基于ENVI的高分辨率遙感影像城市生態環境研究

馬義超，米鴻燕，鐘 凱

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基于ENVI的高分辨率遙感影像城市生態環境研究

馬義超，米鴻燕，鐘 凱

（昆明理工大學國土資源工程學院，云南 昆明 650093）

近年來利用遙感技術來提取城市信息已經成為一項重要手段，對城市規劃與建設提供重要依據。本文介紹在ENVI環境下提取襄陽地區的植被覆蓋度、土壤生態指數、坡度的過程，并對其進行歸一化處理，建立生態環境評價的模型，從而對襄樊地區的生態環境進行評價，對城市的生態建設發揮了重要作用。

遙感技術；植被覆蓋度；土壤生態指數；生態環境

0 引言

隨著遙感技術的發展，近年來眾多高分辨率遙感衛星的發射為城市生態環境分析提供了高效的手段，如何充分利用高分辨率遙感影像對進行現代城市規劃和生態環境評價具有重要意義[1-3]。

高分辨率遙感技術為城市生態環境及城市土地利用研究的監測方法和評價指標的改進提供了有力的支持[4-6]。獲得的生態指數信息與其他資料結合可以進行城市空間分布分析評價，為合理進行城市規劃以及資源環境承載力提供決策支持[7-9]。

本文介紹了使用ENVI遙感圖像處理軟件，采用TM高分辨遙感影像，對生態指數提取的方法，分析了城市環境。

1 研究區域數據

襄陽位于湖北省西北部，東經110°45￠-113°43￠，北緯31°14￠-32°37￠，東鄰隨州市，南界荊門市、宜昌市，西連神農架林區、十堰市，北接河南省南陽市，邊境界線長1332.8公里觀測。

本文采取第5顆Landsat-5為光學對地觀測衛星對襄陽地區觀測，它是軌道為近極近環形太陽同步軌道，傾角為98.2度，運行周期98.9分鐘，掃面帶寬度185km。其中掃描的TM影像中TM5波段可以識別植物對土壤的吸收能力。

2 數據預處理

2.1 自定義坐標系

為減少坐標來回轉換時產生不必要的誤差，應首先統一選擇合適的控制點和輸出正射校正圖像的坐標系。本研究區域的數據源是SPOT10米全色數據和TM多光譜影像數據。并且該區域所用的標準數據是北京54坐標系，所以自定義橢球體為Krasovsky, 6378245.0, 基準面為

D_Beijing_1954, Krasovsky, -12, -113, -41，坐標系為北京54坐標系。

2.2 配準與融合

2.2.1 幾何配準與正射校正

配準后的兩幅圖像達到位置吻合，坐標一致。本文采取有控制點的正射校正，對全色高分辨率影像SPOT PAN進行正射校正。然后用三次卷積內插法進行重采樣，以SPOT為基準圖像，etm為待校正圖像配準，使圖像邊緣有所增強，并具有了均衡化和清晰化的效果。如圖1所示。

2.2.2 融合

圖像融合使得圖像既有較高的空間分辨率，又具有多光譜特征。本文采用GS融合方法，能夠保持融合前后圖像波普信息一致。如圖2所示。

2.3 大氣校正

提取生態指數不需要過高的或低分辨率圖像精度[12]。本文采取了快速大氣校正（QUAC），它能夠 自動從圖像上收集不同物質的波譜信息，減少了大氣對遙感圖像的影響。完成大氣校正后定位到綠地并分別打開大氣校正前后的光譜曲線，發現校正后的光譜曲線更為真實。如圖3所示。

圖1 校正后LANDSAT圖像與SPOT PAN圖像

圖2 融合后結果

圖3 校正前后對比

3 土壤生態指數生成

土壤生態指數是土壤中水、鹽、氣、溫度和土壤類型等背景條件對植物適宜性的綜合評價指標本文所采用的就是土壤生態因子提取，以及土壤權重信息的計算[10-12]，獲得土壤指數結果。如圖4所示。

土壤指數采用常用的裸土植被指數（GRABS）：

GRABS=VI-0.09178′BI+5.58959 （1）

（VI代表穗帽變換的綠度指數，BI表示穗帽變換的土壤亮度指數）

3.1 植被覆蓋率生成

植被覆蓋度針對是整個所有區域而言（也就是總區域），它是植被投影與整個區域相比[13-14]。基于現代遙感技術的發展，本文以遙感估算為主要方法，建立估算模型，以NDVI（植被指數）近似代替植被覆蓋度。

3.2 坡度生成

坡度是坡面的垂直高程差和水平距離的比值稱之為坡度，是表示地標的陡緩程度。坡度較常用的表示方法有百分比法、度數法，還有密位法和分數法，共四種。本文也將坡度列為生態因子進行提取，以百分比的形式表示。如圖6所示。

圖4 土壤指數分析結果

Fig.4 Soil index analysis results

圖5 植被覆蓋度分析圖

4 環境分析

環境評估是指對特定區域展開分析，對環境污染進行預測與評估，提前制定治理策略，提前預測出這些影響有助于評估該地區建立項目后的生態健康還是否良好的狀況，并可以根據實際情況提出減輕或者預防環境影響措施，進行跟蹤監測的方法與制度。本文對襄陽地區土壤生態指數、坡度、植被覆蓋率分別進行了歸一化處理，并且將自然生態環境評價分成了4個環境級別，我們得到襄樊地區的環境評價結果是一個單波段的灰度圖像，將它運用密度分割，進行評價。如圖7所示。

圖6 坡度分析圖

Fig.6 Slope analysis image

圖7 生態環境分析圖

5 結束語

本文介紹了一個完整的遙感工程在ENVI下的實現過程。包含高分辨率數據的處理、高分辨率信息提取流程的合理安排、ENVI模塊面向對象信息提取等內容。通過對土壤生態指數、坡度、植被覆蓋率提取與分析，可以看出，襄陽地區的評價等級為中和良，大部分區域都基本受到破壞，但自我恢復和外力恢復都相繼跟的上，評價的綜合指數4—10的居多，站全區域范圍的88%，而9—10的優秀等級只占了14%，并且都在耕地物長勢較好的平原和森林。

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Research on Urban Ecological Environment of High Resolution Remote Sensing Image Based on ENVI

MA Yi-chao, MI Hong-yan, ZHONG Kai

(Faculty of land and Resources Engineering，Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China)

In recent years, the use of remote sensing technology to extract urban information has become an important means of urban planning and construction to provide an important basis. This paper introduces the Xiangyang area extraction of vegetation coverage, soil ecological process index, slope in the ENVI environment, and carries on the normalization, the establishment of the ecological environment evaluation model to evaluate the ecological environment of Xiangfan region, ecological construction of the city played an important role.

Remote sensing technology; Vegetation coverage; Soil ecological index; Ecological environment

TP7

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2018.11.049

米鴻燕(1963-)，男，昆明理工大學，副教授，主要研究方向：水下地形測量與變形檢測；馬義超(1993-)，男，昆明理工大學，研究生，主要研究方向：遙感圖像處理；鐘凱(1995-)，男，昆明理工大學，研究生，主要研究方向：遙感圖像處理。

馬義超，米鴻燕，鐘凱. 基于ENVI的高分辨率遙感影像城市生態環境研究[J]. 軟件，2018，39（11）：235-238