遙感圖像處理課程設計報告書

./__文鳳平__2013043009__遙感科學與技術131組員：題目：基于ENVI和GISXX植被狀況研究提交時間：遙感圖像處理課程報告評分標準名稱〔20字內〕研究背景與意義國內外研究現狀〔附參考文獻〕數據與方法數據處理結果與分析結論排版合計研究區(qū)域數據基礎技術路線研究方法1221111621220分基于ENVI和GISXX植被狀況研究研究背景與目的意義目前,國內外眾多成功的X例表明礦產資源評價與礦山環(huán)境監(jiān)測中的遙感技術方法應用十分有效,也日益廣泛。隨著科學的進步,遙感技術越來越先進,同時在該領域中發(fā)揮的作用也將越來越大,其在國內也必將會展現出良好的發(fā)展前景。然而隨著現代工業(yè)的飛速發(fā)展,礦業(yè)開發(fā)附帶產生的各類污染給周邊環(huán)境帶來了巨大的不良影響。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,而國內外也一直在尋找一種經濟、方便而且全面的礦山周邊環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測方法以達到對礦山環(huán)境污染全面的監(jiān)測和與時治理。而在眾多的環(huán)境監(jiān)測方法中以遙感技術的介入而深受各方研究人員的偏愛,因為遙感技術能夠動態(tài)、快速、宏觀地獲取地表信息,且不會再次對環(huán)境造成污染、破壞其生態(tài)環(huán)境?，F在其已廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、地質勘探和土壤污染調查等多個領域。尤其是在環(huán)境的動態(tài)監(jiān)測中更是起著舉足輕重的作用,遙感技術的宏觀性、多時相性、受限制條件少等特點使其能對植被狀況做到持續(xù)、與時的監(jiān)測,人們能盡快的了解植被長勢的各方面信息并對應作出應對。近年來,人們越來越重視環(huán)保問題,國家也隨即出臺了一系列針對環(huán)境問題防治的相關法律法規(guī)和文案等。而在我國的一些礦區(qū)所在地環(huán)境污染也越來越嚴重,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植被的動態(tài)監(jiān)測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中的解譯技術與波段計算技術為基礎,利用遙感影像的多時相性來研究研究區(qū)植被染隨時間改變在空間上的分布,旨在解決礦山環(huán)境污染的防治問題,并向有關部門提出治理建議。研究的國內外現狀國際上基于遙感技術對生態(tài)環(huán)境的研究開始的比較早,始于80年代初,而目前歐美一些發(fā)達國家已經開始相繼利用高光譜技術展開環(huán)境污染調查。隨著環(huán)境信息學的蓬勃發(fā)展,在歐洲每年都會舉辦Envirolnfo國際大會交流環(huán)境保護科技發(fā)展的經驗以與計算機信息技術在環(huán)境領域內的應用。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環(huán)境影響的敏感指標。因此,地球植被與其變化一直被各國科學家和政府所關注。衛(wèi)星遙感是監(jiān)測全球植被的有效手段,衛(wèi)星從太空遙視地球,不受自然和社會條件的限制,迅速獲取大X圍觀測資料,為人類提供了監(jiān)測、量化和研究人類有序活動和氣候變化對區(qū)域或全球植被變化影響的可能。根據植被的光譜特性,將衛(wèi)星可見光和近紅外波段進行組合,形成了各種植被指數。植被指數是對地表植被狀況的簡單、有效和經驗的度量,目前已經定義了40多種植被指數,廣泛地應用在全球與區(qū)域土地覆蓋、植被分類和環(huán)境變化,第一性生產力分析,作物和牧草估產、干旱監(jiān)測等方面。在歐洲,歐共體MINEO工程以法國地調局為代表的多個歐洲公司和研究單位已經著手利用最先進的地球觀測技術評價、監(jiān)測開礦活動對環(huán)境造成的影響。德國Ruhrgebirt地區(qū)的主要采煤公司使用干涉雷達遙感技術和GPS定位測量技術對其煤礦開采的周圍環(huán)境影響進行了評估,有效地監(jiān)測了該地區(qū)地面環(huán)境變化的位置和速率[8]。在國內有陳華麗等利用TM數據對XX大冶礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的動態(tài)變化進行了定量分析。郭鈮在２００３年對植被指數的應用也做出了研究,分析了所有植被指數的關鍵所在。這個研究都是極為重要的,而隨著社會的發(fā)展這樣的研究也將會越來越來多和越來越來深入。參考文獻：[1]X建平.攀枝化市土地退化研究[J].山地學報,1997,14<4>:308-310．[2]X建軍,李新琪,高利軍.遙感技術在XX生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與綜合評價中的應用[J].干旱區(qū)地理,2005,<44>:508-511.[3]苗苗,吳炳方.密云水庫上游植被覆蓋度的遙感估算[J].資源科學,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)星植被指數進行我國植被的宏觀分類[J].科學通報,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)星數據對冬小麥進行估產的試驗[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].植物學報,1996,38<1>:40-44.[5]孫睿,朱啟疆.中國陸地植被凈第一性生產力與季節(jié)變化研究[J].地理學報,2000,55<1>:36-45.研究內容１．研究區(qū)每年的植被指數圖像；２．分研究區(qū)的植被指數的變化特征；３．制作研究區(qū)植被指數的專題地圖。研究方法與技術路線研究區(qū)域結合文獻和本研究的內容做了相關分析后,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XX省人口最少的一個地級市,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、盆地交錯分布,地勢由西北向東南傾斜,山脈走向近于南北,是大雪山的南延部分,地貌類型復雜多樣,可分為平壩、臺地、高丘陵、低XX、XX和山原6類,以低XX和XX為主,占全市面積的88.38%。XX屬長江水系,河流多,境內有大小河流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省鐵礦探明資源儲量的72.3%,是全國四大鐵礦之一。20xx末,全市釩鈦磁鐵礦保有儲量66.94億噸,其中:伴生鈦保有儲量4.25億噸,占全國的93%,居世界第一;伴生釩保有儲量1038萬噸,占全國的63%,居全國第一、世界第三。鈷保有儲量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的礦上污染應該也是比較嚴重的,由此給當地植被帶來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〕數據基礎數據主要來自中國地理空間數據云的2001和20xx的研究區(qū)的landsat4-5TM遙感影像和1:400萬的研究區(qū)的矢量數據。遙感影像的主要信息為見表〔１〕：下載源波段數對應的波長<um>分辨率〔m〕投影地區(qū)地理空間數據云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NDVI的意義研究表明歸一化植被指數NDVI<normalizeddifferencevegetation>對植被的生長勢和生長量非常敏感,可以很好地反映地表植被的繁茂程度,是指示植被活動和植被生產力的良好指標,廣泛應用于植被活動研究。近年來,NDVI被廣泛應用于植被生長狀況描述、土地覆蓋類型分類、植被生產力估測、旱情監(jiān)測分析<李登科等,2008>、城市土地分等定級<X玉梅,2009>、荒漠化監(jiān)測<X艷等,2010>和城市生態(tài)環(huán)境質量評估<黎治華等,2011>等研究中。城市化是目前環(huán)境變化的最大驅動因素,城市用地的變化速率超過了任何其他一種土地利用類型。城市化的大發(fā)展,既給區(qū)域經濟發(fā)展帶來了活力,同時也給生態(tài)環(huán)境帶來了前所未有的壓力。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)境問題日益嚴重；另一方面,隨著經濟發(fā)展與人民生活水平的提高,城市居民又對環(huán)境質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)星影像數據,軌道號分別為130／40、130／41和131/41,由于衛(wèi)星影像受天氣變化的影響較大,要找時間相配、又盡可能無云的影像非常困難。在中國地理空間數據云上,結果表明只有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波段數據,開展相關的研究工作。NDVI被定義為近紅外波段和可見光紅光波段數值之差和這2個波段數值之和的比值。對于Landsat5TM數據而言,其計算公式為NDVI=<B4-B3>／<B4+B3>,B4和B3分別為TM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,非植被區(qū)沙漠、水體等的NDVI值很低或為負值,一般認為其值小于0．1時植被已很稀少。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)評價等方面其依然是一個間接變量。通常植被覆蓋度是最直接可用的、也便于區(qū)域之間數量對比的植被因子。植被覆蓋度工的計算是基于NDVI的,在ArcGIS下運用空間計算功能,分別對2001和2009這2年的NDVI圖進行運算。其計算公式為：式中：NDVI為NDVI圖上某像元的NDVI實際值；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。但在實際研究中,常采用研究區(qū)域NDVI的最大和最低值來取代NDVIveg和NDVIsoil值。技術路線提取研究區(qū)矢量圖遙感提取研究區(qū)矢量圖遙感圖像下載投影轉換波段融合投影轉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)遙感影像圖像預處理圖像預處理圖像校正圖像校正圖像校正圖像校正ＮＤＶＩ植被指數計算ＮＤＶＩ植被指數計算生成植被指數專題地圖生成植被指數專題地圖圖〔２〕.技術路線圖數據處理過程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的矢量數據,并將其投影轉換成與拼接后遙感圖像一樣的投影圖如〔５〕；圖〔５〕4.利用XX的矢量數據在ENVI中裁剪出XX的遙感吐下圖像如圖〔６〕；圖〔６〕5.XX植被指數計算如圖〔７〕；圖〔７〕6.將ndvi的結果導入ARCGIS中,制作出20xxXX植被指數專題地圖如圖〔８〕；圖〔８〕用以上同樣的方