遙感地學(xué)分析實(shí)驗(yàn)

1、東壯崢族大學(xué)遙感地學(xué)分析實(shí)驗(yàn)報(bào)告二中國(guó)長(zhǎng)春2021年1月實(shí)驗(yàn)二基于植被指數(shù)(NDVI)反照率(Albedo)特征空間的土地荒漠化遙感分析【實(shí)驗(yàn)原理】土地荒漠化是指包括氣候變異和人類活動(dòng)在內(nèi)的種種因素造成的干旱半干旱和亞濕潤(rùn)干地區(qū)的土地退化.及時(shí)準(zhǔn)確地掌握土地荒漠化發(fā)生開(kāi)展情況是有效預(yù)防和治理土地荒漠化的根本前提.使用遙感影像數(shù)據(jù)可以提取土地荒漠化信息,判斷土地荒漠化的發(fā)生與開(kāi)展程度.沙漠化研究說(shuō)明,隨著沙漠化程度的加重,地表植被遭受嚴(yán)重破壞,地表植被蓋度降低和生物量減少,在遙感圖像上表現(xiàn)為植被指數(shù)相應(yīng)減少.由此看來(lái),植被指數(shù)(NDVI)可作為反映沙漠化程度的生物物理參數(shù).在沙漠化的研究實(shí)踐中,

2、通過(guò)定位觀測(cè)發(fā)現(xiàn),隨著沙漠化程度的加重地表狀況發(fā)生了明顯的改變,伴隨著地表植被覆蓋度的下降,地表水分相應(yīng)地減少,地表粗糙度下降,地表反照率得到相應(yīng)的增加.因此,沙漠化過(guò)程導(dǎo)致的地表下墊面狀況的變化,使地表反照率(Albedo)發(fā)生明顯的變化,其可作為反映沙漠化程度的重要地表物理參數(shù).通過(guò)構(gòu)造“植被指數(shù)(NDVI)反照率(Albedo)特征空間來(lái)進(jìn)行荒漠化信息遙感提取.荒漠化過(guò)程及其地表特性的變化能在Albedo-NDVI特征空問(wèn)中得到明顯直觀的反映.在Albedo-NDVI特征空間中,利用植被指數(shù)和地表反照率的組合信息,通過(guò)選擇反映荒漠化程度的合理指數(shù),可以將不同荒漠化土地有效地加以區(qū)分,實(shí)現(xiàn)

3、荒漠化時(shí)空分布與動(dòng)態(tài)變化的定量監(jiān)測(cè)與研究沙漠化遙感監(jiān)測(cè)模型在Albedo-NDVI特征空間,不同沙漠化土地對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)(NDVI)和地表反照率(Albedo)具有非常強(qiáng)的線性負(fù)相關(guān)性.根據(jù)VerstraeteandPinty的研究結(jié)論,如果在代表荒漠化變化趨勢(shì)的垂直方向上劃分Albedo-NDVI特征空間,可以將不同的荒漠化土地有效地區(qū)分開(kāi)來(lái).而垂線方向在Albedo-NDVI特征空間的位置可以用特征空間中簡(jiǎn)單的二元線性多項(xiàng)式加以表達(dá),即DDI=k*NDVIAlbedo其中：DDI可稱為荒漠化分級(jí)指數(shù),k由特征空間中擬合的曲線斜率確定DDI值可以反映區(qū)域土地沙漠化的過(guò)程,將其定義為沙漠化監(jiān)測(cè)

4、的差值指數(shù).02Q4Q608Q|00,60;七50Sj3030i100-Sif而Albwdo-NDVl空間中"漠化冷值指CUDDDIfl形表達(dá)DDI的意義反映了不同沙漠化土地在Albedo-NDVI空間的地表水熱組合與變化的差異沙漠化遙感監(jiān)測(cè)差值指數(shù)模型(DDI)充分利用了多維遙感信息,指標(biāo)反映了沙漠化土地地表覆蓋、水熱組合及其變化,具有明確的生物物理意義.而且指標(biāo)簡(jiǎn)單、易于獲取,有利于沙漠化的定量分析與監(jiān)測(cè).【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】(1)下載數(shù)據(jù)(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理：數(shù)據(jù)定標(biāo)處理、大氣校正、幾何配準(zhǔn)、研究區(qū)域的裁剪.(3)信息提?。河?jì)算NDVI和Albedo,將結(jié)果進(jìn)行歸一化處理,保證數(shù)據(jù)的一致性

5、.(4)計(jì)算NDVI和Albedo的定量關(guān)系：利用excel工具找到NDVI和Albedo數(shù)據(jù)間的量化關(guān)系,得到表達(dá)式Albedo=a*NDVI+b中a的值.(5)荒漠化差值指數(shù)的計(jì)算：利用bandmath工具實(shí)現(xiàn)表達(dá)式：DDI=(-1/a)*NDVI-Albedo,得到荒漠化差值植被指數(shù).(6)荒漠化分級(jí)信息的提取：根據(jù)荒漠化差值植被指數(shù)進(jìn)行荒漠化分級(jí)信息提取.可通過(guò)設(shè)置分級(jí)閾值進(jìn)行分級(jí).(7)制圖輸出.【實(shí)驗(yàn)步驟】一、數(shù)據(jù)預(yù)處理第一步：數(shù)據(jù)讀取和定標(biāo)主菜單->File->OpenExternalFile->Landsat->GeoTIFFwithMetadata,翻

6、開(kāi)ETM數(shù)據(jù)L71122030_03020000712_MTL.txt第二步：數(shù)據(jù)定標(biāo)主菜單->BasicTools->Preprocesssing->CalibrationUtilities->LandsatCalibration,選擇多波段文件,彈出ENVILandsatCalibration對(duì)話框,自動(dòng)讀取元數(shù)據(jù)中的信息并加載,定標(biāo)類型選擇Radiance,指定保存路徑,點(diǎn)擊OK.第三步：幾何校正和裁剪進(jìn)行幾何校正,使其具有精確的地理信息,本實(shí)驗(yàn)中用到的是已經(jīng)過(guò)校正TM數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)影像.整景數(shù)據(jù)范圍非常大,在進(jìn)行幾何配準(zhǔn)之前,可將研究區(qū)域裁剪出來(lái)裁剪：BasicT

7、ools->ResizeData(Spatial/Spectral),彈出ResizeDataInputFile對(duì)話框,選中要裁剪的圖像,然后點(diǎn)擊SpatialSubset,然后點(diǎn)擊Image后,會(huì)顯示選中的圖像,此時(shí)拖動(dòng)紅色邊框,拖動(dòng)至想要的大小后,點(diǎn)擊OK.如圖所5"八匕&判口.工4口口:OKCine-1返回到上圖所示的界面后,點(diǎn)擊OK,返回ResizeDataInputFile對(duì)話框,點(diǎn)OK,裁剪完成擊OK.此時(shí)選擇裁剪后的圖像保存的路徑,點(diǎn)擊QResiceD口3ParsmtiersXfileUimenfion£：Saaples400x£ac1

8、000000Lines4coyfip1-DOO000E*七OutputDim巴ByPix«lSiz».OutputSize：3.日典,.口QtytesResampling!CubiffCftnvilutiin<OutfitResulttq®)File1MemoryEnterOutjmitF；Lcnam心Ckoose|35C:7sers龍施Iesktqp、連聞地學(xué)分析實(shí)就OEQuugCancel顯示裁剪后的圖像如圖:第四步：大氣校正(一)FLAASH對(duì)圖像文件有以下幾個(gè)要求：1)數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)定標(biāo)后的輻射亮度(輻射率)數(shù)據(jù),單位是：(叱W/(cm2*nm*sr).

9、2)數(shù)據(jù)帶有中央波長(zhǎng)(wavelenth)值,如果是高光譜還必須有波段寬度(FWHM)這兩個(gè)參數(shù)都可以通過(guò)編輯頭文件信息輸入(EditHeader).3)數(shù)據(jù)類型支持四種數(shù)據(jù)類型：浮點(diǎn)型(floating)、長(zhǎng)整型(longinteger)、整型(integer)和無(wú)符號(hào)整型(unsignedint).數(shù)據(jù)存儲(chǔ)類型：ENVI標(biāo)準(zhǔn)柵格格式文件,且是BIP或者BIL.4)波譜范圍：0.4250001本次用的TM數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)以上處理,如已經(jīng)定標(biāo)為W*mA(-2)*srA(-1)*umA(-1)單位、浮點(diǎn)型的輻射率數(shù)據(jù),有中央波長(zhǎng)信息,下面將BSQ格式成BIL格式選擇主菜單BasicTools->C

10、onvertDataBSQ、BIL、BIP,選擇已經(jīng)經(jīng)過(guò)配準(zhǔn)的Cut.img,雙擊,然后出現(xiàn)ConvertFileParameters對(duì)話I匡,OutputInterleave選擇BIL,選擇ConvertInPlace:no,選擇要輸出的路徑,單擊OK.(二)設(shè)置參數(shù)進(jìn)行FLAASH大氣校正(1)主菜單Spectral->FLAASH翻開(kāi)FLAASH大氣校正模塊；(2)點(diǎn)擊InputRadianceImage,選擇BIL格式的BIL.img,在RadianceScaleFactors面板中選擇Usesinglescalefactorforallbands,由于定標(biāo)的輻射量數(shù)據(jù)與FLAA

11、SH的輻射亮度的單位相差10倍,所以在此Singlescalefactor選擇默認(rèn)：10,單擊OK;(3)設(shè)置輸出文件及路徑設(shè)置.(4)傳感器根本信息設(shè)置：成像中央點(diǎn)經(jīng)緯度、傳感器高度、成像區(qū)域平均高度、成像時(shí)間等.ipeljrfatrcelKulti5etri.rfcg5LUffiTCPilRFtt17.3行R:一AJSHAtnorertiDiMedelInputPa-arete點(diǎn)擊OK,運(yùn)行完后顯示如下列圖:FLAASHAtmosphericCorrectianResults臼值FLAAEHRunDate:SunJanOfc19:44:IS2021InputFile:.：、1蘭八龍露、口三

12、紈也?遙感地學(xué)分析實(shí)鴕%£工£OutputFile:匚：、Us巴r龍磁、De玉kt口口'遙漕t也孚分析或跪、FlAASHTemplateFile:C:,U呂er呂,無(wú)露、D*k3p、遙感地學(xué)分濟(jì)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)27Visibility=40.U000EiAverageWaterAmount-2.6456on查看校正后的圖：在AvailableBandsList中右擊FLAASH-LoadTrueColorto<new>.并與校正之前的圖像相比,如圖:(5)對(duì)校正前后的兩幅影像進(jìn)行Link以進(jìn)行更好的波譜曲線比照,如圖:#1Epectr&lPtoFmes

13、BIL-OQ包SpectralProFileiFUWSH一二X'I*EditOptionsMotjunrtionHfpFieEditOptionsPlol_functionHelp''lnFs700Q&00D-5000-4C0C-的007LSpectralProfile(校正前)(校正后)二、信息提取第一步:提取NDVI主菜單->Transform->NDVI,彈出NDVICalculationparameters對(duì)話框,自動(dòng)標(biāo)定波段,保存文件,輸出,點(diǎn)擊OK第二步：提取Albedo地表反照率反演：利用Liang建立的LandsatTM數(shù)據(jù)的反演模型

14、,估算研究區(qū)地表反照率.(1)主菜單->BasicTools->Bandmath->彈出BandMath對(duì)話框,鍵入表達(dá)式(0.356*b1+0.13*b3+0.373*b4+0.085*b5+0.072*b7-0.0018)/10000,點(diǎn)擊AddtoList,點(diǎn)擊OK.(2)在彈出的VariablestoBandPairings對(duì)話框中分別為B1、B3、B7指定相應(yīng)的波段(經(jīng)過(guò)大氣校正后的數(shù)據(jù)).Vanable5toBandsPairingsEKt：(0356*hlt013*h30373*U-tO0S5*b5*(.072*1VarisblesineHjressiftn：B

15、l-FLAASMtRasLE&(TMCal-CETH+-Metaftand1):£?1122030B3-FUASH(R匕心(THCil(ETM+伍士爾tE-i3):L71122030E4-FLAA5M(TH匚虹(ET1H肌M(fiand4)：L71122030E5-FLAASHECtl?ET1什況4伯必45):口1近203口用一FLAA5H至白5而白(口(:虱(ETM十Meta(Band門工門1國(guó)口方Avail4blEaiLdsListA-OBILFLAASK(Resize(H!Cal(ETMi1Jleta(Baikd1)：FLWSK(Resize(D!Cal(ETM十fla

16、ta(Band2):OFI1QH(hesirsElCal(EHI+Meta(Band)：FUASK(Resire(niCal(EUI+Meta(Band4)：FLAASH(Resize(TillCal(ETM+MeLa(Emd號(hào)>Ihlh(ReEire(D!Cal(ETM+Meta(Band7)：=：HapIntoFIAAShMapVariabletoInputFileSpatialSubsetFullSceneOutputResultE0'iyFilt2KtrnoryEnt*rOutputFilen«ir>4CkoomeQComj>r«ssC.M

17、Js"始龍需Besktoi'暹愿他學(xué)分折實(shí)喻Wbedo、計(jì)算NDVI與albedo的定量關(guān)系NDVI與albedo之間存在著一種負(fù)相關(guān)的線性關(guān)系不同沙漠化土地類型對(duì)應(yīng)的植被指數(shù)(NDVI)和地表反照率(Albedo)具有顯著的線性負(fù)相關(guān)性,類似于：Albedo=65.324-0.453*NDVI這種形式,通用表達(dá)式Albedo=a*NDVI+b.隨著荒漠化程度的增加,植被指數(shù)(NDVI)逐漸減少,而地表反照率那么逐漸增加.在Albedo-NDVI特征空間中,荒漠化過(guò)程得到了明顯的反映.為了找到兩者之間的定量關(guān)系,需要分別找出NDVI和albedo對(duì)應(yīng)的兩組數(shù)據(jù),利用這兩組數(shù)據(jù)

18、進(jìn)行回歸擬合出一個(gè)關(guān)系式.第一步：選擇相應(yīng)點(diǎn)(1)在NDVI或者Albedo的圖像窗口中,右鍵->選才?ROITools,彈出ROITools對(duì)話框在ROIType中選擇Point.然后點(diǎn)擊Image,在image窗口中選點(diǎn).(2)選好點(diǎn)后,將點(diǎn)導(dǎo)出.在ROITOOL中,選擇File->OutputROIstoASCII.選擇NDVI的圖像,在OutputROIstoASCIIParameters面板中,選擇ROI點(diǎn),單擊EditOutputASCIIForm,在輸出內(nèi)容設(shè)置面板中(如下列圖),選擇ID、經(jīng)緯度(GeoLocation)、和波段像元值(BandValues).點(diǎn)擊O

19、K.指定輸出路徑和名稱,點(diǎn)擊OK,將對(duì)應(yīng)的NDVI點(diǎn)值輸出.同樣的方法前面選擇的ROI點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Albedo的點(diǎn)值輸出為Albedo.txt文件.OijtputROIstoA$CllParametersXSalec<EdstoOutputa.并11Rqd711point占Kumber£it.商s檔otoJ：1SelectAll工七旬匕ClesrAll工t電*學(xué)EnterOutputFileaame.tictChooseOKCancelEditOutputASCIIForm.第二步：計(jì)算定量關(guān)系在EXCEL軟件中進(jìn)行線性擬合兩者的定量關(guān)系.有了相同位置的NDVI值和Albedo值,

20、在Excel中選中ndvi值與albedo值,繪制散點(diǎn)圖ROInprs：711ROInpts711IDLetLonBlICLatLonElNDVIAlbtda1J3EO542OUB6013440134514360542011B60131-1034C6033d503166243O55B1118589825O&3552436055B1118569975020360B355029363型奧冏11日50：即033763期60邙算02922oaaTE口四2?4g磯768US58714604514443f=0261711858714602025DilSU3282554360241311B田有期D5

21、O1S54,60213118.584538029E1050150295U11B39642G06507118.59642805507Q2J7出煙回iiBsapse039537436021531185837BBC9E90396302909Q=01640HB56221602887116562216036C50360595C811857t07E07t»fi943C15D3HSSTIBTS0271E07&36二廠工1C心用始291195664202317IC425S9939iifiee:Ei2C4S10231704511111自江21E313761142乩二苴CllfiGOj5lBOS

22、ltfi34芯3210612426M%*us0416212426CO25?U色543M7052670416212心5奠55E1165762SC0513213435典556ua57«2a60.2425DS132024261-g5奠如2HQ5450240272842制口皿1;自宅配乜0.22C?D272S口刈十15435gg392HR5437770356315425明蓊2汝5487770.33120366303312164359938795491盛OJ5321643559S371165491480.33770353203377174359fll5411B513621.您5542550154UBSL86210.305