基于环境小卫星的草原荒漠化监测实验报告

基于环境小卫星的草原荒漠化监测
实验报告
姓名
班级
学号
指导教师
一实验背景 (1)
二实验目的 (1)
三实验准备 (1)
四实验流程 (1)
1 数据预处理 (1)
(1) 数据读取。

(1)
(2) 工程区裁剪 (2)
(3) 图像配准 (3)
(4) 大气校正 (4)
(5) 裁剪浑善达克区 (6)
2 植被覆盖度反演模型建立 (7)
(1) 计算归一化植被指数 (7)
(2) 计算植被覆盖度 (8)
3 植被变化监测 (9)
(1) 植被覆盖度提取 (9)
(2) 植被变化检测 (9)
4. 后期处理 (14)
(1) 植被变化区域图的背景值处理。

(14)
(2) 植被变化区域制图 (15)
五实验总结 (16)
一．实验背景
浑善达克地区位于内蒙古草原锡林郭勒高原中部，是亚洲草原荒漠化东部边缘地区的重要组成部分。

该地区退化土地多为沙地，植被稀少，特别是春季地表回暖解冻，地表裸露，多细沙土，近年来频频发生在京津地区的沙尘暴与该地区生态环境恶化相关。

据统计，京津地区沙尘暴70%的沙源来自于这个区域。

二．实验目的
利用环境小卫星CCD图像，对该区域植被覆盖度的定量反演，植被覆盖的变化检测，可以实现草原植被的高频率、大范围、高实时的变化监测。

三．实验准备
工具：ENVI5.0，环境小卫星的读取补丁。

数据：浑善达克地区环境小卫星CCD数据，带精确坐标的2006年该地区土地利用分类图，环境小卫星数据波谱响应函数。

实验开始前，将环境小卫星的读取补丁安装在ENVI安装路径下的：“ITT\IDL\IDL80\products\envi48\save_add”。

四．实验流程
1. 数据预处理
(1). 数据读取。

选择主菜单File>Open External File>HJ-1A/1B Tools ，在弹出的窗口中，选择CCD ，点击“Input Files ”，选择要加载的数据，点确定，点击Apply 。

(2).工
程区裁
剪
♊. 选
择主菜
单
Basic Tools>Region of Interest>ROI Tools,在弹出的窗口中选择File>Subset data via ROIs,在弹出的窗口中选择要裁剪的数据；
♋. 单击Spatial Subset 按钮，选择Image ，弹出Subset by image 对话框。

在该对话框中，按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部分图，单击OK ；
♌. 选择裁剪影像的保存路径及名称，单击OK ；
♍.选择主菜单File>Save File As>ENVI Standard ，将刚才裁剪好的影像保存为ENVI 标准的格式。

图1 加载数据 图2
影像
(3) 图像配准
♊. 加载已有坐标的地图“浑善达克2006年8月土地利用分类图”,使其作为基准图，右击该图，选择使其在新窗口显示；
♋. 选择主菜单Map>Registration>Select GCPs:Image to Image,
在弹出的窗口中，Base Image 选择土地利用分类图，Warp Image 选择影像地图，单击OK ，弹出Ground Control Points Selection
窗口；
♌. 添加控制点。

在zoom 窗口中，点击左下角的第三个按钮，打开击Add Point,将其添加至控制点列表，这样满幅均匀选取一些点，并查看其残差，若残差小于1个像素，点击File>save Coefficient to ASCII,保存控制点。

同样，这一步也可以用以下操作代替：点击File>restore GCPs from ASCII,导入控制点坐标；
图
3 影
像
裁
♍. 在Ground Control Pionts Selection 窗口中，选择Options>
Warp File(as image Map)，选择校正文件。

在校正参数面板中，设置如图6，选择输出路径与文件名，单击OK 。

(4). 大气校正 ♊.制作波谱曲线。

1)选择主菜单Window>Start New Plot Window,打开ENVI Plot Window 图4 添加控制点
图5 选择配准图与基
图6 设置校正参数
面板，在波普绘制窗口中，选择导入“681_HJ1ACCD2.txt”文本文件，单击OK；
2)在弹出的Input ASCII File中，自动将第一列作为X轴，后四列作为Y轴，波长选择Nanometers，单击OK；
3)在绘制窗口出现了四条不同颜色的曲线，选择Edit>Data Parameters,编辑每条线的名字为b1,b2,b3,b4,便于区分；
图7 波普曲线及编辑波普曲线
4)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。

5)在Output Spectral Library 面板中，输出曲线相关参数设置如图10，选择保存曲线为波普库文件：HJ_1A_CCD2光谱响应.sli
图8 选择要输出的波谱图9 设置参数
♋.FLAASH大气校正
数据准备。

选择主菜单Basic Tools>Convert Data，选择已经过定标和配准的数据，在Convert File Parameters中，转换后的格式选择“BIL”，单击OK。

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 Radince Image，选择转换过格式的数据，在Radiance Scale Factor 窗口中选择 Use single scale facto for all bands，在single scale facto处填写10，点击OK；
3)设置输出文件及路径设置，气模型设置，文件名路径及参数设置如图10；
4)单
击
Multisp
ectral
Setting
按钮，在
Filter
Functio
n File 面板中导入之前做好的波普响应曲线，单击OK ；
5)单击高级设置，设置Tile Size 为100MB ，然后在大气校正模块中，单击Apply ；
6)大气校正完成后，对比校正前后图像中植被光谱曲线，得到校正前图像，校正后图像。

(5). 裁
剪浑善达
克区
在image 窗口选择OverlayVectors,在打开的面板中添加hunshandake.evf 图11 校正前 图
文件。

.在Available Vectors list 面板中选择矢量文件，将其叠加在影像上； ③.在Available Vectors list 面板中，选择File>Export Layers to ROI ，在Select Data File to Associate with new ROI 面板中,选择FLAASH 校正过后的影像，单击OK 。

在Export Layers to ROI 中，选择Convert all records of an EVF layer to one ROI,单击OK ，将矢量转化为一个ROI ；
④.在图像窗口中，选择Overlay>Region of Interest,打开ROI 面板，选择 File Subset Data via ROIs ,在该面板中选择FLAASH 校正过后的影像，单击OK 。

⑤.在Special Subset via ROI
Parameters 中选择浑善达克地
区的ROI ，Mask Pixels outside of
ROI 选择YES ，设置输出路径及文件名，
单击OK 。

2. 植被覆盖度反演模型建立
(1). 计算归一化植被指数
①. 选择主菜单Transform >NDVI ，打开NDVI 模块，选择上一步裁剪得到的结果图；
②.在弹出的参数设置窗体中进行如下图设置， 图13 叠加矢量边界
图14 裁剪结果图
(2). 计算植被覆盖度
①.利用ENVI 主菜单基本工具中的波段运算工具，输入公式：
(b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)*((b1-0.0)/(0.7-0.0))。

②.在弹出的新窗口中，选择b1为NDVI 图像，设置输出文件路径，点击OK 。

图
15
参
数设
图
16 Band Math
3.植被变化监测
(1). 植被覆盖度提取
①.2009年8月植被覆盖区提取。

利用ENVI主菜单中Basic Tool->Bandmath，输入公式：(b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1，设置b1为上一步的结果图，设置输出路径点击OK。

②.2006年8月植被覆盖区提取。

利用ENVI主菜单中Basic Tool->Bandmath，输入公式：
(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.img”，设置输出文件路径，单击OK。

(2).
植被变化检测
图
17
植
被
覆
盖
度
图18 2009年植被覆盖图19 2006年植被覆盖
利用ENVI 主菜单中Basic Tool->Bandmath ，输入公式：b1-b2 b1:选择2009_8_植被覆盖度区.img b2: 2006_8_植被覆盖度区.img
选择文件保存名“浑善达克植被覆盖变化2006-2009.img ”和路径，单击OK 。

得到浑善达克2006年到2009年植被覆盖变化的区域图像。

4. 后期处理
(1).植被变化区域图的背景值处理。

选择主菜单 Basic Tool>Masking>Apply mask,选择2006_2009_植被变化.img,单击Select Mask Band ，选择掩膜图像，单击OK 。

图20 2006
年至2009
年植被
在Apply Mask Parameters 面板，设置掩膜值为5，设置输出路径与文件名，单击OK 。

(2). 植被变化区域制图
①.对上一步得到的结果图像进行密度切分。

选择Image 菜单栏Overlay>Density Slice,在弹出的窗口中选择上一步进行掩模处理过的结果图像，点击OK ；
②. 在新弹出的窗口中按照下图进行设置，设置好后可点击Apply 查看结果；
图21
掩模
图22
设置掩模后的
③.在Densty Slice,选择File>Output to Class Image,将分割结果输出为ENVI 分类格式。

③.在ArcGIS 中打开该分类图，并为其添加标题、指北针和图例，合理布局，并将其导出为pdf 格式的文件。

图23
密度切
图24 分类结果
五．实验总结
本实验从原始的环境小卫星CCD-1B 图像开始，反演植被覆盖图、并与前一时相的土地利用图进行差值比较，提取植被发生变化的区域，并通过密度切分为其制作分类图。

实验涉及环境小卫星的数据读取、辐射定标、图像配准、大气校正、植被覆盖遥感反演过程、植被覆盖变化监测等内容。

图25 成图。