遙感圖像處理課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

./__文鳳平__2013043009__遙感科學(xué)與技術(shù)131組員：題目：基于ENVI和GISXX植被狀況研究提交時(shí)間：遙感圖像處理課程報(bào)告評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)名稱〔20字內(nèi)〕研究背景與意義國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀〔附參考文獻(xiàn)〕數(shù)據(jù)與方法數(shù)據(jù)處理結(jié)果與分析結(jié)論排版合計(jì)研究區(qū)域數(shù)據(jù)基礎(chǔ)技術(shù)路線研究方法1221111621220分基于ENVI和GISXX植被狀況研究研究背景與目的意義目前,國(guó)內(nèi)外眾多成功的X例表明礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與礦山環(huán)境監(jiān)測(cè)中的遙感技術(shù)方法應(yīng)用十分有效,也日益廣泛。隨著科學(xué)的進(jìn)步,遙感技術(shù)越來(lái)越先進(jìn),同時(shí)在該領(lǐng)域中發(fā)揮的作用也將越來(lái)越大,其在國(guó)內(nèi)也必將會(huì)展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。然而隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展,礦業(yè)開(kāi)發(fā)附帶產(chǎn)生的各類(lèi)污染給周邊環(huán)境帶來(lái)了巨大的不良影響。各種各樣的工業(yè)行為和人為因素等等都大大地影響了環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。這樣的污染方式使得植被的污染治理顯得尤為困難和重要,而國(guó)內(nèi)外也一直在尋找一種經(jīng)濟(jì)、方便而且全面的礦山周邊環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法以達(dá)到對(duì)礦山環(huán)境污染全面的監(jiān)測(cè)和與時(shí)治理。而在眾多的環(huán)境監(jiān)測(cè)方法中以遙感技術(shù)的介入而深受各方研究人員的偏愛(ài),因?yàn)檫b感技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)、快速、宏觀地獲取地表信息,且不會(huì)再次對(duì)環(huán)境造成污染、破壞其生態(tài)環(huán)境。現(xiàn)在其已廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、地質(zhì)勘探和土壤污染調(diào)查等多個(gè)領(lǐng)域。尤其是在環(huán)境的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中更是起著舉足輕重的作用,遙感技術(shù)的宏觀性、多時(shí)相性、受限制條件少等特點(diǎn)使其能對(duì)植被狀況做到持續(xù)、與時(shí)的監(jiān)測(cè),人們能盡快的了解植被長(zhǎng)勢(shì)的各方面信息并對(duì)應(yīng)作出應(yīng)對(duì)。近年來(lái),人們?cè)絹?lái)越重視環(huán)保問(wèn)題,國(guó)家也隨即出臺(tái)了一系列針對(duì)環(huán)境問(wèn)題防治的相關(guān)法律法規(guī)和文案等。而在我國(guó)的一些礦區(qū)所在地環(huán)境污染也越來(lái)越嚴(yán)重,這更是受到政府與人民群眾的高度重視。所以怎樣合理地做到對(duì)植被的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和治理也是迫在眉睫。而本研究主要以遙感影像和遙感技術(shù)中的解譯技術(shù)與波段計(jì)算技術(shù)為基礎(chǔ),利用遙感影像的多時(shí)相性來(lái)研究研究區(qū)植被染隨時(shí)間改變?cè)诳臻g上的分布,旨在解決礦山環(huán)境污染的防治問(wèn)題,并向有關(guān)部門(mén)提出治理建議。研究的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)際上基于遙感技術(shù)對(duì)生態(tài)環(huán)境的研究開(kāi)始的比較早,始于80年代初,而目前歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始相繼利用高光譜技術(shù)展開(kāi)環(huán)境污染調(diào)查。隨著環(huán)境信息學(xué)的蓬勃發(fā)展,在歐洲每年都會(huì)舉辦Envirolnfo國(guó)際大會(huì)交流環(huán)境保護(hù)科技發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)以與計(jì)算機(jī)信息技術(shù)在環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。植被在地球系統(tǒng)中扮演著重要的角色,植被影響地氣系統(tǒng)的能量平衡,在氣候、水文和生化循環(huán)中起著重要作用,是氣候和人文因素對(duì)環(huán)境影響的敏感指標(biāo)。因此,地球植被與其變化一直被各國(guó)科學(xué)家和政府所關(guān)注。衛(wèi)星遙感是監(jiān)測(cè)全球植被的有效手段,衛(wèi)星從太空遙視地球,不受自然和社會(huì)條件的限制,迅速獲取大X圍觀測(cè)資料,為人類(lèi)提供了監(jiān)測(cè)、量化和研究人類(lèi)有序活動(dòng)和氣候變化對(duì)區(qū)域或全球植被變化影響的可能。根據(jù)植被的光譜特性,將衛(wèi)星可見(jiàn)光和近紅外波段進(jìn)行組合,形成了各種植被指數(shù)。植被指數(shù)是對(duì)地表植被狀況的簡(jiǎn)單、有效和經(jīng)驗(yàn)的度量,目前已經(jīng)定義了40多種植被指數(shù),廣泛地應(yīng)用在全球與區(qū)域土地覆蓋、植被分類(lèi)和環(huán)境變化,第一性生產(chǎn)力分析,作物和牧草估產(chǎn)、干旱監(jiān)測(cè)等方面。在歐洲,歐共體MINEO工程以法國(guó)地調(diào)局為代表的多個(gè)歐洲公司和研究單位已經(jīng)著手利用最先進(jìn)的地球觀測(cè)技術(shù)評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)開(kāi)礦活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的影響。德國(guó)Ruhrgebirt地區(qū)的主要采煤公司使用干涉雷達(dá)遙感技術(shù)和GPS定位測(cè)量技術(shù)對(duì)其煤礦開(kāi)采的周?chē)h(huán)境影響進(jìn)行了評(píng)估,有效地監(jiān)測(cè)了該地區(qū)地面環(huán)境變化的位置和速率[8]。在國(guó)內(nèi)有陳華麗等利用TM數(shù)據(jù)對(duì)XX大冶礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了定量分析。郭鈮在２００３年對(duì)植被指數(shù)的應(yīng)用也做出了研究,分析了所有植被指數(shù)的關(guān)鍵所在。這個(gè)研究都是極為重要的,而隨著社會(huì)的發(fā)展這樣的研究也將會(huì)越來(lái)越來(lái)多和越來(lái)越來(lái)深入。參考文獻(xiàn)：[1]X建平.攀枝化市土地退化研究[J].山地學(xué)報(bào),1997,14<4>:308-310．[2]X建軍,李新琪,高利軍.遙感技術(shù)在XX生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].干旱區(qū)地理,2005,<44>:508-511.[3]苗苗,吳炳方.密云水庫(kù)上游植被覆蓋度的遙感估算[J].資源科學(xué),2004,<04>:153-159.[4]SellerPJ,TuckerCJ,Collatz.Aglobal1°by1°NDVIdatasetforclimatestudies:2thegenerationofglobalfieldsofterrestrialbiophysicalparametersfromtheNDVI[J].[5]GraetzRD,PechRR,DavisAW.TheassessmentandmonitoringofsparselyvegetatedrangelandsofabsorbedLandsatdata[J].InternationalJournalofRemoteSensing,1988,<07>:1201-1222.[６]盛永偉,陳維英,肖乾廣,等.利用氣象衛(wèi)星植被指數(shù)進(jìn)行我國(guó)植被的宏觀分類(lèi)[J].科學(xué)通報(bào),1995,40<1>:68-71.[７]SellersP,LosSO,TuckerCJ,etal.Arevisedlandsurfaceparameterization<SiB2>foratmosphericGCMs.PartII:Thegenerationofglobalfieldsofterrestrialbiophysicalparametersfromsatellitedata[J].JClimate,1996,<9>:706-737.[８]肖乾廣,周嗣松,陳維英,等.用氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)冬小麥進(jìn)行估產(chǎn)的試驗(yàn)[J].環(huán)境遙感,1986,1<4>:37-43.[９]池宏康.黃土高原地區(qū)提取植被信息方法的研究[J].植物學(xué)報(bào),1996,38<1>:40-44.[5]孫睿,朱啟疆.中國(guó)陸地植被凈第一性生產(chǎn)力與季節(jié)變化研究[J].地理學(xué)報(bào),2000,55<1>:36-45.研究?jī)?nèi)容１．研究區(qū)每年的植被指數(shù)圖像；２．分研究區(qū)的植被指數(shù)的變化特征；３．制作研究區(qū)植被指數(shù)的專(zhuān)題地圖。研究方法與技術(shù)路線研究區(qū)域結(jié)合文獻(xiàn)和本研究的內(nèi)容做了相關(guān)分析后,我們選定礦山較多的XX省XX市做為我們的研究區(qū)域。XX市〔如圖1〕是中國(guó)XX省人口最少的一個(gè)地級(jí)市,位于XX西南部、川滇交界處,地處攀西裂谷中南段,屬浸蝕、剝蝕XX丘陵、山原峽谷地貌,山高谷深、盆地交錯(cuò)分布,地勢(shì)由西北向東南傾斜,山脈走向近于南北,是大雪山的南延部分,地貌類(lèi)型復(fù)雜多樣,可分為平壩、臺(tái)地、高丘陵、低XX、XX和山原6類(lèi),以低XX和XX為主,占全市面積的88.38%。XX屬長(zhǎng)江水系,河流多,境內(nèi)有大小河流95條,分屬金沙江水系、雅礱江水系,兩江在此匯合。全市已探明鐵礦<主要是釩鈦磁鐵礦>73.8億噸,占XX省鐵礦探明資源儲(chǔ)量的72.3%,是全國(guó)四大鐵礦之一。20xx末,全市釩鈦磁鐵礦保有儲(chǔ)量66.94億噸,其中:伴生鈦保有儲(chǔ)量4.25億噸,占全國(guó)的93%,居世界第一;伴生釩保有儲(chǔ)量1038萬(wàn)噸,占全國(guó)的63%,居全國(guó)第一、世界第三。鈷保有儲(chǔ)量7.46億噸,此外還有鉻、鎵、鈧、鎳、銅、鉛、鋅、錳、鉑等多種稀貴金屬。由此我們也不難推知XX的礦上污染應(yīng)該也是比較嚴(yán)重的,由此給當(dāng)?shù)刂脖粠?lái)的危害也是不言而喻的了。而就是再這樣的情況之下研究XX的植被狀況也就是非常有必要的了。圖〔１〕數(shù)據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來(lái)自中國(guó)地理空間數(shù)據(jù)云的2001和20xx的研究區(qū)的landsat4-5TM遙感影像和1:400萬(wàn)的研究區(qū)的矢量數(shù)據(jù)。遙感影像的主要信息為見(jiàn)表〔１〕：下載源波段數(shù)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)<um>分辨率〔m〕投影地區(qū)地理空間數(shù)據(jù)云7B1B2B3B4B5B6B730UTM—Zone—47NXX0.45~0.520.52~0.600.63~0.690.76~0.901.55~1.7510.4~12.52.08~2.35表〔１〕研究方法4.3.2植被狀態(tài)指數(shù)NDVI的意義研究表明歸一化植被指數(shù)NDVI<normalizeddifferencevegetation>對(duì)植被的生長(zhǎng)勢(shì)和生長(zhǎng)量非常敏感,可以很好地反映地表植被的繁茂程度,是指示植被活動(dòng)和植被生產(chǎn)力的良好指標(biāo),廣泛應(yīng)用于植被活動(dòng)研究。近年來(lái),NDVI被廣泛應(yīng)用于植被生長(zhǎng)狀況描述、土地覆蓋類(lèi)型分類(lèi)、植被生產(chǎn)力估測(cè)、旱情監(jiān)測(cè)分析<李登科等,2008>、城市土地分等定級(jí)<X玉梅,2009>、荒漠化監(jiān)測(cè)<X艷等,2010>和城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估<黎治華等,2011>等研究中。城市化是目前環(huán)境變化的最大驅(qū)動(dòng)因素,城市用地的變化速率超過(guò)了任何其他一種土地利用類(lèi)型。城市化的大發(fā)展,既給區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了活力,同時(shí)也給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了前所未有的壓力。一方面,城市發(fā)展大量擠壓了生態(tài)用地,以大氣污染為代表的各種城市生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重；另一方面,隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人民生活水平的提高,城市居民又對(duì)環(huán)境質(zhì)量提出了更高的要求與期望。4.2.2研究方法采用30m分辨率的LandsatTM衛(wèi)星影像數(shù)據(jù),軌道號(hào)分別為130／40、130／41和131/41,由于衛(wèi)星影像受天氣變化的影響較大,要找時(shí)間相配、又盡可能無(wú)云的影像非常困難。在中國(guó)地理空間數(shù)據(jù)云上,結(jié)果表明只有20xx6月和20xx6月LandsatTM衛(wèi)星影像符合全市域研究要求。利用其第3和第4波段數(shù)據(jù),開(kāi)展相關(guān)的研究工作。NDVI被定義為近紅外波段和可見(jiàn)光紅光波段數(shù)值之差和這2個(gè)波段數(shù)值之和的比值。對(duì)于Landsat5TM數(shù)據(jù)而言,其計(jì)算公式為NDVI=<B4-B3>／<B4+B3>,B4和B3分別為T(mén)M第3和TM第4波段的光譜反射率值。NDVI的值被限定在[一1,1]X圍內(nèi),非植被區(qū)沙漠、水體等的NDVI值很低或?yàn)樨?fù)值,一般認(rèn)為其值小于0．1時(shí)植被已很稀少。NDVI雖然可以直觀地反映區(qū)域的植被變化情況,但在生態(tài)評(píng)價(jià)等方面其依然是一個(gè)間接變量。通常植被覆蓋度是最直接可用的、也便于區(qū)域之間數(shù)量對(duì)比的植被因子。植被覆蓋度工的計(jì)算是基于NDVI的,在ArcGIS下運(yùn)用空間計(jì)算功能,分別對(duì)2001和2009這2年的NDVI圖進(jìn)行運(yùn)算。其計(jì)算公式為：式中：NDVI為NDVI圖上某像元的NDVI實(shí)際值；NDVIveg和NDVIsoil以分別為研究區(qū)域純植被覆蓋和全裸區(qū)域像元的NDVI值。但在實(shí)際研究中,常采用研究區(qū)域NDVI的最大和最低值來(lái)取代NDVIveg和NDVIsoil值。技術(shù)路線提取研究區(qū)矢量圖遙感提取研究區(qū)矢量圖遙感圖像下載投影轉(zhuǎn)換波段融合投影轉(zhuǎn)換波段融合生成感興趣區(qū)圖像鑲嵌生成感興趣區(qū)圖像鑲嵌剪裁出研究區(qū)遙感影像剪裁出研究區(qū)遙感影像圖像預(yù)處理圖像預(yù)處理圖像校正圖像校正圖像校正圖像校正ＮＤＶＩ植被指數(shù)計(jì)算ＮＤＶＩ植被指數(shù)計(jì)算生成植被指數(shù)專(zhuān)題地圖生成植被指數(shù)專(zhuān)題地圖圖〔２〕.技術(shù)路線圖數(shù)據(jù)處理過(guò)程1.單波段圖像融合成多波段圖像〔3.2.1波段展示〕如圖〔３〕；圖〔３〕2.圖像鑲嵌如圖〔４〕；圖〔４〕3.ARCGIS中裁剪出XX的矢量數(shù)據(jù),并將其投影轉(zhuǎn)換成與拼接后遙感圖像一樣的投影圖如〔５〕；圖〔５〕4.利用XX的矢量數(shù)據(jù)在ENVI中裁剪出XX的遙感吐下圖像如圖〔６〕；圖〔６〕5.XX植被指數(shù)計(jì)算如圖〔７〕；圖〔７〕6.將ndvi的結(jié)果導(dǎo)入ARCGIS中,制作出20xxXX植被指數(shù)專(zhuān)題地圖如圖〔８〕；圖〔８〕用以上同樣的方