遥感ENVI实验报告.doc

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1、_*目 录前言3一、实验目的3二、实验内容3三、实验时间3四、组织人员31.专题概述42. 处理流程介绍4 2.1图像获取4 2.2数据读取和定标 4 2.3图像配准 5 2.4大气校正5 2.5反演模型构建及模型应用5 2.6植被变化63.详细处理过程 7 3.1数据预处理7 3.1.1安装环境小卫星数据处理补丁7 3.1.2数据处理和定标7 3.1.3工程区裁剪9 3.1.4图像配准14 3.1.5大气校正17 3.1.6裁剪浑善达克区23 3.2植被覆盖度反演27 3.2.1计算归一化植被指数27 3.2.2计算植被覆盖度28 3.3植被变化监测29 3.3.1植被覆盖区提取29 3.3

2、.2植被变化检测31 3.4成果后期处理与应用 32 3.4.1植被变化区域图的背景值处理32 3.4.2植被变化区域制图33实验心得 36 前言一、 实验目的1、掌握ENVI软件的基本操作。2、掌握卫星影像的预处理的基本流程。3、通过实习，学会自己去处理一些问题。4、进一步提高学生分析问题、解决问题的能力，增强实践技能，并培养学生勇于动手、勤于动手、热爱本专业的思想。5、深刻地理解和巩固基本理论知识,掌握基本技能和动手操作能力,提高综合观察分析问题的能力二、实习内容1、了解ENVI的基本操作。2、实现影像图像的几何校正、融合、镶嵌及剪裁。3、掌握ENVI对影像信息的提取4、了解ENVI的一些

3、应用分析专题：基于环境小卫星的草原荒漠化监测一、专题概述 浑善达克地区位于内蒙古草原阴山北麓锡林郭勒高原中部，是亚洲草原荒漠化土地东部 边缘区的重要组成部分，经纬度在东经 1145511638，北纬 41464307之间，平均海拔 高度在 1100 米左右。退化区属温带半干旱区、中温带干旱大陆性季风气候。浑善达克退化 土地多为沙地，植被稀少，特别是春季地面回暖解冻，地表裸露，多细沙土，狂风起时沙尘 弥漫，形成沙尘天气。近年来频频发生在京津地区春季的沙尘天气与该地区生态环境恶化， 人地关系严重失调相关。据统计，京津地区沙尘暴 70%的沙源来自于这个区域。根据该区域 不同时期的植被覆盖数据可以实现

4、该区域的植被变化监测。 本专题详细介绍了利用环境小卫星 CCD-1A 图像反演植被覆盖图的完整流程，专题涉及 环境小卫星的数据读取、辐射定标、大气校正、植被覆盖反演模型的建立、遥感反演过程、 植被覆盖变化监测等内容。除了使用 ENVI 主模块功能外，还需要用到 FLAASH 大气校正扩 展模块、IDL 开发的环境小卫星数据读取补丁、波段运算等功能。 二、处理流程介绍 根据环境小卫星 CCD 数据特点及草原植被变化监测的要求，采用的技术路线为：先对 环境小卫星 CCD 数据进行数据预处理：数据读取、辐射定标、大气校正、研究区裁剪， 建 立反演模型，利用波段运算工具，反演出整个浑善达克地区的归一化

5、植被指数、植被覆盖度， 根据不同时期的植被覆盖数据，实现草原土地退化的遥感监测。 流程说明： 2.1 图像获取 本文的基础数据包括 2006 年土地覆盖图数据、环境小卫星 CCD-1A 数据。环境小卫星 CCD-1A 数据可以在环保部卫星环境应用中心免费下载获取，土地覆盖图数据的制作时间是 2006 年 8 月份，本专题选择了影像质量良好的 2009 年 8 月 11 日的环境星数据作为数据源。 环境小卫星 CCD 数据下载地址： 2.2 数据读取和定标 网上免费获取的 HJ-1A卫星CCD的分发格式为Geotiff，每一个波段为一个Geotiff文件， 并提供一个元数据说明（.XML）。可以

6、依次打开每个波段，并用元数据说明中提供的定标参 数用 Band Math 工具进行手动定标，再用 Layer stcaking 功能将 4 个波段的图像合成为一个 多波段的数据文件。本专题中用的是环境小卫星的读取补丁，直接读取 CCD 数据，输出结 果为一个多波段的 ENVI 标准栅格文件，并带有中心波长等信息，可直接输出定标结果（辐 射亮度）。补丁下载地址为：http:/bbs.esrichina- 2.3 图像配准 获取的 2006 年的土地利用分类图已经过精确的地理定位，以该景作为基准影像，对环境小卫星数据进行配准，便于后续的变化监测。 2.4 大气校正 对于环境小卫星数据，提供光谱响应

7、函数， 可用 FLAASH 大气校正模块中进行大气校正， 波谱响应函数下载地址： http:/ 2.5、反演模型构建及模型应用 2.6植被变化监测 根据 2006 年 8 月和 2009 年 8 月的植被覆盖数据，采用波段运算，实现草原植被变化 的遥感监测。 三、详细处理过程 本专题的数据存放在“19-草原植被变化遥感监测”文件夹内。 3.1 数据预处理 3.1.1安装环境小卫星数据处理补丁 将ENVI_HJ1A1B_Tools.sav补丁放在：homeITTIDLIDL80productsenvi48save_add目录下。3.1.2数据读取和定标 主菜单-File-Open Externa

8、l File-HJ-1A/1B Tools，打开环境小卫星数据读取补丁。在 HJ-1A/1B Tools V3.0 面板中，选择 CCD，点击 Input File 输入“1-环境小卫星数据 HJ1A-CCD2-2-64-20090811-L20000154793154793”文件夹中的.xml 文件，点击 Output Path 设置数据的输出路径，勾选“Calibration”“ Layer Stacking”两个选项，单击 Apply 按钮。 3.1.3工程区裁剪 由于整景影像数据范围非常大，本专题工程区只是其中一小部分，在进行大气校正之前， 先将浑善达克以及周边区域裁剪出来。 （1）打

9、开上一步生成的文件： HJ1A-CCD2-2-64-20090811-L20000154793_Calbrated_LayerStacking.img， （2）主菜单-File-Save File As-ENVI Standard，弹出 New File Builder 面板； （3）在 New File Builder 面板中，单击 Import File，弹出的 Create New File Input File面板； （4）在 Create New File Input File 面板中，选中 Select Input File 列表中的裁剪 数据，单击Spatial Subset 按

10、钮；（5）在 Select Spatial Subset 面板中，单击 Image，弹出 Subset by Image 对话框， （6）在 Subset by Image 对话框中，按住鼠标左键拖动图像中的红色矩形框确定裁剪区 域， 裁剪出包括浑善达克区域的一部分，单击 OK；（7）在 Select Spatial Subset 面板中，可以看到裁剪区域信息，单击 OK； （8）在 Create New File Input File 对话框中，单击 OK； （9）在 New File Builder，单击 Choose 设置输出文件名 20090811-Cal-sub.img 及路 径,单

11、击OK。3.1.4图像配准 下面以土地利用图作为基准影像对环境小卫星图像进行图像配准。 （1）分别打开和显示基准影像“19-基于环境小卫星的草原植被变化监测浑善达克 2006 年 8 月土地利用分类图.img”。 （2）主菜单-Map-Registration-Select GCPs:Image to Image，打开几何校正模块。 （3）选择显示 2006 年土地利用分类图文件的 Display 为基准影像（Base Image）， 显示环境星文件的 Display 为待校正影像（Warp Image），点击 OK 进入采集地面 控制点。 （4）打开 Tools-Link-Geografic

12、 link，将两个窗口都选择为 on，单击确定，找到 定位的大 致区域后，再 Tools-Link-Geografic link，改为 off，关闭链接。 （5）在两个 Display 中找到相同区域，在 Zoom 窗口中，点击左小下角第三个按钮， 打开定位十字光标，将十字光标到相同点上，点击 Ground Control Points selection 上的 Add Point 按钮，将当前找到的点加入控制点列表。（6）用同样的方法继续寻找其余的点，当选择控制点的数量达到 3 时，RMS 被自动计 算。 Ground Control Points Selection 上的 Predict

13、按钮可用，选择 Options-Auto Predict， 打开自动预测功能。这时在Base Image上面定位点， Warp Image上会自动预测区域。（7）完成控制点的选择，RMS 值小于 1 个像素，点击 Ground Control Points Selection 上的 File-Save Coefficients to ASCII，将控制点保存。（8） 在 Ground Control Points Selection 上，选择 Options- Warp File (as Image Map) ，选 择校正文件(HJ 数据文件)。（9）在校正参数面板中（图专 5-7），默认投影

14、参数和像元大小与基准影像一致，30 米。 （10)重采样选择 Nearest Neighor，背景值（Background）为 0.(11)Output Image Extent：默认是根据基准图像大小计算，可以做适当的调整。 (12)选择输出路径和文件名，单击 Ok 按钮。 3.1.5大气校正 环境小卫星提供了波谱响应函数，以文本形式提供，第一列表示波长（nm），后面四列 分别表示4个波段对应波长的波谱响应值。需要制作波谱曲线来描述波谱响应函数，用于大气校正。 制作波谱曲线 :（1）主菜单 Window-Start New Plot Window，打开 ENVI Plot Window 面板

15、，在 波谱绘制 窗口中,选择 File-Input Data-ASCII，导入“681_HJ1ACCD2.txt” 文本文件，如图，自动将第一列作为 x 轴，后面 4 列作为 y 轴，波长单位 选择 Nanometers，单击 OK。 （2)如图，在绘制窗口生成了 4 条曲线，选择 Edit-Data Parameters，编辑每条线的名称 为 b1，b2，b3，b4，便于区分。（3）选择 File-Save Plot As-Spectral Library，在 Output Plots to Spectral Library 面板中，单击 Select All Items，单击 OK。（4）

16、在 Output Spectral Library 面板中，有输出曲线相关参数设置，按默认， 选择输出路 径和文件名，单击 OK，将波谱曲线保存为波谱库文件：环境 1A 星 CCD2 光谱响应.sli。 FLAASH 大气校正: 第一步：数据准备 FLAASH 对图像文件有以下几个要求： (1)数据是经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单位是：（W）/（cm2*nm*sr）。(2)数据带有中心波长（wavelenth）值，如果是高光谱还必须有波段宽度（FWHM）, 这两 个参数都可以通过编辑头文件信息输入（Edit Header）。(3) 数据类型：支持四种数据类型：浮点型（floating）

17、、长整型(long integer )、整型 （integer）和无符号整型 (unsigned int)。数据存储类型： ENVI 标准栅格格式文 件， 且是 BIP 或者 BIL。 4) 波谱范围：4002500nm。 本次用的环境小卫星经过以上处理，已经定标为 W*m(-2)*sr(-1)*um(-1)单位、浮点 型的辐射率数据，有中心波长信息，下面将 BSQ 格式转成 BIL 格式。 选择主菜单 Basic Tools-Convert Data（BSQ、BIL、BIP），选择已经经过定标和配准的数 据 20090811-cal-jz.img，在 Convert File Paramet

18、ers 中，Output Interleave 选择 BIL，选择 Convert In Place：yes，单击 OK。 第二步：设置参数进行 FLAASH 大气校正 （1） 主菜单 Spectral-FLAASH 打开 FLAASH 大气校正模块；（2） 点击 Input Radiance Image，选择 BIL 格式的环境小卫星数据 20090811-cal-jz.img，在 Radiance Scale Factors 面板中选择 Use single scale factor for all bands，由于定标的辐 射量数据与 FLAASH 的辐射亮度的单位相差 10 倍，所以在

19、此 Single scale factor 选择 默认：10，单击 OK；（3）设置输出文件及路径设置（4）传感器基本信息设置： 成像中心点经纬度、传感器高度、成像区域平均高度、成像 时间设置，这些都可以 从数据头文件中读取： HJ1A-CCD2-2-64-20090811-L20000154793.XML。 （5）大气模型，选择 MLS，气溶胶模型，选择 Rural，气溶胶反演方法选择 None，能见 度设置为 40km。 （6） 单击 Multispectral Setting 按钮，在 Filter Function File 导入之前做好的光 谱响应曲线 “环境 1A 星 CCD2 光

20、谱响应.sli”，单击 OK;（7） 单击 Advanced Settings，在高级设置中，Tile Size 默认的是 Cash size 的大小， 手动 改为 100Mb，单击 OK；（8）设置好后，在大气校正模块面板中，单击 Apply。 （9）大气校正完成后，检查大气校正的结果，分别加载校正前后的图像，将两幅影像进 行地理链接，移动到植被区域（植被的波谱曲线比较特殊），在影像上右键，选择 Z Profile（Spectrum）打开光谱曲线窗口，显示两幅图像同一位置的光谱曲线图。 3.1.6裁剪浑善达克区 （1） 显示大气校正后的图像 20090811-cal-jz-FLAASH.im

21、g ，在 image 窗口选择 Overlay-Vectors，打开 Vector Parameters 面板，选择 File-Open Vector File， 打开 hunshandake.evf； （2） 在 Available Vectors List 面板中选择该矢量文件，点击 Load Selected，选择 显示图像 的 Display，单击 OK，矢量叠加在影像上； （3） 在 Available Vectors List 面板中，选择 File-Export Layers to ROI，在 Select Data File to Associate with new ROI

22、面板中，选择 20090811-cal-jz-FLAASH.img， 单击 OK，在 Export EVF Layers to ROI 中，选择 Convert all records of an EVF layer to one ROI，单击 OK，将 矢量转为一个 ROI；（4） 在图像窗口，选择 Overlay-Region of Interest，打开 ROI 面板，浑善达克 ROI 显示在 图像上，在 ROI Tool 面板中，选择 File-Subset Data via ROIs，在 Select Input File to Subset via ROI 面板中，选择 20090

23、811-cal-jz-FLAASH.img，单 击 OK； （5） 在 Spatial Subset via ROI Parameters 面板中选择浑善达克 ROI，Mask pixels outside of ROI 选择 Yes； （6）设置输出路径及文件名 20090811-yanjiuqu.img，单击 OK。 到此，数据预处理工作已经全部完成，下面介绍如何应用 ENVI 进行植被覆盖度反演和 植被变化监测。 3.2 植被覆盖度反演 3.2.1计算归一化植被指数 （1） 选择主菜单-File- Transform -NDVI，打开 NDVI 计算模块。 （2） 选择裁剪后的数据：20

24、090811-yanjiuqu.img。 （3） 在 NDVI Calculation Parameters 面板中进行相应设置，环境星波段参数与 TM 数 据相似，应用被植被强吸收的红光波段（环境星第 3 波段）和被植被强反射的近 红外波 段（环境星第四波段）计算归一化植被指数。数据类型默认为浮点型。 （4） 选择文件保存名（20090811-yanjiuqu-NDVI）和路径，单击 OK 执行。3.2.2计算植被覆盖度 计算植被覆盖度 FC 采用的是混合像元分解法，将整景影像的地类大致分为水体、植被 和建筑，具体的计算公式如下： FC = (NDVI- NDVISoil)(NDVIVeg

25、- NDVISoil) （1）其中，NDVI 为归一化植被指数，NDVISoil为完全是裸土或无植被覆盖区域的 NDVI 值， NDVIVeg则代表完全被植被所覆盖的像元的 NDVI 值，即纯植被像元的 NDVI 值。取经验值 NDVIVeg = 0.70 和 NDVISoil = 0.00，且有，当某个像元的 NDVI 大于 0.70 时，FC 取值为 1； 当 NDVI 小于 0.00，FC 取值为 0。 利用ENVI主菜单-Basic Tools-Band Math，在公式输入栏中输入： (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)

26、*(b1-0.0)/(0.7-0.0) b1:选择 NDVI 图像 3.3植被变化监测 3.3.1植被覆盖区提取 （1）2009年8月植被覆盖区提取 利用ENVI主菜单-Basic Tools-Band Math，在公式输入栏中输入：(b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1 b1:选择 HJ1A-CCD2-20090811-cal-sub-flaash-ref-hunshandake-VCI 图像，0.3 为经验值。 选择文件保存名（2009 年 8 月植被覆盖区）和路径，单击 OK 执行，得到 2009 年 8 月 植被盖度区。（2）2006年8月植被覆盖区提取 获取的200

27、6年8月标准的土地利用分类图，分类代码与地物类型如下表所示，耕地、林 地、草地，属于植被覆盖区域。 ENVI主菜单-Basic Tools-Band Math，在公式输入栏中输入： (b1 ge 1 and b1 le 3)*1+(b1 lt 1)*0+(b1 gt 3)*0 b1:选择“浑善达克 2006 年 8 月土地利用分类图”。 选择文件保存名（200608 植被覆盖图.img）和路径，单击 OK 执行，得到 2006 年 8 月 植被盖度图。3.3.2植被变化检测 利用ENVI主菜单-Basic Tools-Band Math，在公式输入栏中输入：b1-b2 b1:选择 2009 年

28、 8 月的植被覆盖区图像。 b2:选择 2006 年 8 月的植被覆盖区图像; 选择文件保存名（浑善达克植被覆盖变化（2006-2009）和路径，单击 OK 执行，得到 浑善达克 2006 年至 2009 年植被盖度变化区域的图像。 3.4 成果后期处理与应用 3.4.1植被变化区域图的背景值处理 (1) 显示上面得到的2006年-2009年植被变化区域图，主菜单Basic Tools-Masking-Apply mask，选择 2006-2009-植被变化区.img，单击 Select Mask Band，选择掩膜图像,单击OK;(2) 在 Apply Mask Parameters 面板，

29、设置 Mask Value 为 5，设置输出路径与文件名， 单击OK；3.4.2植被变化区域制图 将掩膜背景值后的变化图像 2006-2009-植被覆盖变化区-maskback.img 打开，在主图像 窗口 Overlay-Density Slice，对-1、0、1 值以及背景值分别进行密度分割。点击 Apply 查看 密度分割的结果。 在 Densty Slice 面板，选择 File-Output Range to Class Image，可以将分割结果输出为 ENVI 分类格式， 打开 Overlay-Classification 面板，选择输出的分类图像，叠加各类显示，制图 实习心得通过本次实习，掌握了ENVI5.1的基本的操作及其强大的功能。理论结合实践，通过实习可以很好的将理论应用到实际问题中，加深我们对理论的理解。统计实习过程中出现的问题，然后与同学相互讨论，可以培养合作能力。通过此次实习学到了一些关于ENVI软件操作的知识，提高了自学能力和动手能力。比起外业实习虽然枯燥了些，但是大家学习的都很认真，大家互相帮助，收获知识的同时收获了快乐。