遥感图像处理实习报告.docx

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遥感图像处理实习报告

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实习报告书

题目：

基于遥感的植被信息提取与分析

学院：

测绘工程学院

专业：

班级：

姓名：

学号：

2012年6月6日

实习报告评阅书

学生姓名：

学号：

********班级：

***********

实践教学环节名称：

遥感图像处理实习

教学时间：

2012年6月6日-2012年6月10日综合成绩：

指导教师评语：

实习报告成绩：

实习日记成绩：

实习表现成绩：

指导教师（签字）：

2012年6月日

目录

1引言1

1.2实习名称1

1.3实习时间1

1.4实习地点1

1.5实习目的和任务1

2实习内容2

2.1地物反射光谱的测定2

2.1.1地物反射光谱测定原理2

2.1.2地物反射光谱的测定3

2.2遥感数据的获取和预处理4

2.2.1遥感数据的获取4

2.2.2遥感数据的几何精校正4

2.2.3遥感数据的大气校正5

2.3基于遥感的植被信息提取9

2.3.1算法介绍9

2.3.2基于遥感的植被信息提取9

2.4基于ArcGIS的植被信息处理10

2.4.1植被信息的面积统计与分析10

2.4.2植被信息的专题图制作11

3实习体会12

4实习日记12

1引言

1.1实习准备

1.1.1动员大会

2012年6月6日9点30分在**********，测绘工程学院**老师召开了测绘091班遥感实习动员大会。

会上老师介绍了实习的主要内容、要求以及进程安排。

此外，会上还进行了人员分组。

1.1.2分组情况

本次遥感实习是分组进行的。

1.1.3数据准备

本次遥感实习所用到的数据有遥感数据：

LS5_TM_20091003_000000_000000_120036_GEOTIFF

_L4、原始数据；非遥感数据有连云港矢量边界数据；参考资料，其中有ENVI软件操作的教学指导视频，遥感制图指导等；另外还有光谱仪相关资料，其中有FieldSpecHandHeld波谱仪的相关介绍，其软件安装步骤和其实验操作步骤。

1.1.4个人准备

在大三第一学期中系统地学习了遥感数据处理这门课程，在大三的第二个学期中又选修了遥感图像处理。

通过学习对遥感数据处理有了一定的理论知识的累积，对于ENVI和ERDAS两款软件也有一定的了解。

在本次遥感实习中，运用的软件是ENVI4.0来进行遥感图像的处理。

在实习开始前，复习ENVI软件，熟悉相关操作等，并在实习动员时认真领会，做好相关记录。

1.2实习名称

本次实习的名称为基于遥感的植被信息提取与分析。

1.3实习时间

本次实习时间为2012年6月6日——2012年6月10日。

1.4实习地点

本次实习地点为测绘楼地理信息系统实验室305室。

1.5实习目的和任务

1.5.1实习目的

本次实习的目的如下：

1.熟练操作遥感图像处理软件ENVI

2.掌握遥感图像处理中的关键技术

3.学会使用所学知识，掌握技术应用流程

4.掌握遥感图像的处理与信息提取

5.得到结果的成图与分析

1.5.2实习任务

本次实习的任务如下：

1.地物光谱反射率的野外或室内测定

2.遥感图像的几何精校正

3.遥感图像的大气校正

4.基于遥感影像的植被信息提取

5.基于ArcGIS的植被信息的空间分布范围制图，并统计面积

6.撰写实习报告、实习日记并提交实习成果

2实习内容

2.1地物反射光谱的测定

2.1.1地物反射光谱测定原理

本次实习使用的光谱测定仪器是FieldSpecHandHeld便携式近红外光谱仪，该仪器适用于350-1050nm波段。

该光谱仪配置构成有：

1.照明：

a.太阳：

最佳照明，70%以上的工作b.室内光源：

少量工作

2.样品：

a.被测物b.参考板（白板、灰板等）

3.光谱仪

4.控制计算机和软件

该光谱仪的技术参数有：

1.光谱范围350-1050nm

2.最快采集速度：

17ms

3.光谱分辨率：

3.5nm@700nm

4.采样间隔：

1.5nm

5.波长精度：

+/-1nm

6.波长重复性：

+/-0.02nm

7.重复性:

优于0.3%

8.杂散光:

优于0.02%

9.灵敏度调整：

全自动

10.重量：

1.2公斤（含电池）

  地物光谱反射率的测定原理主要是利用电磁辐射和各地物光谱特征进行测定。

所有的地面非成像光谱仪的基本工作原理基本是一致的。

主要是由光谱仪通过光导线探头摄取目标光线，经由A/D（模/数）转换成数字信号，进入计算机。

整个测量过程由计算机通过操作员控制。

便携式计算机控制光谱仪并实时将光谱测量结果显示于计算机屏幕上，有的光谱仪带有一些简单的光谱处理软件，如光谱曲线平滑处理、微分处理等。

测得的光谱数据可储存在计算机内。

为了测定目标光谱，需要测定三类光谱辐射值：

第一类称暗光谱，即没有光线进入光谱仪时由仪器记录的光谱；第二类为参考光谱或称标准板白光，实际上是从较完美漫辐射体----标准板上测得的光谱；第三类为样本光谱或目标光谱，是从感兴趣的目标物上测得的光谱，这也是我们最终需要的光谱。

为了避免光饱和或光量不足，依照测量时的光照条件和环境温度需要调整光谱仪的测定时间。

最后，感兴趣目标的反射光谱是在相同的光照条件下通过参考光辐射值除目标光辐射值得到。

因此目标反射光谱是个相对于参考光谱辐射的比值（光谱反射率）。

2.1.2地物反射光谱的测定

手持便携式地物光谱仪软件安装步骤：

1．把笔记本电脑的语言环境设置为英文（美国），因为，RS3软件必须在英文的语言环境下安装运行，在控制面板/区域与语言里面设置，设置完以后电脑会提示重启。

2．把RS232toUSB电缆线的USB插入电脑提示找到新硬件，安装驱动UT810。

3．安装完驱动以后右键单击我的电脑/属性/硬件/设备管理器查看RS232toUSB的com端口，（以com4为例）。

一般情况下RS232toUSB电缆线与笔记本的USB口不要改动，如果改动的话需要重新安装驱动和查看RS232toUSB的com端口。

4．安装RS3软件（放在操作手册里面的闪存里面），先装DISK1,再装DISK2,在安装DISK2的时候注意有一个接口选项，默认是EPP端口，把它改为com口，选择刚才在设备管理器查看RS232toUSB的com端口（以com4为例）安装完以后电脑会提示重启。

5．安装完RS3软件以后，再安装ViewSpec数据后处理软件，在DISK2文件夹里面。

安装完以后找到ViewSpec安装路径C：

/ProgramFiles/ViewSpecPro找到快捷图标，发送到桌面快捷方式。

6．安装完软件以后关闭笔记本电脑。

光谱仪和电脑的开关顺序：

开机先打开光谱仪电源，再打开笔记本电脑。

关机先关闭笔记本再关闭计算机。

实习操作步骤：

1．光谱仪、计算机充电。

2．连接电池、网线、探头电源、光纤，准备好白板。

3．打开光谱仪电源，然后打开计算机电源，并启动RS3软件。

4．在软件上调整光谱平均、暗电流平均和白板采集平均次数。

5．在软件中选择或填写需要存储数据的路径、名称和其他内容。

6．开始测量：

（1）打开探头电源，探头放在白板上面，点击OPT优化；

（2）探头仍然对准白板，点击WR采集参比光谱。

此时，软件自动进入反射率测量状态。

（3）探头移向被测目标的测量位置，按空格键存储采集到的目标反射光谱。

7．先关闭计算机再关闭仪器。

8．分析实测结果：

（1）准确绘出地物光谱反射率曲线；

（2）根据地物光谱反射率曲线，比较地物光谱曲线特征；

（3）分析实习过程中可能引起误差的因素。

2.2遥感数据的获取和预处理

2.2.1遥感数据的获取

利用FieldSpecHandHeld便携式近红外光谱仪采集树叶的光谱反射率，再将得到的数据传输到电脑上，利用手持便携式地物光谱仪软件，处理数据，得出植物光谱反射率的曲线，并且得到在曲线上的反射峰和吸收谷的数据。

结果如图1.

图1植被光谱反射率曲线

2.2.2遥感数据的几何精校正

1.打开实验数据：

原始数据中的header.dat和L5-TM-120-036-20091003-L4.TIF，打开路径如图2.

图2打开原始数据路径

2.打开选点对话框，路径如下map->registration->selectGCPs:

imagetoimage。

3.在两个图像中选择header为基准图像，L5-TM-120-036-20091003-L4为待校正图像。

在两幅图中选择非常明显的黑点或者白点的相对应点。

在选点前把zoom窗口放大到12x，这样保证所选的的点在一个像元内。

在GCP选点窗口中点击addpoint添加点，先自己添加4个点，然后利用predict进行精确点。

在点击predict后，还要在zoom中进行精确选择，保证选点正确。

4.在陆地上选择大概30个点左右后，查看imagetoimageGCPlist，将其中RMS值大于1或者偏大的值删除，并重新选择，将GCP选点窗口中的RMSerror值小于0.5，然后再利用predict在海域中，选择10个左右的控制点。

这次实验中，我的选点RMSerror值结果和imagetoimageGCPlist结果如图3和图4.

图3地面控制点选取图4地面控制点情况

选点的结果如图5和图6，其中图5是待校准图像，图6是基准图像。

图5待校正图像控制点选取情况图6基准图像控制点选取情况

2.2.3遥感数据的大气校正

1.对经过几何精校正的图像进行辐射定标。

操作路径为：

Basictools->preprocessing->calibrationutilitis->landsetTM。

在TMcalibrationparameters对话框中进行必要的修改：

landsetsatellite选择5号，采集数据时间为2010年4月29日，太阳高度角为61°，数据含有7个波段，选择radiance，最后选取自己的保存路径，具体情况如图7.

图7辐射定标

2.经过辐射定标之后，需要将定标成果中数据的头文件中的中心波长进行修改。

修改路径为：

file->editenviheader，在弹出的对话框中选择辐射定标成果，得到图8对话框，在该对话框中选择editattributes->FWHM，如图9，在FWHM中，将从1波段到7波段的对应的值分别改成0.035,0.04,0.03，0.07,0.1,1.05,0.135，最后点击OK即可。

图8ENVI头文件修改图9修改FWHM值

3.头文件修改之后，进行数据单位的转换。

利用basictools->bandmath计算得出，计算公式为b1/10，如图10，点击OK，弹出波段加载窗口，如图11，点击mapvariabletoinputfile，选择辐射定标结果，再选择保存路径，点击OK，就可以得到单位换算之后的图像。

图10在bandmath中添加计算公式图11实现波段单位转换

4.在改正过单位之后，需要把数据转换一下，操作路径：

basic->convertdata（BSQ,BIL,BIP）,得到格式转换对话框，如图12，选择BIL和输出路径，点击OK即可。

图12格式转换

5.选择FLAASH方法进行图像大气校正，操作路径：

spectral->FLAASH，即可得到大气校正对话框，如图13，其中参数要进行一下设置：

输入格式转换过后的文件，选择输出路径，选择TM5，纬度为34°36′43.69″，经度为119°36′15.40″，groundelevation为0.1km，时间为2010年4月29日2:

26:

20，季节为MLS，区域为urban，可见距离为35km。

图13FLAASH大气校正

6.在图13中大气校正的对话框中，选中multispectralsettings，弹出更多设置，如图14，选择kaufman-tanreaerosolretrieval标签，defaults中选择第一条标签，于是upperchannel就对应了第7波段，lowerchannel对应了第3波段，点击OK，回到大气校正窗口，点击apply即可。

图14大气校正更多设置

完成大气校正后，弹出大气校正结果，如图15.

图15大气校正结果

7.打开大气校正后的结果图，在图像窗口右击，选择quickstats，得到统计结果，如图16，

图中Max一栏中都小于10000，并且所有的数据都为正，所以此次大气校正较为成功。

图16大气校正quickstats结果

在图像显示窗口菜单中选择路径：

tools->profiles->zprofile，得到曲线图，图17。

图17大气校正后曲线图

2.3基于遥感的植被信息提取

2.3.1算法介绍

在基于遥感的植被信息提取部分，老师给我们提供了三种算法，我是属于第4小组的，于是我们第4小组的提取植被信息算法为：

NDVI=（TM4-TM3）/（TM4+TM3）。

2.3.2基于遥感的植被信息提取

1.由于数据的单位有差异，因此在进行算法之前，首先要进行数据的单位换算。

利用bandmath编辑公式，就可以将数据换算。

用到的公式为float（b1）/10000.0，在添加波段时，由于我们第4小组只需要用到波段3和波段4，所以，只添加了波段3和波段4，这样的话，计算会相对快速些，也减少了运算的数据量。

2.在换算过单位之后，就要进行植被信息的提取了。

在这里，老师给我们提供了数据，0.3以上的归为植被，0.3以下的归为非植被。

操作路径为图像显示窗口菜单overlay->densityslice，如图18，在图中，将最小值到0.3的定义为非植被，颜色选择为白色，将0.3到最大值的定义为植被，颜色选择为绿色，点击apply即可。

图18提取植被信息

3.在提取完植被信息之后，得到分类图像，将文件先存为矢量数据，然后再存储为shp格式的文件，这样在接下来的专题地图制作中，可以使用shp格式文件。

其过程如图19和图20。

图19转换成矢量数据图20转换成SHP格式文件

2.4基于ArcGIS的植被信息处理

2.4.1植被信息的面积统计与分析

1.打开arcmap软件，点击“+”添加植被信息提取的SHP格式文件，打开dataframeproperties，在general标签中将map和display的单位都改为meters，如图21.

图21改变单位

2.选中植被提取信息文件，右击选择查看其数据信息，在最后一栏area中可以看到其面积，将其全部求和，就可以得到植被的总面积，如图22.

图22植被总面积

2.4.2植被信息的专题图制作

1.在arctoolbox中选择datamanagementtools->projectionandtransform->defineprojection，为植被信息添加一个坐标系统。

在弹出的对话框中选择输入文件为植被提取信息，坐标系统为原始数据中的transversemecator，点击OK即可。

2.添加图框。

选择legendwizard，一直点击下一步，最后完成即可。

3.添加标题。

在insert中选择title，在适当的位置添加标题，标题内容为基于遥感的研究区植被信息空间分布。

4.添加比例尺。

在insert中选择scale，选择适合的格式，添加到相应位置。

5.添加图例。

在insert中选择legend，将其改为中文，并进行适当的修改，添加到相应位置。

6.添加指北针。

在insert中选择指北针，选择适合的格式，添加到相应位置。

7.调整专题地图中的地图元素，使得专题地图显得美观大方，如图23，最后将专题地图输出为JPG格式的图像文件。

图23专题地图制作

图24专题地图成果图

3实习体会

此次实习为期5天，令人期待的实习从2012年6月6日开始，6月10日结束，虽然相对于之前做过的数字测土实习、大地测量实习，时间较短，但是收获是颇丰的。

全班在老师的全程指导下顺利完成了此次实习任务。

这里要感谢老师的悉心指导，耐心帮助。

记得是实习正式开始的地一个早上，班级的同学如数早早的到了实验是门口，当时还没到实验室的开放时间，这也充分的体现了班级同学对此次实习的重视态度及积极性。

在实习过程中，老师先是对原理及当天的实习内容进行讲解，之后通过电脑给我们讲解操作的过程。

到了关键步骤，老师会着重强调，并将重点板书在实验室的黑板上。

由于机房的计算机运行速度较慢，所以到了第二天，大家都各自带上笔记本，在实验室用自己的电脑做起实验，现在回想起来当时实验室的气氛非常好。

中午的时候很多同学都没有回寝室，而是继续留在实验室内，处理数据。

实习过程中每个人都会遇到这样或那样的问题，有可能各不相同，也有出现相同或类似的问题，当遇到相似的问题时，同学之间会相互讨论，讨论不出结果的，向老师请教。

通过此次实习，我认识到了遥感获得的数据经过处理后，可以转化为一些有用的数据载有Arcgis软件来处理。

最后当我成功的用Arcgis制作出基于遥感研究区植被信息空间分布图时，很有成就感。