遥感地学分析实验

1、东壮峥族大学遥感地学分析实验报告二中国长春2021年1月实验二基于植被指数(NDVI)反照率(Albedo)特征空间的土地荒漠化遥感分析【实验原理】土地荒漠化是指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱半干旱和亚湿润干地区的土地退化.及时准确地掌握土地荒漠化发生开展情况是有效预防和治理土地荒漠化的根本前提.使用遥感影像数据可以提取土地荒漠化信息,判断土地荒漠化的发生与开展程度.沙漠化研究说明,随着沙漠化程度的加重,地表植被遭受严重破坏,地表植被盖度降低和生物量减少,在遥感图像上表现为植被指数相应减少.由此看来,植被指数(NDVI)可作为反映沙漠化程度的生物物理参数.在沙漠化的研究实践中,

2、通过定位观测发现,随着沙漠化程度的加重地表状况发生了明显的改变,伴随着地表植被覆盖度的下降,地表水分相应地减少,地表粗糙度下降,地表反照率得到相应的增加.因此,沙漠化过程导致的地表下垫面状况的变化,使地表反照率(Albedo)发生明显的变化,其可作为反映沙漠化程度的重要地表物理参数.通过构造“植被指数(NDVI)反照率(Albedo)特征空间来进行荒漠化信息遥感提取.荒漠化过程及其地表特性的变化能在Albedo-NDVI特征空问中得到明显直观的反映.在Albedo-NDVI特征空间中,利用植被指数和地表反照率的组合信息,通过选择反映荒漠化程度的合理指数,可以将不同荒漠化土地有效地加以区分,实现

3、荒漠化时空分布与动态变化的定量监测与研究沙漠化遥感监测模型在Albedo-NDVI特征空间,不同沙漠化土地对应的植被指数(NDVI)和地表反照率(Albedo)具有非常强的线性负相关性.根据VerstraeteandPinty的研究结论,如果在代表荒漠化变化趋势的垂直方向上划分Albedo-NDVI特征空间,可以将不同的荒漠化土地有效地区分开来.而垂线方向在Albedo-NDVI特征空间的位置可以用特征空间中简单的二元线性多项式加以表达,即DDI=k*NDVIAlbedo其中：DDI可称为荒漠化分级指数,k由特征空间中拟合的曲线斜率确定DDI值可以反映区域土地沙漠化的过程,将其定义为沙漠化监测

4、的差值指数.02Q4Q608Q|00,60;七50Sj3030i100-Sif而Albwdo-NDVl空间中"漠化冷值指CUDDDIfl形表达DDI的意义反映了不同沙漠化土地在Albedo-NDVI空间的地表水热组合与变化的差异沙漠化遥感监测差值指数模型(DDI)充分利用了多维遥感信息,指标反映了沙漠化土地地表覆盖、水热组合及其变化,具有明确的生物物理意义.而且指标简单、易于获取,有利于沙漠化的定量分析与监测.【实验内容】(1)下载数据(2)数据预处理：数据定标处理、大气校正、几何配准、研究区域的裁剪.(3)信息提取：计算NDVI和Albedo,将结果进行归一化处理,保证数据的一致性

5、.(4)计算NDVI和Albedo的定量关系：利用excel工具找到NDVI和Albedo数据间的量化关系,得到表达式Albedo=a*NDVI+b中a的值.(5)荒漠化差值指数的计算：利用bandmath工具实现表达式：DDI=(-1/a)*NDVI-Albedo,得到荒漠化差值植被指数.(6)荒漠化分级信息的提取：根据荒漠化差值植被指数进行荒漠化分级信息提取.可通过设置分级阈值进行分级.(7)制图输出.【实验步骤】一、数据预处理第一步：数据读取和定标主菜单->File->OpenExternalFile->Landsat->GeoTIFFwithMetadata,翻

6、开ETM数据L71122030_03020000712_MTL.txt第二步：数据定标主菜单->BasicTools->Preprocesssing->CalibrationUtilities->LandsatCalibration,选择多波段文件,弹出ENVILandsatCalibration对话框,自动读取元数据中的信息并加载,定标类型选择Radiance,指定保存路径,点击OK.第三步：几何校正和裁剪进行几何校正,使其具有精确的地理信息,本实验中用到的是已经过校正TM数据作为基准影像.整景数据范围非常大,在进行几何配准之前,可将研究区域裁剪出来裁剪：BasicT

7、ools->ResizeData(Spatial/Spectral),弹出ResizeDataInputFile对话框,选中要裁剪的图像,然后点击SpatialSubset,然后点击Image后,会显示选中的图像,此时拖动红色边框,拖动至想要的大小后,点击OK.如图所5"八匕&判口.工4口口:OKCine-1返回到上图所示的界面后,点击OK,返回ResizeDataInputFile对话框,点OK,裁剪完成击OK.此时选择裁剪后的图像保存的路径,点击QResiceD口3ParsmtiersXfileUimenfion£：Saaples400x£ac1

8、000000Lines4coyfip1-DOO000E*七OutputDim巴ByPix«lSiz».OutputSize：3.日典,.口QtytesResampling!CubiffCftnvilutiin<OutfitResulttq®)File1MemoryEnterOutjmitF；Lcnam心Ckoose|35C:7sers龙施Iesktqp、连闻地学分析实就OEQuugCancel显示裁剪后的图像如图:第四步：大气校正(一)FLAASH对图像文件有以下几个要求：1)数据是经过定标后的辐射亮度(辐射率)数据,单位是：(叱W/(cm2*nm*sr).

9、2)数据带有中央波长(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(EditHeader).3)数据类型支持四种数据类型：浮点型(floating)、长整型(longinteger)、整型(integer)和无符号整型(unsignedint).数据存储类型：ENVI标准栅格格式文件,且是BIP或者BIL.4)波谱范围：0.4250001本次用的TM数据经过以上处理,如已经定标为W*mA(-2)*srA(-1)*umA(-1)单位、浮点型的辐射率数据,有中央波长信息,下面将BSQ格式成BIL格式选择主菜单BasicTools->C

10、onvertDataBSQ、BIL、BIP,选择已经经过配准的Cut.img,双击,然后出现ConvertFileParameters对话I匡,OutputInterleave选择BIL,选择ConvertInPlace:no,选择要输出的路径,单击OK.(二)设置参数进行FLAASH大气校正(1)主菜单Spectral->FLAASH翻开FLAASH大气校正模块；(2)点击InputRadianceImage,选择BIL格式的BIL.img,在RadianceScaleFactors面板中选择Usesinglescalefactorforallbands,由于定标的辐射量数据与FLAA

11、SH的辐射亮度的单位相差10倍,所以在此Singlescalefactor选择默认：10,单击OK;(3)设置输出文件及路径设置.(4)传感器根本信息设置：成像中央点经纬度、传感器高度、成像区域平均高度、成像时间等.ipeljrfatrcelKulti5etri.rfcg5LUffiTCPilRFtt17.3行R:一AJSHAtnorertiDiMedelInputPa-arete点击OK,运行完后显示如下列图:FLAASHAtmosphericCorrectianResults臼值FLAAEHRunDate:SunJanOfc19:44:IS2021InputFile:.：、1兰八龙露、口三

12、纨也?遥感地学分析实鸵%£工£OutputFile:匚：、Us巴r龙磁、De玉kt口口'遥漕t也孚分析或跪、FlAASHTemplateFile:C:,U吕er吕,无露、D*k3p、遥感地学分济实验,实验27Visibility=40.U000EiAverageWaterAmount-2.6456on查看校正后的图：在AvailableBandsList中右击FLAASH-LoadTrueColorto<new>.并与校正之前的图像相比,如图:(5)对校正前后的两幅影像进行Link以进行更好的波谱曲线比照,如图:#1Epectr&lPtoFmes

13、BIL-OQ包SpectralProFileiFUWSH一二X'I*EditOptionsMotjunrtionHfpFieEditOptionsPlol_functionHelp''lnFs700Q&00D-5000-4C0C-的007LSpectralProfile(校正前)(校正后)二、信息提取第一步:提取NDVI主菜单->Transform->NDVI,弹出NDVICalculationparameters对话框,自动标定波段,保存文件,输出,点击OK第二步：提取Albedo地表反照率反演：利用Liang建立的LandsatTM数据的反演模型

14、,估算研究区地表反照率.(1)主菜单->BasicTools->Bandmath->弹出BandMath对话框,键入表达式(0.356*b1+0.13*b3+0.373*b4+0.085*b5+0.072*b7-0.0018)/10000,点击AddtoList,点击OK.(2)在弹出的VariablestoBandPairings对话框中分别为B1、B3、B7指定相应的波段(经过大气校正后的数据).Vanable5toBandsPairingsEKt：(0356*hlt013*h30373*U-tO0S5*b5*(.072*1VarisblesineHjressiftn：B

15、l-FLAASMtRasLE&(TMCal-CETH+-Metaftand1):£?1122030B3-FUASH(R匕心(THCil(ETM+伍士尔tE-i3):L71122030E4-FLAA5M(TH匚虹(ET1H肌M(fiand4)：L71122030E5-FLAASHECtl?ET1什况4伯必45):口1近203口用一FLAA5H至白5而白(口(:虱(ETM十Meta(Band门工门1国口方Avail4blEaiLdsListA-OBILFLAASK(Resize(H!Cal(ETMi1Jleta(Baikd1)：FLWSK(Resize(D!Cal(ETM十fla

16、ta(Band2):OFI1QH(hesirsElCal(EHI+Meta(Band)：FUASK(Resire(niCal(EUI+Meta(Band4)：FLAASH(Resize(TillCal(ETM+MeLa(Emd号>Ihlh(ReEire(D!Cal(ETM+Meta(Band7)：=：HapIntoFIAAShMapVariabletoInputFileSpatialSubsetFullSceneOutputResultE0'iyFilt2KtrnoryEnt*rOutputFilen«ir>4CkoomeQComj>r«ssC.M

17、Js"始龙需Besktoi'暹愿他学分折实喻Wbedo、计算NDVI与albedo的定量关系NDVI与albedo之间存在着一种负相关的线性关系不同沙漠化土地类型对应的植被指数(NDVI)和地表反照率(Albedo)具有显著的线性负相关性,类似于：Albedo=65.324-0.453*NDVI这种形式,通用表达式Albedo=a*NDVI+b.随着荒漠化程度的增加,植被指数(NDVI)逐渐减少,而地表反照率那么逐渐增加.在Albedo-NDVI特征空间中,荒漠化过程得到了明显的反映.为了找到两者之间的定量关系,需要分别找出NDVI和albedo对应的两组数据,利用这两组数据

18、进行回归拟合出一个关系式.第一步：选择相应点(1)在NDVI或者Albedo的图像窗口中,右键->选才?ROITools,弹出ROITools对话框在ROIType中选择Point.然后点击Image,在image窗口中选点.(2)选好点后,将点导出.在ROITOOL中,选择File->OutputROIstoASCII.选择NDVI的图像,在OutputROIstoASCIIParameters面板中,选择ROI点,单击EditOutputASCIIForm,在输出内容设置面板中(如下列图),选择ID、经纬度(GeoLocation)、和波段像元值(BandValues).点击O

19、K.指定输出路径和名称,点击OK,将对应的NDVI点值输出.同样的方法前面选择的ROI点对应的Albedo的点值输出为Albedo.txt文件.OijtputROIstoA$CllParametersXSalec<EdstoOutputa.并11Rqd711point占Kumber£it.商s档otoJ：1SelectAll工七旬匕ClesrAll工t电*学EnterOutputFileaame.tictChooseOKCancelEditOutputASCIIForm.第二步：计算定量关系在EXCEL软件中进行线性拟合两者的定量关系.有了相同位置的NDVI值和Albedo值,

20、在Excel中选中ndvi值与albedo值,绘制散点图ROInprs：711ROInpts711IDLetLonBlICLatLonElNDVIAlbtda1J3EO542OUB6013440134514360542011B60131-1034C6033d503166243O55B1118589825O&3552436055B1118569975020360B355029363型奥冏11日50：即033763期60邙算02922oaaTE口四2?4g矶768US58714604514443f=0261711858714602025DilSU3282554360241311B田有期D5

21、O1S54,60213118.584538029E1050150295U11B39642G06507118.59642805507Q2J7出烟回iiBsapse039537436021531185837BBC9E90396302909Q=01640HB56221602887116562216036C50360595C811857t07E07t»fi943C15D3HSSTIBTS0271E07&36二厂工1C心用始291195664202317IC425S9939iifiee:Ei2C4S10231704511111自江21E313761142乩二苴CllfiGOj5lBOS

22、ltfi34芯3210612426M%*us0416212426CO25?U色543M7052670416212心5奠55E1165762SC0513213435典556ua57«2a60.2425DS132024261-g5奠如2HQ5450240272842制口皿1;自宅配乜0.22C?D272S口刈十15435gg392HR5437770356315425明蓊2汝5487770.33120366303312164359938795491盛OJ5321643559S371165491480.33770353203377174359fll5411B513621.您5542550154UBSL86210.305