中学地理教师操作使用遥感影像的一个具体案例20141023

1、中学地理教师操作使用遥感影像的一个具体案例中学地理教师操作使用遥感影像的一个具体案例 作者: 文合平 单位: 东莞市长安中学 时间: 2014年10月 三、三、 中学地理教师面对遥感产生的新问题：中学地理教师面对遥感产生的新问题： 1 相关的地理信息数据从哪里获得？（大数据在哪？）相关的地理信息数据从哪里获得？（大数据在哪？） 2 相关的地理信息数据格式是如何的？相关的地理信息数据格式是如何的？ 3 使用什么软件来操作相关地理信息数据？使用什么软件来操作相关地理信息数据？ 4 相关软件如何操作？相关软件如何操作？ 5 如何把相关数据应用到教学当中，提高教学效率和效果？如何把相关数据应用到教学当

2、中，提高教学效率和效果？ 四、具体案例：四、具体案例： 以下以遥感影像数据为例，具体介绍如何从零开始，制作本市以下以遥感影像数据为例，具体介绍如何从零开始，制作本市 的不同年代的真彩和假彩遥感影像合成。的不同年代的真彩和假彩遥感影像合成。 可能应用的教学方面：可能应用的教学方面： 1、3S教学的需要教学的需要 2、土地利用的教学、土地利用的教学 3、城市化进程教学、城市化进程教学 4、乡土地理教学、乡土地理教学 5、学生探究研究性学习、学生探究研究性学习 6、其他、其他(发挥无限想象力和创造力发挥无限想象力和创造力.) 4.1 原始的遥感影像数据的获取原始的遥感影像数据的获取 能够免费提供遥感

3、影像数据下载的网站极多，国内国外都有，能够免费提供遥感影像数据下载的网站极多，国内国外都有， 数据精度虽然比不上商业遥感影像数据精度虽然比不上商业遥感影像(更比不上军用更比不上军用)，但是已经完全，但是已经完全 能够满足我们日常地理教学的需要。能够满足我们日常地理教学的需要。 如：如： 1 地理空间数据云：地理空间数据云： 2 国际科学数据服务平台：国际科学数据服务平台：http:/ 3 地球系统科学数据共享平台：地球系统科学数据共享平台：http:/ 4 风云卫星遥感数据网下载：风云卫星遥感数据网下载：http:/ 5 GLCF：/ 6 美国联邦

4、地质调查局：美国联邦地质调查局：/ 7 LANDSAT：/ortho/index.php 8 马里兰大学：马里兰大学：:8080/esdi/index.jsp . 4.1.1 国内免费下载遥感数据网站：国内免费下载遥感数据网站： 地理空间数据云：地理空间数据云： http:/ 注意：注意： 1 要下载数据，需要先注册要下载数据，需要先注册 2 搜索得到的结果很多，注意进行二次筛选，选择遥感卫星、时间等，搜索得到的结果很多，注意进行二次筛选，选择遥感卫星、时间等

5、， 尤其注意选择云量，一般最好设置云量尤其注意选择云量，一般最好设置云量10% 3 下载一景遥感影像基本在几百兆以上，注意网络速度下载一景遥感影像基本在几百兆以上，注意网络速度 4.1.2 国外免费遥感数据下载：国外免费遥感数据下载： 美国联邦地质调查局：美国联邦地质调查局： 美国联邦地质勘探局（美国联邦地质勘探局（United States Geological Survey，简称，简称USGS），）， 又译美国联邦地质调查局，是美国内政部所属的科学研究机构。其官网又译美国联邦地质调查局，是美国内政部所属的科学研究机构。其官网 上提供最新、最全面的全

6、球卫星影像，包括上提供最新、最全面的全球卫星影像，包括Landsat、Modis等。等。 其他地理教学素材也十分丰富。其他地理教学素材也十分丰富。 在在glovis下载遥感数据请参阅：下载遥感数据请参阅： http:/ 或者自行百度。或者自行百度。 4.2 遥感数据格式遥感数据格式 用户从遥感卫星地面站获得的数据一般为通用二进制数据，外加一个用户从遥感卫星地面站获得的数据一般为通用二进制数据，外加一个 说明性头文件。其中，说明性头文件。其中，generic binary数据主要包含三种数据类型：数据主要包含三种数据类型： BSQ格式、格式、BIP格式，格式，BIL格式。但这些数据格式一般不直接

7、提供给格式。但这些数据格式一般不直接提供给 普通遥感用户普通遥感用户. 遥感数据格式本质上是一种栅格数据格式遥感数据格式本质上是一种栅格数据格式,直接提供给普通用户的遥感直接提供给普通用户的遥感 影像格式很多影像格式很多,不同的卫星不同的卫星,不同的遥感软件都可能使用不同的文件格式不同的遥感软件都可能使用不同的文件格式, 但是但是GeoTIFF是其中最通用的遥感影像格式是其中最通用的遥感影像格式,被每一种遥感软件支持被每一种遥感软件支持. GeoTiff文件格式简介：文件格式简介： 文献文献1: 陈端伟等陈端伟等:,华东师大学报自然科学版华东师大学报自然科学版, 2006年年3月月 TIFF

8、(Tag Image File Format) 图像文件是图形图像处理中常用的格式之图像文件是图形图像处理中常用的格式之 一一, 其图像格式很复杂其图像格式很复杂, 但由于它对图像信息的存放灵活多变但由于它对图像信息的存放灵活多变, 可以支持很可以支持很 多色彩系统多色彩系统, 而且独立于操作系统而且独立于操作系统, 因此得到了广泛应用。因此得到了广泛应用。GeoTIFF 作为作为 TIFF 的一种扩展的一种扩展, 在在TIFF 的基础上定义了一些的基础上定义了一些GeoTag (地理标签地理标签) , 来对来对 各种坐标系统、椭球基准、投影信息等进行定义和存储各种坐标系统、椭球基准、投影信息

9、等进行定义和存储, 使图像数据和地使图像数据和地 理数据存储在同一图像文件中。是当前遥感影像最常使用的文件格式之一理数据存储在同一图像文件中。是当前遥感影像最常使用的文件格式之一. 文献文献1对对GeoTIFF有详细的专业说明和解析有详细的专业说明和解析. LANDSAT卫星简介：卫星简介： 美国美国NASA的陆地卫星的陆地卫星(Landsat)计划，从计划，从1972年年7月以来，月以来， 已发射已发射8颗颗 （第（第6颗发射失败）。目前颗发射失败）。目前Landsat14均相继失效，均相继失效，Landsat 5仍在超仍在超 期运行（从期运行（从1984年年3月月1日发射至今）。日发射至今

10、）。Landsat6发射失败发射失败, Landsat 7 于于1999年年4月发射成功但多故障。月发射成功但多故障。Landsat8 于于2013年年2月发射升空，目月发射升空，目 前工作状态良好。前工作状态良好。 Landsat遥感影像是最为广泛使用的免费遥感影像遥感影像是最为广泛使用的免费遥感影像, 主要波段的分辨率主要波段的分辨率 为为30米米,能够满足大部分的日常科研和教学的需要能够满足大部分的日常科研和教学的需要. 对于我们地理教师对于我们地理教师 而言而言,多使用多使用Landsat5(历史遥感影像历史遥感影像)和和Landsat8(较新的遥感影像较新的遥感影像)遥感影像遥感影像

11、. 大部分提供大部分提供Landsat遥感影像下载的网站都使用遥感影像下载的网站都使用GeoTIFF文件格式文件格式. 4.3 遥感应用软件遥感应用软件 商业遥感软件：商业遥感软件： PCI ENVI Erdas ArcGIS 开源遥感软件：开源遥感软件： Saga-GIS gvSIG Grass QGIS 有了数据之后有了数据之后,下一步就要考虑选择使用的遥感应用软件下一步就要考虑选择使用的遥感应用软件. 4.3.1 为什么选择为什么选择Saga-GIS Saga-GIS是一个开源的是一个开源的GIS软件软件, 尤其在处理栅格数据方面功能强大尤其在处理栅格数据方面功能强大. 为了说明为什么选

12、择为了说明为什么选择Saga-GIS,首先说明为什么选择开源软件：首先说明为什么选择开源软件： 1 不想破解那么麻烦不想破解那么麻烦 2 不想受到潜在的木马和病毒的威胁不想受到潜在的木马和病毒的威胁 3 开源软件多属于轻量级软件开源软件多属于轻量级软件,下载和安装比较容易下载和安装比较容易 4 功能不逊于商业软件功能不逊于商业软件 5 对于普通地理老师而言对于普通地理老师而言,Saga-GIS和其他商业遥感应用软件一样和其他商业遥感应用软件一样, 都是新软件，学习成本和学习曲线都差不多都是新软件，学习成本和学习曲线都差不多 6 我是开源软件的用户、爱好者和开发者我是开源软件的用户、爱好者和开发

13、者 Saga-GIS简介：简介： Saga-GIS是是System for Automated Geoscientific Analyses的简称的简称,使一款使一款 著名的开源著名的开源GIS系统系统,尤其在处理栅格数据方面功能强大尤其在处理栅格数据方面功能强大. 既可以运行在各种既可以运行在各种 开源的电脑操作系统开源的电脑操作系统,如各种如各种Linux和和BSD系统系统,也可以运行在也可以运行在Windows操作操作 系统上系统上. 早期由著名的哥廷根大学自然地理系开发早期由著名的哥廷根大学自然地理系开发,目前主要由汉堡大学自然地理系目前主要由汉堡大学自然地理系 支持开发支持开发. 当

14、前当前Saga-GIS的最新版本是的最新版本是2.1.2, 官方主页是官方主页是: 为什么选择为什么选择Saga-GIS: 1 功能强大功能强大,尤其在处理栅格数据方面尤其在处理栅格数据方面,如对高程数据如对高程数据,遥感影像数据等遥感影像数据等 的处理和分析能力强大的处理和分析能力强大 2 绿色环保绿色环保 体积小体积小,安装文件安装文件30+M(想想想想ArcGIS,800+M) 绿色安装绿色安装,没有繁多的没有繁多的dll文件和注册表的修改等文件和注册表的修改等 3 完全开源完全开源,免费使用免费使用,不用担心破解和侵权的麻烦不用担心破解和侵权的麻烦 4

15、 德国产品我喜欢德国产品我喜欢(虽然说开源是全世界的虽然说开源是全世界的) 不足之处不足之处:没有中文版本没有中文版本,资料和文档虽然丰富资料和文档虽然丰富,但都是外文但都是外文 :( 4.4 制作过程制作过程 我们这个案例时通过对两幅原始的遥感影像我们这个案例时通过对两幅原始的遥感影像(1994年和年和2013年年),进行裁减进行裁减 和影像合成等一系列工作和影像合成等一系列工作,得到不同时期本市得到不同时期本市(东莞市东莞市)的标准假彩色遥感的标准假彩色遥感 图像图像,从而直观地反应出本市近年来的植被变化从而直观地反应出本市近年来的植被变化. 4.4.1 数据准备：数据准备： i) 本市早

16、期本市早期1994年年LANDSAT5遥感影像一景遥感影像一景(500+M) ii) 本市近期本市近期2013年年LANDSAT8遥感影像一景遥感影像一景(900+M) iii) 本市矢量数据文件本市矢量数据文件 注注: i)和和ii)都从地理数据云网站下载都从地理数据云网站下载 iii) 来自于国家行政区划来自于国家行政区划shape文件，使用文件，使用QGIS抽取本市数据获得抽取本市数据获得 4.4.2 打开打开Saga-GIS并载入数据：并载入数据： 初始打开的初始打开的Saga-GIS主要由四部分组成，当然可以调整定制。主要由四部分组成，当然可以调整定制。 在管理窗口中，使用在管理窗口

17、中，使用Tools-Import/Export-GDAL/OGR-GDAL:Import Raster 分别打开下载并解压后的本地区分别打开下载并解压后的本地区1994年年LANDSAT5和和2013年年LANDSAT8的全波的全波 段遥感影像。段遥感影像。 在管理窗口中，使用Tools-Import/Export-GDAL/OGR-GDAL:Import Vector Data 载入东莞市矢量地图shape文件 4.4.3 裁剪出东莞市的遥感影像部分： *首先要确保遥感影像和 本市矢量地图使用相同的 坐标系和投影方式。 *通过查看属性窗口当中 的Description属性， *当前两者不一致

18、， *需要把矢量地图的投影 方式修改为 WGS84/UTMzone49N 使用Tools-Projection-Pro.4-Coordinate Transformation(shapes) 将本市矢量地图的坐标投影方式转换为UTM zone 49N 之后将新的矢量文件另存 使用Tools-Shapes-Grid-Clip Grid with Polygon进行裁剪； 完成后在属性窗口改名以便于后面的使用； 最后再将栅格文件另存以利于今后的重复使用 4.4.4 多波段合成并显示 使用工具Tools-Grid Visualisation-RGB Composite进行多波段合成， 在弹出的对话框中选择Grid系统， 并分别设置Red,Green和Blue为B4,B3和B2波段进行标准假彩色合成， 注意如果是Landsat8卫星，则相应的波段式543。 影像合成之后，取名另存以备用； 然后再属性窗口中分别设置合成影像的颜色类型为RGB， 就得到了本市1994年和2013年的LANDSAT卫星标准假彩色合成影像； 在这里红色代表植被， 明显植被减少 LANDSAT卫星其他波段组合：卫星其他波段组合： 1.TM321（RGB）：均是可见光波段，合成结果接近自然色彩