遥感物理课程设计报告(共14页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上课程编号： 课程性质：专业必修 遥感物理课程设计 学院： 测绘学院 专业： 测绘工程 姓名： 学号： 教师： 1. 引言本学期学完遥感物理课程后，在学院机房进行三次上机实习，了解ENVI软件的使用方法，对多光谱影像计算其归一化植被指数NDVI，再进行温度反演，通过对反演后的温度图像和NDVI数据进行分析，了解不同地物NDVI和温度随时间变化的关系。归一化植被指数（NDVI）是植被生长状态和植被空间分布的指示因子，于地表植被的覆盖率成正比，本次实习以武汉地区遥感图像为研究手段，分析NDVI与温度、季节的关系，及产生差异的原因。2. 课程设计任务（1） 了解ENVI软件，

2、并掌握基本遥感影像分析操作；（2） 分析和比较不同地物NDVI和时间变化之间的关系；（3） 分析不同地物的温度和时间变化之间的关系；（4） 分析地物NDVI和温度之间的关系；3. 数据描述（1）对四组图像计算出的NDVI图像中的水体、植被和建筑物采点记录数据，选取样本点为30个，并对每组数据求取平均值进行结果分析，各地物的数据如下：NDVI0503072209241229水体-0.-0.-0.-0.植被0.0.0.0.建筑物0.113220.0.-0.（2）对温度反演图像中的水体、植被和建筑物采点记录数据，选取样本点为25个，并对每组数据求取平均值进行结果分析，各地物的数据如下：温度（）050

3、3072209241229水体19.24.19.6.植被24.26.23.7.建筑物30.30.25.7.（3） 对7月22日和9月24日的NDVI图像和温度反演图像中的植被进行特征点提取，采样点数量为25个，数据如下：时间7月22日植被NDVI温度（）0.25.0.26.0.26.0.25.0.26.0.26.0.27.0.27.0.27.0.25.0.26.0.25.0.26.0.26.0.27.0.26.0.26.0.26.0.26.0.24.0.25.0.25.0.8267226.0.25.0.24.4. 实验流程（1） 分别对5月3日、7月22日、9月24日和12月29日四组图像进行

4、辐射定标并计算NDVI；通过FileOpen Image File 打开影像（后缀为_MTL.txt影像）由于已将9个波段影像进行整合，因此打开该文件会打开所有波段影像。在计算NDVI之前要先对遥感影像进行定标（数据预处理）； 主菜单Basic ToolsPreprocessingCalibration UtilitiesLandsat Calibration选择包含3、4波段（6个波段）的MTL.txt OK 用于计算NDVI的波段影像辐射定标Calibration Type应选择 Reflectance（反射率）。本文研究选取的Landsat /TM 遥感影像, 共有7 个波段, 其中TM

5、3(波长0.630.69gm)为红光波谱段, 为叶绿素主要吸收波段; TM4(波长0.76 O.90gm)为近红外波谱段, 对绿色植被的差异敏感, 为植被通用波段。NDVI=(NIR- R)/ (NIR+R) (其中NIR 代表近红外波段反射率, R 代表红光波段反射率)。因此要选含有3、4波段的文件。计算NDVI 主菜单 Transform NDVI 如下图 OK 在NDVI Band选项中，系统会自动的读取红光波段为3，近红外波段为4。重复步骤、，对四个季节的TM影像进行NDVI值的计算。（2） 对四幅图像的热红外波段数据进行传感器定标，经亮度反演后计算温度；通过FileOpen Imag

6、e File 打开影像（后缀为_MTL.txt影像）对遥感影像进行定标（数据预处理）： 主菜单Basic ToolsPreprocessingCalibration UtilitiesLandsat Calibration选择热红外波段影像（B61、B62）的MTL.txt Spectral Subset选择Band 61 OK （如下图所示）实现热红外数据的传感器定标。这里的Calibration Type应选择 Radiance（辐射率）。 热红外数据进行亮度的反演 打开Basic ToolsBand Math 对话框： 在Enter an expression 中输入公式(1282.71

7、)/alog(666.09/b1+1)-273，计算出来的结果为摄氏度），点击Add to listOK，在弹出的对话框中定义b1。（3）以植被、水体和建筑物为代表地物，在四幅NDVI图像中进行关联采样提取数据，对每种地物的数据求平均值绘制地物NDVI与时间变化的关系图；（4）以植被、水体和建筑物为代表地物，在四幅温度反演图像中进行关联采样提取数据，对每种地物的数据值求平均绘制地物温度与时间变化的关系图；（5） 关联7月22日的NDVI和温度反演图像，对植被进行采样提取数据，绘制温度和NDVI的关系散点图，分析两者的关系；（6） 分析图像信息得出结论。5. 实验结果分析(1) 不同地物的NDV

8、I随时间变化分析在0503、0722、0924和1229四个季节的NDVI图像中分别选取水体、植物和建筑物三种代表性地物进行NDVI分析。每种地物我选取了30个样本点（排除偶然误差的影响），并对每幅图像的30个样本点NDVI值求平均，分别制作水体、植被和建筑物的NDVI随时间变化点状图如下：由点状图分布情况可大致得出如下结论：水体、植物和建筑物的归一化植被指数与季节变化有明显的关系关；且植物和建筑物有近似一致的变化趋势。对于植物和建筑物由图观察可以看到：5月时植被进入返青期，植被覆盖率比较低；到7月份气候温暖，雨水丰沛，植被达到生长高峰期，NDVI达到顶峰；9月份NDVI值开始下降，此时植物生

9、长开始进入衰减期；到12月份时植物大部分落叶，停止生长，因此NDVI值最小。水体的归一化植被指数一直为负值，说明对可见光有高反射，而12月NDVI值最小，说明冬季相对光照条件不好。(2) 不同地物的温度随时间变化分析在0503、0722、0924和1229四个季节的温度反演图像中分别选取水体、植物和建筑物三种代表性地物进行温度分析。每种地物我选取了30个样本点（排除偶然误差的影响），并对每幅图像的30个样本点温度求平均，分别制作水体、植被和建筑物的温度随时间变化折线图如下：从折线图观察可以得到如下结论：水体、植被和建筑物这三种地物的温度都受到季节的影响，且变化趋势相似，且造成这种变化的因素是太

10、阳辐射。武汉从5月份开始太阳辐射就比较强且每月不断增强，地物的温度较高，并处在上升期，有一个缓慢的增长斜坡；7月份太阳辐射值达到最强，而三种地物的温度也达到最高值；9月开始太阳辐射量有所减少，地物温度也随之降低；到12月份达到一年中的最低值，且在9月到12月有一个明显而陡峭的下降坡度表明太阳辐射减少剧烈。由3幅图之间对比可以得到：水体热容量最大，受太阳辐射的影响程度小于其他地表，因而季节性温度变化最不显著；而建筑物的比热容最小，因而具有强烈的变化；植被则介于两者之间。(3) 同一时间点不同地物NDVI和温度变化的关系分析取样7月22日植被的NDVI和温度图像25个样本点进行分析，绘出这30个样

11、本点的散点图如下：对该图进行整理和拟合，可以得到如下散点图：对上图进行分析得到如下结论：在夏季因地区温度偏高，NDVI总体上与温度呈负相关。地物的温度越高，其潜在蒸发能力越大，植被的缺水指数也就越高，因此植被干旱指数也上升诸多因素导致植被覆盖率减小。另外考虑到位于城市中心的地物也会受到热岛效应等影响出现波动，因此此结论只是一个粗步估计，精确分析还要结合更多因素。6. 结论与展望（1） 结论：遥感图像进行植被指数计算和温度反演对研究武汉地区植物对气候变化的响应有重要的意义。通过遥感物理课程实习，我掌握了ENVI软件的使用技巧，并对归一化植被指数和温度的关系有了深入了解。一般而言，太阳辐射量大的时

12、间，地物的温度高，NDVI也较大；水的NDVI为负值，植物建筑物的NDVI是正值；对于地物NDVI和温度之间的关系，太阳辐射强度大的季节，气温较高，地物的温度也高，因此植物的蒸发能力增大，收到水分胁迫增大，使NDVI减小；但是水的NDVI与温度之间没有明确的关系；（2） 展望：在实习操作过程中，得到了老师的辅导和同学的很多帮助，没有互相的帮助，就不能进行的如此顺利；同时在写报告的过程中，参考了很多相关论文和文献，收获很多课外技能和知识。但是受限于时间和资源，自身为我的数据中采样点数目还不够多，分析结果的可靠性还不够高。比如考虑到位于城市中心的地物也会受到热岛效应等影响出现波动，因此此结论只是一

13、个粗步估计，精确分析还要结合更多因素。通过查阅资料，我进一步了解到NDVI与温度的变化关系还与季节有关，这是因为有的月份整体温度偏低，当温度高时促进植被发育，更多关于两者关系的分析还需要更多月份的数据。希望在这次实习的基础上能够获得更多的实习机会，继续深化理解。7. 参考文献1樊风雷，邱茂慧；基于归一化植被指数的广州市植被时间变化分析J；广州农业科学；2012年第6期2段金龙，张学雷；区域地表水体、归一化植被指数与热环境多样性格局的关联分析J;应用生态学报；2012年10月第23卷第10期3王燕，吕达仁；GMS 5反演中国几类典型下垫面晴空地表温度的日变化及季节变化J；气象学报；2005年12月4李震，阎福礼，范湘涛；中国西北地区NDVI变化及其温度和降水的关系J;遥感学报；2005年03期5,等；艾比湖流域NDVI变化及其与降水、温度的关系J；中国沙漠；2014年06期6刘绿柳，肖风劲；黄河流域植被NDVI与温度、降水关系的时空变化J；生态学杂志；2006年专心-专注-专业