基于遥感的草原与沙漠化监测 PPT
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基于遥感的草原与沙漠化监测
1、专题背景
专题背景
• 浑善达克地区位于内蒙古 草原锡林郭勒高原中部。 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。
• 通过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。
城市、工矿、居民用地 未利用地 沙地
影像DN值 1 2 3 4 5 6 61
4.1 两图像植被覆盖区域提取
• 2009年8月植被覆盖区
– (b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1 – b1为植被覆盖度图像，0.3为经验值
• 2006年8月植被覆盖区
– (b1 ge 1 and b1 le 3)*1+(b1 lt 1)*0+(b1 gt 3)*0 – b1为浑善达克2006年8月土地利用分类图
专题概述
• 本专题将介绍利用环境小卫星CCD-1A图像反演植被覆盖 图的完整流程。
• 专题涉及内容：
➢ 环境小卫星的数据读取 ➢ 辐射定标、图像配准 、大气校正 ➢ 植被反演 、植被覆盖变化监测
• 使用模块和工具：
➢ ENVI主模块 ➢ FLAASH大气校正扩展模块 ➢ IDL开发的环境小卫星数据读取补丁 ➢ 波段运算模块
Βιβλιοθήκη Baidu
处理流程
数据预处理 植被覆盖度反演 植被覆盖变化监测
流程说明
根据环境小卫星CCD数据特点及草原植被变化监
测的要求，采用以下处理流程：
一、数据预处理：
1.CCD数据读取
2.辐射定标
3.大气校正
4.研究区裁剪
二、反演模型建立 1.归一化植被指数
2.植被覆盖度
三、植被变化监测 1.植被覆盖区提取
2.植被变化检测
4.2 变化区域计算
• 波段运算
– 工具箱/Band Ratio/Band Math工具
• 运算表达式： • b1-b2
– b1:2009年8月的植被覆盖区图像 – b2:2006年8月的植被覆盖区图像
5、成果后处理及应用
5.1植被变化区域图的背景值处理
• 变化图像： • 0——未发生变化的区域 • -1——植被荒漠化区域 • 1——植被增加区域 • 将背景值掩膜为非0、-1、1的值（如：5）
4、植被变化监测
植被覆盖度反演
2006土地利用分类图 2006植被覆盖区 波段运算
环境小卫星数据 2009植被覆盖数据 2009植被覆盖区
植被荒漠化监测
4.1 两图像植被覆盖区域提取
• 2009年植被覆盖度大于0.3的为植被覆盖区
• 2006年土地利用分类图DN值=1、2、3为植被覆盖区
土地利用分类类型 耕地 林地 草地 水域
• 打开ENVI 5工具箱/Band Ratio/Band Math工具
3.2 植被覆盖度计算
• 波段运算
– 打开ENVI 5工具箱/Band Ratio/Band Math工具
• 运算表达式： (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1
ge 0 and b1 le 0.7)*((b10.0)/(0.7-0.0))
– 波谱范围：400－2500nm
2.4 大气校正——FLAASH大气校正
• 基本参数设置
2.4 大气校正——FLAASH大气校正
• 多光谱参数设置
– 单击Multispectral Setting按钮，在Filter Function File 导入光 谱响应曲线“环境1A星CCD2光谱响应.sli”，单击OK；
HJ1A-CCD2原始数据
数据读取 辐射定标 几何校正 大气校正 浑善达克区裁剪 浑善达克HJ1A-CCD2数据
环境小卫星数据处理补 丁
基准影像 波谱响应函数 浑善达克矢量数据
2.1 数据读取和定标
• 安装环境小卫星数据读取和定标补丁
– ENVI_HJ1A1B_Tools.sav文件放在 X:\Program Files\Exelis\ENVI51\classic\save_add目 录下
• 获得地物真实的光谱信息是遥感反演的前提，大气校正 可消除大气影响，还原地物的真实信息，是定量遥感数 据预处理中必不可少的环节。
2.4 大气校正——FLAASH大气校正
• 数据准备 • FLAASH对图像文件有以下几个要求：
– 数据是经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单位是：（μW） /（cm2*nm*sr）。
• 数据读取和定标
– 主菜单->File->Open External File>HJ-1A/1B Tools
2.2 工程区裁剪
• 由于整景数据范围比较大，所以在做大气校正前，先将 浑善达克以及周边区域裁剪出来。
2.3 图像配准
• 做变化监测，两个时相的数据必须互相配准
2.4 大气校正——概述
四、后期处理与应用
数据获取说明
• 环境小卫星CCD-1B数据，在环保部卫星环境应用中心免 费下载获取，环境小卫星CCD数据下载地址：
• TM数据下载地址为： • 大气校正用到的环境小卫星数据波谱响应函数下载地址：
进入专题
• 数据：
– “10-专题：基于遥感的草原与沙漠化监测”
2、数据预处理
图像预处理流程
– 数据带有中心波长（wavelenth）值，如果是高光谱还必须有波 段宽度（FWHM）,这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入 （Edit Header）。
– 数据类型
• 支持四种数据类型：浮点型（floating）、长整型(long integer )、 整型（integer）和无符号整型 (unsigned int)。数据存储类型： ENVI标准栅格格式文件，且是BIP或者BIL。
3、植被覆盖度反演
植被覆盖度反演
• 归一化植被指数计算
应用被植被强吸收的红光波段（环境星第3 波段）和被植被强反射的近红外波段（环境 星第四波段）计算归一化植被指数。
归一化植被指数
• 植被覆盖度计算
FC = [(NDVI- NDVISoil)／(NDVIVeg NDVISoil)]
植被覆盖度
3.1 归一化植被指数计算
2.4 大气校正——FLAASH大气校正
• 高级参数设置
2.4 大气校正——结果检验
• 结果检验 • 大气校正前后典型地物（植被）光谱曲线对比
2.5 裁剪浑善达克地区
• 预处理的最后一步是用浑善达克区矢量数据对已经做过 辐射定标、大气校正的HJ-CCD数据进行不规则裁剪
• 矢量数据：
– “\4-研究区裁剪\浑善达克矢量数据”
1、专题背景
专题背景
• 浑善达克地区位于内蒙古 草原锡林郭勒高原中部。 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。
• 通过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。
城市、工矿、居民用地 未利用地 沙地
影像DN值 1 2 3 4 5 6 61
4.1 两图像植被覆盖区域提取
• 2009年8月植被覆盖区
– (b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1 – b1为植被覆盖度图像，0.3为经验值
• 2006年8月植被覆盖区
– (b1 ge 1 and b1 le 3)*1+(b1 lt 1)*0+(b1 gt 3)*0 – b1为浑善达克2006年8月土地利用分类图
专题概述
• 本专题将介绍利用环境小卫星CCD-1A图像反演植被覆盖 图的完整流程。
• 专题涉及内容：
➢ 环境小卫星的数据读取 ➢ 辐射定标、图像配准 、大气校正 ➢ 植被反演 、植被覆盖变化监测
• 使用模块和工具：
➢ ENVI主模块 ➢ FLAASH大气校正扩展模块 ➢ IDL开发的环境小卫星数据读取补丁 ➢ 波段运算模块
Βιβλιοθήκη Baidu
处理流程
数据预处理 植被覆盖度反演 植被覆盖变化监测
流程说明
根据环境小卫星CCD数据特点及草原植被变化监
测的要求，采用以下处理流程：
一、数据预处理：
1.CCD数据读取
2.辐射定标
3.大气校正
4.研究区裁剪
二、反演模型建立 1.归一化植被指数
2.植被覆盖度
三、植被变化监测 1.植被覆盖区提取
2.植被变化检测
4.2 变化区域计算
• 波段运算
– 工具箱/Band Ratio/Band Math工具
• 运算表达式： • b1-b2
– b1:2009年8月的植被覆盖区图像 – b2:2006年8月的植被覆盖区图像
5、成果后处理及应用
5.1植被变化区域图的背景值处理
• 变化图像： • 0——未发生变化的区域 • -1——植被荒漠化区域 • 1——植被增加区域 • 将背景值掩膜为非0、-1、1的值（如：5）
4、植被变化监测
植被覆盖度反演
2006土地利用分类图 2006植被覆盖区 波段运算
环境小卫星数据 2009植被覆盖数据 2009植被覆盖区
植被荒漠化监测
4.1 两图像植被覆盖区域提取
• 2009年植被覆盖度大于0.3的为植被覆盖区
• 2006年土地利用分类图DN值=1、2、3为植被覆盖区
土地利用分类类型 耕地 林地 草地 水域
• 打开ENVI 5工具箱/Band Ratio/Band Math工具
3.2 植被覆盖度计算
• 波段运算
– 打开ENVI 5工具箱/Band Ratio/Band Math工具
• 运算表达式： (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1
ge 0 and b1 le 0.7)*((b10.0)/(0.7-0.0))
– 波谱范围：400－2500nm
2.4 大气校正——FLAASH大气校正
• 基本参数设置
2.4 大气校正——FLAASH大气校正
• 多光谱参数设置
– 单击Multispectral Setting按钮，在Filter Function File 导入光 谱响应曲线“环境1A星CCD2光谱响应.sli”，单击OK；
HJ1A-CCD2原始数据
数据读取 辐射定标 几何校正 大气校正 浑善达克区裁剪 浑善达克HJ1A-CCD2数据
环境小卫星数据处理补 丁
基准影像 波谱响应函数 浑善达克矢量数据
2.1 数据读取和定标
• 安装环境小卫星数据读取和定标补丁
– ENVI_HJ1A1B_Tools.sav文件放在 X:\Program Files\Exelis\ENVI51\classic\save_add目 录下
• 获得地物真实的光谱信息是遥感反演的前提，大气校正 可消除大气影响，还原地物的真实信息，是定量遥感数 据预处理中必不可少的环节。
2.4 大气校正——FLAASH大气校正
• 数据准备 • FLAASH对图像文件有以下几个要求：
– 数据是经过定标后的辐射亮度（辐射率）数据，单位是：（μW） /（cm2*nm*sr）。
• 数据读取和定标
– 主菜单->File->Open External File>HJ-1A/1B Tools
2.2 工程区裁剪
• 由于整景数据范围比较大，所以在做大气校正前，先将 浑善达克以及周边区域裁剪出来。
2.3 图像配准
• 做变化监测，两个时相的数据必须互相配准
2.4 大气校正——概述
四、后期处理与应用
数据获取说明
• 环境小卫星CCD-1B数据，在环保部卫星环境应用中心免 费下载获取，环境小卫星CCD数据下载地址：
• TM数据下载地址为： • 大气校正用到的环境小卫星数据波谱响应函数下载地址：
进入专题
• 数据：
– “10-专题：基于遥感的草原与沙漠化监测”
2、数据预处理
图像预处理流程
– 数据带有中心波长（wavelenth）值，如果是高光谱还必须有波 段宽度（FWHM）,这两个参数都可以通过编辑头文件信息输入 （Edit Header）。
– 数据类型
• 支持四种数据类型：浮点型（floating）、长整型(long integer )、 整型（integer）和无符号整型 (unsigned int)。数据存储类型： ENVI标准栅格格式文件，且是BIP或者BIL。
3、植被覆盖度反演
植被覆盖度反演
• 归一化植被指数计算
应用被植被强吸收的红光波段（环境星第3 波段）和被植被强反射的近红外波段（环境 星第四波段）计算归一化植被指数。
归一化植被指数
• 植被覆盖度计算
FC = [(NDVI- NDVISoil)／(NDVIVeg NDVISoil)]
植被覆盖度
3.1 归一化植被指数计算
2.4 大气校正——FLAASH大气校正
• 高级参数设置
2.4 大气校正——结果检验
• 结果检验 • 大气校正前后典型地物（植被）光谱曲线对比
2.5 裁剪浑善达克地区
• 预处理的最后一步是用浑善达克区矢量数据对已经做过 辐射定标、大气校正的HJ-CCD数据进行不规则裁剪
• 矢量数据：
– “\4-研究区裁剪\浑善达克矢量数据”