1、2013.10.20 许珊许珊基于遥感信息的区域基于遥感信息的区域景观指数计算景观指数计算Page 2基于遥感信息的区域景观指数计算流程图基于遥感信息的区域景观指数计算流程图长株潭地区TM影像1长株潭地区TM影像2影像的镶嵌影像的几何校正影像的裁剪大气校正完成处理的长株潭地区完整TM影像辐射定标信息提取（最大似然法分类）分类后处理及精度验证ENVI 图 像 预 处 理影像处理影像处理长株潭地区景观图（*.img）GRID数据文件Fragstats4.0 景观指标计算景观面积指数斑块密度指数斑块个数指数景观结构分析景观分析景观分析Page 3ENVI（The Environment for Vi
2、sualizing Images）简介）简介美国美国 Research System Inc. 公司开发的一套功能齐全的遥感图像处理系统。公司开发的一套功能齐全的遥感图像处理系统。能够处理、分析并显示多光谱、高光谱数据和雷达数据。能够处理、分析并显示多光谱、高光谱数据和雷达数据。AtmosphereCorrrction大气校正模块大气校正模块ENVI EX空间特征空间特征提取模块提取模块DEMExtraction立体像对高立体像对高程提取模块程提取模块Orthorecticification正射校正正射校正模块模块SARspace雷达高雷达高级处理级处理NITFENVI 主模块主模块IDL A
3、dvanced数字与统计数字与统计扩展工具包扩展工具包IDLDataminer数据库连接数据库连接工具包工具包扩扩展展模模块块IDL开发语言开发语言1Page 4影像的镶嵌（影像的镶嵌（Mosaicking）依据需要将不同的图像文件合在一起形成一幅完整的包含感兴趣区域的图像。依据需要将不同的图像文件合在一起形成一幅完整的包含感兴趣区域的图像。要求镶嵌的图像之间有一定的重叠度。包括基于地理坐标和基于像元的镶嵌。要求镶嵌的图像之间有一定的重叠度。包括基于地理坐标和基于像元的镶嵌。基于地理坐标的影像镶嵌基于地理坐标的影像镶嵌2长株潭地区影像1长株潭地区影像2镶嵌后影像Page 5影像的几何校正（影像
4、的几何校正（Geometric Correction）消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。消除图像中的几何变形，产生一幅符合某种地图投影或图形表达要求的新图像。包括两个环节：一是像素坐标的变换；二是对坐标变换后像素亮度值的重采样。包括两个环节：一是像素坐标的变换；二是对坐标变换后像素亮度值的重采样。3遥感图像的几何变形遥感图像的几何变形：指原始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在：指原始图像上各地物的几何位置、形状、尺寸、方位等特征与在参照系统中的表达要求不一致时产生的变形。参照系统中的表达要求不一致时产生的变形。地形起伏地形起伏大气折射大气折射
5、等等等等地球曲率地球曲率及自转及自转传感器外传感器外方位元素方位元素传感器传感器成像方式成像方式引起图像变形的原因引起图像变形的原因Page 6影像的几何校正（影像的几何校正（Geometric Correction）3像素坐标像素坐标的变换的变换亮度值的亮度值的重采样重采样待纠正影像参考影像控制点选取误差检查校正模型选择像素坐标变换不符合不符合以多项式纠正为例双线性内插法最邻近像元法双三次卷积法)()()()(39282736254232103928273625423210YbXYbYXbXbYbXYbXbYbXbbyYaXYaYXaXaYaXYaXaYaXaax（Page 7影像的几何校正
6、（影像的几何校正（Geometric Correction）3待纠正影像基准影像纠正后影像基于多项式的几何校正基于多项式的几何校正Page 8影像的裁剪（影像的裁剪（Resize）当我们所感兴趣的区域存在于一个大范围的图像文件内，而我们不需要影像的其他部分，当我们所感兴趣的区域存在于一个大范围的图像文件内，而我们不需要影像的其他部分，这就要用到图像的裁剪。在这就要用到图像的裁剪。在ENVI中，包括规则裁剪和不规则裁剪。中，包括规则裁剪和不规则裁剪。4裁剪后影像标准影像裁剪前影像Page 9大气校正（大气校正（FLAASH）即消除大气对遥感影像辐射特征的影响。即消除大气对遥感影像辐射特征的影响。
7、因为电磁波在透过大气时，大气会对来自阳光和来自目标的辐射产生吸收和散射。因为电磁波在透过大气时，大气会对来自阳光和来自目标的辐射产生吸收和散射。51、输入文件准备、输入文件准备l 数据是数据是经过定标后的辐射亮经过定标后的辐射亮度数据度数据。l 数据带有中心波长值，高光数据带有中心波长值，高光谱数据还必须有波段宽。谱数据还必须有波段宽。（wavelenth&FWHM）2、FLAASH能够大气校正的能够大气校正的波段范围为波段范围为0.42.5m。3、进行大气校正的影像必须、进行大气校正的影像必须是按照是按照BIP或或BIL格式存储的。格式存储的。ENVI中大气校正模块中大气校正模块辐射定标辐射
8、定标即建立传感器每个探测所输出即建立传感器每个探测所输出信号的数值量化值与该探测器信号的数值量化值与该探测器对应像元内的实际地物辐射亮对应像元内的实际地物辐射亮度之间的定量关系度之间的定量关系 定标前像元位置定标前像元位置/值窗口值窗口 定标前像元位置定标前像元位置/值窗口值窗口Page 10大气校正（大气校正（FLAASH）51、输入文件准备、输入文件准备l 数据是经过定标后的辐射亮数据是经过定标后的辐射亮度数据。度数据。l 数据带有中心波长值，高光数据带有中心波长值，高光谱数据还必须有波段宽。谱数据还必须有波段宽。（wavelenth&FWHM）2、FLAASH能够大气校正的能够大气校正的
9、波段范围为波段范围为0.42.5m。3、进行大气校正的影像、进行大气校正的影像必须必须是按照是按照BIP或或BIL格式存储的格式存储的。ENVI中大气校正模块中大气校正模块转换影像的数据转换影像的数据存储格式存储格式BSQ BIP或或BILPage 11大气校正（大气校正（FLAASH）5参数的设置：包括中心点经纬度、传感器类型和成像参数的设置：包括中心点经纬度、传感器类型和成像时间都可以在原始数据时间都可以在原始数据 ProductDescription.self 中中查得，可用记事本打开。查得，可用记事本打开。基于辐射传输方程的大气校正基于辐射传输方程的大气校正Page 12大气校正（大气
10、校正（FLAASH）5大气校正前影像大气校正后影像Page 13最大似然分类（最大似然分类（Maximum Likelihood）最大似然法分类是监督分类的一种，是根据概率判别函数和贝叶斯判别规则来进行分类的。最大似然法分类是监督分类的一种，是根据概率判别函数和贝叶斯判别规则来进行分类的。6类别定义/特征判别样本的选择分类器选择（即分类方法）影像分类分类后处理运用感兴趣区工具（ROI Tool）精度验证监督法分类流程监督法分类流程这里以最大似然法为例进行说明Page 14最大似然分类（最大似然分类（Maximum Likelihood）6类别定义/特征判别确定对哪些地物进行分类，分几类。确定对
11、哪些地物进行分类，分几类。依据地物的特征，以及依据地物的特征，以及google earth等手段，等手段，判定各类别的影像特征。判定各类别的影像特征。Page 15最大似然分类（最大似然分类（Maximum Likelihood）6样本/训练区选择训练样区指得是图像上哪些已知类别属性，可以用来统计训练样区指得是图像上哪些已知类别属性，可以用来统计类别参数的区域。注意类别参数的区域。注意 准确性、代表性和统计性。准确性、代表性和统计性。样本验证。样本验证。分类器选择/确定判别函数和判别规则利用训练区样本数据统计相应地物类别的光谱特征。利用训练区样本数据统计相应地物类别的光谱特征。监督分类技术包括
12、基于传统统计分析、基于人工智能和监督分类技术包括基于传统统计分析、基于人工智能和基于模式识别三种类型的分类器。基于模式识别三种类型的分类器。Page 16最大似然分类（最大似然分类（Maximum Likelihood）6影像分类根据判别函数和判别规则对非训练区图像分类。根据判别函数和判别规则对非训练区图像分类。-分类编码分类编码分类前影像分类后影像Page 17最大似然分类（最大似然分类（Maximum Likelihood）6分类后处理交互分类工具（交互分类工具（Interactive Class Tool）、主要分析、）、主要分析、聚类和筛选类等等。聚类和筛选类等等。精度验证混淆矩阵，用
13、户精度、制图精度、总精度和混淆矩阵，用户精度、制图精度、总精度和 Kappa 系数。系数。Page 18最大似然分类（最大似然分类（Maximum Likelihood）6类别类别12n合计合计1p11p12pn1p+12p12p22pn2p+2np1npnnp+n合计p1+p2+pn+p混淆矩阵混淆矩阵其中，其中，Pij为第为第i类错分到第类错分到第j类的像元个数；类的像元个数； pi+ 为分类所得到的第为分类所得到的第i类的总和；类的总和； p+j 为实际观测的第为实际观测的第j类的总和。类的总和。njijp1niijp1用户精度总体精度制图精度pAj = pjj / p+jpuj = p
14、ii / pi+pi ppnkkk/1Kappa系数kkkkkkkkkXXNXXXNK2N为所有地表真实分类中像元总数；为所有地表真实分类中像元总数；Xkk为混淆矩阵对角行的和；为混淆矩阵对角行的和；Xk为一类中真实像元的总和；为一类中真实像元的总和；Xk为这一类中被分类的像元总数。为这一类中被分类的像元总数。Page 19景观生态学理论景观生态学理论1 ：在生态学中，分为狭义和广义两种。：在生态学中，分为狭义和广义两种。 狭义景观是指几十公里至几百公里范围内由不同生态系统类型所组成的异质性地理单元。狭义景观是指几十公里至几百公里范围内由不同生态系统类型所组成的异质性地理单元。而反映气候、地理
15、、生物、经济、社会和文化综合特征的景观复合体称为区域。狭义景观而反映气候、地理、生物、经济、社会和文化综合特征的景观复合体称为区域。狭义景观和区域可统称为宏观景观。和区域可统称为宏观景观。广义景观则指出现在从微观到宏观不同尺度上的具有异质性或缀块性的空间单元。广义景观则指出现在从微观到宏观不同尺度上的具有异质性或缀块性的空间单元。 -邬建国邬建国.景观生态学景观生态学概念与理论概念与理论.生态学杂志生态学杂志,2000,19(1)：4252景观的定义景观的定义 ：指不同于周围背景的、相对均质的非线性区域。斑块是有尺度的，与：指不同于周围背景的、相对均质的非线性区域。斑块是有尺度的，与周围环境（
16、基底）在性质上或外观上不同的空间实体。周围环境（基底）在性质上或外观上不同的空间实体。 斑块的定义斑块的定义Page 20景观生态学理论景观生态学理论1区域景观生态质量评价系统了解所关心区系统了解所关心区域的生态系统特征域的生态系统特征（景观单元的类型（景观单元的类型组成、空间配置及组成、空间配置及其与生态学过程的其与生态学过程的相互作用）相互作用）揭示区域生态系揭示区域生态系统健康状态，找统健康状态，找出脆弱区域或因出脆弱区域或因子子提供决策支持以提供决策支持以保护或恢复生态保护或恢复生态环境环境区域景观生态质量评价指标体系指标体系Page 21Fragstats 简介简介计算分类地图的各种
17、景观指标的软件。计算分类地图的各种景观指标的软件。发布于发布于1995年年,由由McGarigal博士和博士和 俄勒冈州立大学的俄勒冈州立大学的Barbara Marks 联合开发。联合开发。2l 接受各种不同格式的光栅图像接受各种不同格式的光栅图像,包括包括 ArcGrid ，ASCII和和8位、位、16位以及位以及32位二进制的存储格式。要使用位二进制的存储格式。要使用 ArcGrid ,需先进行环需先进行环境变量设置。境变量设置。l 用于计算景观指标的图像文件，存储的位置不能太深。用于计算景观指标的图像文件，存储的位置不能太深。l FRAGSTATS可以计算许多不同的功能指标可以计算许多
18、不同的功能指标,这些指标必须依这些指标必须依据具体情况由用户参数化。功能指标包括核心区域据具体情况由用户参数化。功能指标包括核心区域(依赖于边缘依赖于边缘的深度效应的深度效应),边缘对比度边缘对比度(依赖于相邻斑块类型的对比度依赖于相邻斑块类型的对比度),和隔离和隔离度度(依赖于邻近生态区的大小和不同的斑块类型之间的相似性依赖于邻近生态区的大小和不同的斑块类型之间的相似性)的的计算。计算。注注意意Page 22常用的景观指标常用的景观指标Fragstats 中景观指标分为斑块、类型和景观三个范畴。3Area-Edge面积和边缘指标面积和边缘指标Shape形状指标形状指标Core Area核心区
19、指标核心区指标Contrast对比度指标对比度指标AggreationDiversity斑块（Patch）斑块面积、周长等边缘面积比、分维数、聚集指数等核心斑块面积、数量、面积比等边缘对比度等斑块相似系数等类型（Class）斑块所占景观面积比例、斑块数量、密度等景观形状指数，标准化景观形状指数等核心斑块总面积、占景观面积比等总边缘对比度等连接指数等景观（Landscape）景观面积、最大斑块占景观面积比例、斑块数量、密度等边缘面积分维，形状指数等独立核心斑块数量、密度等对比度加权边缘密度等散布并列指数等斑块丰度Page 23利用利用Fragstats进行景观指标计算进行景观指标计算4输出GRI
20、D数据文件Fragstats4.0 景观指标计算长株潭地区景观图（*.img）景观面积指数斑块密度指数斑块个数指数斑块个数指数Arcview栅格文件Page 24利用利用Fragstats进行景观指标计算进行景观指标计算4输出GRID数据文件Fragstats4.0 景观指标计算长株潭地区景观图（*.img）景观面积指数斑块密度指数斑块个数指数斑块个数指数Arcview栅格文件Page 25利用利用Fragstats进行景观指标计算进行景观指标计算4输出GRID数据文件Fragstats4.0 景观指标计算长株潭地区景观图（*.img）景观面积指数斑块密度指数斑块个数指数斑块个数指数Arcvi
21、ew栅格文件Page 26利用利用Fragstats进行景观指标计算进行景观指标计算4输出GRID数据文件Fragstats4.0 景观指标计算长株潭地区景观图（*.img）景观面积指数斑块密度指数斑块个数指数斑块个数指数Arcview栅格文件Page 27利用利用Fragstats进行景观指标计算进行景观指标计算4输出GRID数据文件Fragstats4.0 景观指标计算长株潭地区景观图（*.img）景观面积指数斑块密度指数斑块个数指数斑块个数指数Arcview栅格文件Page 28利用利用Fragstats进行景观指标计算进行景观指标计算4输出GRID数据文件Fragstats4.0 景观指标计算长株潭地区景观图（*.img）景观面积指数斑块密度指数斑块个数指数斑块个数指数Arcview栅格文件Page 29利用利用Fragstats进行景观指标计算进行景观指标计算4输出GRID数据文件Fragstats4.0 景观指标计算长株潭地区景观图（*.img）景观面积指数斑块密度指数斑块个数指数斑块个数指数Arcview栅格文件感谢您的关注感谢您的关注
