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遙感圖像處理實習(xí)報告
1 引言
1.1 實習(xí)準備
1.1.1動員大會
2012年6月6日9點30分在**********，測繪工程學(xué)院**老師召開了測繪091班遙感實習(xí)動員大會。會上 老師介紹了實習(xí)的主要內(nèi)容、要求以及進程安排。此外，會上還進行了人員分組。
1.1.2分組情況
本次遙感實習(xí)是分組進行的。
1.1.3數(shù)據(jù)準備
本次遙感實習(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驗操作步驟。
1.1.4個人準備
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，在大三的第二個學(xué)期中又選修了遙感圖像處理。通過學(xué)習(xí)對遙感數(shù)據(jù)處理有了一定的理論知識的累積，對于ENVI和ERDAS兩款軟件也有一定的了解。在本次遙感實習(xí)中，運用的軟件是ENVI4.0來進行遙感圖像的處理。在實習(xí)開始前，復(fù)習(xí)ENVI軟件，熟悉相關(guān)操作等，并在實習(xí)動員時認真領(lǐng)會，做好相關(guān)記錄。
1.2 實習(xí)名稱
本次實習(xí)的名稱為基于遙感的植被信息提取與分析。
1.3 實習(xí)時間
本次實習(xí)時間為2012年6月6日——2012年6月10日。
1.4 實習(xí)地點
本次實習(xí)地點為測繪樓地理信息系統(tǒng)實驗室305室。
1.5 實習(xí)目的和任務(wù)
1.5.1實習(xí)目的
本次實習(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)會使用所學(xué)知識，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實習(xí)任務(wù)
本次實習(xí)的任務(wù)如下：
1.地物光譜反射率的野外或室內(nèi)測定
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)計面積
6.撰寫實習(xí)報告、實習(xí)日記并提交實習(xí)成果
2 實習(xí)內(nèi)容
2.1 地物反射光譜的測定
2.1.1 地物反射光譜測定原理
本次實習(xí)使用的光譜測定儀器是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：最佳照明，70%以上的工作b.室內(nèi)光源：少量工作
2. 樣品：a.被測物b.參考板（白板、灰板等）
3. 光譜儀
4. 控制計算機和軟件
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. 波長精度：+/-1nm
6. 波長重復(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
10. 重量：1.2公斤 （含電池）
地物光譜反射率的測定原理主要是利用電磁輻射和各地物光譜特征進行測定。
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光導(dǎo)線探頭攝取目標光線，經(jīng)由A/D（模/數(shù)）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，進入計算機。整個測量過程由計算機通過操作員控制。便攜式計算機控制光譜儀并實時將光譜測量結(jié)果顯示于計算機屏幕上，有的光譜儀帶有一些簡單的光譜處理軟件，如光譜曲線平滑處理、微分處理等。測得的光譜數(shù)據(jù)可儲存在計算機內(nèi)。為了測定目標光譜，需要測定三類光譜輻射值：第一類稱暗光譜，即沒有光線進入光譜儀時由儀器記錄的光譜；第二類為參考光譜或稱標準板白光，實際上是從較完美漫輻射體----標準板上測得的光譜；第三類為樣本光譜或目標光譜，是從感興趣的目標物上測得的光譜，這也是我們最終需要的光譜。為了避免光飽和或光量不足，依照測量時的光照條件和環(huán)境溫度需要調(diào)整光譜儀的測定時間。最后，感興趣目標的反射光譜是在相同的光照條件下通過參考光輻射值除目標光輻射值得到。因此目標反射光譜是個相對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．把筆記本電腦的語言環(huán)境設(shè)置為英文（美國），因為，RS3軟件必須在英文的語言環(huán)境下安裝運行，在控制面板/區(qū)域與語言里面設(shè)置，設(shè)置完以后電腦會提示重啟。
2．把RS232toUSB電纜線的USB插入電腦提示找到新硬件，安裝驅(qū)動UT810。
3．安裝完驅(qū)動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，如果改動的話需要重新安裝驅(qū)動和查看RS232toUSB的com端口。
4．安裝RS3軟件（放在操作手冊里面的閃存里面），先裝DISK1,再裝DISK2,在安裝DISK2的時候注意有一個接口選項，默認是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，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。光譜儀和電腦的開關(guān)順序：開機先打開光譜儀電源，再打開筆記本電腦。關(guān)機先關(guān)閉筆記本再關(guān)閉計算機。
實習(xí)操作步驟：
1．光譜儀、計算機充電。
2．連接電池、網(wǎng)線、探頭電源、光纖，準備好白板。
3．打開光譜儀電源，然后打開計算機電源，并啟動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數(shù)據(jù)的路徑、名稱和其他內(nèi)容。
6．開始測量：
（1）打開探頭電源，探頭放在白板上面，點擊OPT優(yōu)化；
（2）探頭仍然對準白板，點擊WR采集參比光譜。此時，軟件自動進入反射率測量狀態(tài)。
（3）探頭移向被測目標的測量位置，按空格鍵存儲采集到的目標反射光譜。
7．先關(guān)閉計算機再關(guān)閉儀器。
8．分析實測結(jié)果：
（1）準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）分析實習(xí)過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.打開實驗數(shù)據(jù)：原始數(shù)據(jù)中的header.dat和L5-TM-120-036-20151003-L4.TIF，
2.打開選點對話框，路徑如下map->registration->select GCPs:image to image。
3.在兩個圖像中選擇header為基準圖像，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或者白點的相對應(yīng)點。在選點前把zoom窗口放大到12x，這樣保證所選的的點在一個像元內(nèi)。在GCP選點窗口中點擊add point添加點，先自己添加4個點，然后利用predict進行精確點。在點擊predict后，還要在zoom中進行精確選擇，保證選點正確。4.在陸地上選擇大概30個點左右后，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個左右的控制點
2.2.3 遙感數(shù)據(jù)的大氣校正
1.對經(jīng)過幾何精校正的圖像進行輻射定標。操作路徑為：Basic tools->preprocessing->calibration utilitis->landset TM。
在TM calibration parameters對話框中進行必要的修改：landset satellite選擇5號，采集數(shù)據(jù)時間為2015年4月29日，太陽高度角為61°，數(shù)據(jù)含有7個波段，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，因此在進行算法之前，首先要進行數(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，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，計算會相對快速些，也減少了運算的數(shù)據(jù)量。
2.在換算過單位之后，就要進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)，然后再存儲為shp格式的文件，這樣在接下來的專題地圖制作中，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)計與分析
1.打開arcmap軟件，點擊“+”添加植被信息提取的SHP格式文件，打開data frame properties，在general標簽中將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坐標系統(tǒng)。在彈出的對話框中選擇輸入文件為植被提取信息，坐標系統(tǒng)為原始數(shù)據(jù)中的transverse mecator，點擊OK即可。
2.添加圖框。選擇legend wizard，一直點擊下一步，最后完成即可。
3.添加標題。在insert中選擇title，在適當?shù)奈恢锰砑訕祟}，標題內(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，并進行適當?shù)男薷�，添加到相�?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 實習(xí)體會
此次實習(xí)為期5天，令人期待的實習(xí)從2012年6月6日開始，6月10日結(jié)束，雖然相對于之前做過的數(shù)字測土實習(xí)、大地測量實習(xí)，時間較短，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。
記得是實習(xí)正式開始的地一個早上，班級的同學(xué)如數(shù)早早的到了實驗是門口，當時還沒到實驗室的開放時間，這也充分的體現(xiàn)了班級同學(xué)對此次實習(xí)的重視態(tài)度及積極性。在實習(xí)過程中，老師先是對原理及當天的實習(xí)內(nèi)容進行講解，之后通過電腦給我們講解操作的過程。到了關(guān)鍵步驟，老師會著重強調(diào)，并將重點板書在實驗室的黑板上。由于機房的計算機運行速度較慢，所以到了第二天，大家都各自帶上筆記本，在實驗室用自己的電腦做起實驗，現(xiàn)在回想起來當時實驗室的氣氛非常好。中午的時候很多同學(xué)都沒有回寢室，而是繼續(xù)留在實驗室內(nèi)，處理數(shù)據(jù)。實習(xí)過程中每個人都會遇到這樣或那樣的問題，有可能各不相同，也有出現(xiàn)相同或類似的問題，當遇到相似的問題時，同學(xué)之間會相互討論，討論不出結(jié)果的，向老師請教。
通過此次實習(xí)，我認識到了遙感獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，可以轉(zhuǎn)化為一些有用的數(shù)據(jù)載有Arcgis軟件來處理。最后當我成功的用Arcgis制作出基于遙感研究區(qū)植被信息空間分布圖時，很有成就感。
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