图所示，陆地卫星多波段扫描仪（MSS）和专题制图仪（TM），在可见光范围内，MSS3个波段的波谱范围均为0.1μm；TM1～3波段的波谱范围分别是0.07μm、0.08μm和0.06μm。后者波谱分辨率高于前者。MSS共有4～5个波段；TM共分7个波段，也说明后者波谱分辨率高于前者。因地物波谱反射或辐射电磁波能量的差别，最终反映在遥感影像的灰度差异上，故波谱分辨率也反映区分不同灰度等级的能力。例如，MSS多波段扫描仪在可见光的3个波段能区分级，而第4波段（波长范围0.3μm）只能区分64级，可见光波段波谱分辨率比近红外波段高。

▲不同传感器的波谱分辨率

波谱分辨率是评价遥感传感器探测能力和遥感信息容量的重要指标之一。提高波谱分辨率，有利于选择最佳波段或波段组合来获取有效的遥感信息，提高判读效果。但对扫描型传感器来说，波谱分辨率的提高不仅取决于探测器性能的改善，还受空间分辨率的制约。

3.时间分辨率

时间分辨率是指遥感影像成像间隔时间的一项性能指标，指对同一地点进行重复覆盖采样的时间间隔，即采样的时间频率，也称重访周期。时间间隔大，时间分辨率低，反之时间分辨率高。时间分辨率主要由飞行器的轨道高度、轨道倾角、运行周期、轨道间隔、偏移系数等参数所决定。

时间分辨率是评价遥感系统动态监测能力的重要指标。根据地球资源与环境动态信息变化的快慢，可选择适当的时间分辨率范围。按研究对象的自然历史演变和社会生产过程的周期划分为5种时间分辨率类型。

▋（1）超短期的，如台风、寒潮、海况、渔情、城市热岛等，需以小时计。例如，气象卫星的时间分辨率多是以小时计，地球静止卫星更是实现了实时的信息获取。

▋（2）短期的，如洪水、冰凌、旱涝、森林火灾或虫害、作物长势、绿被指数等，要求以日数计。例如，常见的各种高空间分辨率商用卫星的重访周期一般为3～7天。

▋（3）中期的，如土地利用、作物估产、生物量统计等，一般需要以月或季度计。例如，各种地球资源卫星的重访周期一般为15～30天。

▋（4）长期的，如水土保持、自然保护、冰川进退、湖泊消长、海岸变迁、沙化与绿化等，则以年计。

▋（5）超长期的，如新构造运动、火山喷发等地质现象，可长达数十年以上。

目前的对地观测遥感卫星的时间分辨率主要体现为以上（1）～（3）三种类型。而从地学研究的角度来讲，目前的遥感卫星因其较高的时间分辨率能充分获得长周期的遥感观测数据，则完全能满足那些长期或者超长期的地学过程问题的研究需要。例如，城市扩张是一个长期的动态变化过程，利用时间分辨率20天左右的Landsat卫星影像可以很细致地展示其长期的城市演变过程。下图显示了美国拉斯维加斯从～年的城市扩张过程。

▲美国拉斯维加斯城市扩张过程

（～年，Landsat影像）

随着空间技术和传感器技术的不断发展，遥感技术呈现出“三高”（高空间分辨率、高光谱分辨率和高时间分辨率）和“三多”（多平台、多传感器和多角度）的发展趋势（李德仁，），一个多层次、多角度、全天候、多分辨率互补的全球观测网络正在逐步形成。

对地观测卫星影像的空间分辨率在20世纪每10年提高一个数量级，1～5m的空间分辨率已经成为21世纪前10年新一代民用遥感卫星的基本指标；21世纪第二个10年又进入了亚米级时代；中等空间分辨率遥感卫星的时间分辨率已经达到1天以内，意味着人类已经具备每天对地球任意区域进行卫星监测的能力。

遥感卫星的光谱分辨率已经从20世纪70年代的50～μm发展到目前的5～10μm；能够穿透云层和植被的微波遥感及其自动测图技术，使人类不受天气的影响，实现全天候对地观测（周成虎等，）。

高分辨率遥感影像信息提取技术发展趋势

本文摘编自《遥感地学应用》（明冬萍刘美玲编著.责任编辑：彭胜潮丁传标.北京：科学出版社,.9）一书“第1章概述”

（地理信息系统理论与应用丛书）

ISBN-7-03--7

作者针对遥感地学应用技术体系繁芜庞大的特点，结合地理信息及遥感相关专业多年的教学和科研实践，编写了《遥感地学应用》这本教材。作为遥感地学应用高级进阶教材，本书在内容上以“不同数据源—不同信息提取手段—不同应用领域”为主线，涵盖中低空间分辨率遥感影像像元分类、高空间分辨率影像信息提取、遥感指数计算、定量遥感统计模型、定量遥感物理模型、主动式遥感三维信息获取等核心内容，在介绍原理和方法的基础上配以应用案例。本书作者将后续出版相应的《遥感地学应用实验教程》。