2013Esri开发竞赛ENVIIDL组作品欣赏——“城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统”
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2016-06-27
作品单位：山东科技大学 测绘科学与工程学院
小组成员：韦 晶、郭亚敏、闫现强
指导教师：王 萍、江 涛
获奖情况：三等奖
在线视频：http://v.youku.com/v_show/id_XNjMxMTIxNzI4.html
一、系统概述
本作品使用ENVI/IDL和ArcGIS Engine集成开发的技术，开发了“城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统”，分别实现了城市热岛效应监测与分析、海洋溢油、赤潮、海冰及浒苔等海洋灾害的信息提取。
系统涉及到Landsat TM/ETM+、MODIS 1B和Cosmo-skyMed几种遥感数据的预处理、信息提取及制图表达：利用Landsat TM/ETM+数据和MODIS 1B数据，利用成熟的算法分别完成大小比例尺尺度地区的城市热岛效应监测与分析；系统还利用高分辨率雷达影像Cosm-Skyed数据，通过对其进行辐射定标等相应预处理，用固定阈值法等方法完成溢油灾害信息的快速提取；最后，用了MODIS 1B数据，结合前人提出的适用于该数据的海洋灾害监测算法，完成赤潮、海冰及浒苔等海洋灾害信息的快速监测和提取。
二、 系统设计框架
图1 系统技术路线图
三、系统功能设计
本系统共包括登录模块、基本操作功能模块、数据预处理模块、城市热岛效应模块、溢油灾害监测、海冰灾害监测、赤潮灾害监测、浒苔灾害监测、地图制图输出模块、视图模块10大模块。以下为各模块所实现的具体功能。
1.系统登录模块
登陆界面如图所示，输入正确的用户名与密码，点击登录，便可进入系统。
图 2“城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统”登陆界面
图3 “城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统”主界面
2.基本操作功能模块
该模块主要包括新建、打开、保存、另存为地图文档，全图显示、放大、缩小、前一视图及后一视图的功能，距离量测、面积量测、图层刷新、显示当前图层属性及当前图片输出的功能，以及个性化皮肤选择。
图4 矢量文件转换窗口及转化结果
图5 栅格重分类窗口及分类结果
3.数据预处理模块
该模块主要包括影像重采样，EVF转SHP、栅格矢量化、按掩膜裁剪等基本数据处理；MODIS数据加载、MODIS数据几何校正及太阳高度角订正等MODIS数据预处理遥感影像；云检测、暗像元提取、分类云图矢量化等MODIS影像监测的功能。
图6 太阳高度角订正窗口及太阳高度角订正结果
图7 云检测窗口及云检测结果
4.城市热岛效应模块
该模块主要包括基于MODIS 1B数据的分裂窗算法地表温度反演模块：包括预处理后的影像进行大气透过率计算、地表比辐射率计算、亮度温度计算、地表温度反演及一键地表温度反演功能；基于TM/ETM数据的单窗算法地表温度反演模块：包括对TM/ETM数据实现单波段辐射定标及单窗算法进行地表温度反演功能；以及城市热岛等级划分的功能。
图8 地表温度反演窗口及地表温度反演结果图
图9 栅格重分类窗口及城市热岛强度分布图
5.溢油灾害监测模块
该模块主要包括利用基于高分辨率雷达影像Cosmo-Skyed数据，分别对其进行辐射定标、影像滤波等相应预处理，利用固定阈值法、自适应滤波法及最大类间方差法进行溢油信息提取，并对溢油信息进行形态学滤波、栅格矢量化等后处理的功能。
图10 Cosmo影像辐射定标窗口及辐射定标结果
图11 形态学滤波窗口及开运算处理后溢油信息影像
图12 栅格矢量化窗口及溢油信息矢量化结果
6.海冰灾害监测模块
该模块主要包括利用基于MODIS 1B数据，分别对其进行快速几何校正、太阳高度角订正等预处理，利用归一化积雪指数法及并表面温度法实现海冰灾害信息的快速提取的功能。
图13 冰表面温度法窗口及海冰灾害信息结果、
7.赤潮灾害监测模块
该模块主要包括利用基于MODIS 1B数据，分别对其进行快速几何校正、太阳高度角订正等预处理，利用波段比值法、水体光谱特征法、决策树模型法及蓝藻水华提取法实现赤潮灾害信息的快速提取等功能。赤潮灾害监测模块各功能组织如下图所示：
图14 赤潮灾害监测模块功能组织图
图15 蓝藻水华监测窗口
8.浒苔灾害监测模块
该模块主要包括利用基于MODIS 1B数据，分别对其进行快速几何校正、太阳高度角订正等预处理，利用归一化植被指数法及漂浮浒苔指数法实现浒苔灾害信息的快速提取等功能。
图16 归一化植被指数法窗口及浒苔监测结果
图17 漂浮浒苔指数法窗口及浒苔监测结果
9.地图制图输出模块
该模块主要包括打开、保存地图文档，设置布局属性、添加指北针、图例、比例尺等制图要素及专题地图输出的功能。地图制图输出模块各功能组织如下图所示：
图18 地图制图输出模块功能组织图
10.视图切换模块
该模块主要实现了鹰眼视图、地图视图与布局视图的切换的功能。
鹰眼视图：实现当前地图视图局部放大，快速浏览的功能。在鹰眼视图窗口右键拉框绘制矩形框，右键弹起完成矩形框绘制，按住鼠标左键移动矩形框便可进行鹰眼视图浏览，鹰眼视图效果如下图所示。
图19 鹰眼视图效果图
视图切换：实现当前视图切换至布局视图，将当前地图文档自动加载到布局视图中，用于进行专题制图操作。布局视图如下图所示。
图20 地图视图切换为布局视图
四、系统特点
1）本系统利用IDL编写数据处理核心代码，完成分裂窗算法和单窗算法两种方法的地表温度反演；
2）系统利用IDL语言实现了雷达数据Cosmo-Skyed数据（.h5）的读取、辐射定标及雷达影像滤波等预处理功能，并实现利用固定阈值法、自适应阈值发和最大类间方差法完成海洋溢油灾害信息的快速检测和提取；
3）系统利用IDL语言，编写核心代码，完成对海洋赤潮灾害、海冰灾害以及浒苔灾害信息的快速提取；
4）系统利用Dev、ArcGIS Engine搭建系统界面，连接数据库（SQL），IDL语言编写数据处理核心代码，并用C#语言调用IDL语言，构建“城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统该系统”；
5）系统界面设计合理、美观，用户体验良好。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101biw4.html
小组成员：韦 晶、郭亚敏、闫现强
指导教师：王 萍、江 涛
获奖情况：三等奖
在线视频：http://v.youku.com/v_show/id_XNjMxMTIxNzI4.html
一、系统概述
本作品使用ENVI/IDL和ArcGIS Engine集成开发的技术，开发了“城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统”，分别实现了城市热岛效应监测与分析、海洋溢油、赤潮、海冰及浒苔等海洋灾害的信息提取。
系统涉及到Landsat TM/ETM+、MODIS 1B和Cosmo-skyMed几种遥感数据的预处理、信息提取及制图表达：利用Landsat TM/ETM+数据和MODIS 1B数据，利用成熟的算法分别完成大小比例尺尺度地区的城市热岛效应监测与分析；系统还利用高分辨率雷达影像Cosm-Skyed数据，通过对其进行辐射定标等相应预处理，用固定阈值法等方法完成溢油灾害信息的快速提取；最后，用了MODIS 1B数据，结合前人提出的适用于该数据的海洋灾害监测算法，完成赤潮、海冰及浒苔等海洋灾害信息的快速监测和提取。
二、 系统设计框架
图1 系统技术路线图
三、系统功能设计
本系统共包括登录模块、基本操作功能模块、数据预处理模块、城市热岛效应模块、溢油灾害监测、海冰灾害监测、赤潮灾害监测、浒苔灾害监测、地图制图输出模块、视图模块10大模块。以下为各模块所实现的具体功能。
1.系统登录模块
登陆界面如图所示，输入正确的用户名与密码，点击登录，便可进入系统。
图 2“城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统”登陆界面
图3 “城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统”主界面
2.基本操作功能模块
该模块主要包括新建、打开、保存、另存为地图文档，全图显示、放大、缩小、前一视图及后一视图的功能，距离量测、面积量测、图层刷新、显示当前图层属性及当前图片输出的功能，以及个性化皮肤选择。
图4 矢量文件转换窗口及转化结果
图5 栅格重分类窗口及分类结果
3.数据预处理模块
该模块主要包括影像重采样，EVF转SHP、栅格矢量化、按掩膜裁剪等基本数据处理；MODIS数据加载、MODIS数据几何校正及太阳高度角订正等MODIS数据预处理遥感影像；云检测、暗像元提取、分类云图矢量化等MODIS影像监测的功能。
图6 太阳高度角订正窗口及太阳高度角订正结果
图7 云检测窗口及云检测结果
4.城市热岛效应模块
该模块主要包括基于MODIS 1B数据的分裂窗算法地表温度反演模块：包括预处理后的影像进行大气透过率计算、地表比辐射率计算、亮度温度计算、地表温度反演及一键地表温度反演功能；基于TM/ETM数据的单窗算法地表温度反演模块：包括对TM/ETM数据实现单波段辐射定标及单窗算法进行地表温度反演功能；以及城市热岛等级划分的功能。
图8 地表温度反演窗口及地表温度反演结果图
图9 栅格重分类窗口及城市热岛强度分布图
5.溢油灾害监测模块
该模块主要包括利用基于高分辨率雷达影像Cosmo-Skyed数据，分别对其进行辐射定标、影像滤波等相应预处理，利用固定阈值法、自适应滤波法及最大类间方差法进行溢油信息提取，并对溢油信息进行形态学滤波、栅格矢量化等后处理的功能。
图10 Cosmo影像辐射定标窗口及辐射定标结果
图11 形态学滤波窗口及开运算处理后溢油信息影像
图12 栅格矢量化窗口及溢油信息矢量化结果
6.海冰灾害监测模块
该模块主要包括利用基于MODIS 1B数据，分别对其进行快速几何校正、太阳高度角订正等预处理，利用归一化积雪指数法及并表面温度法实现海冰灾害信息的快速提取的功能。
7.赤潮灾害监测模块
该模块主要包括利用基于MODIS 1B数据，分别对其进行快速几何校正、太阳高度角订正等预处理，利用波段比值法、水体光谱特征法、决策树模型法及蓝藻水华提取法实现赤潮灾害信息的快速提取等功能。赤潮灾害监测模块各功能组织如下图所示：
图14 赤潮灾害监测模块功能组织图
图15 蓝藻水华监测窗口
8.浒苔灾害监测模块
该模块主要包括利用基于MODIS 1B数据，分别对其进行快速几何校正、太阳高度角订正等预处理，利用归一化植被指数法及漂浮浒苔指数法实现浒苔灾害信息的快速提取等功能。
图16 归一化植被指数法窗口及浒苔监测结果
图17 漂浮浒苔指数法窗口及浒苔监测结果
9.地图制图输出模块
该模块主要包括打开、保存地图文档，设置布局属性、添加指北针、图例、比例尺等制图要素及专题地图输出的功能。地图制图输出模块各功能组织如下图所示：
图18 地图制图输出模块功能组织图
10.视图切换模块
该模块主要实现了鹰眼视图、地图视图与布局视图的切换的功能。
鹰眼视图：实现当前地图视图局部放大，快速浏览的功能。在鹰眼视图窗口右键拉框绘制矩形框，右键弹起完成矩形框绘制，按住鼠标左键移动矩形框便可进行鹰眼视图浏览，鹰眼视图效果如下图所示。
图19 鹰眼视图效果图
视图切换：实现当前视图切换至布局视图，将当前地图文档自动加载到布局视图中，用于进行专题制图操作。布局视图如下图所示。
图20 地图视图切换为布局视图
四、系统特点
1）本系统利用IDL编写数据处理核心代码，完成分裂窗算法和单窗算法两种方法的地表温度反演；
2）系统利用IDL语言实现了雷达数据Cosmo-Skyed数据（.h5）的读取、辐射定标及雷达影像滤波等预处理功能，并实现利用固定阈值法、自适应阈值发和最大类间方差法完成海洋溢油灾害信息的快速检测和提取；
3）系统利用IDL语言，编写核心代码，完成对海洋赤潮灾害、海冰灾害以及浒苔灾害信息的快速提取；
4）系统利用Dev、ArcGIS Engine搭建系统界面，连接数据库（SQL），IDL语言编写数据处理核心代码，并用C#语言调用IDL语言，构建“城市热岛与海洋灾害信息遥感监测系统该系统”；
5）系统界面设计合理、美观，用户体验良好。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101biw4.html
