1、应用专题十二：基于无人机数据的果树遥感监测1 专题背景专题背景 2017年ENVI官方推出了一个精准农业工具包，叫做ENVI Crop Science。本工具包提供了一些精准农业和农学分析工具。目前仅适用于ENVI 5.4及以上版本。需要特殊许可支持，提供单独的安装文件。本专题以无人机图像为数据源，利用ENVI精准农业工具包监测果园信息，包括果树株数及分布、果树长势信息等。专题涉及植被指数计算与筛选、果树株数提取、结果统计和制图等。注：本专题须安装ENVI精准农业工具包（envicropscienceXXX-win.exe）专题概述 ENVI精准农业工具包最重要的一个功能便是作物计数（Coun
2、t Crops）。本专题重点介绍此工具的使用。此工具需要使用高空间分辨率图像，一般建议使用分辨率在0.5m以内的卫星图像或无人机图像。本专题将学习如下工具的使用：Count Crops作物计数 Calculate Crop Metrics作物健康分析 Convert Crops To Shapefile输出作物为矢量 Spectral Indices光谱指数计算工具 Frame Subset via Shapefile批量分幅裁剪扩展工具 ENVI ModelerENVI建模工具处理流程 本章节处理流程分为两部分。左侧为基本流程，主要目的是提取单个地块果树、确定提取参数等，从而对工具功能有所了
3、解。右侧流程为真正的业务生产流程，用于批量提取多地块果树。进入专题 数据：“212-应用专题：基于无人机数据的果树遥感监测”计算植被指数 阈值掩膜单个地块果树提取输出矢量/健康分析批量果树提取2.1 计算植被指数数据情况 本专题所用数据为国内某果园的四波段无人机图像。注：由于数据保密，已经对数据位置进行了偏移，所以与其他数据无法叠加。植被指数分析 对于三波段图像，一般建议使用VDVI（可见光波段差异植被指数，Visible-band Difference Vegetation Index）；对于四波段图像（包含近红外），同时可以使用GDVI（绿度差值植被指数，Green Difference
4、Vegetation Index）注：由于NDVI对于阴影和植被的区分效果较差，不建议使用。ENVI中的VDVI也叫做GLI（Green Leaf Index），公式一样。如下所示：GDVI的计算公式：植被指数计算 当数据有波长信息时，建议使用波谱指数（/Band Algebra/Spectral Indices）工具完成计算。如果没有波长信息，可以手动添加波长和波长单位，然后计算；或直接使用波段运算（Band Math）工具完成计算。本例使用VDVI指数进行果树提取。主要考虑原因：精准农业工具包更适用于高分辨率图像，特别是无人机图像。而四波段的无人机图像较少，大多数仅有红绿蓝三个波段，而且不
5、包含波长信息。所以本专题的流程更具通用性。添加波长和波长单位 在Toolbox中，打开/Raster Management/Edit ENVI Header。在Edit ENVI Header面板中，单击左上Add+按钮，在弹出对话框中选中Wavelength和Wavelength Units两项。分别添加4个波段的波长为：460、560、660、810；波长单位为Nanometers计算植被指数 在Toolbox中，打开/Band Algebra/Spectral Indices 选择 Green Leaf Index，即VDVI。2.2 阈值掩膜阈值确定方法介绍 阈值掩膜主要是为了剔除果树
6、以外的地物类型。所以在掩膜之前，需要首先确定阈值。推荐两种方法，第一种是通过统计直方图确定，如果直方图曲线为双峰，那么阈值一般位于双峰之间的波谷位置。第二种便是通过Raster Color Slice不断尝试确定。本文使用第二种方法。使用 Raster Color Slice 确定阈值阈值大概是0.04阈值掩膜 在Toolbox中，启动/Band Algebra/Band Math 输入如下公式(b1 ge 0.04)*b1+(b1 lt 0.04)*0 大于等于0.04的像元值保持不变 小于0.04的像元值更改为02.3 单个地块果树提取绘制地块感兴趣区 在视图中绘制地块多边形，如下图所示。
7、在Layer Manager中，将绘制的ROI图层关闭显示，方便后续处理。果树提取工具（/Crop Science/Count Crops）Input Raster：输入栅格，此处需要输入掩膜后的指数图像。Minimum Crop Diameter：作物最小直径，通过工具栏量测工具 测量而得。Maximum Crop Diameter：作物最大直径，通过工具栏量测工具 测量而得。Number of Increments：增量数。比如最小直径为1，最大直径为5，增量数为5，则工具将提取直径为1、2、3、4、5米的作物。注：如果此参数设置过大，有可能导致内存不足无法输出结果。Gaussian Sm
8、oothing Factor：高斯平滑因子，默认0.5。此参数有助于减少最终结果的噪声。0.5适用于大多数情况。如果效果不佳，可尝试0或00.5之间的值。Include Edges：是否包含边缘，默认No。如果设置Yes，将提取位于图像边缘或掩膜边缘的作物。Allowable Crop Overlap(%)：允许作物重叠百分比。对于零散的作物，可设置为0。Intensity Threshold：阈值。由于已经做了阈值掩膜，此参数无需再次设置。Output Crops：输出作物提取结果，json文件，用于后续生成矢量。Fill Raster Crops：是否填充作物。默认为否。Output Cr
9、ops Raster：输出作物提取栅格结果，为ENVI分类图像。果树提取参数确定将图像放大到一定程度，尽量显示较少的地块范围，提高预览效率。通过量测工具大概得到最小半径为1米、最大半径为2米。而其他参数则需要通过预览（Preview）不断尝试确定。重新设置Input Raster参数 重新设置Input Raster参数，在弹出的Data Selection对话框中选择Spatial Subset，右侧工具栏点击ROI图标，勾选绘制的ROI#1，单击OK。然后选择Mask，同样选中ROI#1，单击OK。注：Spatial Subset是为了矩形裁剪，可以提高效率。Mask是为了精确掩膜。单个地
10、块果树提取 最终参数设置如下图所示2.4 输出矢量/健康分析输出矢量 在Toolbox中，启动/Crop Science/Convert Crops To Shapefile健康分析 在Toolbox中，启动/Crop Science/Calculate Crop Metrics2.5 批量果树提取第一步：绘制地块矢量 已经绘制好的矢量存放于“5-批量果树提取地块矢量果园地块.shp”第二步：批量分幅裁剪 在Toolbox中，打开/Extensions/Frame Subset via Shapefile。此工具为扩展工具“批量分幅裁剪”，详情可参考“技术专题二：实用技术汇总”中的“图像批量分幅裁剪”章节。第三步：批量果树提取 批量果树提取有两个方案可行，一是利用IDL和ENVI二次开发实现（可关注培训班后两天内容）；二是利用ENVI Modeler建模实现（可参考“技术专题三：ENVI Modeler建模工具”章节）。已经建好的模型存放于“5-批量果树提取批量果树提取.model”，可在ENVI中直接打开此文件设置4个输入栅格设置输出路径注意右图3个红框位置第三步：批量果树提取结果第四步：合并矢量结果 此步需要在ArcGIS中完成，所用工具为“工具箱数据管理工具常规合并”，这里不再赘述。
