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【2012使用者大會-遙感講座分享】ENVI/IDL遙感技術在自然環境中的應用

随着傳感器技術的蓬勃發展,遙感技術在自然資源環境領域的應用日趨豐富和成熟,本文将介紹ENVI/IDL遙感技術在自然環境中的應用。在此将應用案例分為兩大類,一大類是通用的應用,即地圖的生産和變化監測,一大類是環保海洋氣象領域各自獨有的應用,最後為了滿足大家對業務系統開發的需求,介紹了用ENVI/IDL進行業務化開發的幾種方式。下面我們一起來看看ENVI/IDL遙感技術在自然資源領域裡面的應用案例和方案吧。

一、     地理底圖的生産

    地圖生産最常見的就是基于高分辨率影像制作DOM,現在高分辨率衛星傳感器的性能有了很大的改進,可以先進行融合處理,後進行正射校正處理。在圖像鑲嵌方面,資料量經常比較大,運算效率是需要考慮的一個重要方面。顔色不一緻也是一個讓人頭疼的問題。為了讓影像更加美觀,一般需要對最後結果做一個增強處理。ENVI的地圖生産流程如下圖所示: 

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下面是圖像增強的幾個效果圖:

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遼河口TM衛星影像

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深圳鹽田港QB衛星影像

二、     遙感動态變化監測

遙感影像是我們監測地球變化最直接和權威的資料源,從遙感影像中可以擷取的變化資訊有海岸線、森林健康、城市擴張、農業生産、自然災害、人為災害、土地覆寫、冰雪範圍、水面變化等等,通常情況下,量測變化資訊的方法有簡單的圖像差異法、特征指數的內插補點法光譜變化法、圖像變換法、分類後比較法等。下面來介紹利用ENVI/IDL進行變化檢測的典型解決方案。

1.       海岸線侵蝕監測

海岸線的侵蝕作用非常緩慢,遙感手段是監測其變化的強有力的手段之一。

ü  研究區域:最北端的阿拉斯加

ü  資料Landsat MSS 1978 & Landsat ETM+ 2008

1978年的影像:

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1978年資料分類最終結果——共分為三類,海洋、岩石、海冰:

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以同樣的方法對2008年的資料進行分類的結果——共分為三類,海洋、岩石、海冰:

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利用1978年的分類結果和2008年的分類結果進行分類後的變化監測結果:

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          從變化監測結果可以看出,沿海地帶發生了緩慢的侵蝕作用,這種侵蝕作用的過程非常緩慢,遙感技術在這種緩慢的地表變化監測中有獨特的優勢,下面是另一個緩慢地表變化監測的應用案例, 冰川消融變化監測。

2.       冰川消融監測

我們知道,全球的溫室效應在逐年增加,溫室效應會導緻冰川融化,冰川消融的危害不言而喻,是以科學家需要對冰川的現狀和消融趨勢進行密切監控。

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ü  研究區域:南級聯冰川  48°21′19″N     121°3′27″W

ü  資料:2002年、2004年、2007年、11年GeoEye

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                                                             2002                                                                                                                                                    2004

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                                                                 2007                                                                                                                                                   2011

監測結果:

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綠色,藍色,黃色,和紅色依次是02年到11年的研究區域的冰川範圍。從監測結果可以看出在全球氣溫升高的大環境下,冰川正在以驚人的速度消融。

當然,出了底圖生産和變化監測外,我們還有一些其他的通用的應用需求,大家可以關注我們的其他行業專題。下面分别就環保、海洋和氣象來分别介紹各自典型的應用。

三、     自然環境監測——稭稈焚燒遙感動态監測

稭稈焚燒嚴重影響大氣環境品質,稭稈焚燒的監測已經引起了各級人民政府的高度關注。遙感手段以其時效性、覆寫面廣、分辨率高等優勢使得快速大面積監測焚燒情況成為可能。

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利用MODIS的陸地産品提取稭稈焚燒火點的處理流程如下:

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提取結果:

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其餘的環境應用案例請參考PPT。

四、     海洋環境監測

海洋栖息地環境較陸地環境複雜,而且資料不容易擷取,結合多光譜,Lidar與聲納資料對海洋環境進行綜合評價是一種較為成功的解決途徑。美國NOAA就做了這樣一個應用。這個案例,是NOAA與巴克島礁國家古迹的管理者合作,對國家古迹的海底生物栖息地進行制圖;這個國家古迹坐落于美屬維京群島的聖克羅伊島的北邊;研究區域包括陸地生物和珊瑚礁栖息地(點選螢幕,如圖所示),這裡的生物物種豐富,包括一些受美國瀕危物種法保護的生物;除了提供生物栖息地,國家古迹的海洋資源還為當地居民提供非常有價值的生态系統服務,包括漁業補給、娛樂休閑和旅遊業。

三種資料源資料融合結果:

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面向對象資訊提取結果:

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硬地環境分布                                                                                                                                生物覆寫量分布 

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活珊蝴分布                                                                                                                                         地質條件分布 

五、     氣象環境探測

氣象衛星可擷取全球性的氣象資料。星上裝有多通道高分辨率輻射計、紅外分光計和微波輻射計等氣象遙感器, 能測得全球範圍的雲量、風力、風向、氣壓、氣溫和濕度等參數,以提供全球性氣象情報。資料可視化工具——IDL,一直是氣象學家用于分析和各種衛星氣象資料的有力工具。

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惡劣天氣分析                                                                                                                                三維雲分析

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風場的可視化表達 

更精彩的内容,請關注PPT。

六、     業務化遙感應用平台

當技術與業務相遇,我們可能需要考慮如何将這兩者結合,由于我們ENVI是完全架構于IDL之上,并提供了豐富的開發口,可以友善使用者進行功能定制,開發屬于自己的遙感處理軟體。也有時候我們的遙感處理系統需要與GIS系統進行整合,無論是B/S架構的整合還是CS架構的整合,ENVI/IDL都提供了一整套開發解決方案。

ENVI提供了一個健全的函數庫,幾乎涵蓋ENVI大部分圖像處理功能:

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我們提供了一整套遙感與GIS的一體化的解決方案,更加便于我們搭建業務化遙感與GIS平台:

遼東海洋水質監測——南京大學、河海大學 

森林砍伐線上影像分析 

七、     結語

本文抛磚引玉的介紹了ENVI/IDL技術在自然資源環境領域的應用方案。有各個行業通用的方案,也有各自領域典型的方案。更詳細更精彩的内容請參考PPT附件。

講座PPT下載下傳位址:http://d.1tpan.com/tp0557635599

講座錄像下載下傳位址:http://d.1tpan.com/tp0128381504

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