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卫星遥感影像的评价指标

来源:本站   发布时间: 2021-04-07 08:27:07   浏览:2970次  字号: [大] [中] [小]

通常用很多种不同的指标来表征卫星遥感系统的性能,不同类型的卫星 遥感系统有较大的差别。以美国数字全球公司提出的A3C性能模型为例,高 分辨率光学卫星遥感系统的性能由精度(Accuracy )、时效性(Currency )、 完备性(Completeness )和一致性(Consistency )等要素来综合表征(如图所示)。

精度指的是在一定条件下测量值与真实值相比较的准确程度,精度高指 的是系统误差和随机误差都比较小。系统误差表征的是多次重复测量的平均 值偏离真实值的大小,而随机误差表征的则是多次重复测量的分布情况和彼 此相符合的程度。卫星遥感系统的精度通常分为几何精度和辐射精度。几何 精度是判定目标位置与实际位置之间的偏差,一般分为无控制点(系统级几 何校正)和有控制点(使用控制点进行几何精校正)处理的定位精度。辐射 精度是通过模型反演得到的目标/地物的光谱反射和辐射值与真实量值之间 的偏差。遥感应用信息产品的精度除了与信息反演的模型精度有关外,还与 其输入的数据产品质量和卫星几何/辐射定标精度等有关。以资源三号卫星 遥感系统为例,除了与高精度的高程信息反演模型有关外,还与前视、中视和后视三线阵遥感器数据的质量、卫星姿态和轨道的测量精度以及卫星内外 方位元素的标定精度等密切相关。


时效性指的是一定时间范围内,由用户任务请求到获得满足用户要求的 信息产品的及时性,包括持续的时间与更新的周期,是评估卫星遥感系统动 态监测能力和在多时相分析中应用价值的重要指标。卫星遥感系统的时效性 与任务指令上注,卫星数据获取,地面数据接收、处理和分发,信息提取与 反演等有关。根据动态信息变化的周期快慢,时间分辨率可分为5种类型: 超短期的,以分钟或小时计;短期的,以日计;中期的,以月或季度计;长 期的,以年计;超长期的,数十年以上,从用户任务请求到获取信息产品, 卫星数据获取的时间间隔相对较长。对于地球同步轨道卫星而言,由于可以 持续对特定区域重复观测,单颗卫星的时间分辨率很高,可以达到优于分钟级。 对于低轨道卫星而言,受轨道运动的影响,单颗卫星对特定区域的重复观测 时间相对较长,一般在数天级。为表征遥感卫星时间分辨率的高低,通常还 用卫星重访和覆盖时间来衡量。重访时间指的是卫星连续两次对同一目标获 取数据的最小时间间隔,覆盖时间指的是对特定区域全面覆盖获得有效数据 的最小时间间隔。通过增大遥感器的幅宽和卫星平台轨道机动及姿态敏捷能力,进行科学的任务调度与任务规划,能够有效提高单颗卫星重访和覆盖的 速度。多颗卫星组网形成星座,可以进一步提高卫星遥感系统的时间分辨率。

完备性指的是满足特定任务所需空间、光谱、辐射等的覆盖范围及尺度 细分的程度。不同的任务目标对完备性的要求有所不同,通常要综合考虑范 围和分辨率等最基本的要求。在空间尺度上,需要有足够的有效覆盖区域面积, 也要有足够高的空间分辨率。空间分辨率也叫地面分辨率,是指遥感图像上 能区分的两相邻目标之间的最小角度间隔或线性间隔。对于采样式成像系统, 通常用地面采样距离来表征,指的是单个像元或与探测器单元对应的最小地 面尺寸,也称像元分辨率(GSD)o空间分辨率越高,能够分辨的空间细节越好。 通常可以分为低分辨率(不低于30米)、中分辨率(5~30米)、高分辨率(1~5 米)、甚高分辨率(优于1米)。在光谱特征上,需要覆盖足够的光谱带宽, 又要有足够高的光谱分辨率。光谱分辨率为探测光谱辐射能量的最小波长间 隔,确切地讲为光谱探测能力,是指在光谱曲线上能够区分开的两个相邻波 长的最小间隔。谱段范围分得愈细,谱段愈多,光谱分辨率就愈高。通常对 于多光谱成像,

谱段从几个到几十个,光谱分辨率一般在100纳米左右;对 于高光谱成像,连续谱段上百个,光谱分辨率一般在10纳米左右;对于超光 谱成像,谱段上千个,光谱分辨率一般在1纳米左右。光谱分辨率越高,可 分解的光谱数目越多,获得的光谱曲线越精细,越能更真实地反映地物目标 的光谱特征,从而能更精确地识别地物和进行分类,提高自动区分和识别目 标性质与组成成分的能力。在辐射特征上,需要有足够的动态范围,又要有 足够高的辐射分辨率。辐射分辨率是指能分辨的目标反射或辐射的电磁辐射 强度的最小变化量。辐射分辨率常用刃来表示,其中&max为最 大辐射量,&min为最小辐射量(包含噪声),Rnax-&min 一般定义为动态范围, 。为量化级数(对于8比特量化的系统,D=28=256)。在成像系统设计时, 需要对动态范围和量化位数进行匹配设计。实际在轨运行时,由于成像条件 的差异,每一幅图像的辐射分辨率存在较大的差别。在不饱和的前提下,通 过优化成像参数设置,尽可能提高有效的动态范围,有利于提高图像的辐射分辨率。

一致性指的是数据产品在不同空间位置和时间序列上的稳定性程度,同 一遥感卫星在数据获取过程中,受不同位置光照条件、天气条件、观测条件 和参数设置的变化以及在轨性能退化等的影响,很难得到长期一致性好的数 据产品,通常需要定期地进行在轨标定,并在地面进行高效的数据均匀化校正、 拼接和融合处理,必要时调整模型反演的参数,以便得到一致性好、可追溯 性强的信息产品,更好地满足用户的使用要求。

 

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