环境遥感实习报告

1、西安科技大学测绘学院环境遥感实验报告专业及班级 遥感1402 姓 名 严露 学 号 1410060205 日 期 2016年10月24日 目录1、实验目的22、实验内容22.1 操作环境22.2 数据预处理22.3 常用的水体提取方法33、实验过程33.1 辐射定标33.2 FLAASH大气校正53.3 工程区裁剪63.4 水体指数法83.4.1 具体操作步骤83.4.2 结果分析123.5谱间关系法123.5.1 具体操作步骤123.5.2 结果分析144、实验结果151、实验目的1、熟悉ENVI软件的具体安装和操作；2、理解并能掌握水体信息的提取方法、步骤及其结果评价方法；3、掌握遥感专题

2、图的制图输出；4、通过实习，加深对所学遥感专业知识的理解与掌握，使理论知识融会贯通，提高实践动手能力和综合解决实际问题的能力。2、实验内容2.1 操作环境软件：ENVI 5.1影像：太湖的landsat8影像 2.2 数据预处理1、辐射定标辐射定标是将传感器记录的无量纲的DN值转换成具有实际物理意义的大气顶层辐射亮度或反射率。辐射定标的原理是建立数字量化值与对应视场中辐射亮度值之间的定量关系，以消除传感器本身产生的误差。2、大气校正遥感所利用的各种辐射能均要与地球大气层发生相互作用-或 散射、或吸收，而使能量衰减，并使光谱分布发生变化。大气的衰减作用对不同波长的光是有选择性的，因而大气对不同波

3、段的图像的影像是不同的。另外，太阳-目标-传感器之间的几何关系不同，则所穿越的大气路径长度不同，使图像中不同地区地物的像元灰度值所受大气影响程度不同，且同一地物的像元灰度值在不同获取时间所受大气影响程度也不同。消除这些大气影响的处理，称为大气校正。3、工程区裁剪图像裁剪的目的是将研究之外的区域去除。本次实习学会使用规则裁剪和不规则分幅裁剪，利用手动绘制裁剪范围。2.3 常用的水体提取方法1、非监督分类法也称聚类分析，是一种“盲目”的分类；仅凭遥感影像地物的光谱特征的分布规律，即自然聚类的特性，进行分类；2、监督分类法根据已知训练区提供的水体样本，通过选择特征参数，求出特征参数作为决策规则，建立

4、判别函数以对各待分类影像进行的图像分类；3、单波段阈值法 单波段阈值法主要利用对水陆界线反映较好的TM影像的第5波段（中红外波段）, 根据影像的灰度特征经过数据采样确定其阈值。进行水体的提取。提取模型如式1所示, 其中TM5表示第五波段的灰度值, T为水体提取的灰度阈值: TM 5 < T (1)4、谱间关系法谱间关系法是周成虎等人提出, 通过分析水体与其他地物的在TM影像各波段上灰度曲线图, 发现水体具有独特的谱间关系特征, 即波段2灰度值加波段3灰度值大于波段4灰度值加波段5灰度值。提取模型如式2所示:TM2+TM3 > TM4+TM5 (2)5、归一化水体指数法水体指数法的基

5、本原理是通过波段之间的比值运算增强某些地物之间的反差。考虑水体的波谱特征是在TM2具有较强的透射性,TM5处于水的吸收带内, 反映含水量敏感, 因此采用TM2波段与TM5波段数值之差和这两个波段数值之和的比值作为规一化水体指数(NDWI) , 当满足NDWI>C时所提取的地物为水体。归一化水体指数计算式如式3所示:NDWI = (TM2- TM5) / (TM2+TM5) (3)3、实验过程3.1 辐射定标辐射定标和大气纠正都属于图像的预处理，辐射定标的目的是把图像上的DN值转为辐亮度或者是反射率，大气纠正的目的是消除或减少大气对图像的干扰。（1）选择File>Open>选择

6、打开LC81190382016065LGN00_MTL.txt文件。（2）在Toolbox中，选择Radiometric Correction > Radiometric Calibration，对文件对话框中选择多光谱数据。打开Radiometric Calibration面板。图1 选择多光谱数据(3) 在Radiometric Calibration面板中，设置以下参数：定标类型（Calibration Type）：辐射率数据Radiance单击Apply FLAASH Settings按钮，自动设置FLAASH大气校正工具需要的数据类型，包括储存顺序（Interleave）：BI

7、L；数据类型（Data Type）：Float；辐射率数据单位调整系数（Scale Factor）：0.1。图2 Radiometric Calibration面板(4) 设置输出路径和单位名，单击OK执行辐射定标。图3 辐射定标结果图3.2 FLAASH大气校正  在Toolbox中打开FLAASH工具：/Radiometric Correction/Atmospheric Correction Module/FLAASH Atmospheric Correction。启动FLAASH Atmospheric Correction Module Input Pa

8、rameters面板(1) Input Radiance Image：选择辐射定标结果数据，在打开的Radiance Scale Factors面板中，设置Single scale factor：10。注：辐射率数据的单位已经是：（W）/（cm2*nm*sr）图4 Radiance Scale Factors面板(2) Output Reflectance File：设置输出路径和文件名；(3) Output Directory for FLAASH Files：设置其他文件输出目录；(4) 传感器基本参数设置：中心点经纬度Scene Center Location：如果图像有地理坐标则自动获

9、取；设置影像区域的平均地面高程Ground Elevation：0.05km选择传感器类型Sensor Type：Landsat 8，其对应的传感器高度以及影像数据的分辨率自动读取；影像成像时间（格林威治时间）：2016年5月7号03:51:05。图5 FLAASH基本参数设置(5）大气校正过程及结果图6 大气校正结果（6）大气校正完成后，检查大气校正的结果。通过 Spectral Profile 工具查看校正前后同一位置的光谱曲线（如下图）。图7 大气校正前后植被光谱曲线对比3.3 工程区裁剪（1）在选择FileCreate New Layer，在打开的Create New Vector L

10、ayer设置新建的矢量层的名字、保存路径和文件名，选择Polygon，创建多边形要素；图8 Create New Vector Layer面板(2)对输出的文件进行手动编辑，手动选中湖;(3)此时出现File Selection对话框，选中“SubsetVector”，点击OK即可；（4）在 Toolbox 中，选择/Regions of Interest/Subset Data from ROIs，在弹出的对话框中选择文件“FLAASH大气校正”，单击 OK 按钮。（5）在 Spatial Subset via ROI Parameters 面板中选择 SubsetVector.shp，设置

11、 Maskpixels outside of ROI 为 Yes。图9 Spatial Subset via ROI Parameters 面板图10 太湖裁剪成果3.4 水体指数法3.4.1 具体操作步骤（1） 在 ENVI 中打开太湖区规则裁剪结果文件。（2） 在 Toolbox 中，选择/Band Ratio/Band Math，在 Enter an expression 下方文本框中输入表达式：float(b2-b4)/(b2+b4)，单击 Add to List，然后单击 OK 按钮。图11 Band Math面板（3） 在弹出的 Variables to Bands Pairing

12、s 面板中，分别选择第 3、4 波段对应 b3、b4 变量，设置输出路径和文件名，单击 OK，计算得到比值图像。图12 NDWI比值图像（3）选择水体样本：确定水体的NDWI范围，右击水体提取（水体指数法），选择Region of Interest 弹出对话框 ROI Tool 选择样本 确定范围图13 选取样本界面图14 选取样本(4)对选取的样本进行统计，统计出最大值为0.738928，最小值为0.688372图15 统计样本数据（5）在 Toolbox 中，选择/Band Ratio/Band Math，在 Enter an expression 下方文本框中输入表达式：b1 gt 0.

13、688372 and b1 lt 0.738928，单击 Add to List，然后单击 OK 按钮。 (6) 在弹出的 Variables to Bands Pairings 面板中，选择band math:float(b2-b4)/(b2+b4) 变量，设置输出路径和文件名，单击 OK，计算得到水体指数法阈值分割图。 (7) 在toolbox中选择statistics->computer statistics选择“水体指数法最新分割”,点击ok。弹出statistics view面板，band1即为水域像元数图16 statistics view面板(6)计算水域面积由图16可知，

14、水域的像元数：2278592，landsat8的空间分辨率为：30m所以水域面积为：2278592*30*30*10-6=2051平方公里3.4.2 结果分析改进的归一化差异水体指数(NDWI)法提取漏提了部分水体，主要也是因为水体被污染（如山洪爆发使水体混入了泥沙）后和非水体在影像上表现为差别不大，由于确定的范围问题，部分水体中间部分有“椒盐噪音”现象，可以通过分类后图像处理解决（如腐蚀、膨胀）。3.5谱间关系法3.5.1 具体操作步骤（1） 在 ENVI 中打开太湖区规则裁剪结果文件。（2） 在 Toolbox 中，选择/Band Ratio/Band Math，在 Enter an ex

15、pression 下方文本框中输入表达式：float（b2+b3）-（b4+b5），单击 Add to List，然后单击 OK 按钮。图17 Band math（3） 在弹出的 Variables to Bands Pairings 面板中，分别选择第2、 3、4 、5波段对应b1、b2 b3、b4 变量，设置输出路径和文件名，单击 OK，计算得到比值图像。图18 谱间关系法比值图像（4）移动鼠标查看水体周围阈值T，选择一个合适的阈值来区分水体和其他地物，选取的阈值为-512。（5）在 Toolbox 中，选择/Band Ratio/Band Math，在 Enter an expressi

16、on 下方文本框中输入表达式：b1 gt -512，单击 Add to List，然后单击 OK 按钮。（6）在弹出的 Variables to Bands Pairings 面板中，选择band math: float（b2+b3）-（b4+b5）变量，设置输出路径和文件名，单击 OK，计算得到水体指数法阈值分割图。（7）在toolbox中选择statistics->computer statistics选择“memory4”,点击ok。弹出statistics view面板，band1即为水域像元数图19 statistics view面板(6)计算水域面积由图19可知，水域的像元数

17、：2640727，landsat8的空间分辨率为：30m所以水域面积为：2640727*30*30*10-6=2377平方公里3.5.2 结果分析多波段谱间关系法易操作、稳定性好。采用此方法经试验，用ENVI 对水体提取结果影像和原影像进行叠加判读，谱间关系法提取了几乎所有的水体区域，但是，此方法存在把阴影误提为水体的问题。4、实验结果通过本次的实习，首先我们在做这个实习的过程中掌握了比较多的课外知识，作为我自己，我对水体提取的5种方法（监督分类法、非监督分类法、但波段阈值法、谱间关系法和归一化水体指数法）理解的更加透彻。监督分类和非监督分类在大二期间已经学习过了。这次实习老师虽然说用两种方法做一下水体提取，我利用课余时间做了其他几种方法的水体提取。本次实习利用归一化水体指数法提取的湖泊面积为2051平方公里，用谱间关系法提取的湖泊面积为2377平方公里，而太湖的实际面积有2425平方公里。在利用单波段阈值法提取湖泊面积时，由于阈值法关键的是阈值的确定，而阈值的确定至今都是一个难点，最佳阈值是经过反复试验得到。利用ENVI 遥感图像处理软件对水体提取结果影像和假彩色合成影像利用link功能察看提取效果。得出单波段阈值法除了提取出水体外，还提取出来几乎全部的阴影。同时，提取出的水体宽度