遥感技术应用综合实习报告Denial - 图文

遥感技术应用综合实习报告

目录

第一部分 地物的光谱反射率采集与处理 .......................................................................................... 4

一、实习时间： .............................................................................................................................. 4 二、实习地点： .............................................................................................................................. 4 三、实习目的： .............................................................................................................................. 4 四、实习工具： .............................................................................................................................. 4 五、实验内容： .............................................................................................................................. 4 六、具体实验步骤： ...................................................................................................................... 4 七、观测结果 .................................................................................................................................. 6 八、结果分析 .................................................................................................................................. 9

1、对多个地物的反射光谱曲线特征比较分析： ................................................................. 9 2、光谱特征参数分析 .......................................................................................................... 10

第二部分 遥感影象判读与制图 ........................................................................................................ 11

一、实习时间： ............................................................................................................................ 11 二、实习地点： ............................................................................................................................ 11 三、实习目的和要求： ................................................................................................................ 11 四、实习材料和工具： ................................................................................................................ 11 五、实习内容： ............................................................................................................................ 11 第三部分 图像预处理 ........................................................................................................................ 12

一、原始数据导入ERDAS IMAGE软件........................................................................................ 12 二、图像裁减 ................................................................................................................................ 14 三、几何校正 ................................................................................................................................ 15 四、辐射校正 ................................................................................................................................ 19

五、图像增强 ................................................................................................................................ 22

1.主成份变换: ........................................................................................................................ 23 2、缨穗变换——k—T变换 .................................................................................................. 25 3.频域增强 ............................................................................................................................. 26 4.辐射增强Radiometric enhancement ................................................................................. 30 5．空间增强Spatial enhancement ....................................................................................... 32 六、结果分析 ................................................................................................................................ 33 第四部分 图像分类与制图 ................................................................................................................ 34

一、实验目的 ................................................................................................................................ 34 二、实验内容 ................................................................................................................................ 34 三、材料和工具 ............................................................................................................................ 34 四、实验步骤 ................................................................................................................................ 35 五、实验过程 ................................................................................................................................ 36

1.非监督分类 ......................................................................................................................... 36 2.监督分类 ............................................................................................................................. 39 六、实习心得 ................................................................................................................................ 46 专题地图 ................................................................................................................................................ 46

1. 专题地图简介（Introduction to Map Composer） ................................................................. 47

1.1 专题制图工作流程（Workflow of Map Composition） ................................................ 47 1.2 专题地图编辑器功能（Function of Map Composer） ................................................. 47 2. 专题地图编辑过程（Process of Map Composition） ............................................................. 48

2.1 准备专题地图数据（Prepare the Data Layer） ............................................................ 48 2.2 产生专题制图文件（New Map Composition） ............................................................ 49 2.3 确定专题制图范围（Define the Map Frame） ............................................................. 50 2.4 放置图面整饰要素（Place Map Decorations） ............................................................ 55

2.5专题地图打印输出(Print the Map Composition )： ...................................................... 69

第一部分 地物的光谱反射率采集与处理

一、实习时间：

11年12月21日

二、实习地点：

主楼前

三、实习目的：

1. 学习地物光谱的测定方法； 2. 认识常见地物光谱反射率的规律； 3. 学习绘制地物反射光谱曲线。

通过野外测定地物光谱反射率，认识不同地物的反射光谱特性及其变化规律

四、实习工具：

便携式地物波谱仪FieldSpec RS3，记录表格，白板

五、实验内容：

1、 利用野外光谱仪采集水、土壤、植物、建筑材料等地物光谱数据，输出并整理数据。 2、 绘制不同地物光谱曲线，并运用导数、植被指数、红边、绿峰等方法处理并分析各地物

光谱特征。

六、具体实验步骤：

1、 首先确定需要测定的地物类型，任何不同地物都具有各自不同的光谱特性，都可以作为测定

目标。如：草地、灌木、乔木、水泥地、大理石地、水体等，植物还可以分为健康与不健康

的，叶片还可以是成熟叶、嫩叶、枯叶、红色叶、工，黄色叶、枯叶、树枝等等，水体也可以分为无污染与有污染的。

2、 确定测量时是采用顺光、逆光或顶光，然后放置标准板，标准板的位置应该与地物的位置一

致。 3、测量条件： ?

室内测定：

植物叶片：叶片被采下，立即带回室内进行测量。 土壤：干燥的各类型土壤，装在玻璃皿备用。

?

室外测定：选择晴朗无云，风力较小，视场范围内太阳直接照射，当地时间10：30-14：00间进行测定。

4、纪录测量目标基本信息及环境参数

对测量目标进行详细的描述，对测量环境条件进行详细描述。例如：对植物来说，应记录植物的生长季节、生长状况、管理措施等。

做观测笔记，包括天气状况（日光情况、云量、能见度等），地表状况（阴影程度、开阔程度、周围物体等），观测和记录人员的姓名等。

5、安装仪器并观测地物反射波谱 （1）仪器准备：

①完成光谱仪、计算机之间的接线，检查各种插头和各设备间是否正确连线，电源供电是否正常，试验仪器运转是否正常。

②打开参考板盒盖，检查是否水平。

③完成光谱仪的观测时间设置和其他有关设置（文件保存目录、文件名等） （2）测量步骤：

①室内：光源照向参考板（白板）进行优化（optimization）；

室外：记录开始观测的时间，将野外光谱仪的进光孔垂直向下，测量反射参考板不遮阴反射辐亮度， ②测量暗电流； ③测量目标反射率； ④记录结束的时间。

（3） 要求每种地物记录观测值5次。

七、观测结果

1、反射波谱曲线的绘制：以波长（350nm~2500nm）为横轴，反射率为纵轴，地物反射率观测值取平均值，画出光谱反射曲线。如下图：

2、光谱特征参数计算

1、光谱微分

光谱微分技术就是通过对反射光谱进行数学模拟，计算不同阶数的微分值，以提取不同的光谱参数。应用光谱微分技术能够部分消除大气效应、植被环境背景（阴影、土壤等）的影响，以反映植物的本质特征。

光谱微分公式（以二阶为例）为：

?''(?i)?[?'(?i?1)??'(?i?1)]/2??

'???(?i)i式中，为 波长，为波长i 处的一阶微分光谱，?? 为相邻两波段间的波长间隔。

2、光谱积分

光谱积分就是求光谱曲线在某一波长范围内的下覆面积。

?2?? f(?)d???1

2、根据一阶导数光谱，求取红边面积

计算670nm-760nm一阶导数光谱曲线与坐标轴之间包含的面积。 3、植被常用光谱特征参数

定义 定义与描述 Rg 绿峰反射率：波长510-580nm范围内最大的波段反射率 绿峰位置，Rg对应的波长位置（nm） 红谷反射率，波长640-700nm范围内最小的波段反射率 红边680-780nm内一阶微分光谱中的最大值 红边位置：Dr对应的波长位置（nm） (R570-R531) / (R570+R531) (R734-R747) / (R715+R726) (R734-R747) / (R715+R720) 绿峰反射率（Rg）与红谷反射率（Ro）的比值 绿峰反射率（Rg）与红谷反射率（Ro）的归一化值 ?g Ro Dr ?r PRI VOG2 VOG3 Rg/Ro （Rg-Ro）/(Rg+Ro) 乐昌乐昌乐昌松松松柏树 草 含笑含笑含笑雷竹 泥土 石头 (新) (黄) (枯) (新) (黄) (枯) 红边面积 0.46 0.53 0.42 0.32 0.19 0.32 0.04 0.00 0.44 0.48 0.14 绿峰反射率Rg 0.14 0.22 0.11 0.24 0.09 0.10 0.26 0.30 0.16 0.23 0.19 绿峰位置λg 545 544 546 552 580 543 580 580 546 546 580 红谷反射率Ro 0.05 0.08 0.04 0.09 0.14 0.06 0.29 0.31 0.06 0.07 0.28 红边 0.01 0.01 0.01 0.02 0.00 0.01 0.00 0.00 0.01 0.02 0.00 红边位置 705 692 698 684 680 709 683 683 695 691 680 PRI -0.12 -0.10 -0.10 0.01 0.28 -0.11 0.10 0.04 -0.08 -0.06 0.11 VOG2 -0.03 -0.03 -0.03 -0.01 -0.04 -0.04 -0.01 0.00 -0.02 -0.01 -0.02 VOG3 -0.03 -0.03 -0.03 -0.01 -0.04 -0.04 -0.01 0.00 -0.02 -0.01 -0.02 Rg/Ro 2.66 2.67 2.60 2.60 0.59 1.69 0.91 0.99 2.62 3.19 0.69 (Rg-Ro) 0.45 0.46 0.45 0.44 -0.26 0.26 -0.05 0.00 0.45 0.52 -0.18 /(Rg+Ro) 叶绿素 2.53 55.21 35.77 3.53 6.43 12.17 16.03 3.37 2.00

八、结果分析

1、对多个地物的反射光谱曲线特征比较分析： 如图，总体上，水泥地和裸地随光谱的升高几乎不变甚至有下降的趋势，变化幅度不大；其他四种地物总体上还是呈现上升的趋势。 细节上，水泥地在光谱675nm和850处各有一个高峰，而在575nm处又一个明显的低谷；灌木在400nm—675nm范围内光谱曲线变化不大，在675nm处开始陡然上升；草地也是400nm—675nm范围内光谱曲线变化不大，在675nm处开始陡然上升，并且灌木草地都在850nm达到最高峰时又开始陡然下降；针叶与草地的变化趋势十分相似，不同的是光谱反射率总比草地要低。 2、光谱特征参数分析 2.1 植被的反射波谱特征

1） 不同种类的植物具有相似的反射波谱曲线

2） 可见光区域，由于叶绿素的强烈吸收，植物的反射、透射率均低。求绿峰反射率（波长在510-580）绿叶在波长560附近有绿光反射率比较大的位置（根据一阶微分最小值所对应波长求出）。而黄叶、枯叶找不到。 3） 在求一阶微分时，反射率值不一定是正好等于0，而是接近于0。微分里面取值最小的值就是绿峰最大的值。

4） 红边面积是 680-780nm 的波长范围内人为规定反射率曲线下所围的面积。先计算680-780 波长的一阶微分，再全部加起来，就是红边面积。变化有20纳米左右浮动，波长小更反映规律。

5） 柏树、草、乐昌含笑的绿峰位置都不同，根据叶绿素不同，叶绿素越多，波长越长，绿峰位置越小。

6） 对于植物红谷及红边位置：叶绿素越多，蓝移（波长越短）。 7） 近红外区域，在0.7-1.3之间形成50~60%的反射峰，由于不同种植物的叶内细胞结构差异大，不同种植物的反射率在该波段具有最大的差值，故是区分植物种类的最低波段。

8） 1.45、1.95、2.7为中心的三个吸收带为水吸收带，高斯曼发现，还三人吸收带之间的两个反射峰（1.65及2.2）上，各值与费多汁植物反射率差别非常明显。

2.2土壤的反射波谱特征

1） 反射率：与土壤之地、有机质含量、氧化含量和含水量及盐分等因素有关：粉沙>砂土>腐殖质

2） 反射光谱曲线由可见光到红外呈舒缓向上的缓倾延伸

第二部分 遥感影象判读与制图 一、实习时间：

（1）实地考察：12月23日；

（2）遥感影象判读与制图：12月25~29日。

二、实习地点：

（1）实地考察：学校后山；

（2）遥感影象判读与制图：学院楼机房。

三、实习目的和要求：

通过本次实习掌握遥感图像目视判读的方法和步骤（判读标志、判读方法、判读步骤、转绘方法）；理解水体判读（地貌、河流、湖泊）、地貌判读（地形形态、流水地貌）、植被和土壤判读、居民地和道路判读等地理要素目视分析的一般方法。通过本次实习要求同学们学会判读一个地区的土地利用现状，并利用相关软件绘制土地利用专题地图。

四、实习材料和工具：

浙江农林大学东湖校区及周围区域遥感图像TM和SPOT、ERDAS IMAGINE、ArcGIS软件。

五、实习内容：

（一）12月23日实地考察： 提示：考察过程与感悟

要求：写出TM和SPOT图像上各种地物的目视判读标志， （二）12月25~29日室内制图：

提示：利用ERDAS IMAGINE或ArcGIS，通过目视判读，采用跟踪矢量化方法，绘制土地利用专题地图。 （三）专题地图的制作

把数字化工作完成的图导成.shp格式，然后利用ArcGIS 软件进行专题地图的制作。双击图左边的属性框对不同地物进行进行分级填色。

最后的过程就是出图，设定图例，指北针，以及地图的名称，制图时间和制图人等地图信息。

要求：写出专题题图制作过程，并打印专题图

第三部分 图像预处理

一、原始数据导入ERDAS IMAGE软件

１、查看头文件，了解数据的详细信息。 传感器sensor = \ 图像获取时间

startTime = \endTime = \centreTime = \

轨道号

Orbit: 122726 D

坐标

Centre: N30.32 / E119.88

格式：

Bands: 1,2,3,4,5,6,7 BSQ

行数、列数

numLines = 5733L; numPixels = 6794L;

单元格大小

pixelSpacing = 3.000000000000000e+01; lineSpacing = 3.000000000000000e+01;

２、数据格式转换。

二、图像裁减

将图像裁减成与研究区范围一致。

三、几何校正

1. 显示图像。

在ERDAS图标面板中单击Viewer图标，打开两个窗口（Viewer#1、Viewer#2），在Viewer1中打开一幅需要纠正的遥感图像（tmla.img），在Viewer2中打开另一幅供选择地面控制点坐标的地理参考图像（spotla.img）。将两个窗口平铺放置。

2. 调用几何纠正模型。

在Viewer1菜单中选择Raster | Geometric Correction ，在出现对话框中选择遥感图像纠正模型。对于TM图像，选择多项式模型Polynomial，然后点OK。显示几何纠正工具，同时显示多项式属性对话框。在多项式纠正模型参数对话框。

图3.6 选择多项式次数对话框

Polynomial Order 表示多项式纠正采用的次数，一般选择2次多项式。

在Projection标签页下单击Add/Change Projection按钮，按如下图设置投影：

点击OK，关闭多项式属性对话框。出现地面控制点（GCP）工具参考设置对话框 选择Existing Viewer，点击OK选择参考图像，点击OK，启动GCP TOOL。屏幕显示包括两个放大的视窗Viewer3，Viewer4，分别是两个主视窗Viewer1，Viewer2中两个关联方框的放大框。以及GCP TOOL：包含菜单和工具图标，图标下面显示两幅图像坐标数据，开始选取控制点。连接框对应的放大框。

现在Viewer1中选择明显点 ，然后Viewer2中的选择同名点 。

图3.11 Viewer1、Viewer2同名点

根据多项式纠正的要求，同名点对至少要在7对以上，重复1，2两个步骤，直到选择的控制点数满足纠正的数量要求。当选择了六对同名点后，第七个及以上同名点的选择：只需在Viewer1中选择一个明显点，其同名点会在Viewer1中自动显示，如果位置有误差，可以用鼠标左键调整点位，确保选择的是同名点。

系统自动计算得到单点误差和其贡献。

全部控制点平差后的精度显示在右上角，只有当Total小于1，才满足纠正精度要求，继续后面的重采样。

多项式纠正模型参数对话框选择Transformation则可以看到计算的变换参数

图3.17 显示多项式中a,b的值

保存相应的input和reference控制点文件，进行灰度重采样 在几何纠正工具（Geo Correction Tools）中

图3.18 几何纠正工具图标框

选择灰度重采样模块，出现重采样对话框（图2.19），输入纠正后的文件名。

图3.19 重采样对话框

在对话框里（Output File）输入纠正以后的图像文件名，该对话框显示了输出图像的大小行数（Number rows）列数(Number Columns)，输出图像左上角的地面坐标(LUX,ULY)以及右下角的地面坐标(LRX,LRY)。输出像元的地面大小(Output Cell Sizes)，确定参数后点击OK，重采样完成。

六、实验结果分析

在计算参数时已经利用检查点做了验证，现将纠正后的TM图像与作为参考图像的SPOT图像关联起来，通过人工比较来验证结果。在两个窗口中分别打开SPOT 和TM图像（图2.13）。

图3.13 已校正的TM和SPOT图像

然后点击鼠标右键，弹出菜单，选择Geo. Link/unlink，表示连接两幅图像，提示在要连接的窗口中点击鼠标，将两个窗口关联起来。点击视窗按扭条中的+，移动光标检查两边的位置是否对应。如果两边对应，说明纠正图像满足要求。

对纠正可能出现的结果要能正确分析。

如果总体精度不能满足纠正要求，其原因可能有： （i） （ii） （iii） （iv） （v）

多项式次数不能满足纠正要求；

控制点选择不符合要求：分布不均匀，或者选点精度不符合要求，甚至选错； 地形起伏引起的投影差超限； 参考坐标精度有问题；

模型有问题，需要用共线方程纠正。

四、辐射校正

大气校正 1.打开待校正图，进行辐射定标。

首先，点击Raster->Attributes在打开的对话框中统计出6个波段每个的到达1000像元以上的最小灰度值。

TM大气辐射校正G、B参数值 Band1 G 1.2688 B -0.01 Band2 2.98126 -0.0232 Band3 1.76186 -0.0078 Band4 2.81771 -0.0193 Band5 0.65227 -0.008 Band7 0.44375 -0.004 打开经过大气校正后的图像，与原图对比，点击图标格式如下。

打开直方图，单击选择植被，然后调整

可以看见定标后，第二波段出现了吸收谷，第三波段出现了反射峰，与植物的光谱曲线一致。 2. 计算呈辐射

使用Dark Object Model（黑暗像元法）

G 1.2688 2.98126 1.76186 2.81771 0.65227 0.44375 Dnmin 62 23 19 14 10 5 B -0.01 -0.0232 -0.0078 -0.0193 -0.008 -0.004 E 1957 1826 1554 1036 215 80.67 Cos Pi 呈辐射 0.819152 0.819152 0.819152 0.819152 0.819152 0.819152 3.141593 3.141593 3.141593 3.141593 3.141593 3.141593 73.55284 63.78459 29.41558 36.72733 5.9541 2.004408 切换图像波段，统计每个波段Dnmin即最小的达到1000像元以上的灰度级

?z)]/(??d) DOS1模型：Lp?G?DNmin?B?0.01[E0cos(计算Cos：=COS(PI()*35/180)

2???(Lsat?Lp)E0cos(?z)

用ERDAS计算每个波段的? surface reflectance（表面反射率），然后使用STACKLAYERS 进行波段融合。

调整图表格式如下。

五、图像增强

1.主成份变换: (1). Main →Image Interporeter→ Spectral Enhancement →Principial Comp →Pincipal Components对话框。输入Input File 为经过几何校正和大气校正后的图像。设置Output File 为d:\\遥感实验数据\\ principle_dos_3_256.img； (2). Output Data Type为Unsigned 8 bit；

(3). 选中Stretch to Unsigned 8 bit（新坐标系中主成分的数值分布范围为0-255的正整数）； (4). 选中Coordinate Type（坐标类型）为File； (5). 选中Ignore Zero In Stats；

(6). 选中Eigen Matrix 的Write to File（将特征矩阵写到文件）； (7). 选中Eigenvalues 的Write to File（将特征值写到文件）；

(8). 选择Nember of Components Desired 为3（我们用前3个主成分生成一幅假彩色图像，保存在principal3_256.Img文件中）；

特征向量

0.3652 0.1518 0.5206 0.1635 -0.6516 -0.3479 0.3213 0.2254 0.4018 -0.0075 0.1144 0.8192 0.2868 0.4018 0.2640 -0.0456 0.6941 -0.4500 0.6170 -0.6646 -0.0420 -0.4071 0.0840 -0.0539 0.4772 0.0296 -0.4856 0.7290 0.046 0.0431 0.2692 0.5674 -0.5099 -0.5233 -0.2667 0.02076

特征值

0.01269192532204785 0.0006839197765410951 0.0005156697580176773 8.502475722477132e-005 5.177771252240952e-005 4.797869984510323e-006 第1主成份 第2主成份 第3主成份 第4主成份 第5主成份 第6主成份 Σ Λ 贡献 累计贡献 0.012692 0.904427 0.904427 0.000684 0.048736 0.953163 0.000516 0.036747 0.98991 8.50E-05 0.006059 0.995968 5.18E-05 0.00369 0.999658 4.80E-06 0.000342 0.014033 1

最终结果图如下：

2、缨穗变换——K—T变换 Interpreter—>Spectral Enhancement—>Tasseled Cap

在Input File 中导入文件名为jiaozheng.img的图像，输出文件名为tasseled.img，保存在自己的文件夹中

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