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基于IDL的水质污染监测可视化设计与实现

作　者: 陈亭
导　师: 顾行发
学　校: 电子科技大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: IDL 水质污染监测水质模型可视化
分类号: X832
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水质污染监测是一项长期的任务,我国内陆水体水质传统的监测管理手段是先采集水样数据,然后进行实验室分析用单一参数评价指数法或多参数的综合评价法进行水质评价。该方法比较精确,但能采集和分析的监测点数量很有限,已日益不能满足水环境日常监测需要。随着空间技术的发展,遥感数据以其信息量大,时间尺度、空间尺度长成为地面观测的重要手段。利用遥感信息进行大面积区域内水质情况的空间分布及动态的定量分析,有利于查明污染物的来龙去脉和对污染趋势做出研究和预测,而可视化技术为遥感信息的定量分析和展现提供了一种全新的技术手段。本课题依据水质遥感的理论和研究方法,利用第四代编程语言IDL来进行水质污染监测的可视化工作,在本研究领域是一个新的探索。本文在对水质污染遥感监测的基本理论及相关反演算法进行系统研究的基础上,利用建立的遥感信息模型对示范区的水体进行定量反演。设计一种利用遥感手段对区域范围内水体污染状况信息获取和监测。针对遥感数据处理的特点和图像可视化的相关特性,选取IDL作为水质污染监测的开发语言。针对系统的功能需求和实际开发重点,对如何利用IDL水质污染监测遥感数据的相关处理、数据的可视化分析和应用等进行了详细的设计,对设计的思想、基本路线和实现方法进行了详细的论述。最终实现了水质污染监测的各种基本功能,包括数据的可视化显示、遥感数据的前期处理、图像处理以及遥感数据的处理和分析等,尝试了基于IDL水质污染监测遥感数据处理和可视化分析方面的应用。结合IDL开发平台软件设计技术,通过开发实例,在系统用户交互性、可视化效果、平台移植性和扩展性方面进行尝试。最终完成这套“基于IDL的水质污染监测可视化系统”检验其应用价值,做到对今后水质模型可视化技术深入研究有一定借鉴意义。通过检验IDL完全胜任水质污染监测的数据处理的要求,在数据的可视化应用及图像处理方面具有相当大的优势,无论对于遥感数据的分析计算还是对于数据中的海量数据处理,均能完成相应的处理任务,且运行速度比较令人满意。本文中开发的基于IDL的水质污染监测可视化系统对于实现快速的遥感图像处理、数据分析和可视化提供了一个很好的解决方法。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章引言  10-16
  1.1 课题研究背景  10-11
  1.2 研究意义和应用价值  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-14
  1.4 本文的主要工作和研究内容  14-15
  1.5 论文章节结构  15-16
第二章水质遥感监测可视化相关理论  16-23
  2.1 水质遥感监测的原理  16
  2.2 水质监测常用的遥感数据源  16-17
  2.3 水质参数的估算  17-21
    2.3.1 悬浮物含量的估算  18-19
    2.3.2 叶绿素a 含量的估算  19
    2.3.3 其它参数含量的估算  19-21
  2.4 水质监测的可视化  21-23
    2.4.1 可视化简介  21
    2.4.2 水质监测可视化的特点和难点  21-23
第三章水质监测可视化设计  23-54
  3.1 开发语言选择  23-27
    3.1.1 IDL 处理遥感影像的优势  24-26
    3.1.2 快速的项目实施和软件开发  26-27
  3.2 可视化过程整体设计  27-30
    3.2.1 可视化软件功能  28
    3.2.2 软件总体设计  28-30
  3.3 可视化界面设计  30-42
    3.3.1 图形操作界面GUI  30-32
    3.3.2 主控模块功能设计  32-37
      3.3.2.1 主控模块总体设计  33-34
      3.3.2.2 主控模块编程设计  34-37
    3.3.3 输入模块设计  37-41
      3.3.3.1 输入模块的间接输入  37-40
      3.3.3.2 输入模块的直接输入  40-41
    3.3.4 用户登录模块设计  41-42
  3.4 数据处理模块设计  42-48
    3.4.1 数据的前期处理  42-46
      3.4.1.1 大气辐射校正原理和理论模型  43-44
      3.4.1.2 大气辐射校正算法设计  44-46
    3.4.2 水质分析模块设计  46-48
      3.4.2.1 水质参数估算的五种模型  46
      3.4.2.2 水质分析处理流程设计  46-48
      3.4.2.3 水质分析模块程序设计  48
  3.5 输出模块设计  48-54
    3.5.1 图像显示系统  49-50
    3.5.2 图像处理系统  50-53
      3.5.2.1 图像处理系统总体构架  50-51
      3.5.2.2 图像浏览  51
      3.5.2.3 图像波段组合显示  51-53
      3.5.2.4 图像的测量  53
    3.5.3 制图输出  53-54
第四章水质污染监测可视化功能实现  54-77
  4.1 运行开发环境  54-56
    4.1.1 硬件环境  54
    4.1.2 软件环境  54-56
  4.2 可视化界面实现  56-63
    4.2.1 用户登录  56-57
    4.2.2 主控模块实现  57-62
    4.2.3 系统辅助功能  62-63
      4.2.3.1 帮助模块的实现  62-63
      4.2.3.2 图像的测量  63
  4.3 数据处理功能  63-68
    4.3.1 波段合成  64
    4.3.2 数据的前期处理  64-66
    4.3.3 水质分析模块  66-68
  4.4 专题图制作  68-77
    4.4.1 制图输出界面实现  68-69
    4.4.2 水质监测专题制图  69-77
      4.4.2.1 叶绿素专题制图与统计  70-71
      4.4.2.2 悬浮物专题制图与统计  71-73
      4.4.2.3 TP、TN、CODMn 专题制图与统计  73-77
第五章结论和展望  77-79
  5.1 结论  77
  5.2 展望  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-83
攻读硕士学位期间取得的研究成果  83-84

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