基于环境小卫星的草原荒漠化监测
实验报告
1、实验背景概述 ...................................................................................... 2
2、实验目的............................................................................................... 2
3、试验流程简介 ...................................................................................... 2
4、实验具体过程 ...................................................................................... 4
4.1 数据预处理 .................................................................................. 4
第一步：安装环境小卫星数据处理补丁 .................................... 4
第二步：数据读取和定标 ............................................................ 4
第三步：工程区裁剪 .................................................................... 4
第四步：图像配准 ........................................................................ 6
第五步：大气校正 ........................................................................ 8
第六步：裁剪浑善达克区 .......................................................... 11
4.2 植被覆盖度反演 ......................................................................... 14
第一步：计算归一化植被指数 .................................................. 14
第二步：计算植被覆盖度 .......................................................... 14
4.3 植被变化监测 ............................................................................ 15
第一步：植被覆盖度提取 .......................................................... 15
第二步：植被变化检测 .............................................................. 16
4.4 成果后期处理与应用 ................................................................ 16
第一步：植被变化区域图的背景值处理 .................................. 16
4.5 成果图展示 ................................................................................ 19
1、实验背景概述
浑善达克沙地是我国十大沙漠沙地之一，位于内蒙古中部锡林郭
勒草原南端，距北京直线距离180千米，是离北京最近的沙源。近年来频频发生在京津地区的沙尘暴与该地区生态环境恶化相关。据统计，京津地区沙尘暴70%的沙源来自于这个区域。
2、实验目的
通过对浑善达克区域植被覆盖度的定量反演，植被覆盖的变化检
测，可以实现草原植被的高频率、大范围、高实时的变化监测。本实验意在利用环境小卫星CCD-1A图像反演得到该地区的植被覆盖图。内容可涉及环境小卫星的数据读取、辐射定标、图像配准 、大气校正、植被反演及植被覆盖变化监测等。
3、试验流程简介
根据环境小卫星CCD数据特点及草原植被变化监测的要求，采用
的技术路线如下：
一、图像获取
环境小卫星CCD-1A数据可以在环保部卫星环境应用中心免费下
载获取。数据下载地址为：www.secmep.cn
二、数据读取和定标
用环境小卫星的读取补丁来读取CCD数据。读取补丁下载地址：
http://bbs.esrichina-bj.cn/ESRI/viewthread.php?tid=75575
三、图像配准
已获取的2006年的土地利用分类图已经经过精确的地理定位，
以该图作为基准影像，对环境小卫星数据进行配准。
四、大气校正
大气校正用到的环境小卫星数据波谱响应函数下载地址：
http://www.cresda.com/n16/n1115/n1522/n2118/index.html
五、反演模型构建及模型应用
六、植被变化监测
根据2006年8月和2009年8月的植被覆盖数据，采用波段运算，
实现草原植被变化的遥感监测。
4、实验具体过程
4.1 数据预处理
第一步：安装环境小卫星数据处理补丁
将ENVI_HJ1A1B_Tools.sav放在home\ITT|IDL\IDL80\ products\envi48\save_add目录下。
第二步：数据读取和定标
主菜单->File->Open External File->HJ-1A/1B Tools,打开环
境小卫星读取补丁。在HJ-1A/1B Tools V3.0面板中，选择CCD，点击Input Files输入所需的.xml文件。点击Output Path设置数据的输出路径，勾选“Calibration”“Layer Stacking”两个选项，单击Apply。如图
1
图1
第三步：工程区裁剪
由于整景数据范围比较大，所以在做大气校正前，先将浑善达克
以及周边区域裁剪出来。
(1) 打开上一步生成的文件：
HJ1A-CCD2-2-64-20090811-L[1**********]_Calbrated_LayerStacking.img
(2) 主菜单→File→Save File As→ENVI Standard,弹出New File Builder面板。然后单击Import File，弹出Create New File Input File 面板。在该面板中选中所需的裁剪数据(如图2)，单击Spatial Subset按钮。
图2
(3) 在Select Spatial Subset面板中，单击image，弹出Subset by image对话框。在该对话框中，按鼠标左键拖动图像中的红色矩形框确定裁剪区域(如图3)，裁剪出包括浑善达克区域的部分图，单击OK。
图3
(4)在New File Builder，单击Choose 设置输出路径及文件名 20090811-Cal-sub.img，单击OK。
第四步：图像配准
以土地利用分类图作为基准影像，对环境小卫星图像进行配准。
(1) 分别打开并显示基准影像图“浑善达克2006年8月土地利用分类图”和待配准图“20090811-Cal-sub.img”。
(2) 打开几何校正模块(如图4)，选择显示浑善达克2006年8月土地利用分类图文件的Display为基准影像，显示环境卫星文件的Display为待校正图像(如图5)，点击OK进入采集地图控制点。
图4
(3) 打开Tools→Link→Geografic link,
将两个窗口都选择为on，单击确定。
找到定位区域后，再将on更改为off，
关闭链接。
图
5
(4) 在Ground Control Pionts Selection面板中，选择File→restore GCPs from ASCII,选择并导入控制点文件(如图6)。
图6
(5) 在Ground Control Pionts Selection面板中，选择Options→ Warp File(as image Map)，选择校正文件。在校正参数面板中，设置如图7。选择输出路径与文件名，单击OK。
图7
第五步：大气校正
一、制作波普曲线
(1) 主菜单Window→Start New Plot Window,打开ENVI Plot Window面板，在波普绘制窗口中，选择导入“681_HJ1ACCD2.txt”文本文件，设置如图8，单击OK。在绘制窗口生成4条曲线(如图9)。
图8 图9
(2) 选择File→Save Plot As →Spectral
Library，在Output Plots to Spectral
Library 面板中，单击Select All Items，单
击OK。
(3) 在Output Spectral Library 面板中，输
出曲线相关参数设置如图10，选择保存曲线为
波普库文件：HJ1A-CCD2.sli
图10
二、FLAASH大气校正
数据准备：
选择主菜单Basic Tools Convert Data，选择已经过定标和配准的数据(如图11)，在Convert File Parameters中，设置如图12。单击OK。
图11
图12 图13
设置参数进行FLAASH大气校正：
(1) 主菜单Spectral FLAASH,打开FLAASH大气校正模块。 (2) 点击Input Radince Image，选择BIL格式的小卫星数据 20090811-Cal-sub-jz.img ，设置如图13，单击OK。 (3) 设置输出文件及路径设置。
(4) 大气模型设置，文件名路径及参数设置如图14。
图14
(5) 单击Multispectral Setting 按钮，在Filter Function File面板中导入之前做好的波普响应曲线(如图15)，单击OK。
图15
(6) 单击高级设置，设置参数如图16，然后在大气校正模块中，单击Apply。
图16
(7) 大气校正完成后，对比校正前后图像中植被光谱曲线，得到校正前图像(如图17)，校正后图像(如图18)。
图17 图18
第六步：裁剪浑善达克区
(1) 显示大气校正后的图像20090811-Cal-jz-FLAASH.img，在
image
窗口选择Overlay→Vectors,在打开的面板中添加hunshandake.evf 文件。
(2) 在Available Vectors list面板中选择矢量文件(如图19)，将其叠加在影像上(如图20)。
图19 图20
(3) 在Available Vectors list面板中，选择File→Export Layers to ROI,继续操作如图21、图22。结果如23。
图
21
图22 图23
(4) 在图像窗口，选择Overlay→ Region of Interest，打开ROI面板，选择 File→ Subset Data via ROIs ,在该面板中选择20090811-Cal-jz-FLAASH.img，单击OK。
(5) 在Special Subset via ROI Parameters，设置参数如图24。设
置输出路径及文件名20090811-yanjiuqu.img，单击OK
。
图
24
4.2 植被覆盖度反演
第一步：计算归一化植被指数
(1) 选择主菜单File→Transform →NDVI ，打开NDVI模块。选择裁剪后的数据20090811-yanjiuqu.img。
(2) 在参数设置面板中设置参数如图25。选择文件保存路径及文件名20090811-yanjiuqu-NDVI.img ，单击OK。
图25
第二步：计算植被覆盖度
利用ENVI主菜单基本工具中的波段运算工具，输入公式： (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)*((b1-0.0)/(0.7-0.0))。
设置参数如图26，选择文件保存名20090811-yanjiuqu-VCI 及保存路径，单击OK。
图26
4.3 植被变化监测 第一步：植被覆盖度提取 (1) 2009年8月植被覆盖区提取
利用ENVI主菜单中Basic Tool->Bandmath，输入公式： (b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1 设置b1为： HJ1A-CCD2-20090811-Cal-sub-flaash-ref-hunshandake-VCI 设置文件保存名：20090811-植被覆盖图.img 和路径。单击OK。
(2) 2006年8月植被覆盖区提取
利用ENVI主菜单中Basic Tool->Bandmath，输入公式： (b1 ge 1 and b1 le 3)*1+(b1 lt 1)*0+(b1 gt 3)*0 b1选择“浑善达克2006年8月土地利用分类图.img”，选择文件保存名“200608-植被覆盖图.img”和保存路径，单击OK。 第二步：植被变化检测
利用ENVI主菜单中Basic Tool->Bandmath，输入公式：b1-b2 b1:选择20090811-植被覆盖图.img b2: 200608-植被覆盖图.img
选择文件保存名“浑善达克植被覆盖变化2006-2009.img”和路径，单击OK。得到浑善达克2006年到2009年植被覆盖变化的区域图像。
4.4 成果后期处理与应用
第一步：植被变化区域图的背景值处理
(1) 显示上面得到浑善达克2006年到2009年植被覆盖变化的区域图像，主菜单 Basic Tool→Masking→Apply mask,选择2006-2009-植被变化区.img ，单击Select Mask Band，选择掩膜图像，单击OK。 (2) 在Apply Mask Parameters面板，设置掩膜值为5，设置输出路径与文件名(如图27)，单击OK。得到结果展示如图28。
图
27
图28
(1) 将掩膜背景值后的变化图像2006-2009-植被覆盖变化区-maskback.img打开，对图像进行密度分割(如图29),点击Apply查看密度分割的结果。
图29
(2) 在Densty Slice,选择File Output to Class Image,将分割结果输出为ENVI分类格式。
(3) 打开Overlay Classification面板，选择输出的分类图像，叠加各类显示，如图30。
图30
4.5 成果图展示
基于环境小卫星的草原荒漠化监测
实验报告
1、实验背景概述 ...................................................................................... 2
2、实验目的............................................................................................... 2
3、试验流程简介 ...................................................................................... 2
4、实验具体过程 ...................................................................................... 4
4.1 数据预处理 .................................................................................. 4
第一步：安装环境小卫星数据处理补丁 .................................... 4
第二步：数据读取和定标 ............................................................ 4
第三步：工程区裁剪 .................................................................... 4
第四步：图像配准 ........................................................................ 6
第五步：大气校正 ........................................................................ 8
第六步：裁剪浑善达克区 .......................................................... 11
4.2 植被覆盖度反演 ......................................................................... 14
第一步：计算归一化植被指数 .................................................. 14
第二步：计算植被覆盖度 .......................................................... 14
4.3 植被变化监测 ............................................................................ 15
第一步：植被覆盖度提取 .......................................................... 15
第二步：植被变化检测 .............................................................. 16
4.4 成果后期处理与应用 ................................................................ 16
第一步：植被变化区域图的背景值处理 .................................. 16
4.5 成果图展示 ................................................................................ 19
1、实验背景概述
浑善达克沙地是我国十大沙漠沙地之一，位于内蒙古中部锡林郭
勒草原南端，距北京直线距离180千米，是离北京最近的沙源。近年来频频发生在京津地区的沙尘暴与该地区生态环境恶化相关。据统计，京津地区沙尘暴70%的沙源来自于这个区域。
2、实验目的
通过对浑善达克区域植被覆盖度的定量反演，植被覆盖的变化检
测，可以实现草原植被的高频率、大范围、高实时的变化监测。本实验意在利用环境小卫星CCD-1A图像反演得到该地区的植被覆盖图。内容可涉及环境小卫星的数据读取、辐射定标、图像配准 、大气校正、植被反演及植被覆盖变化监测等。
3、试验流程简介
根据环境小卫星CCD数据特点及草原植被变化监测的要求，采用
的技术路线如下：
一、图像获取
环境小卫星CCD-1A数据可以在环保部卫星环境应用中心免费下
载获取。数据下载地址为：www.secmep.cn
二、数据读取和定标
用环境小卫星的读取补丁来读取CCD数据。读取补丁下载地址：
http://bbs.esrichina-bj.cn/ESRI/viewthread.php?tid=75575
三、图像配准
已获取的2006年的土地利用分类图已经经过精确的地理定位，
以该图作为基准影像，对环境小卫星数据进行配准。
四、大气校正
大气校正用到的环境小卫星数据波谱响应函数下载地址：
http://www.cresda.com/n16/n1115/n1522/n2118/index.html
五、反演模型构建及模型应用
六、植被变化监测
根据2006年8月和2009年8月的植被覆盖数据，采用波段运算，
实现草原植被变化的遥感监测。
4、实验具体过程
4.1 数据预处理
第一步：安装环境小卫星数据处理补丁
将ENVI_HJ1A1B_Tools.sav放在home\ITT|IDL\IDL80\ products\envi48\save_add目录下。
第二步：数据读取和定标
主菜单->File->Open External File->HJ-1A/1B Tools,打开环
境小卫星读取补丁。在HJ-1A/1B Tools V3.0面板中，选择CCD，点击Input Files输入所需的.xml文件。点击Output Path设置数据的输出路径，勾选“Calibration”“Layer Stacking”两个选项，单击Apply。如图
1
图1
第三步：工程区裁剪
由于整景数据范围比较大，所以在做大气校正前，先将浑善达克
以及周边区域裁剪出来。
(1) 打开上一步生成的文件：
HJ1A-CCD2-2-64-20090811-L[1**********]_Calbrated_LayerStacking.img
(2) 主菜单→File→Save File As→ENVI Standard,弹出New File Builder面板。然后单击Import File，弹出Create New File Input File 面板。在该面板中选中所需的裁剪数据(如图2)，单击Spatial Subset按钮。
图2
(3) 在Select Spatial Subset面板中，单击image，弹出Subset by image对话框。在该对话框中，按鼠标左键拖动图像中的红色矩形框确定裁剪区域(如图3)，裁剪出包括浑善达克区域的部分图，单击OK。
图3
(4)在New File Builder，单击Choose 设置输出路径及文件名 20090811-Cal-sub.img，单击OK。
第四步：图像配准
以土地利用分类图作为基准影像，对环境小卫星图像进行配准。
(1) 分别打开并显示基准影像图“浑善达克2006年8月土地利用分类图”和待配准图“20090811-Cal-sub.img”。
(2) 打开几何校正模块(如图4)，选择显示浑善达克2006年8月土地利用分类图文件的Display为基准影像，显示环境卫星文件的Display为待校正图像(如图5)，点击OK进入采集地图控制点。
图4
(3) 打开Tools→Link→Geografic link,
将两个窗口都选择为on，单击确定。
找到定位区域后，再将on更改为off，
关闭链接。
图
5
(4) 在Ground Control Pionts Selection面板中，选择File→restore GCPs from ASCII,选择并导入控制点文件(如图6)。
图6
(5) 在Ground Control Pionts Selection面板中，选择Options→ Warp File(as image Map)，选择校正文件。在校正参数面板中，设置如图7。选择输出路径与文件名，单击OK。
图7
第五步：大气校正
一、制作波普曲线
(1) 主菜单Window→Start New Plot Window,打开ENVI Plot Window面板，在波普绘制窗口中，选择导入“681_HJ1ACCD2.txt”文本文件，设置如图8，单击OK。在绘制窗口生成4条曲线(如图9)。
图8 图9
(2) 选择File→Save Plot As →Spectral
Library，在Output Plots to Spectral
Library 面板中，单击Select All Items，单
击OK。
(3) 在Output Spectral Library 面板中，输
出曲线相关参数设置如图10，选择保存曲线为
波普库文件：HJ1A-CCD2.sli
图10
二、FLAASH大气校正
数据准备：
选择主菜单Basic Tools Convert Data，选择已经过定标和配准的数据(如图11)，在Convert File Parameters中，设置如图12。单击OK。
图11
图12 图13
设置参数进行FLAASH大气校正：
(1) 主菜单Spectral FLAASH,打开FLAASH大气校正模块。 (2) 点击Input Radince Image，选择BIL格式的小卫星数据 20090811-Cal-sub-jz.img ，设置如图13，单击OK。 (3) 设置输出文件及路径设置。
(4) 大气模型设置，文件名路径及参数设置如图14。
图14
(5) 单击Multispectral Setting 按钮，在Filter Function File面板中导入之前做好的波普响应曲线(如图15)，单击OK。
图15
(6) 单击高级设置，设置参数如图16，然后在大气校正模块中，单击Apply。
图16
(7) 大气校正完成后，对比校正前后图像中植被光谱曲线，得到校正前图像(如图17)，校正后图像(如图18)。
图17 图18
第六步：裁剪浑善达克区
(1) 显示大气校正后的图像20090811-Cal-jz-FLAASH.img，在
image
窗口选择Overlay→Vectors,在打开的面板中添加hunshandake.evf 文件。
(2) 在Available Vectors list面板中选择矢量文件(如图19)，将其叠加在影像上(如图20)。
图19 图20
(3) 在Available Vectors list面板中，选择File→Export Layers to ROI,继续操作如图21、图22。结果如23。
图
21
图22 图23
(4) 在图像窗口，选择Overlay→ Region of Interest，打开ROI面板，选择 File→ Subset Data via ROIs ,在该面板中选择20090811-Cal-jz-FLAASH.img，单击OK。
(5) 在Special Subset via ROI Parameters，设置参数如图24。设
置输出路径及文件名20090811-yanjiuqu.img，单击OK
。
图
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4.2 植被覆盖度反演
第一步：计算归一化植被指数
(1) 选择主菜单File→Transform →NDVI ，打开NDVI模块。选择裁剪后的数据20090811-yanjiuqu.img。
(2) 在参数设置面板中设置参数如图25。选择文件保存路径及文件名20090811-yanjiuqu-NDVI.img ，单击OK。
图25
第二步：计算植被覆盖度
利用ENVI主菜单基本工具中的波段运算工具，输入公式： (b1 gt 0.7)*1+(b1 lt 0.)*0+(b1 ge 0 and b1 le 0.7)*((b1-0.0)/(0.7-0.0))。
设置参数如图26，选择文件保存名20090811-yanjiuqu-VCI 及保存路径，单击OK。
图26
4.3 植被变化监测 第一步：植被覆盖度提取 (1) 2009年8月植被覆盖区提取
利用ENVI主菜单中Basic Tool->Bandmath，输入公式： (b1 le 0.3)*0 +(b1 gt 0.3)*1 设置b1为： HJ1A-CCD2-20090811-Cal-sub-flaash-ref-hunshandake-VCI 设置文件保存名：20090811-植被覆盖图.img 和路径。单击OK。
(2) 2006年8月植被覆盖区提取
利用ENVI主菜单中Basic Tool->Bandmath，输入公式： (b1 ge 1 and b1 le 3)*1+(b1 lt 1)*0+(b1 gt 3)*0 b1选择“浑善达克2006年8月土地利用分类图.img”，选择文件保存名“200608-植被覆盖图.img”和保存路径，单击OK。 第二步：植被变化检测
利用ENVI主菜单中Basic Tool->Bandmath，输入公式：b1-b2 b1:选择20090811-植被覆盖图.img b2: 200608-植被覆盖图.img
选择文件保存名“浑善达克植被覆盖变化2006-2009.img”和路径，单击OK。得到浑善达克2006年到2009年植被覆盖变化的区域图像。
4.4 成果后期处理与应用
第一步：植被变化区域图的背景值处理
(1) 显示上面得到浑善达克2006年到2009年植被覆盖变化的区域图像，主菜单 Basic Tool→Masking→Apply mask,选择2006-2009-植被变化区.img ，单击Select Mask Band，选择掩膜图像，单击OK。 (2) 在Apply Mask Parameters面板，设置掩膜值为5，设置输出路径与文件名(如图27)，单击OK。得到结果展示如图28。
图
27
图28
(1) 将掩膜背景值后的变化图像2006-2009-植被覆盖变化区-maskback.img打开，对图像进行密度分割(如图29),点击Apply查看密度分割的结果。
图29
(2) 在Densty Slice,选择File Output to Class Image,将分割结果输出为ENVI分类格式。
(3) 打开Overlay Classification面板，选择输出的分类图像，叠加各类显示，如图30。
图30
4.5 成果图展示