專題：基于遙感的自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)

1、ENVI/IDL專題：專題：基于遙感基于遙感的自然生的自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)ENVI/IDL隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)自然生態(tài)環(huán)境質(zhì)量隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)自然生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重視程度逐漸提高。本專題介紹應(yīng)用遙感技術(shù)的重視程度逐漸提高。本專題介紹應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行自然生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)。進(jìn)行自然生態(tài)環(huán)境的評(píng)價(jià)。ENVI/IDL專題中應(yīng)用專題中應(yīng)用1010米的米的spotspot和和TMTM融合影像，提取相關(guān)融合影像，提取相關(guān)生態(tài)因子，應(yīng)用較成熟的自然生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)模型生態(tài)因子，應(yīng)用較成熟的自然生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)模型完成整個(gè)自然生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)流程完成整個(gè)自然生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)流程。專題專題涉及植被覆蓋度計(jì)算、地

2、形因子提取等涉及植被覆蓋度計(jì)算、地形因子提取等內(nèi)容內(nèi)容所用功能模塊所用功能模塊-除了使用ENVI主模塊功能外-還需要用到大氣校正擴(kuò)展模塊中的快速大氣校正工具（QUAC）說明：本專題由于數(shù)據(jù)的原因，最終結(jié)果精度不一定很高。旨在學(xué)習(xí)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)的流程及ENVI相關(guān)工具的應(yīng)用。ENVI/IDLENVI/IDLENVI/IDLENVI/IDL第第一一步步：對(duì)高分辨率的全色影像進(jìn)行正射：對(duì)高分辨率的全色影像進(jìn)行正射糾正糾正-全色影像是10米的SPOT PAN數(shù)據(jù)第第二二步：步：高分辨率影像和多光譜影像的配準(zhǔn)、融合高分辨率影像和多光譜影像的配準(zhǔn)、融合-以SPOT PAN正射糾正結(jié)果作為基準(zhǔn)影像，對(duì)TM影像

3、進(jìn)行圖像配準(zhǔn)；用工程區(qū)矢量數(shù)據(jù)（河北襄樊市部分區(qū)域）分別裁剪SPOT和TM影像，對(duì)裁剪結(jié)果進(jìn)行圖像融合，得到工程區(qū)域10米的多光譜影像。ENVI/IDL1.21.2 自定義坐標(biāo)系自定義坐標(biāo)系常用常用到的地圖坐標(biāo)系有到的地圖坐標(biāo)系有2 2種，即地理坐標(biāo)種，即地理坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系系和投影坐標(biāo)系。地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)系系（球面坐標(biāo)系）（球面坐標(biāo)系）是是以經(jīng)緯度為以經(jīng)緯度為單位的地球坐標(biāo)系統(tǒng)單位的地球坐標(biāo)系統(tǒng)，它它有有2 2個(gè)重要部分個(gè)重要部分，即地球橢球體（，即地球橢球體（spheroidspheroid）和大地基準(zhǔn)）和大地基準(zhǔn)面（面（datumdatum）。-大地基準(zhǔn)面指目前參考橢球與WGS84參考

4、橢球間的相對(duì)位置關(guān)系（3個(gè)平移，3個(gè)旋轉(zhuǎn)，1個(gè)縮放），可以用其中3個(gè)、4個(gè)或者7個(gè)參數(shù)來描述它們之間的關(guān)系，每個(gè)橢球體都對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)大地基準(zhǔn)面。ENVI/IDL1.21.2 自定義自定義坐標(biāo)系坐標(biāo)系投影坐標(biāo)系是利用一定的數(shù)學(xué)投影坐標(biāo)系是利用一定的數(shù)學(xué)法則把地球表面上的經(jīng)緯線網(wǎng)表法則把地球表面上的經(jīng)緯線網(wǎng)表示到平面上，屬于平面坐標(biāo)系。示到平面上，屬于平面坐標(biāo)系。數(shù)學(xué)法則指的是投影類型數(shù)學(xué)法則指的是投影類型，目前目前我國(guó)普遍采用的是高斯我國(guó)普遍采用的是高斯克呂格投影（圓柱等角投影）克呂格投影（圓柱等角投影），在英美國(guó)家稱為橫軸墨卡托投，在英美國(guó)家稱為橫軸墨卡托投影（影（Transverse Me

5、rcatorTransverse Mercator）。）。高斯克呂格投影示意ENVI/IDL1.21.2 自定義坐標(biāo)系自定義坐標(biāo)系大地坐標(biāo)大地坐標(biāo)在地面上建立一系列相連接的三角形，量取一段在地面上建立一系列相連接的三角形，量取一段精確的距離作為起算邊，在這個(gè)邊的兩端點(diǎn)，采精確的距離作為起算邊，在這個(gè)邊的兩端點(diǎn)，采用天文觀測(cè)的方法確定其點(diǎn)位（經(jīng)度、緯度和方用天文觀測(cè)的方法確定其點(diǎn)位（經(jīng)度、緯度和方位角），用精密測(cè)角儀器測(cè)定各三角形的角值，位角），用精密測(cè)角儀器測(cè)定各三角形的角值，根據(jù)起算邊的邊長(zhǎng)和點(diǎn)位，就可以推算出其他各根據(jù)起算邊的邊長(zhǎng)和點(diǎn)位，就可以推算出其他各點(diǎn)的坐標(biāo)。這樣推算出的坐標(biāo)，稱為大

6、地坐標(biāo)。點(diǎn)的坐標(biāo)。這樣推算出的坐標(biāo)，稱為大地坐標(biāo)。ENVI/IDL1.21.2 自定義坐標(biāo)系自定義坐標(biāo)系北京北京5454或者西安或者西安8080坐標(biāo)系是投影直角坐標(biāo)坐標(biāo)系是投影直角坐標(biāo)系系北京北京5454坐標(biāo)系、西安坐標(biāo)系、西安8080坐標(biāo)系實(shí)際上指的是我國(guó)坐標(biāo)系實(shí)際上指的是我國(guó)的兩個(gè)大地基準(zhǔn)的兩個(gè)大地基準(zhǔn)面面坐標(biāo)名稱坐標(biāo)名稱投影類型投影類型橢球體橢球體基準(zhǔn)面基準(zhǔn)面北京北京5454Gauss Kruger（Transverse Mercator）Krasovsky北京54西安西安8080Gauss Kruger（Transverse Mercator）IAG75西安80橢球體名稱橢球體名稱年代

7、年代長(zhǎng)半軸（米）長(zhǎng)半軸（米）短半軸（米）短半軸（米）扁率扁率WGS84WGS8419846378137.06356752.31：298.257克拉索夫斯基（克拉索夫斯基（KrasovskyKrasovsky） 19406378245.06356863.01：298.3IAG75IAG7519756378140.06356755.31：298.257ENVI/IDL坐標(biāo)坐標(biāo)定義定義文件文件：-HOMEProgram FilesExelisENVI50classicmap_proj文件夾下，三個(gè)文件記錄了坐標(biāo)信息：-ellipse.txt 橢球體參數(shù)文件-datum.txt 基準(zhǔn)面參數(shù)文件-map

8、_proj.txt 坐標(biāo)系參數(shù)文件定義北京定義北京54 1954 19度帶（度帶（6 6度分帶）的坐標(biāo)系，度分帶）的坐標(biāo)系，以便以便本專題本專題的的使用使用注：可直接使用定義好的三種國(guó)內(nèi)坐標(biāo)系，參考注：可直接使用定義好的三種國(guó)內(nèi)坐標(biāo)系，參考“國(guó)內(nèi)坐標(biāo)系文件國(guó)內(nèi)坐標(biāo)系文件”操作：操作：自定義自定義本專題研究區(qū)本專題研究區(qū)坐標(biāo)系坐標(biāo)系ENVI/IDLSPOTPANSPOTPAN正正射射糾正糾正在衛(wèi)星影像和航空影像中會(huì)有一些幾何誤差在衛(wèi)星影像和航空影像中會(huì)有一些幾何誤差誤差主要由以下原因引起誤差主要由以下原因引起: :-比例尺變化-傳感器的姿態(tài)/方位-傳感器的系統(tǒng)誤差正射糾正可以消除這些誤差正射糾正

9、可以消除這些誤差ENVI/IDL SPOTPAN SPOTPAN正正射糾正射糾正在所有的攝影影像中都會(huì)發(fā)生在所有的攝影影像中都會(huì)發(fā)生2 cm影像的各處比例尺是不相同的6 cm房子的寬度 = 8m比例尺為 1:400比例尺為 1:133ENVI/IDLSPOTPANSPOTPAN正射糾正正射糾正在影像的鉛直方向也有同樣的影響在影像的鉛直方向也有同樣的影響房子的寬度是恒定的 (8m), 而在影像上的體現(xiàn)卻各有不同, 這說明各處的比例尺是變化的ENVI/IDL SPOTPANSPOTPAN正射糾正正射糾正要進(jìn)行三角測(cè)量，就要給定軟件計(jì)算或估計(jì)出的空間傳感器的位置和方位123ENVI/IDL SPOT

10、PANSPOTPAN正射糾正正射糾正數(shù)據(jù)是沿掃描線獲取的，每條掃描線都有自己的數(shù)據(jù)是沿掃描線獲取的，每條掃描線都有自己的透視中心透視中心每條掃描線的傳感器位置和方向都不同每條掃描線的傳感器位置和方向都不同多項(xiàng)式的糾正只能針對(duì)分辨率比較低的衛(wèi)星影像，多項(xiàng)式的糾正只能針對(duì)分辨率比較低的衛(wèi)星影像，而對(duì)于高分辨率的衛(wèi)星影像我們需要嚴(yán)格的物理而對(duì)于高分辨率的衛(wèi)星影像我們需要嚴(yán)格的物理模型（如，模型（如，dimdim原數(shù)據(jù)）或者是有理函數(shù)多項(xiàng)式進(jìn)原數(shù)據(jù)）或者是有理函數(shù)多項(xiàng)式進(jìn)行模擬衛(wèi)星參數(shù)（如行模擬衛(wèi)星參數(shù)（如RPCRPC參數(shù)）。參數(shù)）。ENVI/IDL SPOT2/4 PANSPOT2/4 PAN正射正

11、射糾正糾正正射糾正使用條件正射糾正使用條件對(duì)于分辨率較高（小于或等于對(duì)于分辨率較高（小于或等于1515米），且具有米），且具有RPCRPC文件或者軌道參數(shù)的圖像，可以用正射糾正的方文件或者軌道參數(shù)的圖像，可以用正射糾正的方法完成法完成幾何校正幾何校正，以達(dá)到更高的精度要求。，以達(dá)到更高的精度要求。對(duì)于中等分辨率（如對(duì)于中等分辨率（如2020米），影像覆蓋區(qū)為山區(qū)米），影像覆蓋區(qū)為山區(qū)，地形起伏較大?？梢杂谜浼m正以達(dá)到較高的，地形起伏較大?？梢杂谜浼m正以達(dá)到較高的精度要求。精度要求。ENVI/IDL SPOT2/4 PANSPOT2/4 PAN正射糾正正射糾正常見正射糾正參數(shù)文件常見正射糾正

12、參數(shù)文件傳感器模型文件ALOS/PRISMRPCRPC文件(. rpc)ASTERRPCRPC文件(.met)CARTOSAT-1(P5)RPCRPC文件PRODUCT_RPC.TXT FORMOSAT-2Pushbroom Sensor星歷參數(shù)文件(METADATA.DIM)IKONOSRPCRPC文件（_rpc.txt）OrbView-3RPCRPC文件(_metadata.pvl)QuickBirdRPCRPC文件(.rpb)WorldView-1/2RPCRPC文件(.rpb)GeoEye-1RPCRPC文件(.pvl/.rpc)KOMPSAT-2RPCRPC文件(. rpc)SPOT

13、5 Level 1A and 1BPushbroom Sensor星歷參數(shù)文件(METADATA.DIM)RapidEyeRPC存在metadata文件中ENVI/IDL內(nèi)容：內(nèi)容：-以DRG作為控制點(diǎn)參考源，完成SPOT2全色圖像的正射糾正數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)：-7-專題：基于遙感的自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)1-SPOT PAN正射糾正ENVI/IDLLandsat7Landsat7影像數(shù)據(jù)是從網(wǎng)上免費(fèi)下載的，是影像數(shù)據(jù)是從網(wǎng)上免費(fèi)下載的，是LPGSLPGS格式的格式的L1TL1T級(jí)別格式，級(jí)別格式，已經(jīng)已經(jīng)經(jīng)過經(jīng)過一定一定的幾何校正和的幾何校正和DEMDEM校正，使用校正，使用UTM WGS84UTM WGS

14、84的坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)。要做要做TMTM多光譜數(shù)據(jù)和多光譜數(shù)據(jù)和SPOT PANSPOT PAN數(shù)據(jù)的融合，前提數(shù)據(jù)的融合，前提是兩景影像得互相配準(zhǔn)，所以需要以是兩景影像得互相配準(zhǔn)，所以需要以正正射射校正校正后后的的SPOT SPOT PANPAN為基準(zhǔn)，為基準(zhǔn)，配準(zhǔn)配準(zhǔn)TMTM影像影像ENVI/IDL內(nèi)容：內(nèi)容：-以正射校正SPOT PAN為基準(zhǔn)，配準(zhǔn)TM影像，為了做全色SPOT數(shù)據(jù)和多光譜TM數(shù)據(jù)的融合數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：-7-專題：基于遙感的自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)2-Landsat圖像配準(zhǔn)ENVI/IDL將低分辨率的多光譜影像與高分辨率的單波段影將低分辨率的多光譜影像與高分辨率的單波段影像重采樣生成成

15、一副高分辨率多光譜影像遙感的像重采樣生成成一副高分辨率多光譜影像遙感的圖像處理技術(shù)，使得處理后的影像既有較高的空?qǐng)D像處理技術(shù)，使得處理后的影像既有較高的空間分辨率，又具有多光譜特征間分辨率，又具有多光譜特征。圖像融合除了要求融合圖像精確配準(zhǔn)外，融合方圖像融合除了要求融合圖像精確配準(zhǔn)外，融合方法的選擇也非常重要，同樣的融合方法在用在不法的選擇也非常重要，同樣的融合方法在用在不同影像中，得到的結(jié)果往往會(huì)不一樣。同影像中，得到的結(jié)果往往會(huì)不一樣。ENVI/IDL融合方法融合方法適用范圍適用范圍IHS變換 紋理改善，空間保持較好。光譜信息損失較大大，受波段限制。Brovey變換光譜信息保持較好，受波段

16、限制。乘積運(yùn)算（CN） 對(duì)大的地貌類型效果好，同時(shí)可用于多光譜與高光譜的融合。PCA變換無(wú)波段限制，光譜保持好。第一主成分信息高度集中，色調(diào)發(fā)生較大變化，Gram-schmidt（GS）改進(jìn)了PCA中信息過分集中的問題，不受波段限制，較好的保持空間紋理信息，尤其能高保真保持光譜特征。專為最新高空間分辨率影像設(shè)計(jì)，能較好保持影像的紋理和光譜信息。ENVI/IDL內(nèi)容：內(nèi)容：-進(jìn)行SPOT2 的10米全色波段和Landsat TM30米多光譜的融合操作，學(xué)習(xí)ENVI的融合操作流程數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)：-7-專題：基于遙感的自然生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)3-TM-SPOT影像融合ENVI/IDLENVI/IDLENVI/I

17、DL數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)-已經(jīng)過基本預(yù)處理的TM-SPOT融合影像和DEM數(shù)據(jù)生態(tài)因子選取生態(tài)因子選取-對(duì)經(jīng)過基本預(yù)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速大氣校正-本專題選取植被、土壤、地形三個(gè)最基本的要素作為評(píng)價(jià)區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境的生態(tài)因子-以“植被蓋度”和“土壤指數(shù)”作為植被和土壤的生態(tài)因子，“坡度”作為地形因子。統(tǒng)一將這些生態(tài)因子進(jìn)行歸一化處理自然自然生態(tài)環(huán)境生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)方法-本專題選擇的是指數(shù)法與綜合指數(shù)法ENVI/IDL這個(gè)過程使用這個(gè)過程使用ENVIENVI中的快速大氣校正工具完成，中的快速大氣校正工具完成，這個(gè)工具的大氣校正結(jié)果一般是基于物理模型精這個(gè)工具的大氣校正結(jié)果一般是基于物理模型精度的度的15%1

18、5%。數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)：4-4-快速大氣快速大氣校正校正sub-TM-Spot-GS.datsub-TM-Spot-GS.datENVI/IDL植被覆蓋度是根據(jù)前人研究的植被覆蓋度是根據(jù)前人研究的NDVINDVI估算模型：估算模型：-FC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin) -其中NDVI是歸一化指標(biāo)指數(shù)，NDVImax表示區(qū)域最大NDVI值，NDVImin表示區(qū)域最小的NDVI值。-由于圖像中不可避免的存在著噪聲，NDVImax和NDVImin并不一定是最大NDVI值和最小的NDVI值，可以根據(jù)直方圖分別取兩頭“拐點(diǎn)處”的值。ENVI/IDL土壤指數(shù)同樣采用前人研究的

19、模型裸土植被指數(shù)土壤指數(shù)同樣采用前人研究的模型裸土植被指數(shù)（GRABS）（楊存建，劉紀(jì)遠(yuǎn)，2002）：-GRABS = VI-0. 09178 BI+ 5. 58959。 -VI和BI分別為穗帽變換的綠度指數(shù)和土壤亮度指數(shù)。BI和VI指數(shù)可分別用來評(píng)價(jià)裸土和植被的行為，VI指數(shù)與不同植被覆蓋有較大的相關(guān)性，土壤亮度對(duì)植被指數(shù)有相當(dāng)大的影響，裸土信息變化的主要部分是由它們的亮度造成的，故由 BI和 VI線性組合形成的裸土植被指數(shù)能很好地反映土壤的裸露情況ENVI/IDL地形模型計(jì)算地形模型計(jì)算ENVI/IDL評(píng)價(jià)因子生成之后，直接用它們?nèi)ミM(jìn)行評(píng)價(jià)是比評(píng)價(jià)因子生成之后，直接用它們?nèi)ミM(jìn)行評(píng)價(jià)是比較困

20、難的，因?yàn)楦髦笜?biāo)項(xiàng)的量綱不一致，較困難的，因?yàn)楦髦笜?biāo)項(xiàng)的量綱不一致， 所以沒所以沒有可比性有可比性。各各指標(biāo)的量化分值依其對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)程指標(biāo)的量化分值依其對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)程度，度， 采用統(tǒng)一順序原則，采用統(tǒng)一順序原則， 即按照它們對(duì)生態(tài)環(huán)即按照它們對(duì)生態(tài)環(huán)境正向影響的大小境正向影響的大小，從，從高到低分為若干級(jí)高到低分為若干級(jí)，對(duì)，對(duì)環(huán)環(huán)境質(zhì)量貢獻(xiàn)越大境質(zhì)量貢獻(xiàn)越大，編碼，編碼值越大，反之則編碼值越值越大，反之則編碼值越小小。各個(gè)各個(gè)參評(píng)因子數(shù)據(jù)經(jīng)過歸一化化后是一組反映其參評(píng)因子數(shù)據(jù)經(jīng)過歸一化化后是一組反映其屬性特征的數(shù)值，其值介于屬性特征的數(shù)值，其值介于11 0 11 0 之間。

21、之間。ENVI/IDL植被覆蓋度植被覆蓋度根據(jù)根據(jù)實(shí)際情況，實(shí)際情況， 植被對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)程度植被對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)程度，依據(jù)植被的覆蓋度分為，依據(jù)植被的覆蓋度分為1010級(jí)，覆蓋度越大編碼級(jí)，覆蓋度越大編碼值越大。值越大。根據(jù)實(shí)際情況， 植被對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)程度，依據(jù)植被的覆蓋度分為10級(jí)，覆蓋度越大編碼值越大。覆蓋率覆蓋率% %0-100-1010-2010-20 20-3020-30 30-4030-40 40-5040-50 50-6050-60 60-7060-70 70-8070-80 80-9080-90 9 0 -9 0 -100100編碼值編碼值 12345678

22、910ENVI/IDL土壤指數(shù)土壤指數(shù)土壤土壤的組成與土壤侵蝕等現(xiàn)象息息相關(guān)，這里采的組成與土壤侵蝕等現(xiàn)象息息相關(guān)，這里采用的是裸土植被指數(shù)作為土壤因子，同樣將裸土用的是裸土植被指數(shù)作為土壤因子，同樣將裸土植被指數(shù)值劃分為植被指數(shù)值劃分為1010級(jí)，如果質(zhì)量越好編碼值越級(jí)，如果質(zhì)量越好編碼值越大。大。根據(jù)實(shí)際情況， 植被對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)程度，依據(jù)植被的覆蓋度分為10級(jí)，覆蓋度越大編碼值越大。指指數(shù)數(shù)值值-2500-800- 8 0 0 -500-500-400-400-200-200-100-100001001002002004005 0 0 -1500編編碼碼值值12345678910ENVI/IDL地形因子地形因子坡度對(duì)水土流失影響最大。一般情況下，侵蝕量坡度對(duì)水土流失影響最大。一般情況下，侵蝕量和坡度成正相關(guān)，將工程區(qū)劃分和坡度成正相關(guān)，將工程區(qū)劃分1010級(jí)坡度類型，級(jí)坡度類型，按坡度越低越有利于土地資源利用的原則，較低按坡度越低越有利于土地資源利用的原則，較低的坡度區(qū)賦予較高分值。的坡度區(qū)賦予較高分值。根據(jù)實(shí)際情況， 植被對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)程度，依據(jù)植被的覆蓋度分為10級(jí)，覆蓋