2013年遥感组一等奖数据处理

1、 1操作技能组-遥感数据处理组J20138354数据处理文档1参赛分组操作技能组遥感数据处理组报名J20138354题目类型题目一、土地变化评价参赛题目基于 MapGIS K9 数字地形分析与遥感处理系统的艾比湖流域土地变化评价参赛组员指导老师郑文档类型1 数据处理文档一、作品内容：（一）数字地形分析水文流域划分以确定研究区；（二）遥感数据处理以获取土地利用类型。第一部分主要在 MapGIS K9 基础数字地形分析系统中实现；第二部分主要在 MapGIS K9 遥感影像遥感处理系统中完成。二、技术流程：整个数据处理流程如图 2.1 所示，具体操作步骤见下文。三、操作步骤：确定研究区艾比湖流域的

2、边界原因：无论是偏向学术性的研究，或者是偏向工程性的项目，一个地学任务首先要确定符合现实依据、具有科学准则、边界划分明确的研究区，如：各种级别的行政区划、不同特征的自然生态环境区划、由地形起伏形成的不同流域等，这是对一个区域进行系统和深入研究的先决条件。当前国际上提供的开放免费的 DEM 产品主要有：（1）SRTM DEM（90m 分辨率，2003 年 ，地址为：）；（2）ASTER GDEM V1(30m 分辨率，2009 年，地址为： HYPERLINK http:/d/) http:/d/)；（3）ASTER GDEM V2（30m 分辨率， 2011 年， 地址为:）。虽然 ASTER

3、 GDEM V1 与 ASTER GDEM V2 两个版本的 DEM 空间分辨率高于 SRTM DEM，但是由于 ASTER GDEM 为热发射和反射辐射传感器获取，受大气、地形、阴影等各方面 影响，从 2009 年 V1 版本 、2011 年 10 月V2 版本 至今有广泛争议，仍需验证与改进；而 SRTM DEM 为 数据，2000 年获取，经过近 3 年的数据处理，2003 年开始公开发布，从至今不断为全球各个地区不同领域的地学工作者使用、验证、改进，目前的数据修订版本为 V4.1，数据质量较好；且划分流域 GIS 需要对 DEM 进行大量的迭代运算，使用 90m 的 SRTM DEM

4、可以很好地减少数据冗余，提高水文流域分析的效率。所以本次竞赛中使用的 DEM 数据为 SRTM DEM V4.1。 22镶嵌水文流域分析波段影像镶嵌影像裁剪分类解译数据类型转化人机交互格式转换统计制图图 2.1 数据处理流程图3.1.3 首先通过Earth 对目标研究区的地形先做一个大致的观察，将可能划分至艾比湖所在流域的分水岭经纬坐标的最大最小值都下来；登录，输入坐标参数，查询相应数据，DEM。见图 3.1.3。土地变化结果最终分类结果人机交互解译区矢量结果计算机分类区矢量结果计算机分类栅格结果研究区内遥感影像影像镶嵌结果流域区矢量多波段影像汇水区栅格单波段遥感影像积流栅格流向无洼地 DEM

5、DEM 镶嵌结果覆盖潜在目标区的多景 DEM 33图 3.1.3 DEM（红色矩形框内为目标数据）运行 MapGIS K9 资源中心，在 MapGIS 基础选项卡中选择数据分析与处理系统；单击打开影像，选择 DEM 单击打开按钮。如下图所示。在弹出的是否建立金字塔提示窗口中，单击确定按钮。如下图所示。单击编辑色表按钮，在样本色表选项中，选择由 RGB（255,255,255）到 RGB（0,0,0）的拉伸色标，先单击更新，再单击确定。如下图所示。 44将两景 DEM 都打开后，点击复位显示。如下图所示。在菜单栏中单击栅格编辑，在弹出的下拉列表中选择栅格拼接。如下图所示。在弹出的影像镶嵌窗口中，

6、单击添加影像，分别打开两景 DEM。如下图所示。 55在菜单栏中单击编辑选项，依次对镶嵌设置与色彩改正进行设置，色调均衡设置为否，接缝线设置为无，镶嵌方法设置为覆盖法。如下图所示。在菜单栏中单击镶嵌选项，选择输出设置。如下图所示。 66在输出设置框中，将输出 DEM 分辨率设置为与待镶嵌 DEM 相同，像元类型为 16 位无符号整型，设置输出路径，将输出文件命名为 DEM 镶嵌，保存格式为.msi，单击确定。如下图所示。在中，单击镶嵌按钮，执行 DEM 镶嵌。如下图所示。 77等待镶嵌进度执行完毕。如下图所示。镶嵌执行完毕后，在弹出的是否要预览结果影像提示窗口中，选择是。镶嵌结果显示在预览窗口

7、中。如下图所示。 883.1.16 检查镶嵌影像预览显示窗口中的结果是否正确。如果没有实现正确镶嵌，则需要重新更改合适的设置进行镶嵌；如果镶嵌成功，则可以使用镶嵌结果。如下图所示。 99因为此时 DEM 镶嵌数据的坐标系为地理坐标系而没有投影坐标系，所以需要对 DEM 镶嵌.msi 进行投影转换。影像预处理菜单下选择投影变换选项。如下图所示。在打开的投影变换框中，输入影像选择 DEM 镶嵌.msi 数据，输出影像设置路径，命名为 DEM镶嵌投影.msi，单击目标投影参数按钮。如下图所示。 1010为能使 DEM 与遥感影像完全叠合，投影使区域面积变形最小，选用区域内中心影像的投影 WGS_84

8、_UTM_zone_45N。在打开的投影参数框中，单击新建按钮。如下图所示。在打开的空间属性框中，单击坐标系选项卡，空间参照系类型选择投影平面直角坐标系，空间参照系名称艾比湖流域（同 WGS_84_UTM_zone_45N）。如下图所示。 11113.1.21 在投影坐标系选项卡中，坐标系名称选择：通用横向 投影坐标系，类型：通用横向 投影，投影带类型：6 带，投影带序号：44，投影偏移：500000，投影中心点经度（DMS）：810000，水平比例尺：1，长度 ：米。单击确定按钮。如下图所示。 1212设置完毕后，在投影变换框窗中，投影方式：近似投影，重采样方法：最近邻法，单击投影挨扭，如下

9、图所示：单击菜单栏中 Grid 分析选项，在下拉菜单中点击水文分析，选择水文流域分析。如下图所示。在弹出的水文流域分析窗口中，分别进行设置。输入参数：文件名：DEM 镶嵌.msi；波段：数据第 1 波段；最大下陷值：0；因为只需要划分流域边界，不需要提取河网，所以不对河网阈值的输入与输出进行设置，保持默认参数即可。设置必要的输出的运算过程与结果数据，输出设置：勾选生成无洼地，文件保存为无洼地 DEM.msi；勾选生成方向，文件保存为水流方向.msi；勾选生成积流，文件保存为汇流积累 1313量.msi；勾选生成汇水区，文件保存为汇水区.msi，即流域盆地。在此项任务中不作提取河网的工作，故不河

10、网、河网线的生成及 strahler、sherve 两种河流分级方式。设置完成后单击确定按钮。如下图所示。水文流域分析必须对 DEM 进行填洼处理，旧的洼地最值被填充，新的洼地又产生，要生成无洼地 DEM 必须经过非常多次的逐像元逐邻域迭代运算；由于避免错分、漏分流域盆地，镶嵌 DEM 覆盖实地面积较大，即便是配置较高性能较好的计算机，程序对这样的数据进行水文流域分析运算都需要较多时间。如下图所示。等待水文流域分析进程执行完成后，地图文档管理列表中将添加结果数据，得到无洼地 DEM、水流方向、汇流累积量、汇水区。覆盖该区的 DEM 数据被很好地划分为了不同的流域。如下图所示。 14143.1.

11、27 流域划分后可以分辨出艾比湖流域所在位置，上图红色圆圈所在流域范围。 需要得到其矢量区数据，需要进行数据格式转换。为了尽量避免一些最终不需要的数据范围参与转换运算，提高计算机运算效率， 可以对数据进行裁剪，只取较艾比湖流域外接矩形略大的数据子集。选择数据与处理菜单下的影像裁剪选项，在打开的影像的裁剪与取子集 框中，依次进行下列设置，输出红色矩形框范围内的数据。如下图所示。 1515裁剪完成后，得到如下结果。为提取矢量格式的流域范围数据，在遥感处理系统中，选择数据转换菜单下栅格转矢量选项。由于学习版支持的栅格数据转换行列最大范围有限，故需要对栅格数据进行重采样。操作步骤如下图所示。在弹出的影

12、像重采样中进行结果影像参数的设置，保持影响高宽比例不变。如下图所示。 1616重采样成功后流域数据并不会受到过大影响，边界也几乎与源数据重合，影像信息如下图所示。使用 Grid 分析菜单下的栅格转矢量工具，如下图所示。 1717在栅格转区要素类参数设置 框中，分别进行下列设置：分类影像：打开文件为汇水区.msi，转换波段为第 1 波段；小区合并：文件保存为小区合并.msi，像元数10，勾选保存；结果区简单要素类：平差半径为 1，文件名为流域划分。单击确定按钮。如下图所示。使用区编辑菜单下 动挑子区工具，在转化得到的区数据中选择艾比湖流域的区要素，如下图所示。 1818打开选择集视图，右键单击区

13、数据名，在弹出的右键菜单中选择导出数据集。在弹出的另存为框中，将艾比湖流域区数据保存至地理数据库。如下图所示。 19193.1.37 艾比湖流域区数据成功提取出来，实现了研究区的确定。如下图所示。3.2.1 当前国际上提供的开放免费的不同空间分辨率、光谱分辨率、时间分辨率的遥感影像产品有很多，参赛组对全球开放遥感影像数据进行了全面 与比较，最终决定使用连续观测时间长、数据时序完整、空间分辨率与光谱分辨率等数据质量适宜进行土地利用/覆盖研究及变化评估的 Landsat 系列 的 Landsat7 ETM+与 的 Landsat8 OLI 数据产品。提供 Landsat 系列 数据 的 也有很多，

14、本次参赛覆盖研究区的数据 自，源数据信息见下表： 2020源数据信息对照表3.2.2 由于 Landsat 系列 是将不同的波段分别 为单独的灰度值影像文件，在这样的影响上进行地物的目视判别是有 的，人眼对彩 调的识别能力要比黑白亮度的识别能力强，所以遥感影像多采用彩色空间来显示遥感影像，最常使用的是 RGB 波段组合。具体操作为：在遥感处理系统中，选择影像变换菜单栏下的波段 选项，如下图所示：Landsat 8 OLILandsat 7 ETM+波段波长范围（m）空间分辨率（m）波段波长范围（m）空间分辨率（m）band 1（蓝）0.433-0.45330band 2（蓝）0.450-0.5

15、1530band 1（蓝）0.450-0.51530band 3（绿）0.525-0.60030band 2（绿）0.525-0.60530band 4（红）0.630-0.68030band 3（红）0.630-0.69030band 5（近红外）0.845-0.88530band 4（近红外）0.775-0.90030band 6（热红外）1.560-1.66030band 5（热红外）1.550-1.75030band 7（热红外）2.100-2.30030band 7（热红外）2.090-2.35030band 8（全色）0.500-0.68015band 8（全色）0.520-0.9

16、0015band 9（热红外）1.360-1.39030band 10（远红外）10.600-11.200100band 11（远红外）11.500-12.500100 2121在弹出的波段框中进行设置：（1）输入影像：选择需要输入的影像各个波段文件；（2）波段选择：所有波段；（3）每选择输入影像或波段文件后，都需要单击添加按钮；（4）在影像列表中查看输入影像列表；（5）输出类型：8 位无符号整型；Landsat 7 ETM+影像选择 1（蓝）、2（绿）、3（红）、4（近红外）、5（热红外）、7（热红外）波段（空间分辨率 30m）； 22223.2.5 Landsat 8 OLI 影像选择 1

17、（蓝）、2（蓝）、3（绿）、4（红）、5（近红外）、6（热红外）、7（热红外）、 9（热红外）波段（空间分辨率 30m），单击打开按钮。 2323其中，需要注意的是：当单击输入影像浏览按钮后，在弹出的打开文件框中，需要按顺序依次或同时选择所需的多个单波段影像文件，单击打开后，务必要在波段框中单击添加按钮。打开波段后的影像，选择影像显示菜单下颜色选项。在弹出的显示设置框中，显示方式选为 RGB 显示，Landsat7 ETM+影像标准假彩色为 RGB_432，而在 Landsat8 OLI 影像中标准假彩色为 RGB_543，设置完成后单击应用按钮。 2424选择影响预处理菜单下的几何校正选项。

18、在弹出的选择校正模型框中选择多项式校正选项，单击确定按钮。由于大比例尺地形图为涉密数据，不易获取，故利用较高分辨率的全色波段对多波段影像进行几何校正，多波段影像为待校正数据，全色波段影像为参照数据，依次在左右影像显示视图中选择匹配校正点与参照点，特别要 的个数与分布，个数为，同时要均匀地分布在整个图面上，如下图所示。 2525添加完成必须的校正、参照点后，确保中误差在一个像元以内，最大误差不超过两个像元，则单击重采样按钮，进行设置。在弹出的影像重采样框中，设置相应的校正结果影像路径与文件名，影响范围参数采取程序读取的影像默认值，不做更改，重采样方式选择最邻近法，逐点校正，单击重采样按钮，执行影

19、像重采样。 2626当影像几何校正工具状态栏中显示正射校正完毕状态时，单击退出按钮。以上述方法对所有影像进行几何校正。3.2.13 几何校正完成后，开始对两期影像分别进行镶嵌。如下图所示。 2727将投影转换成功后的影像按分期分别添加至影像镶嵌工具窗体中，镶嵌设置采用色调均衡、无接缝线、均值镶嵌方法，如上图所示，确定输出镶嵌结果的路径与文件名后，执行影像镶嵌操作。两期数据务必采用相同方法。镶嵌完成后，为得到研究区内的遥感影像，需要对镶嵌结果影像分别进行裁剪提取。如下图所示。打开影像裁剪工具，在影像裁剪工具窗体中，输入影像为各期镶嵌结果，输出文件设置路径与文件名，设置 0 值为无效值，设定裁剪区

20、域中裁剪模式为：矢量区裁剪，单击简单要素区按钮，从艾比湖流域地理数据库中选择艾比湖流域区数据，检查显示视图中内容，正确则单击确定按钮，执行影像裁剪。裁剪结果如下图所示： 2828根据实地标记与Earth 比对，建立起影像与土地利用类型 AOI 对照表： 影像与土地利用类型 AOI 对照表采用 AOI 工具（该研究中采用圆形 AOI 区），为保证最终分类结果的精度，在创建 AOI 区时，务必土地利用/覆盖类型Landsat7 ETM+影像标准假彩色RGB_432 波段显示Landsat8 OLI 影像标准假彩色RGB_543 波段显示分类后RGB 设色1水域0,123,2152耕地255,0,2

21、553盐碱地223,223,2554草地135,255,05地255,175,1356戈壁223,143,1037冰川与积雪0,255,255 2929保证质量足够准确，数量足够丰富。如下图所示：3.2.19 参赛组实际操作并分析了不同分类方法对该研究区中当前物候状况下波段 数据的分类结果，比较而言，在本次研究中，同样的 操作同样的数据采用监督分类中的最大似然比方法分类，效率最高，结果最理想。如下列 所示：（1）最小距离法（2）平行六面体法（3）广义距离法（4）最大似然法3.2.20 由于“异物同谱”、“同物异谱”是光学遥感不可避免 ，所以即便是监督分类，但是完全依靠计算机解译遥感影像与实际地

22、表情况仍有出入，因此，参赛组采用人机交互的方案以求解决计算机初步分类结果中图元错分 ，以期获得尽可能接近实际情况的最终分类结果。 3030对最大似然法分类结果分类后处理，依次进行聚类统计、过滤分析、去除分析以及小区处理，分别保存为 2001/2013 计算机分类结果.msi，将其转换为矢量数据简单要素类区数据。右键单击该数据，选择查看属性表，在打开的属性表中勾选图形属性联动，在 ID 字段名上右键单击，选择逆序排列，选择 CLASS_NAME 为未分类的数据项，地图视窗中高亮闪烁显示选中数据项，为遥感影像中 NoData 像元派生出的数据，按 Delete 键将其依次删除。如上图所示。此外，例

23、如，由于盐碱地和冰川与积雪都因为有较高的反射率，所以这两种不同的地物经计算机解译往往会出现错判错分， 可以看到图中高亮显示的 1，与 2 相同，计算机解译结果为冰川与积雪，但是实际上则是盐碱地，其他各类地物中也会出现类似的错分误分，可以通过以下方法进行人机交互纠正。 3131使用选择区工具，选择需要进行属性修改编辑的图元，单击对象属性编辑按钮，对需要修改的 ID 或 Class 数据项进行修改，修改完毕点击关闭按钮即执行编辑保存。大量图元需要编辑修改至同一类，则可长按 Ctrl 键，连续选择图元，单击对象属性编辑按钮时，会提示是否修改，根据实际需要选择。 3232如选是，则在弹出的选择修改的字段框中勾选相应字段机修改按