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遙感圖像處理實(shí)習(xí)報(bào)告
1 引言
1.1 實(shí)習(xí)準(zhǔn)備
1.1.1動(dòng)員大會(huì)
2012年6月6日9點(diǎn)30分在**********，測(cè)繪工程學(xué)院**老師召開(kāi)了測(cè)繪091班遙感實(shí)習(xí)動(dòng)員大會(huì)。會(huì)上 老師介紹了實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容、要求以及進(jìn)程安排。此外，會(huì)上還進(jìn)行了人員分組。
1.1.2分組情況
本次遙感實(shí)習(xí)是分組進(jìn)行的。
1.1.3數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
本次遙感實(shí)習(xí)所用到的數(shù)據(jù)有遙感數(shù)據(jù)：LS5_TM_20151003_000000_000000_120036_GEOTIFF _L4、原始數(shù)據(jù)；非遙感數(shù)據(jù)有連云港矢量邊界數(shù)據(jù)；參考資料，其中有ENVI軟件操作的教學(xué)指導(dǎo)視頻，遙感制圖指導(dǎo)等；另外還有光譜儀相關(guān)資料，其中有FieldSpec HandHeld 波譜儀的相關(guān)介紹，其軟件安裝步驟和其實(shí)驗(yàn)操作步驟。
1.1.4個(gè)人準(zhǔn)備
在大三第一學(xué)期中系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了遙感數(shù)據(jù)處理這門課程，在大三的第二個(gè)學(xué)期中又選修了遙感圖像處理。通過(guò)學(xué)習(xí)對(duì)遙感數(shù)據(jù)處理有了一定的理論知識(shí)的累積，對(duì)于ENVI和ERDAS兩款軟件也有一定的了解。在本次遙感實(shí)習(xí)中，運(yùn)用的軟件是ENVI4.0來(lái)進(jìn)行遙感圖像的處理。在實(shí)習(xí)開(kāi)始前，復(fù)習(xí)ENVI軟件，熟悉相關(guān)操作等，并在實(shí)習(xí)動(dòng)員時(shí)認(rèn)真領(lǐng)會(huì)，做好相關(guān)記錄。
1.2 實(shí)習(xí)名稱
本次實(shí)習(xí)的名稱為基于遙感的植被信息提取與分析。
1.3 實(shí)習(xí)時(shí)間
本次實(shí)習(xí)時(shí)間為2012年6月6日——2012年6月10日。
1.4 實(shí)習(xí)地點(diǎn)
本次實(shí)習(xí)地點(diǎn)為測(cè)繪樓地理信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室305室。
1.5 實(shí)習(xí)目的和任務(wù)
1.5.1實(shí)習(xí)目的
本次實(shí)習(xí)的目的如下：
1.熟練操作遙感圖像處理軟件ENVI
2.掌握遙感圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)
3.學(xué)會(huì)使用所學(xué)知識(shí)，掌握技術(shù)應(yīng)用流程
4.掌握遙感圖像的處理與信息提取5.得到結(jié)果的成圖與分析
1.5.2實(shí)習(xí)任務(wù)
本次實(shí)習(xí)的任務(wù)如下：
1.地物光譜反射率的野外或室內(nèi)測(cè)定
2.遙感圖像的幾何精校正
3.遙感圖像的大氣校正
4.基于遙感影像的植被信息提取
5.基于ArcGIS的植被信息的空間分布范圍制圖，并統(tǒng)計(jì)面積
6.撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告、實(shí)習(xí)日記并提交實(shí)習(xí)成果
2 實(shí)習(xí)內(nèi)容
2.1 地物反射光譜的測(cè)定
2.1.1 地物反射光譜測(cè)定原理
本次實(shí)習(xí)使用的光譜測(cè)定儀器是FieldSpec HandHeld 便攜式近紅外光譜儀，該儀器適用于350-1050nm波段。
該光譜儀配置構(gòu)成有：
1. 照明：a.太陽(yáng)：最佳照明，70%以上的工作b.室內(nèi)光源：少量工作
2. 樣品：a.被測(cè)物b.參考板（白板、灰板等）
3. 光譜儀
4. 控制計(jì)算機(jī)和軟件
該光譜儀的技術(shù)參數(shù)有：
1. 光譜范圍350-1050nm
2. 最快采集速度：17ms
3. 光譜分辨率：3.5nm@700nm
4. 采樣間隔：1.5nm
5. 波長(zhǎng)精度：+/-1nm
6. 波長(zhǎng)重復(fù)性：+/-0.02nm
7. 重復(fù)性: 優(yōu)于0.3%
8. 雜散光: 優(yōu)于0.02%
9. 靈敏度調(diào)整：全自動(dòng)
10. 重量：1.2公斤 （含電池）
地物光譜反射率的測(cè)定原理主要是利用電磁輻射和各地物光譜特征進(jìn)行測(cè)定。
所有的地面非成像光譜儀的基本工作原理基本是一致的。主要是由光譜儀通過(guò)光導(dǎo)線探頭攝取目標(biāo)光線，經(jīng)由A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入計(jì)算機(jī)。整個(gè)測(cè)量過(guò)程由計(jì)算機(jī)通過(guò)操作員控制。便攜式計(jì)算機(jī)控制光譜儀并實(shí)時(shí)將光譜測(cè)量結(jié)果顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上，有的光譜儀帶有一些簡(jiǎn)單的光譜處理軟件，如光譜曲線平滑處理、微分處理等。測(cè)得的光譜數(shù)據(jù)可儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)內(nèi)。為了測(cè)定目標(biāo)光譜，需要測(cè)定三類光譜輻射值：第一類稱暗光譜，即沒(méi)有光線進(jìn)入光譜儀時(shí)由儀器記錄的光譜；第二類為參考光譜或稱標(biāo)準(zhǔn)板白光，實(shí)際上是從較完美漫輻射體----標(biāo)準(zhǔn)板上測(cè)得的光譜；第三類為樣本光譜或目標(biāo)光譜，是從感興趣的目標(biāo)物上測(cè)得的光譜，這也是我們最終需要的光譜。為了避免光飽和或光量不足，依照測(cè)量時(shí)的光照條件和環(huán)境溫度需要調(diào)整光譜儀的測(cè)定時(shí)間。最后，感興趣目標(biāo)的反射光譜是在相同的光照條件下通過(guò)參考光輻射值除目標(biāo)光輻射值得到。因此目標(biāo)反射光譜是個(gè)相對(duì)于參考光譜輻射的比值（光譜反射率）。2.1.2 地物反射光譜的測(cè)定
手持便攜式地物光譜儀軟件安裝步驟：
1．把筆記本電腦的語(yǔ)言環(huán)境設(shè)置為英文（美國(guó)），因?yàn)椋琑S3軟件必須在英文的語(yǔ)言環(huán)境下安裝運(yùn)行，在控制面板/區(qū)域與語(yǔ)言里面設(shè)置，設(shè)置完以后電腦會(huì)提示重啟。
2．把RS232toUSB電纜線的USB插入電腦提示找到新硬件，安裝驅(qū)動(dòng)UT810。
3．安裝完驅(qū)動(dòng)以后右鍵單擊我的電腦/屬性/硬件/設(shè)備管理器查看RS232toUSB的com端口，（以com4為例）。一般情況下RS232toUSB電纜線與筆記本的USB口不要改動(dòng)，如果改動(dòng)的話需要重新安裝驅(qū)動(dòng)和查看RS232toUSB的com端口。
4．安裝RS3軟件（放在操作手冊(cè)里面的閃存里面），先裝DISK1,再裝DISK2,在安裝DISK2的時(shí)候注意有一個(gè)接口選項(xiàng)，默認(rèn)是EPP端口，把它改為com口，選擇剛才在設(shè)備管理器查看RS232toUSB的com端口（以com4為例）安裝完以后電腦會(huì)提示重啟。
5．安裝完RS3軟件以后，再安裝ViewSpec數(shù)據(jù)后處理軟件，在DISK2文件夾里面。安裝完以后找到ViewSpec安裝路徑C：/Program Files/ViewSpecPro找到快捷圖標(biāo)，發(fā)送到桌面快捷方式。
6．安裝完軟件以后關(guān)閉筆記本電腦。光譜儀和電腦的開(kāi)關(guān)順序：開(kāi)機(jī)先打開(kāi)光譜儀電源，再打開(kāi)筆記本電腦。關(guān)機(jī)先關(guān)閉筆記本再關(guān)閉計(jì)算機(jī)。
實(shí)習(xí)操作步驟：
1．光譜儀、計(jì)算機(jī)充電。
2．連接電池、網(wǎng)線、探頭電源、光纖，準(zhǔn)備好白板。
3．打開(kāi)光譜儀電源，然后打開(kāi)計(jì)算機(jī)電源，并啟動(dòng)RS3軟件。
4．在軟件上調(diào)整光譜平均、暗電流平均和白板采集平均次數(shù)。
5．在軟件中選擇或填寫需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的路徑、名稱和其他內(nèi)容。
6．開(kāi)始測(cè)量：
（1）打開(kāi)探頭電源，探頭放在白板上面，點(diǎn)擊OPT優(yōu)化；
（2）探頭仍然對(duì)準(zhǔn)白板，點(diǎn)擊WR采集參比光譜。此時(shí)，軟件自動(dòng)進(jìn)入反射率測(cè)量狀態(tài)。
（3）探頭移向被測(cè)目標(biāo)的測(cè)量位置，按空格鍵存儲(chǔ)采集到的目標(biāo)反射光譜。
7．先關(guān)閉計(jì)算機(jī)再關(guān)閉儀器。
8．分析實(shí)測(cè)結(jié)果：
（1）準(zhǔn)確繪出地物光譜反射率曲線；（2）根據(jù)地物光譜反射率曲線，比較地物光譜曲線特征；
（3）分析實(shí)習(xí)過(guò)程中可能引起誤差的因素。
2.2 遙感數(shù)據(jù)的獲取和預(yù)處理
2.2.1 遙感數(shù)據(jù)的獲取
利用FieldSpec HandHeld 便攜式近紅外光譜儀采集樹葉的光譜反射率，再將得到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X上，利用手持便攜式地物光譜儀軟件，處理數(shù)據(jù)，得出植物光譜反射率的曲線，并且得到在曲線上的反射峰和吸收谷的數(shù)據(jù)。結(jié)果如圖
1.
圖1 植被光譜反射率曲線
2.2.2 遙感數(shù)據(jù)的幾何精校正
1.打開(kāi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：原始數(shù)據(jù)中的header.dat和L5-TM-120-036-20151003-L4.TIF，
2.打開(kāi)選點(diǎn)對(duì)話框，路徑如下map->registration->select GCPs:image to image。
3.在兩個(gè)圖像中選擇header為基準(zhǔn)圖像，L5-TM-120-036-20151003-L4為待校正圖像。在兩幅圖中選擇非常明顯的黑點(diǎn)或者白點(diǎn)的相對(duì)應(yīng)點(diǎn)。在選點(diǎn)前把zoom窗口放大到12x，這樣保證所選的的點(diǎn)在一個(gè)像元內(nèi)。在GCP選點(diǎn)窗口中點(diǎn)擊add point添加點(diǎn)，先自己添加4個(gè)點(diǎn)，然后利用predict進(jìn)行精確點(diǎn)。在點(diǎn)擊predict后，還要在zoom中進(jìn)行精確選擇，保證選點(diǎn)正確。4.在陸地上選擇大概30個(gè)點(diǎn)左右后，查看image to image GCP list，將其中RMS值大于1或者偏大的值刪除，并重新選擇，將GCP選點(diǎn)窗口中的RMS error值小于0.5，然后再利用predict在海域中，選擇10個(gè)左右的控制點(diǎn)
2.2.3 遙感數(shù)據(jù)的大氣校正
1.對(duì)經(jīng)過(guò)幾何精校正的圖像進(jìn)行輻射定標(biāo)。操作路徑為：Basic tools->preprocessing->calibration utilitis->landset TM。
在TM calibration parameters對(duì)話框中進(jìn)行必要的修改：landset satellite選擇5號(hào)，采集數(shù)據(jù)時(shí)間為2015年4月29日，太陽(yáng)高度角為61°，數(shù)據(jù)含有7個(gè)波段，選擇radiance，最后選取自己的保存路徑，.2.3 基于遙感的植被信息提取
2.3.1 算法介紹
在基于遙感的植被信息提取部分，老師給我們提供了三種算法，我是屬于第4小組的，于是我們第4小組的提取植被信息算法為：NDVI=(TM4-TM3)/(TM4+TM3)。
2.3.2 基于遙感的植被信息提取
1.由于數(shù)據(jù)的單位有差異，因此在進(jìn)行算法之前，首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)的單位換算。利用band math編輯公式，就可以將數(shù)據(jù)換算。用到的公式為float(b1)/10000.0，在添加波段時(shí)，由于我們第4小組只需要用到波段3和波段4，所以，只添加了波段3和波段4，這樣的話，計(jì)算會(huì)相對(duì)快速些，也減少了運(yùn)算的數(shù)據(jù)量。
2.在換算過(guò)單位之后，就要進(jìn)行植被信息的提取了。在這里，老師給我們提供了數(shù)據(jù)，0.3以上的歸為植被，0.3以下的歸為非植被。操作路徑為圖像顯示窗口菜單overlay->density slice，將最小值到0.3的定義為非植被，顏色選擇為白色，將0.3到最大值的定義為植被，顏色選擇為綠色，點(diǎn)擊apply即可。
提取植被信息
3.在提取完植被信息之后，得到分類圖像，將文件先存為矢量數(shù)據(jù)，然后再存儲(chǔ)為shp格式的文件，這樣在接下來(lái)的專題地圖制作中，可以使用shp格式文件。
轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成SHP格式文件
2.4 基于ArcGIS的植被信息處理
2.4.1植被信息的面積統(tǒng)計(jì)與分析
1.打開(kāi)arcmap軟件，點(diǎn)擊“+”添加植被信息提取的SHP格式文件，打開(kāi)data frame properties，在general標(biāo)簽中將map和display的單位都改為meters，
2.選中植被提取信息文件，右擊選擇查看其數(shù)據(jù)信息，在最后一欄area中可以看到其面積，將其全部求和，就可以得到植被的總面積，
2.4.2 植被信息的專題圖制作
1.在arctoolbox中選擇data management tools->projection and transform->define projection，為植被信息添加一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)。在彈出的對(duì)話框中選擇輸入文件為植被提取信息，坐標(biāo)系統(tǒng)為原始數(shù)據(jù)中的transverse mecator，點(diǎn)擊OK即可。
2.添加圖框。選擇legend wizard，一直點(diǎn)擊下一步，最后完成即可。
3.添加標(biāo)題。在insert中選擇title，在適當(dāng)?shù)奈恢锰砑訕?biāo)題，標(biāo)題內(nèi)容為基于遙感的研究區(qū)植被信息空間分布。
4.添加比例尺。在insert中選擇scale，選擇適合的格式，添加到相應(yīng)位置。
5.添加圖例。在insert中選擇legend，將其改為中文，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模砑拥较鄳?yīng)位置。
6.添加指北針。在insert中選擇指北針，選擇適合的格式，添加到相應(yīng)位置。
7.調(diào)整專題地圖中的地圖元素，使得專題地圖顯得美觀大方，如圖23，最后將專題地圖輸出為JPG格式的圖像文件。
3 實(shí)習(xí)體會(huì)
此次實(shí)習(xí)為期5天，令人期待的實(shí)習(xí)從2012年6月6日開(kāi)始，6月10日結(jié)束，雖然相對(duì)于之前做過(guò)的數(shù)字測(cè)土實(shí)習(xí)、大地測(cè)量實(shí)習(xí)，時(shí)間較短，但是收獲是頗豐的。全班在老師的全程指導(dǎo)下順利完成了此次實(shí)習(xí)任務(wù)。這里要感謝老師的悉心指導(dǎo)，耐心幫助。
記得是實(shí)習(xí)正式開(kāi)始的地一個(gè)早上，班級(jí)的同學(xué)如數(shù)早早的到了實(shí)驗(yàn)是門口，當(dāng)時(shí)還沒(méi)到實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放時(shí)間，這也充分的體現(xiàn)了班級(jí)同學(xué)對(duì)此次實(shí)習(xí)的重視態(tài)度及積極性。在實(shí)習(xí)過(guò)程中，老師先是對(duì)原理及當(dāng)天的實(shí)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行講解，之后通過(guò)電腦給我們講解操作的過(guò)程。到了關(guān)鍵步驟，老師會(huì)著重強(qiáng)調(diào)，并將重點(diǎn)板書在實(shí)驗(yàn)室的黑板上。由于機(jī)房的計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度較慢，所以到了第二天，大家都各自帶上筆記本，在實(shí)驗(yàn)室用自己的電腦做起實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在回想起來(lái)當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室的氣氛非常好。中午的時(shí)候很多同學(xué)都沒(méi)有回寢室，而是繼續(xù)留在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，處理數(shù)據(jù)。實(shí)習(xí)過(guò)程中每個(gè)人都會(huì)遇到這樣或那樣的問(wèn)題，有可能各不相同，也有出現(xiàn)相同或類似的問(wèn)題，當(dāng)遇到相似的問(wèn)題時(shí)，同學(xué)之間會(huì)相互討論，討論不出結(jié)果的，向老師請(qǐng)教。
通過(guò)此次實(shí)習(xí)，我認(rèn)識(shí)到了遙感獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，可以轉(zhuǎn)化為一些有用的數(shù)據(jù)載有Arcgis軟件來(lái)處理。最后當(dāng)我成功的用Arcgis制作出基于遙感研究區(qū)植被信息空間分布圖時(shí)，很有成就感。
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