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解读卫星影像:五点建议和方法

2017-08-02 15:33:13来源:本站原创 编辑:浏览:

卫星影像就像地图:只要你了解,你就能读懂其中蕴含着的有用和有趣的信息。我们透过影像可以了解一座城市的变化,农作物种植面积,火灾发生的地点,还有暴风雨来临。要解锁卫星图像中的丰富信息,我们需要:

1. 确定比例尺

2. 确定图案,形状和纹理

3. 定义颜色(包括阴影)

4. 找北

5. 考虑你的先验知识

通过这5点或许能正确引导你从卫星图像中提取有价值的信息。

确定比例尺

当人们看卫星图像时,人们首先想要做的事情之一是识别他们熟悉的地方:他们的家庭,学校或营业地点; 最喜欢的公园或旅游景点; 或像湖,河或山脊这样的自然景观。一些军事或商业卫星的影像可以详细清楚的显示许多东西。通过放大卫星影像中白框的地方,可以清晰地看到个别房屋或汽车的细节。

 

图1 白框区域街道细节图

 

图2 来自商业WorldView-2卫星的图像 科罗拉多州博尔德的洪水

NASA卫星采取相反的做法。地球科学研究人员希望透过广角镜头能够看到整个生态系统或大气层。因此,美国航空航天局的影像不太详细,但覆盖范围更广,可以横跨整个半球。影像详细程度一般取决于卫星的空间分辨率。像数字照片一样,卫星图像由称为像素的小点组成。每个像素的宽度即卫星的空间分辨率。商业卫星的空间分辨率低于每像素50厘米。最详细的NASA图像空间分辨率为每像素10米。地球同步气象卫星,一次观测整个半球,每像素一到四公里。

 

图3 Raw Landsat场景提供了一个风景

 

图4 MODIS提供了更广阔的视野

根据图像分辨率,卫星影像展示的内容可能是城市的交通道路网,也可能是一个景点。在解译前,你能透过最初的印象了解这幅影像大概是什么比例尺,覆盖1公里或100公里?显示了什么级别的细节?在地球观测站发表的影像都有一个比例尺。

你可以根据不同的比例尺得到不同的信息。例如,当跟踪洪水时,通过高分辨率视图,小到每栋受灾的房屋高楼大到县或城市地区的哪些地方被淹还有洪水的来源都能详细的看到。再大的视角将显示整个地区 - 淹没的河流系统或控制流量的山脉和山谷。一个半球视图显示与洪水相关的天气系统的运动。

 

图5 GOES卫星提供了几乎全景的地球的磁盘。该图像显示了2013年9月14日的北美和南美洲

找图案,形状和纹理

如果你曾经花了一个下午在云中识别动物和其他形状,你会知道人类非常擅长寻找图案。这种技能在解译卫星影像方面非常有用,因为可以将特征图案与外部地图相匹配来识别关键特征。水河,湖泊和海洋等各种水体往往是最简单的要素,它们往往具有独特的形状,地图上也能一眼认出。

人们使用的土地的形状也很特别。农场通常具有几何形状 - 圆形或矩形 - 与自然界中看到的随机的图案不同。人们通常是按着正方形形状或者沿道路形成的一系列鲱鱼骨线来砍伐森林。影像中的任何一条直线几乎都是人造的,可能是道路,运河,或者是土地利用类型间可见的边界

 

图6 密西根州Reese的这幅图像中的直线和几何形状是人类土地利用的结果

通过卫星影像更容易分辨出地形地貌。火山和火山口是圆形的,山脉倾向于长、呈波浪线。峡谷是由阴影构成的波浪线。山看起来像皱纹或凸起物。这些地貌可以通过影响大气中的空气流来影响云。山强制气流,使空气冷却和形成云。岛屿造成涡流。当你看到一排云层或涡流时,可以根据她们形状来判断云层下的地貌 。

阴影有时候让人难以分辨山脉与峡谷之间的差异。这种视觉错觉称为地形反演。这是因为太阳东升西落的过程中,阴影也随之变化,然后我们的大脑就会根据所看到的进行脑补,偶尔错将山谷当山脉。解决问题通常通过调整光线,使其正射图像。

图7 智利中部和阿根廷提供广泛的地理特征,包括积雪覆盖的山脉,峡谷和火山。

定义颜色

影像中的颜色将取决于卫星仪器测量接收到的波段。真彩色图像使用可见的红色,绿色和蓝色波长,因此颜色与人眼看到的相似。假色图像包含红外,可能会出现意想不到的色彩。在真彩色图像中,色彩如下所示:

图8 赞比西河口附近的沉积物着色。随着沉积物的分散,海水越来越深。

水吸收光,所以通常是黑色或深蓝色。沉积物反射光线并使水呈彩色。当悬浮的沙子或泥土致密时,水看起来会变褐。当沉积物分散时,水的颜色变为绿色,然后变为蓝色。沙质底部的浅水区可以产生类似的效果。水面反射阳光,使水看起来像灰色,银色或白色。这种被称为sunglint的现象可以突出波形特征或浮油,但也掩盖了沉积物或浮游植物的存在。冷冻的水雪和冰是白色,灰色,有时是微蓝色。泥土或冰川碎片可以使雪和冰呈棕褐色。

图9 Sunglint可以看到加那利群岛周围海洋表面的当前模式。

植物

植物呈现出不同的绿色,这些差异出现在从空间的真实色彩中。草原往往是淡绿色,而森林是非常深绿色的。农业用地通常比自然植被光亮得多。在某些地区(中纬度地区),植物的颜色取决于季节。春季植被比夏季茂密的植被更为苍白。秋季植被可以是红色,橙色,黄色和棕褐色; 无叶枯萎的冬季植被是棕色的。基于这些原因,可以知道图像摄于何时。在海洋中,浮游植物的存在也使得海水呈其他颜色沉水植物如海藻森林可以为沿海水域提供阴暗的黑色或棕色色调。

 

图10 覆盖美国东南部大烟山的森林随着季节的进展,将颜色从棕色变为绿色,呈橙色变为棕色。

裸地

裸露或植被稀少的地面通常是棕色或棕褐色。颜色一般取决于土壤的矿物质含量。在一些沙漠,如澳大利亚内陆和美国西南部,暴露的地面是红色或粉红色的,因为它含有氧化铁,如赤铁矿(希腊语为血型)。当地面是白色或非常浅棕褐色,特别是在干燥的湖床上,因其含有盐,硅或钙基矿物质。火山碎片为棕色,灰色或黑色。新烧的土地也是深棕色或黑色,但烧伤疤痕会随着时间的推移而消失。

城市

由于混凝土和其他建筑材料的集中,密集建筑区域通常为银色或灰色。由于用于屋顶的材料不同一些城市有更多的棕色或红色调。

 

图11 华沙现代和历史街区之间的对比由卫星很容易看到。新的体坛Narodowy是辉煌的白色。Śródmieście(内城)在二次大战后重建,大部分地区呈现米色或灰色。但是,一些邻里用老式建筑重建,如Stare Miasto(旧城区)的红砖和绿色铜屋顶。

大气层

是白色和灰色的,它们的纹理往往像从地上看时一样。地面也会呈现云的阴影。一些高,薄的云只有通过他们投下的阴影才能被检测出来。烟比云更平滑,颜色范围从棕色到灰色。油火的烟是黑色的。阴霾与云无特别大的差别,呈浅灰色或灰白色;浓稠的阴霾是不透明的。烟雾或阴霾的颜色通常反映了水分和化学污染物的含量,有时候从卫星影像分辨不出雾霾和雾之间的差异。白雾可能是天然雾,但也可能是污染形成的。

 

图12 云,雾,阴霾和雪有时难以区分卫星图像,如喜马拉雅山这样的MODIS图像 2013年11月1日

灰尘的颜色取决于其来源。它最常见的是棕褐色,但像土壤一样,由于矿物质含量不同,可能显示白色,红色,深棕色甚至黑色。根据喷发的类型,火山喷发的外观也不尽相同。蒸汽和气体是白色的,悬浮的火山灰是棕色的。

背景颜色

看卫星影像,你可以在一个单一的平面上看到卫星和地面之间的一切(云,灰尘,阴霾,陆地)。一个白色的补丁可能是一个云,也可能是雪或盐滩,我们可以结合全图,形状和纹理分辨出其中的差异。云彩或山脉投下的阴影对于其他呈黑色的地貌(如水,森林或被烧毁的土地)来说也容易出错。查看同一区域不同时段的影像即可消除混乱。大多数情况下,结合全图将影子的形状与图像中的其他地物进行比较,可以知道阴影的来源或云或山。

找北方

当你迷路时,最简单的方法是的找到一个熟悉的地标,使自己有个指向。同样的技术也适用于卫星图像。如果你知道北方的地方,你可以弄清楚这个山脉是从北到南还是东西走,还是一个城市在河边或东边。这些细节可以帮助我们将要素与地图相匹配。在地球观测站,大多数图像都是朝向北的。所有图像包括指北箭头。

考虑你的先验知识

知道卫星影像拍摄的是哪个地方对你解译影像更容易了。如果你知道这个地方去年一场野火烧毁了森林,很容易弄清楚,森林的黑褐色斑块可能是烧伤疤痕,而不是火山流淌或阴影。掌握关于本地的知识,还可以将卫星地图与社会研究,经济学和历史(例如人口增长,运输,食品生产)的日常生活连系起来。地质学(火山活动,构造); 生物和生态学(植物生长和生态系统); 政治文化(土地和用水); 化学(大气污染); 和健康(污染,疾病携带者的栖息地)。

图13
约塞米蒂国家公园边缘火烧的土地与其周围的未燃烧的棕色和绿色景观相比是灰棕色的

我们可以从图14、图15对比看根据土地所有权和不同土地使用政策下森林面积对比。在波兰,私人拥有的小块土地围绕着Niepolomice森林。自十三世纪以来,政府一直把森林作为一个单位来管理。由图可以看出森林基本上完好无损。图的图像显示华盛顿Okanogan-Wenatchee国家森林附近的私人和公共土地的棋盘组合。美国森林服务局根据混合使用政策管理森林,保护一些森林,同时将一些地区开放允许伐木。浅绿色的地区表明伐木是在联邦,州或私有土地上发生的。美国西部部分地区的私人土地比波兰的大得多。

图14 土地利用和保护政策确定了波兰的森林面积

图15 土地利用和保护政策确定了美国华盛顿州的森林面积

如果您不了解所显示的区域,就可以参考地图或图集。根据地图给出地理要素的名称,你可以查找其他信息。几个在线地图服务甚至提供带有标记功能的卫星视图。参考历史地图,你还能发现地物的变化及其变化的原因。

注:本文由本站小编综合地球天文台相关资讯翻译综合而成,若有不对的地方,请指正~

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关键词阅读

WorldView-2

卫星类型: 对地观测

所属国家: 美国

分辨率: 0.5米

  绿   近红外 

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