完整版综合应用一基于遥感的自然生态环境监测

1、遥感应用实习报告班 级:小 组:学 号:姓 名:指导老师：测绘科学与技术学院二零一七年一月遥感应用实习是遥感原理与应用与遥感图像处理课后进行的实践 教学，是进一步理解、掌握遥感影像处理理论的重要实践环节。遥感信息是测绘、 资源调查、环境监测、灾害评价等诸方面应用的主要数据源。 各个部门对遥感专 业人才的需求也日益凸显，遥感作为一门技术性很强的专业， 加强实习实践环节 教学是非常必要的。1、 教学目标和基本要求实习要求学生能进一步理解遥感图像的含义、遥感图像的表达及对遥感图像 的基本操作，能独立设计或应用遥感图像处理软件进行目的驱动的专题操作。因此，要求每个学生都必须认真对待，并保质保量完成实习

2、任务，不得马虎敷衍。希望通过本次实习达到以下几方面的目的：1 .掌握遥感图像处理软件的基本使用方法；2 .会使用遥感图像处理软件进行遥感影像的处理操作，掌握遥感影像处理 的一般流程和步骤方法；3 .能够基于所学的遥感原理及其图像处理的相关理论知识，结合遥感图像 处理软件解决实际工程的应用问题， 能够进行方案设计、处理并分析数据并通过 信息综合得到有效的结论；4 .通过提高部分的练习培养学生自主学习和终身学习的意识，提高学生适应社会发展的能力；5 .通过实习加强学生对所学理论知识的理解与掌握。2、 实习地点固定教室2教304。时间内容和时间安排序号内容日程安排1基础部分自定义坐标系、几何校正、正

3、射校正、图像镶嵌、图像 融合、图像裁剪、图像分类及后处理、动态监测2016/12/26-2016/12/27高光谱分析、目标探测与识别、植被分析工具、地形可2016/12/28-2016/12/302提高部分视化与分析、波段与波谱运算、辐射定标与大气校正、面向对象图像分类、立体像对 DEM提取3中期考核针对已学习内容抽题考核2017/01/03基于遥感的自然生态环境监测基于遥感的草原与沙漠化监测2017/01/03-2017/01/054综合部分基于MODIS数据气溶胶遥感监测 基于环境小卫星的湖泊水质遥感监测 林冠状态遥感动态监测5整理实习相关内容和提交成果2017/01/06基于遥感的自然

4、生态环境监测目录基于遥感的 自 然生态环境监测 , , 1目录1摘要231数据获取42.1 自定义坐标系42.2 正射纠正 42预处理42.1 图像配准 42.2 图像融合 43生态因子生成43.1 大气校正 43.2 植被坡度计算43.3 土壤指数计算 .53.4 坡度计算 .53.5 自然生态因子归一化.54生态环境评价55总结6摘要：自然生态环境是指存在于人类社会周围的对人类的生存和发展产生直接或 间接影响的各种天然形成的物质和能量的总体,是自然界中的生物群体和一定空 间环境共同组成的具有一定结构和功能的综合体，且未受人类干扰或人扶持，在 一定空间和时间范围内依靠生物及其环境本身的自我调

5、节来维持相对稳定的生 态系统。典型的自然生态系统有森林、草原、荒漠以及海洋生态系统，还有介于 水陆之间的湿地生态系统。中国的地理地质环境复杂多样,不适合人类居住的国土比重偏高，自然生态 条件相对恶劣。占52%勺国土面积是干旱、半干旱地区，90%勺可利用天然草原 存在不同程度的退化，沙化、盐碱化等中度以上明显退化的草原面积约占半数。极度脆弱的自然坯境给中国生态环境建设与保护带来巨大的挑战。 与此同时，中 国是世界上自然灾害最严重的国家之一， 灾害种类多、分布地域广、发生频率高， 对人民生命财产安全和经济社会发展构成重大威胁。在社会发展过程中，过于追求经济效益及技术创新，对环境保护重视度不够。特别

6、是前些年在经济发展过程中往往以牺牲环境资源作为代价，这也导致生态环境受到较大的破坏，其所产生的负面影响也开始不断显现出来。 近年来国家对生态环境问题越来越重视，为了加强对环境进行保护，确保生态系统平衡发展，则需要做好生态环境监测工作，实现社会的健康、持续发展。随着人们环境保护意识的不断增强，环境监测工作越来越重要，其作为环境 保护工作中非常重要的一个环节， 通过对生态环境进行监测，能够有获得重要的 数据资料，以来引对环境质量及受污染程度进行判断， 从而为相关部门制定政策 及开展环境保护工作提供重要的依据。生态环境监测主要是利用各种生态学方法 和手段来监测生态系统的结构及功能， 通过对生态条件及

7、变化因素进行分析， 从 而有效的反映环境压力及环境变化的趋势。相较于城市环境卫质量监测及工业污 染监测，生态环境监测具有自身的独特性。 主要是对人类活动对人类所处的生态 环境的综合影响进行监测，以草原、湿地、湖泊、海洋、森林、农田、气候及动 植物等作为生态环境监测的对象。可以说生态环境监测是在环境监测的基础上发 展起来的，以环境监测的理论和实践作为其发展的重要基础。通过生态环境监测能够为更深层次的环境管理和决策部门服务，从而制定出生态环境规则及生态设 计方案，实现对生态环境的有效保护。关键字：自然生态环境生态环境监测背景：利用（湖北襄樊市部分区域）10米的spot和TM融合影像，提取相关生 态

8、因子，应用较成熟的自然生态环境评价模型完 成整个自然生态环境评价流程。 专题涉及很典型的数据预处理（正射校正、图像配准、图像融合、大气校正等）、 植被覆盖度计算、地形因子提取、 土壤指数计算等内容。除了使用ENVI主模块 功能外，还需要用到大 气校正扩展模块中的快速大气校正工具（QUAC 主要的技术流程图如下：第一步：正射纠正全色影像定义北京54坐标系"1工程区粗T裁剪第二步：多光谱与全 色影像配准并融合， 得到较高分辨率的多 光谱影像TM影像工程区矢量植被盖度计算土壤指数计算自然生态因子归一化第四步：生态环境评价指数评价法确定评价方法自然生态环境评价图一、数据获取以SPOT10米全

9、色数据和TM30米多光谱数据为数据源。1.1 自定义坐标系：常用到的地图坐标系地理坐标系和投影坐标系。地理坐标系是以经纬度为单位的地球坐标系统，投影坐标系是利用一定的数学法则把地球表面上的经纬线 网表示到平面上，属于平面坐标系。因为该区域所用的标准数据是北京 54坐标 系，自定北京54坐标系。在ENVI中自定义坐标系分三步：定义椭球体、基 准面和定义坐标参数。1.2 正射纠正对高分辨率的全色影像进行正射纠正，全色影像是10米的SPOT PAN数据，以DRG作 为控制点的选择源，打开相关文件，启动正射纠正工具，选择 控制点，输出结果。二、数据预处理2.1 图像配准以SPOT PAN正射纠正结果作

10、为基准影像，对TM影像进行图像配准；打 开 LE71240382002245EDC01_subset.img 和 SPOTpan-orth.img 文件并显示。打 开几何校正模块， 选择显示SPOT文件为基准影像（Base ImagR ,显示TM文 件为待校正影像（Warp Image）,采集地面控制点，选择一定数量的控制点之后（至少3个），可以利用自动找点功能。总的 RMS值小于1个像素时，完成 控制点的选择。设置校正相关参数。输出校正结果。2.2 图像融合用工程区矢量数据（湖北襄樊市部分区域）分别裁剪SPOT和TM影像，对裁剪结果进行图像融合，得到工程区域10米的多光谱影像。将低分辨率的多

11、光谱影像与高分辨率的单波段影像重采样生成成一副高分 辨率多光谱影像遥感的图像处理技术，使得处理后的影像既有较高的空间分辨 率，又具有多光谱特征。图像融合除了要求融合图像精确配准外， 融合方法的选 择也非常重要，同样的融合方法在用在不同影像中，得到的结果往往会不一样。三、生态因子生成结合现有资料情况，并依据评价指标选取的原则，选取植被、土壤、地形三 个最基本的要素作为评价区域自然生态环境的生态因子。以“植被盖度”和“土壤指数”作为植被和 土壤的生态因子，“坡度”作为地形因子。植被盖度和土 壤指数采用前人研究成果，“坡度”是基于DEM计算获取。统一将这些生态因 子进行归一化处理。为了更加精确地从影

12、像中提取生态因子，增加图像大气校 正环节。3.1 大气校正这个过程使用ENVI中的快速大气校正工具完成，这个工具的大气校正结果一 般是基于物理模型精度的土 15%如果这个步骤需要用到 FLAASH工具以提高校 正精度，在几何校正之前就需 要对数据进行传感器定标。打开”.4-快速大气 校正' sub-TM-Spot- GS.img”和“襄樊部分地区矢量边界.shp ”， 利用矢量区 域生成掩膜文件进行大气校正，分别显示大气校正前和大气校正后的图像，对大气校正前后图像波谱曲线的对比分析。3.2 植被盖度生成根据实际情况，植被对生态环境质量的贡献程度，依据植被的覆盖度分为10 级，覆盖度越大

13、编码值越大。植被覆盖度是根据NDVI估算模型： FC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)其 中 NDVI 是归一化指标指数， NDVImax表示区域最大 NDVI值，NDVImin表示区域最小的 NDVI值。3.3 土壤指数生成土壤的组成与土壤侵蚀等现象息息相关， 这里采用的是裸土植被指数作为土壤 因子，同样 将裸土植被指数值划分为10级，如果质量越好编码值越大。土壤 指数利用模型裸土植被指数模型：GRABS= VI-0. 09178 BI+ 5. 58959。VI和BI分别为穗帽变换的绿度指数和土壤亮度指数。BI和VI指数可分别用来评价 裸土和植被 的行为，VI

14、指数与不同植被覆盖有较大的相关性，土壤亮度对植被指数有相当大的影响，裸土信息变化的主要部分是由它们的亮度造成的， 故由BI 和VI线性组合形成的裸土植被指数能很好地反映土壤的裸露情况。3.4 坡度生成利用DEM-10m.img数据文件进行坡度生成。3.5 生态因子归一化坡度对水土流失影响最大。一般情况下，侵蚀量和坡度成正相关，将工程 区划分10级坡度 类型，按坡度越低越有利于土地资源利用的原则，较低的坡 度区赋予较高分值。各指标的量化分值依其对生态环境质量的贡献程度，采用统 一顺序原则，即按照它们对生态环境正向影响的大小，从高到低分为若干级，对环境质量贡献越大，编码值 越大，反之则编码值越小。

15、各个参评因子数据经过 归一化化后是一组反映其属性特征的数值，其值介于11 0之间。四、生态环境评价自然生态环境评价的方法很多，但公认的、常用的方法只有几种，如指数法与 综合指数法、 特尔斐法、景观生态学法、评分迭加法等。结合实际情况，本专 题选择的是简单实用的指数法与综合指数法。选择的评价模型是指数法与综合指数法：E=W1 *Sv+W2 *Ss +W3 *St这里使用权重值为：W1=0.7, W2=0.2, W3=0.1,根据每个因子贡献量大致估算 的权重。用掩膜文件处理背景区域，得到的环境评价结果是一个单波段的灰度图 像，我们进一步分成4个环境级别，评级等级综合评价指数 说明优910自然生态

16、环境基本未受到破坏， 生态结构合理、稳定、 生态系统自 身功能和自我恢复能力很强。良69自然生态环境基本未受到破坏，生态结构比较合理、稳 定、生态系 统自身功能和自我恢复能力较强。中46自然生态环境基本受到破坏，生态结构基本合理、稳定、 生态系统自 身功能和自我恢复能力较弱。差14自然生态环境破坏严重，生态结构不合理，生态系统自 身功能和自我 恢复能力很弱。从统计结果看，评价指数在 4-9范围内占大多数（近 88%）,说明该地区大部分区 域的自然 生态处于良好和一般状态； 有大于22%综合评价处于优秀， 大部分集中在平原且 耕地作物长势 较好以及森林腹地；还有12%综合评价处于很差，其中水域部分占了大部分， 其余主要集中在 居民地、交通用地区域。五、总结通过自定义坐标系， 对高分辨率的全色影像进行正射纠正，全色影像是10米白SPOTPAN数据，以DRG作为控制点的选择源。以 SPOT PAN正射纠正结果作为基准影像， 对TM影像进行图像配准；用工程区矢量数据（湖北襄樊市部分区域）分别裁剪SPOT和TM影像，对裁剪