整理12遥感动态监测.docx

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整理12遥感动态监测

第12章遥感动态监测

本章主要介绍以下内容：

（1）遥感动态监测技术

（2）图像直接比较法工具

（3）分类后比较法工具

（4）林冠状态遥感状态监测实例

（5）农业用地变化监测实例

12.1遥感动态监测技术

遥感动态监测过程一般可分为三个步骤，

1.数据预处理

（1）在进行变化信息检测前，需要考虑以下因素对不同时相图像产生的差异信息。

●传感器类型的差异：

●采集日期和时间的差异：

●图像像元单位的差异：

●像素分辨率的差异：

●大气条件的差异：

●图像配准的精度：

2.变化信息检测

根据处理过程可分为以下三类：

（1）图像直接比较法

（2）分类后比较法

（3）直接分类法

3.变化信息提取

变化信息提取可以归纳为从图像上提取信息，有以下方法供选择：

●手工数字化法

●图像自动分类

●监督分类

●非监督分类

●基于专家知识的决策树分类

●面向对象的特征提取法

●图像分割

12.2图像直接比较法工具

ENVI中的图像直接比较法工具包括ComputeDifferentMap工具和ImageDifference工具。

12.2.1ComputeDifferentMap工具

ComputeDifferentMap工具对两个时相的图像作波段相减或者相除，设定的阈值对相减或相除的结果进行分类。

这个工具的详细操作过程如下：

在ENVI主菜单中，选择BasicTools→ChangeDetection-→ComputeDifferenceMap。

在SelecttheInitialStateImage文件选择对话框中，从前一时相图像中选择一个波段，单击OK按钮；在SelecttheFinalStateImage文件选择对话框中，从后一时相图像中选择一个与前面相同的波段，单击OK按钮，打开ComputeDifferenceMapInputParameters对话框。

图12.1ComputeDifferenceMapInputParameters对话框

12.2.2ImageDifferent工具

ImageDifferent工具可以检测两个时相图像中增加和减少两种变化信息，适合获取地表绝对变化信息。

它集成在ENVIEX视图下，采用流程化操作方式。

首先通过以下方式启动ENVIZoom视图。

第一步启动ImageDifference

（1）在ENVIZoom中，选择File→Open打开july_00_quac.img和july_06_quac.img图像。

（2）在工具栏中，单击

按钮，利用Portal功能浏览这两个图像相同区域地表变化情况。

（3）在Toolbox列表中，双击ImageDifference选项，打开FileSelection对话框，分别为Time1File选择july_00_quac.img和Time2File选择july_06_quac.img。

单击Next按钮，打开ImageDifference对话框。

图12.2ImageDifference对话框

第二步变化信息检测

在ImageDifference对话框中，设置变化信息检测方法。

提供两种方法：

（1）波段差值

（2）特征指数差

图12.3设置变化信息检测

图12.4

第三步变化信息提取

可以从变化信息检测结果中提取三种变化信息

图12.5

第四步输出变化信息

图12.6输出变化信息

12.3分类后比较法工具

12.3.1ChangeDetectioStatistics工具

（1）ENVI主菜单中，选择BasicTools→ChangeDetection→ChangeDetectionStatistics。

（2）在SelecttheInitialStateImage文件选择对话框中，从前一时相图像中选择一个波段，单击OK按钮；在SelecttheFinalStateImage文件选择对话框中，从后一时相图像中选择一个与前面相同的波段，单击OK按钮，打开DefineEquivalentClasses对话框。

图12.7DefineEquivalentClasses对话框

（3）在DefineEquivalentClasses对话框，如果两个分类名称一致，系统自动将InitialStateClass和FinalStateClass对应；否则，手动选择。

（4）在左边列表中选择一个分类类别，在右边选择对应分类名称，单击AddPair按钮。

（5）重复（4）步骤，直至所有需要分析的分类类别一一对应。

单击OK按钮，打开ChangeDetectionStatisticsOutput对话框。

（6）选择生成图像表示单位。

（7）单击OK按钮，执行计算。

图12.8ChangeDetectionStatisticsOutput对话框

12.3.2ThematicChange工具

（1）在ENVIEX中，选择File→Open打开两个分类图像。

（2）在Toolbox列表中，双击ThematicChange选项，打开FileSelection对话框，分别为Time1ClassificationImageFile选择前一时间的分类图像和Time2ClassificationImageFile选择后一时间的分类图像。

单击Next按钮，打开ThematicChange对话框。

图12.9ThematicChange对话框

（3）在ThematicChange对话框中，如果两个分类图像中分类数目和分类名称都一样，OnlyIncludeAreasthatHaveChange选项可选，当选择这个选项时，未发生变化的分类全班归为并命名为“noChange”。

单击Next按钮，进入ClearUp对话框。

（4）Clearup对话框的作用是移除椒盐噪声和去除小面积斑块。

（5）单击Next按钮，打开Export对话框。

单击Finish按钮，输出结果。

12.4林冠状态遥感动态监测实例

林冠是森林与大气相互作用的关键界面，林冠状态主要包括林隙、绿叶生物量、林木树叶量等方面的内容，它反映了森林的健康状况。

林冠状态变化包括了自然因子引起的如病虫害、林火、干旱等引起的较大面积的林冠变化、由大风等灾害引起的林隙变化以及树冠和林冠的正常变化等内容。

主要技术路线：

对不同实相的同一种植被指数作差值运算得到植被指数差，这些植被指数差能反映两个时间段森林林冠变化状况；确定一定的阈值范围，阈值范围反映监测区森林健康状态情况，即林冠状态的变化，从而提取虫害受灾区域。

技术流程如图所示。

ENVI提供SPEAR流程化图像处理工具，它将现有的一些图像处理功能集成在一个界面下，采用流程化的向导式操作方式，包含16个流程化图像处理模块：

●异常检测

●变化检测

●GoogleEarth连接工具

●图像对地图（Image-map）几何校正

●独立主成分分析

●道路信息提取

●水体信息提取

●元数据浏览

●基于地形正射校正

●PanSharpening图像融合

●水相对深度分析

●波谱相似地物提取

●图像分类工具

●植被覆盖分析

●图像垂直条纹去除

●船只提取

12.4.1林区提取

这一步是通过植被指数阈值分割的方法将林区从图上提取出来，生成感兴趣区并应用于后面的步骤，提高检测精度和减少计算量。

（1）在ENVI主菜单中，选择Transform→NDVI，在文件选择对话框中选择oct_07_2002.img文件，单击OK按钮。

（2）在NDVICalculationParameters对话框中，在InputFileType选项中选择LandsatTM,选择输出路径及文件名QB_NDVI.img，单击OK按钮，执行NDVI计算。

（3）在ENVI主菜单中，选择BasicTools→RegionofInterest→BandThresholdtoROI，在文件对话框中选择QB_NDVI.img，单击OK按钮，在打开的对话框中设置参数：

MinThreshValue:

0.3

MaxThreshValue:

1

单击OK按钮，执行操作。

（4）在Display中显示oct_07_2002.img，选择Tools→RegionofInterest，可以看到森林的感兴趣区。

在ROITools对话框中，选择File→SubsetDataviaROIs,选择Oct_07_2002.img，用ROI将图像中的森林裁剪输出（oct_07_2002_subset.img）。

（5）用同样的方法将aug_25_2007.img中的森林裁剪输出（aug_25_2007_subset.img）

12.4.2林冠变化检测

数据预处理和林冠变化检测在SPEAR工具中完成，操作过程如下：

（1）在ENVI主菜单中，选择Spectral→SPEARTools→ChangeDetection,打开ChangeDetection对话框进行以下操作：

（2）在Co-registratioParameters对话框中，完成两幅图像精确配准。

进行以下操作：

（3）在ReviewTiePoints对话框中，设置MaximumallowedRMSpeiGCP为1，单击Apply按钮。

其他按照默认，单击Next按钮，进入CheckCo-Registration对话框。

（4）单击按钮，对配准的两幅图像进行目视对比。

单击Next按钮，进入ChangeDetectionMethods对话框。

（5）在ChangeDetectionMethods对话框中，提供四大类变化监测方法：

（6）

（7）（4）环境保护验收。

在ExamineResults对话框中，提供以下浏览变化检测结果的工具。

（8）单击Next按钮进入最后一步。

（9）单击Finish按钮完成此流程的操作。

（1）报送审批综合性规划草案和专项规划中的指导性规划草案时，将环境影响篇章或者说明一并报送。

12.4.3提取森林健康变化信息

（3）对环境影响很小、不需要进行环境影响评价的建设项目，填报环境影响登记表。

此步骤是从第二个步骤中得到的NDVI差值结果中提取森林健康变化信息，采用阈值分割的方法。

阈值法是一种简单有效的图像分割方法，它将图像的灰度级分为几个部分，选用若干个阈值来确定图像的区域。

阈值分割一步分为两个步骤：

首先，确定图像的分割阈值；然后，分割图像。

（3）生产、储存烟花爆竹的建设项目；一般利用图像的直方图寻找分割阈值。

若图像由多个特征区域构成，则其直方图呈现多峰现象，每个峰值对应一个区域，以谷值点位或凸值点位阈值划分相邻峰值。

本例提取的是森林受灾区，将受灾区分为严重区和一般区。

（1）

（2）6.建设项目环境影响评价文件的其他要求在Display窗口中显示Diff波段，即NDVI

（3）在主图像窗口中，选择Enhance→InteractiveStretching，打开显示图像的直方图，滑动其中的一条垂直虚线靠近0值去，从左下角获取一个阈值；继续移动虚线滑到左边凸值点位，从左下角获取第二个阈值

（4）在主图像窗口中，选择Overlay→DensitySlice

（5）在DensitySlice对话框中，进行以下操作

（6）

（7）

（2）区域、流域、海域的建设、开发利用规划。

环境影响篇章或说明为了得到更好的结果，用分类后处理工具优化监测结果。

2.间接市场评估法

12.5农业用地变化监测实例

整个过程包括LandsatTM农业用地分类和农业用地变化信息提取两部分。

详细操作过程如下所述。

第一步LandsatTM农业用地分类

（1）启动ENVIEX,选择File→Open,同时打开ag_08_quac.img和ag_09_quac.img。

ENVIEX自动以TM321波段组合显示。

（2）

（3）2.量化环境影响后果利用工具栏中的缩放按钮浏览打开的数据，单击

按钮“透视”两个时相的图像，大致了解两个时期的土地利用情况。

（4）

（5）（3）介绍评价对象的选址、总图布置、水文情况、地质条件、工业园区规划、生产规模、工艺流程、功能分布、主要设施、设备、装置、主要原材料、产品（中间产品）、经济技术指标、公用工程及辅助设施、人流、物流等概况。

在ENVIEX中，选择File→New→VectorLayer，在CreatNewVectorLayer对话框中，设置LayerName为Mask,单击OK按钮。

（6）在工具栏中，选择

，在图像上沿着农业用地的边缘绘制矢量作为掩膜文件。

绘制好后单击右键选择Accept。

（7）

（8）（3）机会成本法在ENVIEX中，选择File→SaveAs，将绘制的Mask文件保存为外部Shapefile文件。

（9）在ENVIEX中的Toolbox中，双击Classification流程化工具。

（10）在FileSelection对话框中，选择ag_08_quac.img，单击Next按钮。

（11）在ClassificaitonType对话框中，选择UseTrainingData，单击Next按钮。

（12）在DefineTrainingData对话框中，双击Class1修改ClassName为greenfields,在图上目视解译绘制有作物的农业用地。

绘制一定数量的训练样本。

（13）新增一个分类类型。

同样的方法绘制一定数量的训练样本，最终结果如图。

（14）在Algorithm中默认选择MaximumLikelihood，勾选Preview预览分类结果，单击Next按钮，执行分类。

（15）在ClassificationCleanup对话框中，设置Smoothing可以去除椒盐噪声，设置Aggregation可以将小斑块合并到大块中。

按照默认单击Next按钮。

（16）在SaveResults对话框中，选择ExportClassificationImage选项，选择分类图像输出路径和文件名ag_08_maxlike.img，单击finish按钮。

（17）完成2008年农业用地分类图。

用同样的方法将ag_09_quac.img图像进行分类，得到分类结果ag_09_maxlike.img。

第二步农业用地变化信息提取

（1）在ENVIEX中的Toolbox中，双击ThematicChange流程化工具。

在ThematicChangeDetectionFile选择对话框中，分别为Time1选择ag_08_maxlike.img和Time2选择ag_09_maxlike.img。

（2）选择InputMask选项，在theThematicChangeMask对话框中，选择mask.shp文件作为掩膜文件，单击next按钮。

（3）在ThematicChange对话框中，选择“OnlyIncludeAreasthatHaveChanged”，只获得变化的区域。

选择Preview选项可以预览结果。

单击Next按钮。

（4）在Cleanup-RefineResults对话框中，在Smoothing和Aggregation中设置合适的值去除噪声和合并小斑块，单击next按钮。

（5）在ThematicChangeExport对话框中，分别将结果以图像和矢量格式输出，单击Finish输出结果。

（6）在输出的变化矢量结果单击右键选择ViewAttributes，可以看到每个变化斑块的属性信息。