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雷达遥感技术用于违法违规用地监测 试验研究报告 二OO九年一月六号 目 录 1、引言 3 2、SAR数据特点 5 2.1 基本情况 5 2.2 SAR数据基础 6 2.2.1 波段设置 6 2.2.2 分辨率 7 2.2.3 极化方式 7 2.3 SAR数据特征 8 2.3.1地表表面粗糙度 8 2.3.2图像几何特性 8 2.3.3 介电特性 9 2.3.4 干湿程度 9 2.4 主要地物影像特征 9 3 技术路线和方法分析 11 3.1 SAR建筑物成像机理分析 13 3.1.1建筑物的叠掩与阴影效应 13 3.1.2 尖顶建筑物屋顶面单次反射效应 14 3.1.3 建筑物的角反射效应 14 3.1.4 高分辨率SAR图像的建筑物成像分析 15 3.2 K-均值分类法 16 3.3 Hough变换 17 4试验与分析 18 4.1 雷达影像预处理 18 4.1.1 雷达影像几何纠正 18 4.1.2 雷达影像斑点噪声处理 20 4.2 SAR图像建筑物叠掩的信息提取 21 4.3 建筑物屋顶的提取 21 4.4 识别违法违规用地 23 5 总结 23 1引言 土地资源是人类赖以生存的最基本的自然资源，也是构筑社会主义市场体系的重要组成部分，它的运行状况关系到国民经济的健康运行、关系到人民群众的切身利益、关系到经济社会的可持续发展。土地利用是人类根据土地的特点，按照一定的经济与社会目的，采取一系列的生物和技术手段，对土地进行长期或周期性的经营活动，以利于人类的生存和发展。 现实情况告诉我们，当前我国土地利用和开发中仍然存在一些违法违规用地的问题，如违反土地利用总体规划圈占土地、未批先用、边报边用、低价出让土地等违法用地现象仍时有发生，Cosmo-Skymed即“宇宙-地中海”雷达卫星，由意大利阿莱尼亚航天公司和法国阿尔卡特公司合作研制，系统由4颗星组成。Cosmo-Skymed系统使用X波段合成孔径雷达拍摄地球的雷达图像，最高分辨率为1米，扫描带宽10公里，具有雷达干涉测量地形的能力。主要用途是灾害管理。对洪水区、工业污染、地震损失估计、以及地形结构分析等目标进行全天候评价。 德国雷达卫星TerraSAR-X于2007年6月15日发射升空，是首颗由德国宇航中心和EADS Astrium公-私共建的德国卫星。TerraSAR-X在距地514公里高的极轨道上绕地运转、该卫星装备了有源天线，可收集高质量的X波段雷达数据，卫星的运行不依赖于气象条件、云层覆盖和照度，分辨率可达1米。 Radarsat-2是加拿大继Radarsat-1之后的新一代商用合成孔径雷达系统，于2007年12月14日发射成功。Radarsat-2继承了Radarsat-1所有的工作模式，并在原有的基础上增加了多极化成像，3米分辨率成像，双边（Dual-Channel）成像和MODEX(Moving Objects Detection Experiment)。Radarsat-2与Radarsat-1有相同的轨道，但比Radarsat-1滞后30分钟，这是为了获得两星干涉数据。Radarsat-2给用户提供全极化方式的高分辨率的星载合成孔径雷达图像，在地形测绘、环境监测、海洋和冰川的观测方面都有很高的实用价值。 2.2 SAR数据基础 SAR与光学数据的主要区别：一为非可见光，成像不依靠日光，不受时间限制；二为主动式遥感，其影像实际上是地面物体反射和散射成像雷达发射电磁波（微波）的回波强度组合信息，影像特征与光学数据有很大的不同。因此，SAR数据应用不仅受地表粗糙度、介电特性、几何结构等因素的影响，还因传感器的基本设置的不同而发生变化，直接影响对土地覆盖和土地利用状况的有效判别。 2.2.1 波段设置 SAR传感器发射的电磁波属于微波，工作与1-1000mm波段。雷达系统所选择的波长长短，一方面决定了表面粗糙度的大小和入射波穿透深度的能力；另一方面波长不同，地物目标的复介电常数不同，这一切都直接影响到雷达回波的强弱。 SAR的波段选择应与地物目标的尺度相匹配，通常选择X、C、L波段。L波段可以穿透树叶和枝干抵达地表；C波段可以穿透树叶，获得树枝的回波反射；X波段不能穿透树叶，但可有效识别植被、道路、建筑物等的表面特征。 微波穿透云雨的能力随着波长的增加而增强，一般小于1/4波长的物体会被穿透，波长大于20mm的微波不会受到云层的太大影响，但对于波长小于40mm的微波，雨区仍然是一个干扰的因素。 2.2.2 分辨率 雷达成像分辨率分为距离分辨率（垂直轨迹方向）和方位分辨率（沿轨迹方向），距离分辨率是指沿距离向可分辨的两点间的最小距离。脉冲的带宽（即持续时间）是决定脉冲分辨率相邻目标能力（即遥感器距离分辨率）的关键。方位分辨率是指沿一条航向线可以分