Основы дистанционного зондирования Земли (на примере ENVI 4.8)

 

 
 
 
 

А. А. ДОМРАЧЕВ     М. А. АНУФРИЕВ 

 
 
 
 

ОСНОВЫ ДИСТАНЦИОННОГО  

ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ 

(на примере ENVI 4.8) 

 

Практикум 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2019 
 

УДК 630*58:528.8(075.8) 
ББК 43.4:26.17я7 

 Д 66 

 
 
 

Рецензенты: 

доцент кафедры экологии и природопользования ПГТУ,  

канд. биол. наук А. С. Туев 

доцент кафедры лесоводства и лесоустройства ПГТУ,  

канд. тех. наук Д. М. Ворожцов 

 
 
 

Печатается по решению 

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 
 
 
 

Домрачев, А. А. 

Основы дистанционного зондирования Земли (на примере  

ENVI 4.8): практикум / А. А. Домрачев, М. А. Ануфриев. – ЙошкарОла: ПГТУ, 2019. – 154 с. 
ISBN 978-5-8158-2102-6 

 
Издание предназначено для студентов специальности 35.03.01 – Лес
ное дело, изучающих дисциплину «Основы дистанционного зондирования 
Земли», и включает 13 работ, рассчитанных на 19 практических занятий, 
позволяющих ознакомиться с основами современных методов лесной картографии на базе программного комплекса ENVI 4.8. 

 

УДК 630*58:528.8(075.8) 

ББК 43.4:26.17я7 

 

ISBN 978-5-8158-2102-6 
© Домрачев А. А., Ануфриев М. А., 2019 
© Поволжский государственный  
технологический университет, 2019 

Д 66

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Дисциплина «Основы дистанционного зондирования Земли», 

которой посвящен настоящий практикум, является составной частью программы подготовки специалистов лесного хозяйства. 

Современным профессионалам (инженерам-таксаторам лесо
устроительных экспедиций, лесничим, всем специалистам лесного 
комплекса, природопользования, экологам и т.п.) необходимо 
уметь работать с данными дистанционного зондирования Земли 
для того, чтобы принимать наиболее правильные решения при 
управлении природными ресурсами. 

Работая над данным изданием, авторы ставили перед собой 

определенную цель – помочь будущим специалистам лесного хозяйства в практическом освоении ГИС-технологий, дать им соответствующий объем знаний и навыков в этой предметной области. 

При подготовке рукописи, кроме теоретических и справочных 

данных, был использован практический опыт преподавания дисциплины в Поволжском государственном технологическом университете. 

Предлагаемые здесь задания охватывают технологию работы с 

данными дистанционного зондирования Земли в информационной 
среде ENVI 4.8. 

СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

 
ДЗЗ
–
дистанционное зондирование Земли

MSS 
–
multispectral Scanner

TM
–
thematic Mapper

GLCF –
global Land Cover Facility

ESDI
–
earth Science Data Interface

RGB 
–
R (Red  красный); G (Grin  зелёный); B (Blue 

синий)

ROI
–
region of Interest

ИК
–
инфракрасный диапазон

ПЗС
–
прибор с зарядовой связью

ЦМР
–
цифровая модель рельефа

NDVI
–
normalized Differences Vegetation Index

NIR
–
ближнеинфракрасный канал данных

RED
–
красный канал данных

ВВЕДЕНИЕ 

 

Современные средства дистанционного зондирования Земли в 

совокупности с мощными инструментами их обработки предоставляют уникальные возможности для изучения состояния и динамики лесов России. 

ENVI (the Environment for Visualizing Images) – это профессио
нальное решение для визуализации, исследования, анализа и представления всех видов данных дистанционного зондирования. 

На сегодняшний день программный комплекс ENVI является 

одним из наиболее удачных и доступных программных продуктов 
для визуализации и обработки данных, получаемых с современных спутников ДЗЗ, который включает полный набор инструментов для проведения полного цикла обработки данных от ортотрансформирования и пространственной привязки изображения 
до получения необходимой информации и её интеграции с данными ГИС. 

Программный комплекс ENVI лицензирован всеми операто
рами космических ДДЗ, существующих на сегодняшний день. 

ENVI включает в себя следующие функции: 
• визуализация и обработка ДДЗ; 
• обработка и анализ гиперспектральных снимков; 
• исправление геометрических и радиометрических искажений; 
• поддержка растровых и векторных форматов; 
• интерактивное улучшение изображений; 
• пространственная привязка изображений; 
• ортотрансформирование; 
• создание ЦМР; 
• трёхмерная визуализация; 
• интерактивное дешифрирование и классификация; 
• анализ растительности с использованием индексов NDVI; 
• векторное отображение; 
• калибровка и атмосферная коррекция; 

• анализ снимков в радиодиапазоне. 
Поддержка широкого диапазона как форматов прямого до
ступа, так и импортируемых форматов. 

Форматы ДДЗ, поддерживаемые ENVI: 
• Quick Bird; 
• IKONOS; 
• Orb View – 3; 
• Formosat – 2; 
• SPOT – 5; 
• Cartosat – 1; 
• ENVISAT; 
• ERS, JERS, RADARSAT; 
• AVIRIS, casi, HyMap; 
• AVHRR, SeaWiFS; 
• ALI, Hyperion; 
• Landsat ETM, TM, MSS; 
• MODIS, ASTER; 
• и многие другие... 
Произвольные форматы: ASCII, BMP, GeoTIFF, HDF, HDF
EOS, JPEG, JPEG2000, MrSID, ECW... 

К преимуществам ENVI относятся также следующие: 
• интуитивно понятный графический интерфейс пользователя, 

позволяющий начинающему пользователю быстро освоить все необходимые алгоритмы обработки данных; 

• логические ниспадающие пункты меню облегчат нахождение 

функции, которая необходима в процессе анализа или обработки 
данных; 

• есть возможность упростить, перестроить, русифицировать 

или переименовать пункты меню ENVI или добавить новые 
функции; 

• открытая архитектура ENVI обеспечивает удобство обра
ботки и предоставляет пользователю возможность получить необходимую информацию быстро и просто. 

Отличительной особенностью программного комплекса ENVI 

является открытая архитектура и наличие языка программирования IDL, позволяющая создавать собственные алгоритмы обработки данных, а также предоставляет пользователю возможность 
индивидуальной настройки ENVI и модификации пользовательского интерфейса. 

ENVI позволяет осуществлять обмен файлами данных между 

ArcGIS ESRI и ENVI через геоинформационную базу данных. Возможен прямой доступ из ENVI к инструментам создания карт программы АгсМар. 

Основные подходы к обработке данных дистанционного зонди
рования, описанные в данном издании, будут незначительно отличаться от версии применяемого программного комплекса. 

Все примеры здесь приведены применительно к версии ENVI 4.8. 

 
 

РАБОТА № 1

Интернет-каталоги космических снимков

на примере данных системы Landsat TM / ETM+

 
Введение 
Фонд космических съемок в настоящее время обширный и 

включает материалы, полученные съемочными системами разных 
типов сканерными (многозональными, панхроматическими),  
радиолокационными (на разных длинах волн, при разной поляризации сигнала) и фотографическими (черно-белыми, цветными, 
спектрозональными и многозональными) в разных участках электромагнитного спектра, с разным пространственным (от 0,41 м до 
нескольких километров) и радиометрическим разрешением  
(8, 11, 12, 16 бит/пиксел). 

В настоящее время съемку Земли из космоса ведут более  

50 оптико-электронных и радарных космических аппаратов, принадлежащих двум десяткам стран. По сравнению с архивными материалами, параметры съемочных данных существенно изменились. 

Во-первых, достижения в области волоконной оптики сделали 

возможным значительное улучшение пространственного разрешения оптико-электронных съемочных систем, что повлекло за собой 
широкое распространение материалов метрового и субметрового 
разрешения в видимом и ближнем ИК участках спектра. Сейчас на 
рынке широко распространены снимки с пространственным разрешением 0,41…2,5 м в панхроматическом варианте и 1,5…4 м  в 
многозональном, а в ближайшие годы появятся съемочные системы с разрешением 0,25 м. При этом неизбежно малый угол захвата компенсируется наклоном камеры. 

Во-вторых, изменилось спектральное разрешение: вместо 3…4 

каналов современные многозональные системы ведут съемку в 8, 
14, 36 каналах, а современные спектрометры выполняют гиперспектральную съемку в 200 и более каналах. 

В-третьих, произошло увеличение радиометрического разре
шения: весь интервал яркостей при съемке разбивается не на 256 
ступеней (8 бит/пиксел), а, например, на 2048 (11 бит/пиксел) или 
даже выше, что существенно повышает качество снимков, особенно панхроматических, т.е. черно-белых. 

Тенденция последних лет  обеспечение съемки в стереоре
жиме, которую реализуют разными способами: с разных витков, с 
одного витка двумя съемочными системами или изменением 
наклона одной, с двух спутников в тандеме, снимающих почти 
синхронно. 

Геопорталы (Google Earth, Yandex, Космоснимки и другие) не 

так давно появившиеся, но получившие исключительно широкую 
известность, обеспечивают пользователей космической информацией с разрешением 0,6…30 м, обновляемой не реже, чем через 
2…3 года. Технологии геопорталов получают распространение 
при отображении оперативной информации, особенно мониторинга пожароопасности. Геопорталы используются и поставщиками данных дистанционного зондирования в качестве пространственной основы для поиска и заказа космической информации. 

В последние годы оригинальные снимки (включающие все съе
мочные каналы) высокого (15…30 м) Landsat, ASTER и др.,  
а также низкого разрешения с пространственной привязкой по орбитальным 
данным 
стали 
доступны 
через 
Интернет 
 

https://earthexplorer.usgs.gov/ (или более новый портал обращения 
к той же базе, использующий технологию Java  https://glovis. 
usgs.gov/ откуда доступны также снимки радиометра ASTER). Для 
доступа на любой из этих порталов необходима регистрация. Адреса других каталогов разнообразных типов снимков различного 
разрешения приведены в приложении 1. 

Американская программа Landsat является одной из наиболее 

успешных на мировом рынке данных ДЗЗ, с 1972 года в рамках 
программы было запущено восемь спутников. 

Спутники Landsat 3…5 были оснащены двумя типами сканеров, 

обеспечивающими съемку земной поверхности с различным пространственным и спектральным разрешением - MSS (Multispectral 
Scanner) и TM (Thematic Mapper). Данные MSS (пространственное 
разрешение 80 м) доступны с 1972 года, данные TM (пространственное разрешение 30 м в видимом, ближнем и средних инфракрасных 
зонах, 120 м в тепловом диапазоне) - с 1982 года. 

Спутник Landsat 7 находится на орбите с 15 апреля 1999 года. 

Установленный на спутнике радиометр ETM+ является усовершенствованным вариантом сканеров TM. Основное существенное 
отличие прибора  наличие панхроматического канала высокого 
разрешения (15 м). В настоящее время, в связи с выходом из строя 
одного из элементов, радиометр ETM+ работает некорректно, сбои 
в работе аппаратуры привели к снижению качества данных. В 
связи с возникшими проблемами была возобновлена оперативная 
эксплуатация спутника Landsat 5, который находится на орбите с 
1984 года и продолжает успешно функционировать. 

С 2013 года на орбите находится новое поколение спутника с 

расширенными возможностями - Landsat 8. 

Глобальный архив данных Landsat содержит покрытие практи
чески всей поверхности Земли, причем некоторые регионы, в том 
числе и вся территория России, отсняты многократно. 
 

Цель работы: 
 знакомство с содержанием каталогов космических снимков; 
 знакомство с правилами получения (характеристики сним
ков, критерии поиска, оформления заказа, особенностями скачивания); 

 скачивание архивной космической съемки со спутников 

LANDSAT одной и той же территории на различные даты. 

 
Программное обеспечение, материалы: 
 подключение к Internet,