草地資源調(diào)查方法4(遙感技術(shù))課件

草地資源調(diào)查方法4(遙感技術(shù))

地理信息系統(tǒng)（GIS）

地理信息系統(tǒng)（GIS）：是以地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，采用地理圖形分析方法，適時(shí)提供多種空間的、動(dòng)態(tài)的信息，以供分析和管理在一定地理區(qū)域內(nèi)分布的各種地學(xué)、社會(huì)現(xiàn)象和過(guò)程，它具備數(shù)據(jù)輸入、預(yù)處理、數(shù)據(jù)管理、空間查詢(xún)和可視化表達(dá)輸出等功能。干旱監(jiān)測(cè)沙塵暴信息火情信息積雪信息草地監(jiān)測(cè)

全球定位系統(tǒng)（GPS）

全球定位系統(tǒng)（GPS）：是由美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)的一套基于衛(wèi)星的無(wú)線導(dǎo)航系統(tǒng)，這些衛(wèi)星連續(xù)發(fā)送回精確的時(shí)間和其所在位置，通過(guò)GPS接收器接收，從而判斷地面上或接近地面的物體的位置及其移動(dòng)速度和方向等。3S技術(shù)集成

二、遙感技術(shù)調(diào)查的工作程序與方法

1.準(zhǔn)備工作2.圖像預(yù)判3.建立解譯標(biāo)志4.成圖5.現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證6.總結(jié)1.準(zhǔn)備工作

（1）遙感信息源的搜集與整理航空像片：

根據(jù)攝影時(shí)選用的方式和感光材料的不同，有多種類(lèi)型的航空像片。按像片的傾角分為水平相片和傾斜相片；按所用感光膠片分為全色片、黑白紅外片、紅外彩色片等。通過(guò)觀察辨別所使用的航片類(lèi)型。航天影像：

航天影像依傳感器、處理方式、光譜波段等劃分方法，有不同的分類(lèi)。常見(jiàn)的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)有：MSS；TM、ETM；SPOT；IRS；IKNOOS（艾科諾斯）；QuickBird(快鳥(niǎo)）；MODIS；CBERS等。航天遙感信息點(diǎn)擊各衛(wèi)星圖標(biāo)進(jìn)入●●●●●●LANDSAT5LANDSAT7RADARSAT-1ERS-1,2JERS-1CBERS-1SPOTENVISAT-1IRS-P6IKONOSQUICK

BIRDMODIS航天遙感信息演示北京故宮2002年2月11日QuickBird影像Credit:“DigitalGlobe”航天遙感信息演示北京萬(wàn)泉河橋

圖像采用Quickbird全色+多光譜3、2、1融合結(jié)果制成，數(shù)據(jù)分辨率0.6m。航天遙感信息演示三峽2003年7月13日QuickBird影像Credit:“DigitalGlobe”航天遙感信息演示中國(guó)南海臺(tái)風(fēng)2003年8月24日MODIS影像

航天遙感信息演示意大利紅樹(shù)林2002年5月16日QuickBird影像航天遙感信息演示Credit:”SpaceImagingEurasia”埃及阿斯旺大壩2002年7月29日IKONOS衛(wèi)星影像航天遙感信息演示巴格達(dá)——戰(zhàn)前戰(zhàn)后對(duì)比(QuickBird影像)航天遙感信息演示埃及金字塔航天遙感信息演示北京市紫竹橋地區(qū)IKONOS衛(wèi)星影像不同時(shí)期對(duì)比紫竹橋2001年5月紫竹橋2002年10月紫竹橋2003年10月航天遙感信息演示死海曬鹽塘的擴(kuò)展航天遙感信息演示智利金、銀、銅礦開(kāi)采航天遙感信息演示蝦類(lèi)養(yǎng)殖與紅樹(shù)林萎縮1989年5月2001年12月航天遙感信息演示調(diào)查農(nóng)作物春夏長(zhǎng)勢(shì)及收割情況俄羅斯伏爾加河薩拉托夫地區(qū)航天遙感信息演示非洲撒哈拉地區(qū)灌溉農(nóng)業(yè)1999年10月31日2001年10月23日航天遙感信息演示沙塵暴監(jiān)測(cè)在草地資源調(diào)查中，使用的遙感影像主要有MSS、SPOT，TM，ETM，由于SPOT價(jià)格較貴，MSS圖像分辨率低，基本被TM、ETM所取代。ETM+、TM、MSS和SPOT影像比較表項(xiàng)目ETM+TMMSSSPOT波段個(gè)數(shù)8743空間分辨率ETM1—5、7為30m×30mETM6為60m×60mETM8為15m×15mTM1—5、7為30m×30mTM6為120m×120m79m×79m20m×20m信息數(shù)據(jù)（兆字節(jié)/幅）約250約230約30約27草地資源調(diào)查常用遙感信息源昌吉市、呼圖壁縣遙感衛(wèi)星影像圖（2）圖像的性質(zhì)分析與處理①明確圖像的性質(zhì)影像的種類(lèi),波段的組合,攝影時(shí)間等。②進(jìn)行圖像的處理（3）專(zhuān)題圖件的搜集與整理遙感影像處理專(zhuān)題圖件數(shù)字化地圖信息提取2.圖像預(yù)判

（1）閱讀專(zhuān)業(yè)資料

明確影像與預(yù)判對(duì)象之間的生物物理學(xué)聯(lián)系。

（2）預(yù)判

遵循從“已知到未知”，“先易后難”，“由宏觀到微觀”原則。

3.建立解譯標(biāo)志解譯標(biāo)志是圖像解譯分析的依據(jù)。利用目視解譯時(shí)，可根據(jù)影像特征，即色調(diào)、陰影、圖形、形狀、紋理等與不同草地或地類(lèi)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立相關(guān)解譯標(biāo)志。利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)分析，一般是通過(guò)模式樣地，建立解譯標(biāo)志，雖然在數(shù)字圖像處理中有所應(yīng)用，但在技術(shù)上尚未完全解決。（1）直接判讀標(biāo)志的應(yīng)用色調(diào)：注意時(shí)間變化（春天——秋天）、空間變化（生態(tài)地理區(qū)域差異）。

形狀：農(nóng)田、河流、道路、居民區(qū)、森林等。紋理與圖案：灌木草地—斑點(diǎn)狀紋理；受侵蝕作用草地—勾紋狀紋理；嚴(yán)重鹽漬化草地—絮團(tuán)狀紋理。

陰影：?jiǎn)?、灌木區(qū)分；山區(qū)復(fù)合體分布類(lèi)型判讀。（2）間接判讀標(biāo)志的應(yīng)用

應(yīng)用生態(tài)學(xué)、地學(xué)、草地類(lèi)型學(xué)原理分析圖形特征。草地類(lèi)型判讀解譯標(biāo)志草地類(lèi)型地形地貌代表樣地影像特征備注色彩色調(diào)形狀大小影像結(jié)構(gòu)

草地類(lèi)型判讀解譯標(biāo)志森林冰雪石質(zhì)農(nóng)田、居民區(qū)、水域、道路農(nóng)田、居民區(qū)、水域、道路2密叢中禾草、雜類(lèi)草型

密叢中禾草型雜類(lèi)草、密叢中禾草型

草地類(lèi)型4成圖（1）解譯方法

人工目視解譯成圖；人工目視解譯+計(jì)算機(jī)輔助判讀；人機(jī)交互解譯成圖。（2）解譯原則

用草地類(lèi)型學(xué)原理指導(dǎo)解譯；區(qū)域生態(tài)自然地理分析；相關(guān)信息規(guī)律分析；草地季相與影像時(shí)相分析；人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)草地影響的分析。（3）人機(jī)交互解譯成圖5.現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證工作與草地資源定性定量分析采樣等工作結(jié)合起來(lái)進(jìn)行。野外是對(duì)室內(nèi)工作結(jié)果，拿到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查驗(yàn)證和解決判讀中的疑難問(wèn)題，以保證調(diào)查成果的可靠性的關(guān)鍵。驗(yàn)證內(nèi)容：邊界、圖斑內(nèi)容。（采用抽樣方法）6.總結(jié)（1）成圖總結(jié)以GIS軟件為基礎(chǔ)，以野外GPS定點(diǎn)調(diào)查為依據(jù)，對(duì)遙感信息解譯結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步總結(jié)，并編繪出圖。（2）數(shù)據(jù)整理對(duì)野外調(diào)查的反映草地資源定性、定量的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理。借助于計(jì)算機(jī)和GIS軟件，創(chuàng)建草地資源數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到各類(lèi)圖件、數(shù)據(jù)、文字等信息的優(yōu)化管理。草地資源類(lèi)型圖草地資源配置圖專(zhuān)題圖件利用3S技術(shù)編繪各種專(zhuān)題圖件。草場(chǎng)圍欄建設(shè)示意圖草場(chǎng)承包示意圖專(zhuān)題圖件季節(jié)草場(chǎng)分布示意圖數(shù)字高程圖曲面三維透視圖三維遙感影像圖屬性數(shù)據(jù)管理

以GIS軟件為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，進(jìn)行草地資源信息管理系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)與研制，對(duì)各種空間數(shù)據(jù)庫(kù)與屬性數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，達(dá)到圖文一體化，實(shí)現(xiàn)草地資源高效的數(shù)字化管理。三、草地遙感估產(chǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)

工作目標(biāo)（1）明確監(jiān)測(cè)區(qū)草地植物群落季節(jié)、年季動(dòng)態(tài)變化特征；（2）建立監(jiān)測(cè)區(qū)動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)的估產(chǎn)模型。工作內(nèi)容（1）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定研究區(qū)樣方內(nèi)草地植物的生物量、高度、蓋度，明確植物群落動(dòng)態(tài)變化特征。（2）收集遙感資料的數(shù)據(jù)，校正后獲得GPS點(diǎn)下的各植被指數(shù)的值。（3）結(jié)合地面數(shù)據(jù)和遙感資料的數(shù)據(jù)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法分析生物量、高度、蓋度與植被指數(shù)的關(guān)系，建立動(dòng)態(tài)估產(chǎn)模型。（4）應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證模型，提出草地動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)的估產(chǎn)模型。工作思路MODIS衛(wèi)星資料獲取影像校正植被指數(shù)的計(jì)算實(shí)地測(cè)定地面數(shù)據(jù)整理建立估產(chǎn)模型野外驗(yàn)證精度評(píng)價(jià)驗(yàn)證模型動(dòng)態(tài)估產(chǎn)模型垂直帶草地生物量反演工作方法1、地面監(jiān)測(cè)對(duì)草地類(lèi)型進(jìn)行地面定點(diǎn)、定時(shí)（15天1次）。在每個(gè)草地類(lèi)型中選擇有代表性的地段，測(cè)定1×1m的樣方20-30個(gè)，測(cè)定內(nèi)容包括：植物種類(lèi)：記錄樣方內(nèi)出現(xiàn)的所有植物名稱(chēng)。生物量：將樣方內(nèi)各種植物按照種類(lèi)齊地面剪下，分別裝袋稱(chēng)重。高度：每種植物隨機(jī)測(cè)量10株自然高度。蓋度：用針刺法，每個(gè)樣方測(cè)定100次。2、遙感數(shù)據(jù)的獲取及處理收集MODIS數(shù)據(jù)，在EOS/MODIS投影（星地通公司）軟件的支持下對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、云檢測(cè)、等面積投影、云識(shí)別、區(qū)域挖圖，按照公式：NDVI=（CH2-CH1）/（CH2+CH1）和RVI=CH2/CH1（其中CH2與CH1分別是近紅外通道與紅光通道的反射率）計(jì)算歸一化植被指數(shù)（NDVI）和比值植被指數(shù)（RVI），再將地面監(jiān)測(cè)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成Mapinfo的格式后疊加在NDVI圖和RVI圖上，獲得GPS點(diǎn)下的各植被指數(shù)的值。3、建立估產(chǎn)模型光學(xué)模型：Gj=gj（CH1，CH2），Y=Yg（g1,g2）式中j=1，2兩種算法模式；CH1、CH2分別為地面實(shí)測(cè)光譜通道1，2；Gj為第j種算法模式計(jì)算的地面光譜綠度值；Y為地面實(shí)測(cè)產(chǎn)草量，g1=RVI,g2=NDVI4、數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)及各植被指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性分析，對(duì)于每種實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)篩選出相關(guān)性好的模型作為該種草地的估產(chǎn)模型。5、由點(diǎn)及面的草地生物量反演根據(jù)動(dòng)態(tài)估產(chǎn)模型，再?gòu)狞c(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)推算到一定區(qū)域，分析區(qū)域內(nèi)草地植被生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)，建立生長(zhǎng)季內(nèi)月份間植被指數(shù)—產(chǎn)量分區(qū)圖，對(duì)垂直帶草地生物量進(jìn)行反演。

2004年4月至10月EOS/MODIS衛(wèi)星數(shù)據(jù)1：10萬(wàn)的草地類(lèi)型圖草原和草甸兩草地類(lèi)型的典型樣地的生物量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)4

處理軟件：國(guó)家衛(wèi)星中心星地通公司的“MODIS資料接收處理系統(tǒng)；遙感圖像處理軟件ENVI4.0；國(guó)產(chǎn)地理信息系統(tǒng)軟件MAPGIS6.5；美國(guó)ADOBE公司的PHOTOSHOP7.1。

研究數(shù)據(jù)資料采用EOS/MODIS250米的衛(wèi)星資料數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取、預(yù)處理、幾何校正、太陽(yáng)高度角訂正等；結(jié)合前人得出的植被指數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算了典型區(qū)域草地不同季節(jié)的NDVI、RVI，同時(shí)結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)利用統(tǒng)計(jì)回歸的方法，建立不同草地類(lèi)型在不同季節(jié)的植被指數(shù)模型；在此基礎(chǔ)上，利用植被指數(shù)最大值合成法MVC（maximumvaluecomposite）制作了烏魯木齊地區(qū)植被指數(shù)專(zhuān)題圖與植被指數(shù)變化趨勢(shì)圖，分析了烏魯木齊地區(qū)草地植被指數(shù)(ＭＯＤＩＳ-ＮＤＶＩ)的時(shí)空變化特征。研究方法野外實(shí)測(cè)照片根據(jù)2004年5月、7月、9月實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，選取這一時(shí)段內(nèi)實(shí)測(cè)區(qū)無(wú)云、無(wú)掉包的MODIS數(shù)據(jù)，運(yùn)用（ENVI）BasicTools中的BandMath命令對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算，具體運(yùn)算公式：

其中ch2和ch1分別代表近紅外波段和紅波段同時(shí)對(duì)所得到的植被指數(shù)影像上定義與實(shí)測(cè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的子區(qū)，記錄各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，此數(shù)值為所要求的植被指數(shù)值。典型區(qū)植被指數(shù)的提取

5月在草甸樣地上所得到的植被指數(shù)樣地代號(hào)地理位置NDVIRVI平均鮮重143.459787.04170.53193.2727525243.477287.03670.46892.7654372.8343.456087.07440.51443.1184405.5443.452687.07340.53753.3239430.8543.453187.06590.50633.0513453.5643.462087.06540.52313.1935507743.465287.06530.48292.8676350843.459587.06570.54443.3896400.5943.461187.06670.45832.6923307.51043.470087.06700.56493.5962552.51143.477087.06200.46272.72223351243.467087.05100.52503.2105465.51343.460087.05200.55333.4776523.51443.456087.04900.49662.9730485.51543.446087.05000.50193.01564571643.446087.05300.50783.06353831743.445087.06700.51103.0897450.57月在草甸樣地上所得到的植被指數(shù)樣地代號(hào)地理位置NDVIRVI平均鮮重143.459787.04170.76397.4722868.5243.477287.03670.74526.8500759.0343.456087.07440.60254.0317583.8443.452687.07340.62154.2836636.5543.453187.06590.62134.2807610.5643.462087.06540.73526.5526676.3743.465287.06530.74076.7143801.0843.459587.06570.67295.1148671.3943.461187.06670.65874.8600645.81043.470087.06700.59433.9296571.01143.477087.06200.64324.6061643.81243.467087.05100.63934.5455588.51343.460087.05200.62474.3293638.31443.456087.04900.60744.0946598.51543.446087.05000.69365.5273648.81643.446087.05300.60854.1081623.01743.445087.06700.63684.5068647.59月在草甸樣地上所得到的植被指數(shù)樣地代號(hào)地理位置NDVIRVI平均鮮種143.459787.04170.46302.7241400243.477287.03670.46092.7101482343.456087.07440.51613.1333603443.452687.07340.55793.5238590.5543.453187.06590.48872.9118520643.462087.06540.52433.2041582.5743.465287.06530.53403.2917610.5843.459587.06570.53043.2593621.5943.461187.06670.55373.48156001043.470087.06700.49752.9800589.51143.477087.06200.47642.8194525.71243.467087.05100.55003.44446301343.460087.05200.50563.0455602.51443.456087.04900.48922.91555701543.446087.05000.49392.95164811643.446087.05300.51833445087.06700.46812.76004505月在草原樣地上所得到的植被指數(shù)樣地代號(hào)地理位置NDVIRVI平均鮮種143.493787.04370.48122.8551427.6243.512387.04170.40962.3874397.5343.524087.00860.48002.8462402.6443.526387.06020.42222.4615326.0543.532887.02180.41952.4455234.0643.580787.07900.35392.0957126.0743.519087.12400.34472.0519275.0843.515087.12600.48902.9140275.0943.511487.12770.47492.8085363.21043.510387.13060.50433.0345462.41143.509387.13540.50913.0741510.31243.513687.14000.35692.1102128.11343.522087.12400.36762.1628150.11443.528587.12210.37042.1765234.01543.531987.12220.30541.8793152.01643.530987.13690.42292.4661240.31743.528387.13090.38962.2764175.21843.527587.12730.39332.2966192.41943.520387.12040.45182.6481149.42043.522487.12070.47232.7900200.32143.525487.11950.35282.0903122.32243.531387.11570.32191.949375.32343.534787.11310.30141.8627253.02443.537087.11700.35752.1129134.32543.538087.12400.39952.3304195.02643.537087.13800.42092.4537210.32743.525087.13800.43912.5657279.42843.506087.13700.46922.7677340.52943.514087.12100.50893.0722400.33043.528087.10770.46742.7551283.83143.524087.10790.46242.7200398.57月在草原樣地上所得到的植被指數(shù)樣地代號(hào)地理位置NDVIRVI平均鮮種143.493787.04370.72116.17071072.0243.512387.04170.65634.8182656.0343.524087.00860.71766.0833985.5443.526387.06020.70125.6935876.0543.532887.02180.70675.8182956.0643.580787.07900.69455.5472814.0743.519087.12400.44152.5811381.5843.515087.12600.68345.3171610.0943.511487.12770.67855.2208551.01043.510387.13060.65894.8630518.51143.509387.13540.71075.9138813.01243.513687.14000.63004.4054480.01343.522087.12400.67335.1220523.01443.528587.12210.48632.8934292.51543.531987.12220.44162.5814193.71643.530987.13690.61644.2135521.51743.528387.13090.41972.4467260.71843.527587.12730.56503.5980246.71943.520387.12040.50293.0233206.72043.522487.12070.65614.8161512.02143.525487.11950.57233.6762260.02243.531387.11570.39532.3077250.02343.534787.11310.42652.4876372.02443.537087.11700.53283.2813431.02543.538087.12400.51903.1584324.52643.537087.13800.54853.4300343.02743.525087.13800.60654.0825418.52843.506087.13700.62234.2949357.72943.514087.12100.69335.5200552.03043.528087.10770.60874.1111339.03143.524087.10790.59823.9770450.09月在草原樣地上所得到的植被指數(shù)樣地代號(hào)地理位置NDVIRVI平均鮮種143.493787.04370.40912.3846369243.512387.04170.42182.4590427343.524087.00860.39822.3235352443.526387.06020.44652.6133499543.532887.02180.36102.1299309643.580787.07900.46862.7639597743.519087.12400.32671.9703138843.515087.12600.48922.9155633943.511487.12770.48102.85336071043.510387.13060.36762.16256701143.509387.13540.52533.21317801243.513687.14000.37852.2173331343.522087.12400.42092.45354071443.528587.12210.32281.95331771543.531987.12220.31291.91072481643.530987.13690.39072.28263871743.528387.13090.30261.86791361843.527587.12730.33782.02042391943.520387.12040.33992.03002632043.522487.12070.34802.06732422143.525487.11950.28271.78813622243.531387.11570.25471.68351732343.534787.11310.44932.63163802443.537087.11700.33752.01892622543.538087.12400.33532.00882312643.537087.13800.35202.08653002743.525087.13800.35332.09284252843.506087.13700.38752.26532462943.514087.12100.45452.66674833043.528087.10770.43892.56474483143.524087.10790.34382.0481345不同季節(jié)植被指數(shù)模型

通過(guò)以上計(jì)算得到的草甸和草原的NDVI，RVI，以每個(gè)像素點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際位置的植被的鮮重(g)為因變量，在MODIS傳感器所得到的NDVI、RVI為自變量，在EXCELL2000中擬合出相關(guān)系數(shù)最大的植被指數(shù)相關(guān)方程。草甸相關(guān)系數(shù)樣本數(shù)5月y=1804.6NDVI-486.980.6104*17y=212.75RVI-225.470.5943*177月y=1268.7NDVI-177.090.7916**17y=63.665RVI+338.170.834**179月y=1675.8NDVI-300.590.5939*17y=195.9RVI-52.850.5679*17

草原5月y=1480.7NDVI-349.920.5882*31y=258.42RVI-370.240.6239*317月y=1921.3NDVI-643.450.6332*31y=175.25RVI-240.930.7712**319月y=2013NDVI-398.780.6608**31y=368.82RVI-468.170.691**31注：**為通過(guò)0.01的極顯著性檢驗(yàn);*為通過(guò)0.05的顯著性檢