实习序号及题目变化检测实习人姓名专业班级及编号任课教师姓名实习指导教师姓名实习地点榆中校区实验楼A２０9实习日期时间２0１3-12—2６实习目的深入理解变化检测的基本原理,掌握影像直接比较法和分类后比较法变化检测的基本方法和步骤基本原理时序变化分析是指利用前后两期影像数据迅速、准确地检测出地表生物物理特征及人工地物的变化, 在进行变化时序分析时，对两幅影像要求较高，不仅要地理空间范围一样，并且坐标系也要一致（由于采用的是基于像元的分析方法，避免了两幅影像像元之间处理不对等），并且需要经过严格的几何校正和大气辐射校正具体方法有:１、定性变化分析定性变化分析是通过2期或者多期影像的叠加显示,使影像中发生变化的部分突出显示出来的方法方法1:叠置显示即使用特定的显示工具，如卷帘（ｓwipe）、闪烁（flicker）等，检测前后两景影像中发生不连续变化的部分方法2：假彩色合成法即根据假彩色合成原理，将前后两期影像数据中的相同波段分别赋予红、绿、蓝中的两个、三个波段,生成假彩色合成影像地表未发生变化的区域在合成后的影像上呈现灰色,而发生变化的部分则显示为彩色.方法3：波段替换法（写功能内存插入法）：在RＧB假彩色合成方法中，如果G和B分量使用前一个时相的两个波段，后一个时相的一个波段组成R分量,那么在合成的RＧB假彩色影像上就能够很容易发现红色部分就是变化了的区域。
2、定量变化分析方法1：影像直接比较法：也称代数变化检测法,是指将两个时相的遥感影像相减或相除以后进行定量变化分析的方法数据选择有特征波段灰度值、特征波段反射率/地表温度、植被指数、水体指数、建筑物指数、第一主成份方法２：光谱特征变异法：进行两个不同时相的影像融合,如果同一地物在两期影像上的信息表现不一致,那么融合后就会表现出光谱特征上的变异3、分类后变化检测分类后变化检测是将经过配准的两个时相的遥感影像分别进行分类，然后比较分类结果，从而得到变化检测信息,包括变化结果分布图和状态转移矩阵该方法的核心是基于分类基础发现变化信息，该方法也是获取土地利用转移矩阵的过程数据准备1、 影像直接比较法工具：数据：ENVI配套数据(“森林开采监测”文件夹）1）Ｃompute Diffeｒence Map（ＥNVI）2)Image Difference(ENVＩ ZOOＭ/EX）2、分类后比较法工具:数据：ＥNVI配套数据(“农业用地变化监测”文件夹）1）Changｅ Detｅctioｎ Statisｔicｓ(ENVI）２）Thｅmaｔｉc Ｃhaｎge（ENVI ZＯＯＭ/EX)分类颜色gｒｅen fields（有农作物覆盖的农田）绿色stubble fｉｅｌd(留茬地）黄褐色fallow fielｄ/bａｒe ｓoｉl（休耕地）黄色wａter（水体）蓝色barｅ ｇrｏund /roｃk(裸岩）灰色３、林冠状态遥感动态监测实例：数据：ＥＮＶＩ配套数据（“林冠变化监测”文件夹）（1） ＳPＥAR cｈange detｅction（ＥＮＶI）要求：１、根据这次实习,深刻理解变化检测的分类和实习8中的分类有何差异;2、理解归一化差值植被指数NDVI,ＮDWI归一化差值水体指数，NDＢI归一化建筑数和Burn Inｄeｘ燃烧指数的概念及其意义。
3、参考邓书斌的教程，认真理解转移矩阵的过程和结果;4、报告中详细说明上述变化检测功能所针对的问题及其使用方法；5、报告中详细说明各个操作步骤及其必要选项;６、报告中对变化检测结果进行评价和分析操作方法及过程１、森林开采监测(图像直接比较法——Compuｔe Dｉfference Ｍaｐ）首先加载两幅影像july＿０0_ｑuac.iｍg，july_0６_ｑuaｃ．ｉmg，其中qｕac代表经过大气校正后的影像,采用7、４、2波段假彩色合成显示观察两幅影像，发现06影像中非植物面积增加明显;之后进行图像直接比较法,操作为：basic ｔooｌs→chａnge deteｃｔion→computｅ ｄｉffeｒｅnｃe maｐ，首先选择前一时相ｊｕｌy_00_qｕacｉｍg影像中的一个波段，然后选择后一时相july＿0６＿quａc．iｍg影像中的同一个波段这里我们选择第三波段打开compｕtｅ differｅnce maｐ inｐut paramｅｔers窗口，进行参数设置选择分类数为7，代表差异变化量一共有1１类.单击dｅfine ｃlaｓs ｔｈreshｏlds，查看分类结果设置图像比较类型，选择ｓimple difｆerence，数据处理将Stanｄardｉze to Ｕｎｉt Ｖariａnce选中。
重新配准选项选择no，选择结果输出位置保存.打开ENVI Zooｍ,加载两幅影像，分别用CIR组合显示，data ｍａｎager，右击选择loａd CIＲ,之后我们新建一个06年的pｏrtals,在0６的影像中右击选择dispｌay iｎ ｐｏrtals,查看变化，我们可以点击“播放”按钮，进行闪烁显示，查看植物面积变化情况.之后将第一步骤中生成数据加载进来，新建06年的portaｌs进行显示，观察红色部分和0６年影像之间的关系.选择EＮVＩ zooｍ的ｔoolｂox→worｋｆlows→ｉmage change；在time 1 filｅ中选择00年影像,在time ２ file中选择06年影像，单击ｎext,选项是——是否对影像进行纠正，由于原始影像已经经过校正,所以直接单击nｅxt,接下来选择Ｉmaｇe Differｅnce,然后选择Diffｅrｅnce of Ｆeatｕre Ｉndex,并选择NDVI；然后选择的是把结果加载进来aｐｐly thresholding；接着在Selｅct Change of Interｅst中选择Inｃrｅaｓe anｄ Decｅaｓe，seleｃt ａuto－thresｈoｌding methoｄ中选择Ｏtsu’s（基于直方图的)。
接下来在Enable Ｓmoothing中把Smoｏth Keｒnel Ｓizｅ设置为3,在Enaｂle Aggｒeｇaｔion中把Aggregation Miｎimｕm Siｚe设置为30,这是对影像进行平滑和“椒盐现象”的处理操作最后输出，选择ENVI格式输出,aｄdiｔiｏｎａl exｐorｔ中选择统计结果输出.２、林冠状态遥感动态监测¬—-SPEAR change ｄeｔecｔｉon首先把ａｕg_２5＿2０07.ｉmｇ,ｏct＿07_2002img加载,用4、3、2波段组合显示分别计算两幅影像的NDVI，操作过程为：Trａｎsfoｒm→ＮDＶI,选择程序默认数值，进行ＮＤVI的计算 得到两个ＮDVI数据之后,点击Bａsic Toｏls→Ｒeｇiｏn oｆ Interｅｓt→Ｂaｎｄ Tｈｒeshｏｌd ｔｏ ＲOI.选择02与07年NDＶＩ数据,在最小值中选择03，最大值中选择1,点击ｏk输出查看结果把０.3～1之间的区域划分为植物之后在ROI tools中选择 data via ＲOIs,分别裁剪植物地区ﻩ如下操作：Sｐｅcｔral→SPＥAR Tooｌｓ→Cｈａｎge Dｅtectｉon,在Input File中分别输入两个时相的影像数据，然后选择第四波段。
在Select Ｏutpuｔ Name中设置一个存储路径.进入几何精纠正的阶段选择selｅｃt tie pｏｉnｔs ａutomaｔically—-自动选择接着点击自动寻找种子点,这里会自动寻找四个种子点这些种子点不作为GCP参与匹配，设置配准点数为125个，搜索窗口大小为１11,单击next，出现控制点窗口即列表，筛选控制点精度在一个像元内,最大允许均方差为1,单击ｎeｘt进入Change Deｔectiｏn Meｔｈoｄs对话框，在变化监测方式中选择前三项,点击nｅxｔ，进行计算并输出结果. 在Diｓpｌay窗口中显示Diｆf波段，即NDVI（Timｅ ＃ 2）— ＮDVＩ（Time ＃ 1)在主窗口中选择Eｎｈance→Inteｒactive Streｔching，打开显示图像的直方图，然后选择Ｏｖeｒlay→Densitｙ Ｓｌicｅ→Cleａr Rａngｅｓ按钮，清除默认分割范围.输入(—1.74，-0.346８）点击aｐｐlｙ，观察数据3、农田利用变化（分类后比较法——Ｃhanｇe Detectｉｏn Statｉsｔｉcｓ）首先加载两幅影像ａg_08＿ｍaｘｌｉｋｅimg,ａg＿0９＿maxlｉｋe。
imｇ,观察影像信息，我们发现,其中黄色的是休耕地，绿色的是有农作物覆盖的农田,黄褐色的是留茬地，蓝色是水体,灰色是裸岩操作：Basiｃ Ｔｏｏls→Ｃhange Ｄeｔection→Change Deｔectｉon Ｓtatｉstics,首先选择08年数据，然后选择09年数据，因为两幅影像的分类名称一致，系统会自动对应点击ok在chaｎge detｅction statisticｓ output中选中piｘels、perｃeｎt、area，选择掩膜输出,选择保存位置生成统计结果. 打开ENVI Zoｏm，把08和0９年的数据加载进去,与前面一样，也可以利用Pｏrｔaｌ进行查看两个年份的土地覆盖类型的变化,另外,点击croｓsｈairs,移动鼠标可以查看两个年份是否发生了土地类型的变化；点击crｏsｓhaｉｒｓ,移动鼠标可以查看两个年份是否发生了土地类型的变化Toｏｌbox→woｒkflows→Tｈｅmatic Change，分别输入两个时相的影像数据，接着点击Neｘt,然后进行结果影像进行平滑和聚类处理,平滑处理的参数与上面一样，设置为3;聚类处理的参数设置为5把结果影像和统计结果输出。
结果与分析1、 森林开采监测：图一 图二图一为00年植被覆盖图，图二为06年植被覆盖图图中绿色区域为植被覆盖地区，而红色表示的是被砍伐地区（无植被覆盖地区) 图三 图四图三是在ENVＩ图像直接比较法生成结果，可以看出红色区域是变化较大的区域（新增的被砍伐区域)，深蓝色表示不变区域，其中有斑点的大片区域为未被砍伐的森林区域；图四为在ENVI Zooｍ里image Chaｎge下的结果,图上红色区域为植被减少的区域，蓝色表示植被增加的区域，黑色表示没有变化的区域统计数据为：项目面积百分比未发生变化318206８800．0０8844增加区域6８3５５00００0.19减少区域409２95700．00１１3８2、 林冠变化监测: 图五 图六 图五图六分别为０2年与07年的以4、3、2波段组合的林地影像，红色的表示生长状况良好的植被,而绿色表示的是发生病虫害的地区 图七 图八图七为ＮDVI相减后的结果,高亮显示为植被完好，没有被病虫害影响的区域，而暗色的区域则为发生病虫害的区域.图八是经过拉伸处理后的结果，可以看去棕红色为植被完好，没有被病虫害影响的区域，而黄色的区域则为发生病虫害的区域。
3、 农业用地变化监测:Change Detectioｎ Stａtistics生成耕地面积变化结果显示:横向的是08年的各土地类型数据,纵向的是0９年各土地类型对应的数据， Class Tｏtal行表示08年每个类别中的总面积，Class Toｔal列表示09年每个类别中的总面积，Cｌass Chａｎge表示的是对应类别改变为其它土地类型的面积；Iｍaｇｅ Ｄifference表示的是08和09年同种地物面积的差值像元变化统计：gｒｅen ｆieldssｔubbｌe fieldｆaｌlow fｉeld/ｂaｒe soilwａterbare gｒound/roｃｋRow TｏtalCｌass TｏtaｌUnclassｉfiｅd0０00０00gｒeen fields75１424405７2０30６７８2７5３5６０００sｔubｂle ｆield10247712６97５8212362２４933３４０７43３40７4faｌlow fiｅlｄ/baｒe sｏil550791006735４62951４39２77１5３９８063998０６39ｗater35069159４3７82447913806703８0６7０bａｒe grounｄ／rock332０1２23２3４489795Claｓs Totａl91265０64629１970２8338１２37０0Ｃlass Chａｎges1６1226５193１６４2３98829９33564３700Image Diffeｒencｅ6０8029-312２17１０356—５67—３0５601００百分比变化：grｅen ｆiｅｌｄssｔｕｂbｌe fieldfａｌlow fielｄ／bare soilwateｒｂarｅ ground／rｏcｋRｏｗ ＴotａlＣｌａss Ｔotalgrｅｅn fｉelds８２。
３３４6２.7７７3161８0198２681０0100stubbｌe fielｄ11.２2９19．64７84640．002１．０７6100１0０ｆａlloｗ fielｄ/bare soil6.０351557７56.3０30.37７13２6４100１00water0.038０１07０061９9215０0381０0100bare grｏund/rｏck0.3641．8933.5550２0９８29421０0１0０Ｃlａｓs Total1001001０0１0010000Cｌass Cｈａnｇes17．66680．35３43.６97078５17.０5８００Imａgｅ Ｄifferencｅ666２2—4８.3091.０67—0.149－14．6２500影像变化如下图:在EＮVI Zｏom变化监测结果统计表为：CＬASＳ_T1CLASS_T2AREAPＥRCEＮTno changeno change３３20２6650073．7837Ｕnｃｌassifiedgreeｎ fｉeｌｄs00Unclａssｉｆｉedstubble fｉelｄ0０Uｎｃlassiｆiｅdfallow ｆiｅld/bare soil0０Unclａsｓｉfｉedwater00Unclａssifiｅdbaｒe ground／rocｋ0０green fieldｓUnclaｓsｉｆied00green ｆieｌdｓｓtubbｌｅ fieｌd2.050３６gｒｅen ｆiｅlｄｓfaｌlow ｆｉeｌd/bａrｅ ｓoｉl1。
0２462grｅen fiｅlｄswaｔer９9000００0２2green fiｅｌdsbare gｒｏund/ｒock0．0665stubble fieldUnclasｓｉfiｅd０0stubble fieldgreen ｆields3４２95６700７6２126sｔubble fieldfallow fieｌd/bare soil１.6477ｓtuｂblｅ fiｅldwateｒ34５60０000７６8stubble fieldbare ｇround/rocｋ0.23368fallow ｆｉelｄ／baｒe soｉlUｎｃｌaｓｓified00ｆaｌlow fｉeld/ｂarｅ ｓoilgreeｎ fieldｓ2419４5２００５37656ｆalloｗ ｆield/bare ｓoilstubblｅ fｉｅlｄ1．462７2fallｏw field／barｅ ｓoiｌｗateｒ34６５000.0０77fａllow ｆiｅｌｄ／barｅ soｉlbａｒｅ grouｎd/ｒock035444wateｒUｎclａsｓｉfiｅd00watergreｅｎ ｆｉｅldｓ4５9９００００10２2waｔerｓtubbｌe fiｅld00ｗaｔerfallow ｆiｅlｄ/ｂarｅ soil5１2１000．0１13８ｗaterbare grounｄ/ｒock2178０00。
004８4ｂarｅ groｕnd/rockＵnｃlassｉfiｅd０0barｅ groｕnｄ/rocｋgreen fielｄｓ1．１３９44bare ｇｒound/rｏｃkstubbｌｅ fiｅld045312bare ｇroｕnd/ｒｏcｋｆａllow field/bare soil2１30318004.734０４bare grounｄ/rｏcｋwateｒ352８000.００784统计图如下图，其中每种颜色代表一种变化类型存在问题与解决办法1、对于在林地NDVI拉伸过程中，需要应用经验值来解决，那能不能用理论来验证这个经验值；2、对于影像几何校正，能不能采用在林地变化里所采用的的方法?3、监测分类与实习８中的监督分类和非监督分类的差别是监测分类是多种地物之间的转换或者多个时间段的变化分析,强调的是变化，而监督分类和非监督分类，主要考虑的是分类与实际的对比,强调的不是变化，而是客观事实的比较.总结通过相关内容的学习和操作,对变化检测的基本原理有了深入的理解，对于影像直接比较法和分类后比较法变化检测的基本方法和步骤有了熟练的掌握本次实习分别通过三个例子实现了对变化监测，觉得我们资城专业可以利用这一技术来解决在城市规划过程中，土地利用类型转变,合理分配土地资源等问题。
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