ENVI支持下自然生态环境监测方案
分享
-
2016-06-06
随着社会的不断发展，人们对自然生态环境质量的重视程度逐渐提高。国家环保总局发布了《生态环境状况评价技术规范》，其中规定生态环境质量指数计算公式，公式中包括：林地面积、草地面积、湿地面积、耕地面积、建筑用地面积、未利用土地面积、湖泊面积、河流长度等参数，这些参数都有赖于遥感手段获取。
1.技术流程
如图1是基于TM数据的自然生态环境评价总体流程图，使用指数评价法，需要的生态因子为植被、土壤和地形。这个技术流程较简单和实用，如果数据允许，可使用更多的生态因子。
整个流程可分为三步组成部分，技术路线为：先对获取的影像进行预处理，包括传感器定标、几何精校正、大气校正和工程区裁剪；在预处理结果的基础上提取自然生态因子；用自然生态因子进行自然生态环境评价。
除了使用常用的传感器定标工具、几何校正工具、大气校正扩展模块以及图像裁剪工具。还频繁使用Bandmath、Density Slice等工具。
图1 自然生态环境评价总体流程图
2.各个步骤关键技术点
一、 数据获取与处理
传感器定标参数是原始的DN值与辐射能量之间的关系，因此在重采样之前（如几何校正）预要先进行定标。
几何精校正是基于参考影像进行的，校正结果能与DEM数据匹配。注意重采样采用最邻近方法以保持原始的像元值。
大气校正使用FLAASH工具完成。由于FLAASH是根据图像地物来估算部分大气环境参数，因此在完成几何精校正之后再做大气校正。
在大气校正结果的基础上裁剪工程区。
注：如果使用ETM数据，为了提高数据分辨率，完成传感器定标后进行图像融合。
二、生态因子生成
结合现有资料情况，并依据评价指标选取的原则，本方案选取植被、土壤、地形三个最基本的要素作为评价区域自然生态环境的生态因子。以“植被盖度”和“土壤指数”作为植被和土壤的生态因子，“坡度”作为地形因子。
植被覆盖度是根据前人研究的NDVI估算模型：
FC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)
其中NDVI是归一化指标指数，NDVImax表示区域最大NDVI值，NDVImin表示区域最小的NDVI值。由于图像中不可避免的存在着噪声，NDVImax和NDVImin并不一定是最大NDVI值和最小的NDVI值，可以根据直方图分别取两头“拐点处”的值。
注：当NDVI小于NDVImin，FC取值为0,NDVI大于NDVImax，FC取值为1。
土壤指数同样采用前人研究的模型裸土植被指数（GRABS）（杨存建，刘纪远，2002）：
GRABS = VI-0. 09178 BI+ 5. 58959。
VI和BI分别为穗帽变换的绿度指数和土壤亮度指数。BI和VI指数可分别用来评价裸土和植被的行为，VI指数与不同植被覆盖有较大的相关性，土壤亮度对植被指数有相当大的影响，裸土信息变化的主要部分是由它们的亮度造成的，故由 BI和 VI线性组合形成的裸土植被指数能很好地反映土壤的裸露情况。
注：裸土植被指数不能充分评价土壤情况，比较合理的是用土壤肥力、土壤侵蚀状况等。这里由于数据的原因，只能用裸土植被指数。
基于DEM数据生成
评价因子生成之后，直接用它们去进行评价是比较困难的，因为各指标项的量纲不一致，所以没有可比性。各指标的量化分值依其对生态环境质量的贡献程度， 采用统一顺序原则， 即按照它们对生态环境正向影响的大小，从高到低分为若干级， 对环境质量贡献越大，编码值越大，反之则编码值越小。各个参评因子数据经过归一化化后是一组反映其属性特征的数值，其值介于1~10 之间。如下是对植被盖度的归一化，其他因子类似。
根据实际情况，植被对生态环境质量的贡献程度，依据植被的覆盖度分为10级，覆盖度越大编码值越大。
三、 生态环境评价
自然生态环境评价的方法很多，但公认的、常用的方法只有几种，如指数法与综合指数法、特尔斐法、景观生态学法、评分迭加法等。结合实际情况，本方案选择的是指数法与综合指数法。
本方案选择的评价模型是指数法与综合指数法：
本方案选择的评价模型是指数法与综合指数法：
E=W1 *Sv+W2 *Ss +W3 *St
根据每个因子贡献量大致估算的权重，如使用权重值为：W1=0.7，W2=0.2，W3=0.1，
得到的环境评价结果是一个单波段的灰度图像，我们可进一步分成4个环境级别，如下表所示。
如下图2为自然生态环境评价结果。
图2 环境分级评价结果
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100rm92.html
1.技术流程
如图1是基于TM数据的自然生态环境评价总体流程图，使用指数评价法，需要的生态因子为植被、土壤和地形。这个技术流程较简单和实用，如果数据允许，可使用更多的生态因子。
整个流程可分为三步组成部分，技术路线为：先对获取的影像进行预处理，包括传感器定标、几何精校正、大气校正和工程区裁剪；在预处理结果的基础上提取自然生态因子；用自然生态因子进行自然生态环境评价。
除了使用常用的传感器定标工具、几何校正工具、大气校正扩展模块以及图像裁剪工具。还频繁使用Bandmath、Density Slice等工具。
图1 自然生态环境评价总体流程图
2.各个步骤关键技术点
一、 数据获取与处理
传感器定标参数是原始的DN值与辐射能量之间的关系，因此在重采样之前（如几何校正）预要先进行定标。
几何精校正是基于参考影像进行的，校正结果能与DEM数据匹配。注意重采样采用最邻近方法以保持原始的像元值。
大气校正使用FLAASH工具完成。由于FLAASH是根据图像地物来估算部分大气环境参数，因此在完成几何精校正之后再做大气校正。
在大气校正结果的基础上裁剪工程区。
注：如果使用ETM数据，为了提高数据分辨率，完成传感器定标后进行图像融合。
二、生态因子生成
结合现有资料情况，并依据评价指标选取的原则，本方案选取植被、土壤、地形三个最基本的要素作为评价区域自然生态环境的生态因子。以“植被盖度”和“土壤指数”作为植被和土壤的生态因子，“坡度”作为地形因子。
- 植被盖度
植被覆盖度是根据前人研究的NDVI估算模型：
FC=(NDVI-NDVImin)/(NDVImax-NDVImin)
其中NDVI是归一化指标指数，NDVImax表示区域最大NDVI值，NDVImin表示区域最小的NDVI值。由于图像中不可避免的存在着噪声，NDVImax和NDVImin并不一定是最大NDVI值和最小的NDVI值，可以根据直方图分别取两头“拐点处”的值。
注：当NDVI小于NDVImin，FC取值为0,NDVI大于NDVImax，FC取值为1。
- 土壤指数
土壤指数同样采用前人研究的模型裸土植被指数（GRABS）（杨存建，刘纪远，2002）：
GRABS = VI-0. 09178 BI+ 5. 58959。
VI和BI分别为穗帽变换的绿度指数和土壤亮度指数。BI和VI指数可分别用来评价裸土和植被的行为，VI指数与不同植被覆盖有较大的相关性，土壤亮度对植被指数有相当大的影响，裸土信息变化的主要部分是由它们的亮度造成的，故由 BI和 VI线性组合形成的裸土植被指数能很好地反映土壤的裸露情况。
注：裸土植被指数不能充分评价土壤情况，比较合理的是用土壤肥力、土壤侵蚀状况等。这里由于数据的原因，只能用裸土植被指数。
- 坡度
基于DEM数据生成
评价因子生成之后，直接用它们去进行评价是比较困难的，因为各指标项的量纲不一致，所以没有可比性。各指标的量化分值依其对生态环境质量的贡献程度， 采用统一顺序原则， 即按照它们对生态环境正向影响的大小，从高到低分为若干级， 对环境质量贡献越大，编码值越大，反之则编码值越小。各个参评因子数据经过归一化化后是一组反映其属性特征的数值，其值介于1~10 之间。如下是对植被盖度的归一化，其他因子类似。
根据实际情况，植被对生态环境质量的贡献程度，依据植被的覆盖度分为10级，覆盖度越大编码值越大。
三、 生态环境评价
自然生态环境评价的方法很多，但公认的、常用的方法只有几种，如指数法与综合指数法、特尔斐法、景观生态学法、评分迭加法等。结合实际情况，本方案选择的是指数法与综合指数法。
本方案选择的评价模型是指数法与综合指数法：
本方案选择的评价模型是指数法与综合指数法：
E=W1 *Sv+W2 *Ss +W3 *St
根据每个因子贡献量大致估算的权重，如使用权重值为：W1=0.7，W2=0.2，W3=0.1，
得到的环境评价结果是一个单波段的灰度图像，我们可进一步分成4个环境级别，如下表所示。
如下图2为自然生态环境评价结果。
图2 环境分级评价结果
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100rm92.html
