1. 實驗二十一 遙感圖像立體像對DEM提取
一、實驗目的
通過利用ASTER影像立體像對進行高程信息（DEM）提取實驗，掌握運用ENVI Topographic功能從ASTER影像數據中提取DEM 的操作，加深對遙感影像信息與DEM 關系的理解。
二、實驗內容
①運用ASTER 可見光近紅外波段（VNIR）的Band3N和Band3B立體像對數據提取高程信息（DEM）的原理分析；②運用ENVI Topographic功能從廣西姑婆山地區ASTER數據提取DEM的操作。
三、實驗要求
①掌握利用立體像對提取DEM 的基本操作方法；②掌握DEM 編輯方法。編寫實驗報告。
四、技術條件
①微型計算機；②廣西姑婆山地區ASTER 數據；③ENVI軟體；④Photoshop軟體（ver.6.0以上）和ACDSee軟體（ver.4.0以上）。
五、實驗步驟
（1）打開廣西姑婆山地區ASTER數據：打開「File>Open Image Files」，將ASTER數據放入「Available Bands List」中，可以看到，ASTER數據包含從可見光到熱紅外共14個光譜通道，分為可見光近紅外（VNIR）、短波紅外（SWIR）、熱紅外（TIR）。其中可見光近紅外（VNIR）中的Band3 分為Band3N 和Band3B, Band3N 為星下點數據， Band3B為後視波段，在本次實驗中將利用這兩個波段進行立體像對觀測及DEM 提取。
（2）輸入立體像對：打開「Topographic>DEM Extraction>DEM Extraction Wizard>New」，將出現「DEM Extarction Wizard Step 1 of 9」輸入立體像對對話框，如圖21-1所示，選擇「Select StereoImage …」，在「LeftImage」輸入星下點數據Band3N；在「Right Image」輸入後視數據Band3B，輸入完畢後將會自動算出該地區最高點和最低點高程。
（3）選擇地面控制點：輸入立體像對影像後，選擇【Next】按鈕進行下一步操作，出現「DEM Extraction Wizard Step 2 of 9」選擇地面控制點對話框，如圖21-2所示，本次實驗選擇「No GCPs（relative DEM values only）」選項，即不選擇地面控制點，這種方法提取的高程信息為相對高程。
圖21-1 選擇立體像對影像對話框
圖21-2 選擇地面控制點對話框
（4）定義連接點：選擇地面控制點後，選擇【Next】按鈕進行下一步操作，出現「DEM Extraction Wizard Step 4 of 9」定義連接點對話框，在連接點來源選項中，選擇「Generate Tie Points Automaticalyl」選項，即自動生成連接點，自定義生成連接點參數，包括連接點數量（Number of Tie Points）、選擇窗口大小（Search Window Size）、移動窗口大小（Moving Window Size）、區域海拔（Region Elevation）四項，如圖21- 3所示，設定適當的參數後選擇【Next】按鈕進行下一步操作。
等待連接點自動產生後，將會出現左右兩幅影像及「DEM Extraction Wizard Step 5 of 9」編輯連接點對話框，如圖21-4所示，按動「Current Tie Point」左右箭頭，選擇目前連接點，將誤差較大的連接點進行手動調節，或者直接按【Delete】按鈕刪除；或者選擇【Add】按鈕在左右兩幅影像上添加新的連接點，確保「Maximum Y Parallax」最大視角誤差小於10。
編輯連接點完成後，選擇【Next 按鈕進行下一步操作，出現「DEM Extraction Wizard Step 6 of 9」對話框，生成左右兩幅核線影像，選擇保存路徑，並可以選擇下方「Examine Epipolar Results」檢查核線結果，如圖21-5所示。
（5）設置DEM 提取參數：保存和檢查核線結果後，選擇【Next】按鈕進行下一步操作，出現「DEM Extraction Wizard Step 7 of 9」對話框，選擇輸出DEM 的投影坐標以及像元大小，選擇好後點擊【Next】按鈕進行下一步操作，將出現「DEM Extraction Wizard Step 8 of 9」設置DEM 參數對話框，如圖21-6所示。
圖21-3 定義連接點對話框
圖21-4 編輯連接點對話框
圖21-5 保存核線影像文件對話框
圖21-6 DEM 提取參數設置對話框
在DEM 提取參數（DEM Extraction Parameters）列表中可以設置最小相關系數（Minmum Correlation）、背景值（Background Value）、邊緣圓滑（Edge Trimming）、移動窗口大小（Moving Window Size）、地形精度（Terrain Relief）、地形級別（Terrain Detail）。
在DEM結果輸出列表中，可以選擇輸出數據類型（分整型和浮點型兩種）、選擇輸出文件存儲路徑，如圖21-6所示。
（6）編輯DEM：輸出DEM 數據後，出現「DEM Extraction Wizard Step 9 of 9」對話框，點擊【Load DEM Result to Display with Editing Tool】按鈕，可以顯示提取出的DEM數據和「DEM Editing Tool」對話框，可以用DEM 編輯工具對生成的DEM 數據進行編輯，如圖21-7所示。
圖21-7 DEM 編輯工具對話框
六、實驗報告
（1）簡述實驗過程。
（2）回答問題：①ASTER有15個波段，提取DEM 數據依靠哪些波段數據？為什麼？②本次實驗提取了相對DEM 數據，如果要提取絕對DEM數據，需要如何操作？
實驗報告格式見附錄一。
2. 空間數據
所有與地理位置有關的圖形數據都稱為空間數據。按照數據的種類，將塔里木河流域的空間數據分成遙感影像、空間基礎地理圖形、生態環境專題圖形三大類。
(一)遙感影像數據
塔里木河生態環境遙感影像數據是整個監測系統可持續運行的基礎，為形成多層次、運行化的動態監測體系，需採用多種衛星圖像數據，數據類型包括MODIS、LANDSATTM/ETM+、ASTER、CBERS、SPOT和QUICKBIRD等衛星圖像。
1.MODIS數據
MODIS衛星圖像數據，覆蓋范圍大，更新周期短，是宏觀動態監測的主要信息源。掃描寬度2330km，單景即可覆蓋塔里木河整個流域，時相為自2003年6月開始，數據更新周期為15d。MODIS數據共有36個波段，CH1、CH2空間解析度為250m，CH3至CH7為500m，CH8至CH36為1000m。
2.LANDSATTM/ETM+數據
TM圖像數據在可見光－熱紅外(0.45～12.5μm)共有7個波段，TM1～TM5、TM7地面解析度為30m，TM6為120m。ETM+1～ETM+5、ETM+7地面解析度為30m，ETM+6為60m，ETM+Pan(0.52～0.90μm)為15m。TM/ETM+數據單景幅寬185km×185km。覆蓋塔里木河全流域需要TM/ETM+50景，其中「四源一干」范圍29景。生態環境本底調查以2002年為准，動態監測每兩年一次。另外，為開展塔里木河幹流上游土壤鹽漬化監測，每監測周期採集2月下旬至3月初的TM/ETM+圖像5景(ASTER數據45景)。
3.ASTER數據
LANDSAT－7失效後選用ASTER圖像替代ETM+數據。其Band1～Band3相當於TM/ETM+2～TM/ETM+4，但地面解析度達15m;Band4～Band9對應TM/ETM+5、TM/ETM+7，地面解析度也是30m;Band10～Band14對應TM/ETM+6，但其地面解析度為90m。ASTER數據單景幅寬60km×60km。共收集2004年7～9月覆蓋塔里木河流域「四源一干」范圍ASTER數據120景。
4.CBERS數據
中巴地球資源衛星(CBERS)是我國和巴西共同發射的國土資源勘查衛星，其圖像數據可作為美國LANDSATTM/ETM+、ASTER圖像數據的補充。使用CBERSB1～B5數據，地面解析度19.5m，B1～B4對應於TM/ETM+1～TM/ETM+4，B5波段相當於ETM+Pan數據。單景幅寬113km×113km，共收集塔里木河全流域所需數據119景，時相為2002年7～9月。
5.SPOT－5數據
SPOT－5有5個較窄的、更適宜的光譜段。全色波段影像空間解析度達2.5m，多光譜波段為10m，數據單景幅寬60km×60km。覆蓋烏斯曼(中游)和喀爾達依(下游)兩個重點區PA+多光譜各一景，從2003年7～9月開始以1年為一個周期進行生態監測。
6.QUICKBIRD數據
QUICKBIRD衛星掃描寬度16.5km，星下點全色波段空間解析度0.61m，4個多光譜波段2.44m。系統在塔里木河下游末端台特瑪湖230km2范圍利用QUICKBIRD圖像監測調水方案實施後水面及植被恢復狀況，自2003年9月起，以兩年為一個周期進行監測。
(二)空間基礎地理圖形數據
本系統按照不同的管理范圍採集了不同尺度的基礎地理圖形數據，這些基礎圖形數據為分級管理提供了基礎數據資料，採集的數據包括1∶50萬、1∶10萬、1∶5萬、1∶1萬4種尺度。
1∶50萬地形圖主要用於信息系統整體圖面的顯示控制，是區內1990～1991年最新數據，覆蓋塔里木河全流域，面積約125×104km2，數據成果為數字線劃圖(DLG)。1∶10萬地形圖主要用於遙感影像幾何校正和系統信息可視化的基礎地理數據，數據范圍為塔里木河流域「四源一干」區域，面積23.63×104km2，最終數據成果包括數字柵格圖(DRG)、數字線劃圖(DLG)、數字高程模型(DEM)三種產品，為20世紀七八十年代測制。1∶10萬DLG數據主要作為系統查詢、分析的背景數據，為快捷方便地進行信息的可視化查詢管理提供底圖數據;DEM數據主要用於虛擬模擬和其他子系統的分析應用;DRG數據主要用於遙感影像幾何校正和快速配准。1∶5萬地形圖是對1∶10萬數據的補充，1995～1997年測制，范圍覆蓋塔河幹流區域，最終成果為DLG數據。塔里木河管理的重點是幹流河道兩岸，2002年沿幹流河道範圍利用航攝方法採集了1∶1萬基礎地形數據，數據成果包括數字正射影像圖(DOM)、數字高程模型(DEM)、數字線劃圖(DLG)3種產品。
(三)生態環境專題圖形數據
生態環境專題圖形數據包括塔里木河流域生態環境調查、監測所形成的圖件和由本系統遙感專題信息提取所產生的圖形資料。
塔里木河幹流區域是生態保護和監測的重點，對這一區域生態環境的變化分析不僅需要現實數據資料，也需要大量的歷史數據。本次系統收集了幹流地區1980年以來的八大類歷史專題圖形數據，包括草場、荒漠化、土地類型、土地資源評價、植被、土地利用、鹽漬化、地貌，數據比例尺為1∶10萬。另外，對在幹流河道1∶1萬地形測繪中所形成的1∶1萬和1∶5萬水系圖、植被分布圖和土地利用圖也已入庫。「四源一干」范圍主要收集了1990年和2000年1∶10萬土地利用專題圖，20世紀80年代和90年代1∶20萬水文地質圖。全流域范圍採集了1995年1∶50萬土壤專題圖、1995年1∶100萬草地資源專題圖、2005年塔里木河流域水文站網分布圖、重要水利工程分布圖等。
本系統運行後，還將不斷產生和生成新的專題圖數據。利用遙感技術對塔里木河流域進行植被、土地利用、沙質荒漠化、土壤鹽漬化的專題信息提取，提取的專題圖形數據是生態環境監測、評估的基礎。由遙感圖像提取的專題信息主要有:
塔里木河幹流中下游植被類型與蓋度圖(1∶10萬)，從2002年開始，每兩年一期;
塔里木河「四源一干」土地利用圖(1∶10萬)，從2002年開始，每兩年一期;
塔里木河幹流下游土地沙質荒漠化圖(1∶10萬)，從2002年開始，每兩年一期;
塔里木河幹流上游土壤鹽漬化圖(1∶10萬)，從2002年開始，每兩年一期;
塔里木河幹流烏斯滿地區植被類型與蓋度圖(1∶1萬)，從2003年開始，每年一期;
塔里木河幹流喀爾達依地區植被類型與蓋度圖(1∶1萬)，從2003年開始，每年一期;
塔里木河幹流台特瑪湖地區植被類型、蓋度與水體面積分布圖(1∶1萬)，從2003年開始，每年一期。
(四)GPS控制點數據
2004～2005年在四源流范圍共布設了404個GPS控制點，主要用於水利工程設計、施工，河道變形監測以及遙感影像圖校正。