遥感地物光谱实习 报告

遥感地物光谱实习

报告

指导老师： 秦 军 姓 名： 李 丹 学 号： 20113310 班 级： 遥感一班

目 录

一、红外图像分析实习 ................................................................................................................... 1

1. 2.

数据采集过程 ............................................................................................................... 1 图像分析 ....................................................................................................................... 1

二、地物光谱实习 ........................................................................................................................... 4

1. 2. 3. 3. 4. 5.

实习目的与实习内容 ................................................................................................... 4 水体反射波谱测试与分析 ........................................................................................... 7 植被反射波谱测试与分析 ........................................................................................... 8 岩石反射波谱测试与分析 ......................................................................................... 11 土壤反射波谱测试与分析 ......................................................................................... 13 城乡非自然目标反射波谱测试与分析 ..................................................................... 14

三、地物热红外时序观测实验 ..................................................................................................... 16

1. 2. 3. 4. 5.

植被图像分析 ............................................................................................................. 16 水体及周边物体温度分析 ......................................................................................... 17 岩石温度分析 ............................................................................................................. 19 土壤温度分析 ............................................................................................................. 20 建筑物温度分析 ......................................................................................................... 21

四、超光谱数据认知实习 ............................................................................................................. 22

1. 2. 3. 4.

实习目的 ..................................................................................................................... 22 实习步骤 ..................................................................................................................... 22 实习成果 ..................................................................................................................... 25 图像的分析 ................................................................................................................. 27

五、实习收获与体会 ..................................................................................................................... 27

一、红外图像分析实习

1. 数据采集过程

（1） 到达外野数据采集区

（2） 对热红外成像仪进行定标校准

①将热红外成像仪镜头盖子盖在镜头上

②按热红外成像仪上的“set”按钮，在将导航按钮向下按，完成校准工作。

③将镜头对准所需成像的地物，调整焦距，然后按下“free”按钮，观察所设图像是否符合要求，若符合要求则按下“save”，否则重复步骤③.

2. 图像分析

（1） A. 图像采集地点:虹桥

B．图像采集时间：上午10点10分 C. 图像分析：

图1-1 虹桥热红外成像图像

分析：在虹桥的热红外图像中，可以看出，由水泥制成的拱形结构的温度最高，平均温度为27.1℃，虹桥周围的植物温度略低于水泥的温度，平均温度为22.6℃，虹桥上的金属材质扶手温度最低，平均温度为18.1℃。分析原因如下：图像采集时间为上午10点钟，地面各种物质都吸收了一定的太阳辐射的热量，但是由于水泥的比热容最小，

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因此温度最高，植物次之，而金属此时处于背光面，吸收热量较少。因此，三者的温度为递减形式。

（2） A. 图像采集地点:X形桥

B．图像采集时间：上午10点20分 C. 图像分析：

图1-2 X形桥前草地热红外图像

分析：在本图像中，主要由岩石和草地的热红外影像组成，由于太阳光的照射角度问题，岩石顶部的温度较高，平均温度约为26.3℃，岩石底部的温度较低，平均温度较低约为24.4℃，草地的温度最低约为23.5℃，同时在图像中可以看出，草地周围的水泥路面，以及花坛水泥边缘的温度都很高，与岩石温度相近。

（3） A. 图像采集地点:X形桥周围的水体和植物

B．图像采集时间：上午10点30分 C. 图像分析：

（a） 图像 （b） 温度曲线图

图1-3 X形桥周围的水体和植物热红外图像

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分析：本幅图像主要由干枯的树干和植物水体等组成，从温度曲线图中可以看出，干枯的树干温度最高，最高温度可达到28.6℃,植物和水体的温度较低，在24℃左右。从图中特别可以看出的是，由于植物的遮挡阳光，在植被遮挡下的土壤的温度较低，仅在23℃左右。

（4） A. 图像采集地点:X形桥周围的土壤和植物

B．图像采集时间：上午10点40分 C. 图像分析：

图1-4 X形桥周围的土壤和植物热红外图像

分析：本幅图像主要由石板植物以及裸露的土壤组成，其中石板的平均温度为23.5℃，裸露的土壤的平均温度为23.6℃，而植物的平均温度为21.7℃。考虑到石板和土壤收到阳光的直接辐射因而温度较高，而植物可以进行光合作用释放水分子来降温，因此温度较低。

（5） A. 图像采集地点:2教的墙体

B．图像采集时间：上午10点50分 C. 图像分析：

（a）图像

（b）温度曲线图

图1-5 2号教学楼的墙体热红外图像

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（a） 干燥土壤

（b）湿润土壤

图2-11 土壤样品图片

5. 城乡非自然目标反射波谱测试与分析 （1 ）测试说明

测试地点：图书馆二楼空地

测试时间：2:：00----2:30（下午）

气候条件：晴；气温32摄氏度；气压960 KPA；无风。 测试成员：孙喆 文灿曦 卢思磊 李立 李丹 （2）城乡非自然目标反射波谱分析

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图2-12 城乡非自然目标光谱图

曲线分析：从图中可以看出，无论是黑色大理石还是白色大理石，其光谱曲线的变化趋势是相同的。不同的是白色大理石的反射率一直处于较高水平，在95%左右，而黑色大理石的反射率则一直处于较低水平，仅在10%左右。分析原因为黑色大理石呈现黑色，对于可见光中的多数光是吸收的，而白色恰恰相反，几乎能反射所有的可见光，并且大理石表面十分光滑，类似于镜面，因此黑色大理石反射率低，而白色大理石反射率高，接近100％。区分两者可用400nm-1000nm间的任意波段。

城乡非自然目标样品图片：

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（a）黑色大理石

（b）白色大理石

图2-13 城乡非自然目标样品图片

三、地物热红外时序观测实验

1. 植被图像分析

（a）植被照片

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454035302520123456789101112131415161718192021222324植被平均温度 （b）温度变化图

图3-1 植被一昼夜温度变化图

分析：从原始数据中可以得到植被的一天中平均温度为31.5℃，最高温度为41.7℃，最低温度为21.9℃分别出现在下午3点钟和凌晨5点钟。一天中植物的温差可以达到近20℃。从图中曲线可以看出，自凌晨5点钟到下午16点钟，植物的温度基本处于上升状态，其中在下午12点钟左右出现温度下降，由于所有观测地物在中午12时温度都有下降，故推测为外部环境因素导致其温度降低，（如：天空有云层飘过挡住太阳光或是由于风吹过）或是由于仪器自身噪声导致。而在凌晨5点出现温度最低的原因是自太阳落山后植物停止接受来自太阳的辐射，温度持续降低，在早上6点钟日出植物温度升高，因而会在5点钟出现波谷，温度最低。其他波动认为是仪器噪声导致的误差。 2. 水体及周边物体温度分析

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（a）水体照片

38363432302826242220123456789101112131415161718192021222324水平均温度水周围物体平均温度 （b）温度变化图

图3-2 水体及周边物体温度分析

分析：水体在一天中温度的最大值为37.1℃，最低温度为21.7℃，平均温度为29.1℃，温差为16℃，周边物体的最高温度为38.4℃，最低温度为21.7℃，平均温度为29.6℃，温差约为17℃，两者的最低温度都出现在凌晨5点钟，最高温度分别出现在下午16时和中午12时。此外，从图中还可以看出，在10时-16时之间，水体的温度明显低于周围物体温度，这是由于水体的比热容较大，在接受相同辐射的情况下，水比其他地物升高的温度小。水体一昼夜温差也小于其周围物体和之前分析的植被，这也与其比热容较大有关。同时，由于水中会有周围

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物体的倒影，经试验发现，水中物体的倒影与物体本身温度相近，而与水体本身的温度有一定差异，如图3-3，图中桥面的平均温度为28.8℃，其在水中倒影的平均温

度也是28.8℃，而没有倒影的水体的平均温度仅为27.0℃。

图3-3 实验图片

这在一定程度上会影响到水体温度的测试，也导致了本次测试中水体的温差较大。最后，由于水体有调节环境温度的作用，桥梁的温度也要比相同时间下其他建筑物的温度低一些，其变化趋势也与水的变化趋势相似。 3. 岩石温度分析

（a）岩石照片

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50454035岩石平均温度302520123456789101112131415161718192021222324 （b）温度变化图

图3-4 岩石一昼夜温度变化图

分析：岩石一天中最高温度为47.8℃，最低温度为25.4℃，分别出现在15时和24时，温差为22.4℃，平均温度为33.9℃是5种地物中平均温度最高的。从图中可以看出自凌晨5时至下午15时，岩石的温度持续升高，这与强烈的太阳光照有关，岩石的比热容较低，在吸收相同热量的情况下，温度上升较大。而在下午15时光照减弱后，岩石迅速散热，温度明显降低，直至凌晨0时，达到最低25.4℃. 4. 土壤温度分析

（a）土壤照片

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4038363432302826242220123456789101112131415161718192021222324土壤平均温度 （b）温度变化图

图3-5 土壤一昼夜温度变化图

分析：土壤一昼夜中温度最高为40.2℃，最低温度为20.3℃，平均温度为30.2℃，分别出现在下午15时与凌晨0时，温差为19.9℃。土壤与岩石的温度变化相似，在下午16时，光照减弱后温度持续降低，在凌晨0时到达最低，在0时到凌晨5时日出前，温度一直在波动，原因可能为土壤与植物、空气等进行热交换，而使其自身的温度有一定波动，或是由于仪器自身的误差导致。在凌晨6时日出后，土壤开始吸收太阳辐射，温度也逐渐上升。 5. 建筑物温度分析

（a）建筑物照片

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474237建筑物平均温度322722123456789101112131415161718192021222324 （b）温度变化图

图4-6 建筑物一昼夜温度变化图

分析：建筑物一天中的平均温度为32.8℃，最高温度出现在下午15时和16时，为44.6℃，最低温度为23.9℃，出现在凌晨0时。其变化趋势与土壤和岩石相近，在下午16时太阳辐射减弱后温度逐渐降低，在凌晨0时达到最低，而在0时-5时间温度一直在波动，考虑原因与土壤温度出现波动相同，凌晨5时处于日出前最后一小时，温度较低，在6时日出至下午16时，吸收太阳光辐射温度持续升高。

四、超光谱数据认知实习

1. 实习目的

通过观察图像中不同地物的反射光谱曲线，来认识不同地物的反射特性。为以后测量植物和岩石以及水体的反射特性曲线奠定基础。 2. 实习步骤

（1） 打开ENVI5.0软件。

单击“开始”->“所有程序”->“ENVI5.0”->“Tools”->“ENVI Classic”。 （2） 在ENVI Classic中打开图像资料。

单击“File”->“Open Image File”->选择要打开的图像资料->单击“打开”，

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如图1

图4-1 打开图像

在弹出的对话框中选中“（256x242x3128）：E01H1270362002234110PZ.L1R”后单击“OK”，如图2

图4-2 选中所需打开的图像

在弹出的“HDF Data Set Storage Order”对话框中选择“BIL”后单击“ok”，如图3

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图4-3 选择HDF数据集的存储顺序

在可用波段表中选定所需显示波段后单击“Load Band”，如图4

图4-4 选择显示波段

在显示出的图像中选择好地物后单击“右键”，选择“Z Profile”，则地物的反射波谱如图5所示

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图4-5 反射波谱

3. 实习成果

（1） 岩石的反射波谱

图4-6 岩石反射波谱

（2） 土壤反射波谱

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图4-7土壤反射波谱

3） 植被反射波谱

图4-8 植被反射波谱

4） 水体反射波谱

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（（

图4-9 水体反射波谱

4. 图像的分析

从以上4张图像中可以看出，植物、水体、岩石、土壤的反射波谱基本相同，考虑原因是因为图像未正确定标，才导致以上四者的反射波谱与太阳辐射相似。

五、实习收获与体会

在红外图像分析实习中，我在之前的基础上学会了热红外成像仪的定标、摄影等功能，同时学会了使用“高德红外图像分析”软件，学会了如何从图像中颜色变化中寻找高温物体，怎样在图像中显示任意物体的温度和任意区域的平均温度、最高温度、最低温度等，并知道了怎样显示图像中用一条线划下的一系列物体的温度，并用温度变化曲线形象直观地表示出来。

在地物光谱实习中，我学会了如何在计算机上安装、使用avantes软件，学会了如何对地物光谱进行获取和分析，并在此基础上，通过对同一种地物的不同品种的地物光谱进行分析，来观察同一地物不同个体间的光谱曲线的差异，为今后在为地物选择合适的波谱进行遥感、以及在遥感图像上区分不同地物奠定了坚实的基础。除此之外，我还学会了如何分析光谱曲线，比如：要说明某一地物的光谱曲线，就需要说明它的波峰、波谷、最大值、最小值以及变化趋势等，在此基础上我还学会了如何分析通过光谱曲线来区分不同地物。本次实习还让我认识到团队合作的重要性，在一个团队中每个人既要

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有自己的分工，又要与其他队员相互帮助、相互交流，只有如此才能为团队任务的圆满完成贡献力量。在地物热红外时序观测实验中我在熟悉热红外成像仪的使用方式的同时，观察并记录了5种不同地物在一昼夜内温度变化曲线，发现物体出现最高温度的时间通常为下午15时，最低温度为晚上24时或凌晨5时。除此之外，我还认识到了水中物体倒影的温度与物体本身温度相近，与水体温度不同，推测原因是水像一面镜子一样将物体发射的热红外波反射到了热红外成像仪中，因此在以后的测量中应该尽量避免水中有其他物体倒影的情况。

在超光谱数据认知实习中，我对ENVI软件有了一个初步的认识，知道了如何在ENVI中打开图像，学会了在ENVI中选择HDF文件的不同的存储格式和显示不同波段的图像，以及显示不同地物的反射波谱特性曲线，为以后测量不同地物的波谱特性曲线和从地物的波谱特性曲线来区分不同的地物奠定了基础。

最后，感谢老师给了这样一次认知、锻炼、提升自己的机会，我会牢记

本次实习所学的知识并运用到今后的学习、工作中。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4436.html