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          1. 如何利用 ArcGIS Pro 和 Landsat 8 圖像計算葉綠素指數和全球環境監測指數

            如何利用 ArcGIS Pro 和 Landsat 8 圖像計算葉綠素指數和全球環境監測指數

            2022-09-27 作者: xuzhiping 瀏覽: 309 次

            摘要: GIS 工具和技術的出現極大地幫助人們識別、量化和解決問題。GIS 還通過研究可能的情況以及實施預定性方案,提供一種主動渲染解決問題的方法。多年來,GIS 通過電信和網絡服務、事故事件分析、城市規劃、交通規劃、環境影響評估、洪水損失評估、自然資源管理、環境健康...

            GIS 工具和技術的出現極大地幫助人們識別、量化和解決問題。GIS 還通過研究可能的情況以及實施預定性方案,提供一種主動渲染解決問題的方法。多年來,GIS 通過電信和網絡服務、事故事件分析、城市規劃、交通規劃、環境影響評估、洪水損失評估、自然資源管理、環境健康與安全、植被監測等領域提高了個人生活質量。

            利用 ArcGIS Pro 作為開發植被指數的工具

            ArcGIS Pro 是一個不可否認的工具,它開創了當今地理空間世界的前沿,能夠幫助我們在廣泛的應用領域中創建、編輯、管理和存儲地理數據和屬性信息。此外,ArcGIS Pro 還提供了科學經驗證據,支持實施各種旨在縮小科學研究與專業行業之間差距的方案。ArcGIS Pro 幫助解決了多個社會、物理、環境、經濟和社會經濟階層的問題。

            地理空間中的植被指數概念

            鑒于近年來植被產生的巨大益處,將明確的科學方法與地理空間工具相結合是十分有必要的,以確定植被覆蓋的狀態和空間范圍。這些先驗知識將有助于為土地利用和生態系統管理的主動戰略提供信息。衛星圖像是通過植物植被監測來確定生物圈生態平衡的一個相關工具。

            盡管綠色基礎設施在改善和維持當前全球經濟需求方面有著舉足輕重的作用,許多植被指數概念也已得到嚴格的發展,但大氣影響的校正是一個相當大的挑戰。在幾個植被指數中,葉綠素指數(CI)和全球環境監測指數(GEMI)已經逐漸演變。葉綠素指數和 GEMI 間的差異在于,GEMI 在使用植被指數程序時考慮了大氣的一定影響,而 CI 則不考慮。

            葉綠素指數(CI)和全球環境監測指數(GEMI)的 GIS 教程

            此 GIS 教程通過利用遙感和地理空間技術(ArcGIS Pro)概述,確定感興趣區域 Landsat 8 圖像葉綠素指數(CI)和全球環境監測指數(GEMI)的步驟,為改善和維持全球生態系統中的綠色植被奠定了基礎,下圖顯示了該過程中使用的地理空間方法的總結。

            帶有箭頭和黑框的流程圖

            圖 1: ArcGIS Pro 中確定 CI 和 GEMI 的方法流程

            葉綠素指數的計算

            從 ArcGIS Pro 中的 Landsat 8 圖像計算葉綠素指數,應采取以下步驟:

            1.打開 ArcGIS Pro 并創建新項目,從顯示的界面中選擇空白項目。選擇并設置新項目的輸出位置和名稱,單擊“確定”。葉片中的葉綠素含量是通過近紅外波段(波段 5) 和綠色波段(波段 3)的反射率比值來確定的。免費注冊后,可從美國地質勘探局地球探索者網站訪問 Landsat 8 圖像。

            2.通過從菜單欄選擇 “Map” 選項卡上的 “Add Data” 圖標,導入波段 3 和波段 5。

            3.導航到波段 3 和 5 的位置,單擊 “Open”

            4.從地理處理工具箱的搜索欄中鍵入并搜索 “Raster Calculator”,葉綠素指數由公式確定;CI=((NIR/Green)-1),其中 NIR 表示波段 5 的像素值,Green 表示波段 3 的像素值。

            5.在計算器搜索框中鍵入如下圖 3 所示的公式。

            ArcGIS Pro的屏幕截圖,顯示用于計算CI的光柵計算器

            圖 2:在 ArcGIS Pro 中使用柵格計算器計算 CI

            6.單擊運行。

            全球環境監測指數(GEMI)的計算

            對于 GEMI 的計算,使用波段 4(Red)和 5(NIR)。GEMI 和 NDVI 的區別在于 GEMI 能夠承受大氣影響。 GEMI 的公式如下:

            \( GEMI = Eta * ( 1 - 0.25 * Eta ) – (( Red - 0.125 ) /( 1 - Red ))\)

            \( Where Eta = ( 2 * ( NIR^2-Red^2 ) +1.5*NIR+0.5 * Red )/( NIR + Red + 0.5 )\)

            NIR = 近紅外波段(波段 5)的像素值

            Red = 來自紅色波段(波段 4)的像素值

            ArcGISPro中光柵計算器的屏幕截圖,用于計算ETA

            圖 3:ArcGIS Pro 中 “Eta” 的計算

            1.首先,使用 “Add data” 工具將波段 4 導入地圖畫板。

            2.從地理處理工具箱的搜索欄中鍵入并搜索柵格計算器。

            3.在計算器欄中,輸入如下圖 4 所示的公式來計算 “Eta”。

            4.單擊運行。

            從 “Eta” 計算 GEMI:

            5.從地理處理工具箱的搜索欄中鍵入并搜索柵格計算器。

            6.在計算器欄中,輸入如下圖 5 所示的公式來計算 GEMI。

            7.單擊運行。

            屏幕截圖顯示ArcGISPro中用于計算GEMI的光柵計算器

            圖 4:ArcGIS Pro 中的 GEMI 計算

            剪切到感興趣的區域

            將 Landsat 8 圖像精簡到特定的感興趣區域,可參考以下步驟:

            1.在地理處理工具箱的搜索框中鍵入并按掩碼搜索提取。

            2.從 “按掩碼提取” 面板中,將 “輸入光柵” 設置為 CI 的結果。

            3.將 “特征掩碼數據” 設置為所需的邊界范圍。

            4.將 “輸出光柵” 設置為所需的位置和輸出文件的名稱。

            5.單擊運行。

            顯示 ArcGIS Pro 中 “通過掩碼提取” 剪輯工具的屏幕截圖

            圖 5: ArcGIS Pro 中的 “按掩碼提取”

            美國羅德島葉綠素指數估算的項目顯示圖

            圖 7:美國羅德島葉綠素指數估算,橙色區域的葉綠素指數很高

            圖6:美國羅德島葉綠素指數估算,橙色地區的葉綠素指數較高

            美國羅德島全球環境監測指數的項目顯示圖

            羅得島地圖,紅色區域的GEMI指數較高

            圖 7:美國羅德島全球環境監測指數

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