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基于IDL的水质污染遥感反演系统开发

胡胤杰  
【摘要】:水质污染监测是一门周期长监测面广的工作,在现阶段,我国内陆湖泊河流等水质的传统监测方法是先在监测地采集适量的水质样本,然后再在实验室中通过各种评价指数法和参数法进行计算以得到水质的综合评价。该方法的特点是得到的评价数据相对比较准确,但缺点是需要的时间和精力都很巨大,同时由于各种客观因素,能够被工作人员采集和分析的监测点数量很有限,这已经不能满足现阶段逐渐增加的水质污染监测需要。近年来,伴随着航天事业发展,空间技术也得到长足进步,通过卫星以及无人机得到的遥感数据因其覆盖面广,包含信息量大,同时在时间上的即时性,成为监测水质污染的重要手段,卫星遥感图像以及航拍图像成为需要长时间监测区域的有效工具。对于需要监测的大面积区域内水质污染情况,通常利用卫星以及航拍数据,进行定量分析,通过各种计算方法,可以有效的发现水体中各种污染物来源,并且及时对水体的污染趋势和规模做出有效的预测,这种遥感图像可视化技术为水质污染监测提供了一种更加快捷有效的技术手段,随着遥感技术的发展,将逐渐取代传统的监测方式。本课题将依据水质遥感的理论和研究方法,利用第四代编程语言IDL来进行水质污染遥感反演系统的开发。 本论文主要工作是在通过对水质污染遥感监测的基本理论研究,及遥感图像反演算法运用的基础上,利用无人机对常熟示范区的水质获取遥感图像,运用IDL语言编写一种对遥感图像中各种波段进行定量反演计算获得图形结果的软件,以方便对示范区水体进行污染监控。针对航拍图像中波段数据的特点和图像可视化的相关特性,多方面衡量了目前比较常用的图像处理,数学处理计算,图像反演的语言,最终决定选择IDL作为本次软件设计的开发工具。针对课题中软件功能的实现方向和软件开发的重点,对如何利用IDL对无人机航拍图像中的波段数据处理、图像的可视化分析以及应用等进行详细分析与设计,对功能进行最大化的实现,包括遥感图像数据的可视化显示、图像的鹰眼放缩功能、遥感数据中波段处理和分析等,实验设计整合遥感图像数据分析和图像可视化分析的软件。通过学习应用envi软件的实现方式继而运用IDL语言,在前期调研,需求分析的基础上,对人机交互性、图像可视化、软件跨平台运用和后期扩展方面进行软件整合集成。最终选择“基于IDL的水质污染遥感反演系统开发”作为研究内容并检验其应用价值,对今后水质模型可视化技术深入研究有一定借鉴意义。 IDL是美国ITT公司与70年代后期基于帮助科学家分析火星探险卫星发回的数据而开发的一种数据分析和图像化应用程序及编程语言。IDL使用者可以迅速且方便地运用此软件将遥感数据转换为图象,进行可视化处理。通过软件转化的图像既可以是简单色彩,也可以是全色三维图像和模型。 在作出纵向分析比较后,确定使用IDL完成课题,IDL完全符合课题需要软件的编写要求。在图像的可视化应用处理方面相比于其他编程语言具有明显优势,同时对于遥感图像中波段数据的矩阵计算,后期数据的可视化反演处理,均能达到满意的效果,且软件运行速度也符合课题要求。对于实快速的遥感图像处理,海量数据分析反演和数据可视化任务,本课题设计编写的水质污染监测软件提供了一个很好的解决方法。


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