2016Esri开发竞赛ENVIIDL组作品欣赏——“基于卫星遥感的城市生态环境监测与评价系统”
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2017-01-01
作品单位：南京信息工程大学 地理与遥感学院
小组成员：邵琦、李经伟、李雷
指导教师：徐永明、祝善友
获奖情况：二等奖
视频地址：<a href="http://v.youku.com/v_show/id_X ... gt%3Bhttp://v.youku.com/v_show/id_XMTc2NTMzNTI2MA==.html?&f=27256426&o=0
一、作品概述
系统采用多尺度、多时相的卫星遥感影像数据，对遥感参数反演等相关模型进行集成，分别针对城市植被监测、水体监测、不透水层监测、大气监测、热岛监测及生态环境综合评价的具体需求，形成一个对城市生态环境监测与评价的技术方案，建立一套系统化和业务化的数据处理与信息提取体系，为城市生态环境的监测、评价和决策提供支持。
系统业务流程为：影像数据预处理，城市植被监测与分析、城市水体监测与分析、城市不透水层监测与分析、城市大气监测与分析、城市热岛监测与分析，再到对城市综合生态环境的定量评估，以及专题地图制作。
二、系统功能设计
系统功能菜单设置如下图所示：
图 基于卫星遥感的城市生态环境监测与评价系统功能菜单
2.1系统主界面
主界面由：菜单栏、工具栏、状态栏、图像显示区域，图层管理器等组成。
图：作品主界面
2.2 数据预处理模块
数据预处理模块包括基本处理模块和影像校正模块，实现遥感影像的预处理和校正。
图：影像裁剪
2.3 植被监测
植被监测模块用于对城市植被生态环境进行定量评价，主要功能包括植被指数计算、植被覆盖度及动态监测和植被生态环境质量综合评价。
图：植被覆盖度计算及像元值查询
选取多时相的植被覆盖度数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估植被覆盖度的动态变化。
图：南京市植被覆盖度多年同期比较
选取植被指数，采用归一化方法计算植被生态环境评价指数，对植被的生态环境质量进行评价。 选取多时相的植被生态环境评价指数数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估植被生态环境质量的动态变化。
2.4 水体监测
水体监测主要有水体指数、水质监测、水体面积监测和水体生态环境综合评价指数，实现水体面积提取和水质监测等，选取以上结果对水体生态环境质量进行定量评价。
图图：水体指数阈值法提取水体面积
选取多时相的二值化水体数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估水体面积的动态变化。
图：南京市2015年与2016年水体面积变化对比
采用经验模型，建立遥感光谱数据与地面监测的水质参数之间的统计关系，表征城市水质量。通过选取叶绿素a、透明度、悬浮固体颗粒物（TSS）、透明度（SD）、溶解氧（DO）、高锰酸钾盐指数（MnO4）、五日生化需氧量（BOD5）、总氮（TN）、总磷（TP）等水质监测指标实现水质监测。
图：五日需氧量计算及像元值查询
选取水质监测指标，计算卡尔森指数，实现对水体生态环境质量的定量评价。
图：水体生态环境评价指数及分级显示
2.5 不透水层监测
采用归一化建筑指数（NDBI）、生物物理成分指数（BCI）、城市建成区指数（BUAI）等表征城市不透水层覆盖情况。选取不透水层指数，实现对区域不透水层生态环境的定量评价。
图：指数NDBI提取不透水层结果
2.6 大气监测
大气监测主要有气溶胶光学厚度反演、大气污染物监测和空气质量指数AQI，实现大气环境监测，计算空气质量指数AQI，对大气环境质量进行定量评价。
图：空气质量指数AQI计算及分级显示
2.7热岛监测
该模块包括地表温度反演和动态监测功能。针对不同类型的遥感数据，采用不同的温度反演算法，定量反演地表温度，通过分类渲染来表征城市热岛效应强度；选取多时相的地表温度数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估城市地表温度的动态变化。
图：地表温度反演及分类统计
2.8 生态环境质量综合评价
依据之前模块计算结果，选取植被生态环境评价指数、水体生态环境评价指数、空气质量指数、不透水层评价指数和热岛评价指数等生态环境评价因子，通过专家打分模型设定各个因子的权重，运用加权评价模型方法对城市生态环境进行综合分析与评价。
图：南京市生态环境质量综合评价指数
图：南京市紫金山和浦口区工业园生态环境质量综合评价指数对比
选取多时相的生态环境综合指数数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估城市生态环境质量的动态变化。
2.9地理统计与分析
按照分类渲染结果，输出各类的面积及百分比，生成报表。
图：报表生成
2.10地图整饰与输出
对各模块计算得到的各种城市生态环境指标及综合评价结果进行制图，添加图名、图例、指北针、比例尺、边框和坐标网格等要素，并将制图结果导出为jpg，tiff等常用的图像文件格式。
图：地图制图与输出
三、作品亮点
本系统主要用于实现对城市生态环境质量的遥感监测与评价，基于遥感数据提取城市植被、水体、不透水层、大气环境、热岛等多个方面的信息，并对城市生态环境进行综合评价。其亮点主要体现在以下几点：
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102xn1x.html
小组成员：邵琦、李经伟、李雷
指导教师：徐永明、祝善友
获奖情况：二等奖
视频地址：<a href="http://v.youku.com/v_show/id_X ... gt%3Bhttp://v.youku.com/v_show/id_XMTc2NTMzNTI2MA==.html?&f=27256426&o=0
一、作品概述
系统采用多尺度、多时相的卫星遥感影像数据，对遥感参数反演等相关模型进行集成，分别针对城市植被监测、水体监测、不透水层监测、大气监测、热岛监测及生态环境综合评价的具体需求，形成一个对城市生态环境监测与评价的技术方案，建立一套系统化和业务化的数据处理与信息提取体系，为城市生态环境的监测、评价和决策提供支持。
系统业务流程为：影像数据预处理，城市植被监测与分析、城市水体监测与分析、城市不透水层监测与分析、城市大气监测与分析、城市热岛监测与分析，再到对城市综合生态环境的定量评估，以及专题地图制作。
二、系统功能设计
系统功能菜单设置如下图所示：
图 基于卫星遥感的城市生态环境监测与评价系统功能菜单
2.1系统主界面
主界面由：菜单栏、工具栏、状态栏、图像显示区域，图层管理器等组成。
图：作品主界面
2.2 数据预处理模块
数据预处理模块包括基本处理模块和影像校正模块，实现遥感影像的预处理和校正。
图：影像裁剪
2.3 植被监测
植被监测模块用于对城市植被生态环境进行定量评价，主要功能包括植被指数计算、植被覆盖度及动态监测和植被生态环境质量综合评价。
图：植被覆盖度计算及像元值查询
选取多时相的植被覆盖度数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估植被覆盖度的动态变化。
图：南京市植被覆盖度多年同期比较
选取植被指数，采用归一化方法计算植被生态环境评价指数，对植被的生态环境质量进行评价。 选取多时相的植被生态环境评价指数数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估植被生态环境质量的动态变化。
2.4 水体监测
水体监测主要有水体指数、水质监测、水体面积监测和水体生态环境综合评价指数，实现水体面积提取和水质监测等，选取以上结果对水体生态环境质量进行定量评价。
选取多时相的二值化水体数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估水体面积的动态变化。
图：南京市2015年与2016年水体面积变化对比
采用经验模型，建立遥感光谱数据与地面监测的水质参数之间的统计关系，表征城市水质量。通过选取叶绿素a、透明度、悬浮固体颗粒物（TSS）、透明度（SD）、溶解氧（DO）、高锰酸钾盐指数（MnO4）、五日生化需氧量（BOD5）、总氮（TN）、总磷（TP）等水质监测指标实现水质监测。
图：五日需氧量计算及像元值查询
选取水质监测指标，计算卡尔森指数，实现对水体生态环境质量的定量评价。
图：水体生态环境评价指数及分级显示
2.5 不透水层监测
采用归一化建筑指数（NDBI）、生物物理成分指数（BCI）、城市建成区指数（BUAI）等表征城市不透水层覆盖情况。选取不透水层指数，实现对区域不透水层生态环境的定量评价。
图：指数NDBI提取不透水层结果
2.6 大气监测
大气监测主要有气溶胶光学厚度反演、大气污染物监测和空气质量指数AQI，实现大气环境监测，计算空气质量指数AQI，对大气环境质量进行定量评价。
图：空气质量指数AQI计算及分级显示
2.7热岛监测
该模块包括地表温度反演和动态监测功能。针对不同类型的遥感数据，采用不同的温度反演算法，定量反演地表温度，通过分类渲染来表征城市热岛效应强度；选取多时相的地表温度数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估城市地表温度的动态变化。
图：地表温度反演及分类统计
2.8 生态环境质量综合评价
依据之前模块计算结果，选取植被生态环境评价指数、水体生态环境评价指数、空气质量指数、不透水层评价指数和热岛评价指数等生态环境评价因子，通过专家打分模型设定各个因子的权重，运用加权评价模型方法对城市生态环境进行综合分析与评价。
图：南京市生态环境质量综合评价指数
图：南京市紫金山和浦口区工业园生态环境质量综合评价指数对比
选取多时相的生态环境综合指数数据，采用多年同期比较以及数据对比两种计算方式，计算动态指数，定量评估城市生态环境质量的动态变化。
2.9地理统计与分析
按照分类渲染结果，输出各类的面积及百分比，生成报表。
图：报表生成
2.10地图整饰与输出
对各模块计算得到的各种城市生态环境指标及综合评价结果进行制图，添加图名、图例、指北针、比例尺、边框和坐标网格等要素，并将制图结果导出为jpg，tiff等常用的图像文件格式。
图：地图制图与输出
三、作品亮点
本系统主要用于实现对城市生态环境质量的遥感监测与评价，基于遥感数据提取城市植被、水体、不透水层、大气环境、热岛等多个方面的信息，并对城市生态环境进行综合评价。其亮点主要体现在以下几点：
- 支持多源遥感数据，主要包括Landsat数据和MODIS数据，充分满足用户的需求；
- 系统功能 丰富，实现了城市生态环境评价的相关因子的计算，增设单生态指标评价模块，可以同时实现单生态环境指标的监测和综合性的环境监测评价分析；
- 系统模块间独立性强、拓展性好、使用简便、运行稳定、容错性好；
- 作品还简单使用了数据库系统，可以保存和对比历史成果；
- 系统操作简单，具有良好的人机交互界面，并提供详细的系统帮助；
- 系统采用控件接口和模块化程序结构，可以保证各个功能模块的运行、组合和修改，保证系统的补充和再改造，具有良好的搭建平台，为以后的应用做准备。
文章来源：http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102xn1x.html
