基于Landsat8并借助ENVI與Arcgis提取植被指數(shù)—以湖北省孝感市及周圍為例

謝瑩依　邵帥　曹博文

摘? 要：植被是地理環(huán)境的重要組成部分，在城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評估中起重要作用。本次研究以Landsat8遙感影像為基礎(chǔ)，影像內(nèi)容是2021年9月23日湖北省孝感市及周圍，并在ENVI和ArcGIS遙感處理軟件的輔助下對該地區(qū)植被信息進(jìn)行提取。

關(guān)鍵詞：Landsat8影像;植被提取;NDVI;FVC

1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)涉及湖北省孝感市及周圍，介于東經(jīng)113°1'—115°26'，北緯30°40'—32°47' 之間。孝感位于湖北省東北中部，緊鄰武漢，區(qū)位優(yōu)越，交通便捷，直達(dá)長江沿岸各地。孝感地勢北高南低，由大別山、桐柏山向江漢平原過渡呈坡狀地貌。大體上一成低山、三成平原、六成丘陵。孝感屬于亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，雨量充沛，溫暖濕潤，光照充足。

1.2數(shù)據(jù)來源

本次研究所用遙感數(shù)據(jù)為Landsat-8衛(wèi)星影像，該衛(wèi)星攜帶陸地成像儀（0LI）和熱紅外傳感器（TIRS）兩種傳感器。其中，OLI傳感器波段數(shù)為9個(gè)，空間分辨率為30m，數(shù)據(jù)的研究區(qū)位條帶號是123/38，為一景圖，所選時(shí)段為秋季。原始數(shù)據(jù)如圖1所示。

1.3數(shù)據(jù)處理

本次研究數(shù)據(jù)選擇2021年9月23日的一景遙感圖像，此時(shí)植被覆蓋茂盛，在遙感影像中植被特征明顯，有利于遙感反演。本次研究利用的波段是陸地成像儀（OLI）上的第四波段和第五波段。第四波段是紅波段，第五波段是近紅外波段，兩個(gè)波段的空間分辨率均為30m。紅波段處于葉綠素吸收區(qū)，用于觀測道路，裸露土壤，植被種類等，紅外波段經(jīng)常用于用于估算生物量，分辨潮濕土壤。故本次研究實(shí)用紅外波段和紅波段最為合適。

采用ENVI軟件進(jìn)行輻射定標(biāo)等圖像預(yù)處理，得到研究區(qū)域的遙感圖像。輻射定標(biāo)后圖像如圖2所示。

2基于像元分解模型的估算流程

2.1歸一化植被指數(shù)

NDVI，即歸一化植被指數(shù)，能夠反映植被長勢。該參數(shù)表達(dá)式為NDVI=? ? ?，其中：NIR為近紅外波段的反射值，R為紅波段的反射值。采用ENVI軟件計(jì)算研究區(qū)2021年9月NDVI如圖所示，在Band Math中輸入公示（float（b1）-b2）/（b1+b2），其中b1為輻射定標(biāo)后圖像的紅外波段，b2為輻射定標(biāo)后圖像的紅色波段。通過計(jì)算，NDVI圖像如圖3。

2.2計(jì)算模型

FVC=

NDVIsoil為完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域的NDVI值，NDVIleg代表完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值，即純植被像元的NDVI值。兩個(gè)值的公示為：

NDVIsoil=

NDVIleg=

3.選擇數(shù)據(jù)計(jì)算與處理圖像

3.1利用ENVI計(jì)算NDVI

利用這個(gè)模型計(jì)算植被覆蓋度的關(guān)鍵是計(jì)算NDVIsoil和NDVIleg。NDVImax和NDVImin分別為區(qū)域內(nèi)最大和最小的NDVI值。根據(jù)大量研究經(jīng)驗(yàn)，累計(jì)概率5%NDVI值作為NDVI的最小值，累積概率在95%處的NDVI的最大值作為NDVI的最大值。NDVI取值如圖5，即取值NDVImax=0.545098，NDVImin= -0.050980。

將上述取得的數(shù)據(jù)帶入公式得：FVC = （b1 lt? -0.050980）*0+（b1 gt 0.545098）*1+（b1 ge -0.050980 and b1 le 0.545098）*（（b1+0.050980）/（0.545098+0.050980）），b1波段選擇NDVI，得到圖像如圖7所示。

3.2利用ArcGIS進(jìn)行圖像分類

利用ArcGIS軟件，對FVC圖像進(jìn)行分類。將在[0，1]之間的植物覆蓋度分為分類，可得到如圖8所示圖像。其中，藍(lán)色為水體，粉色和黃色為城區(qū)，兩種程度不一致的綠色為植被，代表植被覆蓋度不相同。從圖像中可以看到，本次研究數(shù)據(jù)下的一景圖，植物覆蓋程度相對較高。

4.結(jié)語

從圖像中可以得知，該研究區(qū)植被覆蓋率高。從計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步分析得出如下結(jié)論，應(yīng)用像元二分模型的關(guān)鍵是計(jì)算完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域NDVI值和完全被植被所覆蓋的像元的NDVI值。依據(jù)大量研究經(jīng)驗(yàn)，以5%和95%為置信區(qū)間的NDVI值分別作為完全是裸土或無植被覆蓋區(qū)域和完全被植被所覆蓋的NDVI。但對于地物類型復(fù)雜的地區(qū)，采用經(jīng)驗(yàn)值卻未必合適，可能會影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和精確度。對于植被覆蓋類型復(fù)雜的區(qū)域，應(yīng)該做多次實(shí)驗(yàn)去證明累積頻率的NDVI，以此能夠反映真實(shí)的植被覆蓋情況。歡迎專業(yè)人士對本次研究提出建議和指出錯(cuò)誤。

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