（地图学与地理信息系统专业论文）modis+1b资料处理方法研究与软件实现.pdf

中圈农、【k 大学顾十学位论文中文摘要 摘要 m o d i s ( 中分辨率成像光谱仪- - m o d e r a t er e s o l u t i o ni m a g i n gs p e c t r o r a d i o m e t e r ) 是装置在 t e r r a 稿ia q u a 两颗卫星上的主要探测仪器。与以前的甲星探测器相比，有全新的特点，而且 全球免费接收，这使得m o d i s 迅速成为全球研究热点。目前关7 - m o d i s 数据处理国外已有商 业软件支持，但价格昂贵；国内起步较晚，对这些数据的处理、技术理解、消化与局部应用的i = 作刚刚展开，全面的、标准化的、系统性的涵盖人气、陆地、海洋等相关领域的级至四级数据 产品的开发t 作还处于研究阶段。 本论文在深入研究m o d i s 传感器特点及m o d i s1 b 级文件格式t l d f 后，对m o d i s 图像中 存在的问题反( 辐) 射率定标、条带噤声、边缘重叠现蒙、太阳高度角订i l 二等问题一进行 了研究，探讨了问题存在的原洲，并在总结前人研究的基础上提出了解珧的方案。丰要研究内容 与成果如r ： 1 ) 对于条带噪声应根据图像的特点选用合理的剔除方法，并给出了实验结果。 2 ) 对于边缘重叠现象给出了重替度的计算方法并在几何纠难过稃c p 实现去除重替现象。 3 ) 对儿何精校止过程中的投影转换及像素重采样问题进行了探讨，并找到了实现的途径。 4 改计了系统流程圈，分别用i d l 语言和v i s u a lc + + 语言编写了程序代码。 对软竹处理结果的精度进行了分析，在利j = | jn o a a - n d v i 对m o d i s n d v l 进行验证的同时， 也剥两者的关系进行_ _ r 初步探讨。结果证明本文研究的方法是可行的，结果是可信的。 关键词：m o d i s ，预处理，条带噪声，边缘垣叠，) l 仁i g e 止 中闰农业大学硕j 二学位论文英文摘要 a b s t r a c t m o d i s ( m o d e r a t er e s o l u t i o ni m a g i n gs p e c t r o m d i o m e t e r ) i so n eo ft h em a i nd e t e c t i o ni n s t n l m e n t o n b o a r dt h et e r r aa n da q u a s a t e l l i t e s c o m p a r e dw i t ht h ep r e v i o u ss a t e l l i t ed e t e c t o r s ，i th a ss o m e s p e c i f i cc h a r a c t e r i s t i c s ，p l u si t sg l o b a l l yf r e ed a t a r e c e i v a lp o l i c y a l lt h o s em a k em o d i s a t t r a e tm o r e s c i e n t i f i cr e s e a r c ha t t e n t i o nu pt on o wm a n yf o r e i g nc o m m e r c i a ls o f t w a r e sh a v ep r e s e n t e ds u p p o r tt o m o d i sd a t ap r o c e s s i n g ，b u tt 0 0e x p e n s i v ea c c o r d i n g l yt h ed o m e s t i cr e s e a r c hb e g a nal i t t l el a t e ra n d h a sj u s t s p r e a dt h ew o r kr e s p e c to nd a t ap r o c e s s i n g ，t e c h n o l o g yc o m p r e h e n s i o n ，a s s i m i l a t i o na n d r e g i o n a la p p l i c a t i o n t h ea l l a r o u n d ，s t a n d a r d i z e da n ds y s t e m a t i cp r o d u c t sr e f e r r i n g s u c hf i e l d sa s a t m o s p h e r e ，l a n d ，o c e a na r es t i l lo nr e s e a r c h a f t e r g i v i n gd e t a i l e d i n t r o d u c t i o na b o n tm o d i sc h a r a c t e r i s t i c sa n dm o d l si bs a v e df i l e f o r m a t _ h d et h i sp a p e rf o c u s e so n t i l e p r o b l e m se x i s t i n g i nm o d i s1bd a t a ，s u c ha s r e f l e c t a n c e r a d i a n c ec a l i b r a t i o n ，d e s t r i p e ，b o w t i er e m o v a l ，a n ds o l a rz e n i t ha n g l er e c t i f i c a t i o n t h e c a r l s ea n dr e s o l v i n ga l g o r i t h ma r ep r e s e n t e db a s e do nt h ef o r m e rr e l a t i v er e s e a r c h 1 ) t h ea p p r o p r i a t em e t h o d sa r es e l e c t e di na c c o r d a n c ew i t ht h es t r i p en o i s ec h a r a c t e r i s t i c sa n d t h ea p p l i c a t i o nr e s u l t sa r eg i v e n 2 ) a st ot h eb o w t i ep h e n o m e n a ，am e t h o di sd e v e l o p e dt oc o m p u t et h eo v e r l a p p i n ga n d r e m o v et h ep r o b l e md u r i n gt h eg e o m e t r i cc o r r e c t i o np h a s e 3 ) t h er e p r o j e c t i o na n dr e s a m p l i n gd u r i n gt h eg e o m e t r i cc o r r e c t i o na l s oa r ec o n s i d e r e da n da n a p p r o a c hi sf o u n d ； 4 、t i l ep r o c e s s i n gf l o wc h a r ti sd r a w na n dt r a n s l a t e di n t op r o g r a mw i t hi d la n dv i s u a lc + + l a n g u a g e s f i n a l l yt h er e s u l tq u a l i t yi sa n a l y z e d n o a a - n d v ii su s e dt ov e r i f yt h em o d i s - n d v ir e s u l t ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et w on d v i si ss i m p l yd i s c u s s e da sw e l l i ti sc o n c l u d e dt h a tt h ea l g o r i t h m i n t r o d u c e di nt h i sp a p e ri sf e a s i b l e k e yw o r d s ：m o d i s ，p r e p r o c e s s i n g ，s t r i p en o i s e ，b o w t i e ，g e o m e t r i cc o r r e c t i o n 图表目录 表2 - 1 t e rr am o d i s 的主要特性 表2 _ 2m o d i s 波段分布特征 表2 - 3m o d i s 波段分布特征续表 一 一 图2 - 1h d f 数据类型 图2 2h d f 数据结构例图 ， 表2 - 4m o o i s1 b 产品概要， 表2 - 5m o d i s1 b 地球观测产品中科学数据集概要一 图2 - 3m o d i s2 5 0 米分辨率产品文件所包含的数据信息 图2 - 4 条带噪声( 左图：5 通道、中图：2 6 通道、右图：3 6 通道) ， 图2 - 5 条带噪声去除效果( 左图：5 通道、中固：2 6 通道、右图：3 6 通道) 图2 - 6 原圈与处理结果图差图像( 左图：5 通道、中图：2 6 通道、右图：3 6 通道) 图2 - 7 图像产品的b o w l i e 效应及去除后效果( 左图：校正前：右图：校正后) 图2 - 81 删分辨率产品边缘相邻条带的经纬度重叠效果 图2 - 9 三种分辨率像素的对应关系 图2 1 0 软件流程图 图2 - 1 12 0 0 3 年6 月2 4 日轨道拼接效果示意图 图3 - i 源数据与输出数据直方图比较( 左图为源数据直方图，右图为处理后数据) 表3 1 实验选取资料基本信息 一 表3 - 2 不同时相n d v i 统计信息一 图3 - 22 0 0 5 年3 月2 5e ln o a a - n d v i ( 左) 与m o d i s - n d v i 直方图( 右) ， 图3 - 32 0 0 5 年4 月3 日n o a a - n d v i ( 左) 与m o d i s - n d v i 直方图( 右) 图3 - 42 0 0 5 年4 月1 5 日n o a a - n d v l ( 左) 与m o b i s - n d v i 直方图( 右) v 0 0 7 8 8 0 9 竹 惶 坦 坦 他 1 2 ” 他 伸 幻 约 列 纠 纠 独创性声明 v 7 7 4 1 4 4 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导f 进行的研究l 作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教疗机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：术目易 时间：2 坍t - 年占月汐日 关于论文使用授权的说明 本人宄全了解中围农、也大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此贽议) 研究生签名：棚弓 导师签名：孙 | 时问：埘年z 月，f 1 时间：砑年乙月讳 1 1 选题背景 第一章引言 为了深入研究和调查全球环境变化、令球气候变化和自然灾害增多等全球性问题，从 1 9 9 1 年起，美国国家宇航局正式启动了把地球作为一个整体环境系统进行综合观测的地球 观测系统( e o s ：e a r t ho b s e r v a t i o ns y s t e m ) 计划。e o s 计划的主要目标是实现从单系列极轨 空问平台上对太阳辐射、人气、海洋和陆地进行综合观测，获取有关海洋、陆地、冰雪圈和 太阳动力系统等信息，进行土地利用和土地覆盖研究、气候季节和年际变化研究、自然灾害 临测和分析研究、长期气候变葛夏和变化研究以及大气臭氧变化研究等，进而实现对大气羊地 球环境变化的睦期观测和研究的总体战略目标。1 9 9 9 年1 2 月1 8 日，美国成功发射了第一 颗e o sp 星t e r r a ( e o s a m l ) ，又称为上午最。2 0 0 2 年5 月4 口，又发射了第二颗卫星 a q u a ( e o s p m l ) ，称为f 午星。 m o d i s ( 中分辨率成像光谱仪m o d e r a t er e s o l u t i o ni m a g i n gs p e c t r o r a d i o m e t e r ) 是装置 存以1 两颗卫星上的土要探测仪器，也将装置在后续发射卫星上，它也是唯一进行直接广播 的对地观测仪器。其扫描宽度为2 3 3 0k a n ，具有3 6 个离散光谱通道，空间分辨率分 2 5 0 5 0 0 1 0 0 0 m 三级。在对地观测过程中，m o d i s 每秒可获得6 1 m b 的来自大气、海洋羊 陆地表面信息，每日可获墩四次全球观测数据，是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥 感仪器。 由于m o d i s 在数据质量和数据政策方面的特殊性，使之成为我国环境监测和相关科学 研究不可多得的国际科学数据资源。在科技部8 6 3 项目支持f ，2 0 0 0 年1 1 月中国气象局卫 星气象中心研制出我国第一套e o s m o d i s 接收系统，并投入业务运行。此后至2 0 0 3 年8 月底，全国m o d i s 地面站共建设3 1 个( 不包括军队系统建设的站) 【“。为避免出现无序和 重复建设现象，国家科技部从2 0 0 3 年起开始重点支持建设“国家对地观测系统e o s m o d i s 数据共享平台”项目。2 0 0 4 年8 月2 7 日，网站正式开通。通过h t t p ：n w w w n f i i e o s c n 这个网 址，中国网内的任倒科研、教育、歧府扶策等单位、软件开发和中介服务公司以及个人都圳 以免赞f 载m o d i s 遥感对地观测数据。 m o d i s 数据的存储和分发共享格式为l i b 文件，即国际标准的e o s t l d f 文什格式。 该文件是经过仪器定标后的数据，没有经过大气校正，包含有地理定位信息，但是和图像信 息没有连接。目前国内对这些数据的处理、技术理解、消化与局部应用的工作刚刚展开，全 面的、标准化的、系统性的涵盖人气、陆地、海洋等相关领域的二级至四级数据产品的开发 ：l = 作还处 _ _ 研究阶段。 本研究即是依托“国家对地观测系统e o s m o d i s 数据共享平台”项目。对l 1 b 文件 中存在的条带噪声、图像边缘畸变( b o w t i e 效应) 进行校正。由参数文件提供的参麴， 对图像进行几何纠正，辐射校正，使图像的每一点都有精确的地理编码、反射率和辐射率。 该级图像产品是应用级产；黾不可缺少的基础。 1 2 研究现状 为了建立资料处理模式莆i 算法，并指导对m o d i s 资料的科学讨论和应用，e s e l 计划专 组建了m o d i s 资料处理和应川的国际研究队，它由来白美国、澳大利皿和法国的2 4 位 科学家组成。m o d i s 科学研究队分为4 个学科组：大气( a t m o s p h e r e ) 、陆地( 1 a n d ) 、海洋 ( o c e a n s ) 和定标( c a l i b r a t i o n ) ，定标组主要是为m o d i s 资料的定量戍用而开展的标定研 究，并且监测m o d i s 仪器状态，以保证观测数据的精确性和有效性。m o d i s 科学家组同 时定义r4 4 种标准的m o d i s 数据产品( 附录1 ) ，分别属于校正类、大气类、陆地类、海 洋类、低温层类。 总体来说，n a s a 研究团队的m o d i s 数据处理算法研究日趋成熟，每种产品的生成算 法基本都有比较标准的处理方案。海洋产品处理算法相对成熟，精度也较高；人气与陆地过 程的不确定性，使得大气与陆地产r 诮的处理难度较大，尤其是通用性的处理算法雕以改计， 精度也相对海洋产z h ，较低。一个值得注意的问题是，n a s a 产品中各种参数和指标的设置可 h e ) i 不适用p | 1 国的实际情况。例如，中国的环境污染比美围严重，大气中气溶胶的含量相 对较高，在制作中国地区的气溶胶数据产揣刚的参数殴置就应该存在差别。 国际上目前的主流商业遥感图像处理软件如e r d a s i m a g i n e 、e s r i e n v ! 、p c i 等也 都增加了支持读取、处理m o d i sl i b 图像的功能，但是都没有依据m o d i s 图像自身固有 的特点提供完善的m o d i s 处理过程。儿何纠正过程很多也没有考虑到m o d i s 图像自身带 有经纬度数据的特性，【n i 仍沿用丁传统的几何纠止方法。很多研究机构和个人电发布，很多 关丁h d f 数据读取和m o d i s 几何纠止的程序，如v i e wh d f 【6 】，m o d i sm r t 1 等。这些程 序或者没有形成完整的处理过程，或者所输入的m o d i s 数据格式级别不同。 国内m o d i s 处理与应用算法研究起步较晚。目前，中国科学院遥感应州研究所、中国 科学院地理科学与资源研究所、国家卫星气象中心等研究单位虽然已经设计和开发了各自的 数据处理软件。但是这些软件有的与硬件接收系统捆绑在一起发售，价格昂贵。有的在开发 过挥中并本依照统一的标准祁规程两且软件开发完成后也尚来经过完善的测评，j j 作还待 完善。因此，到日前为止各单位在数据处理方面所做的1 作仍处于各自研究阶段，国内还没 有形成统一的标准。 1 2 1 条带噪声去除方法 条带噪声在中低分辨率遥感器中普遍存在。已有很多去除方法研究。p o r o sdj v 和 w e g e n e rm 8 1 等采用直方图匹配法去除遥感影像中的条带噪声。张里阳9 1 采用了直方图规定 化方法来去除m o d i s 条带噪卢。g a d a l l a h ”1 等提出了矩匹配法去除条带噪声，将条带噪声 美国国家宇航局干1 9 9 i 午发起的一个综合性的项目，称为地球科学事业，简称为e s e 2 中国农业人学颂二l 学位论文 第一章引言 行匹配校正到蒹一参考行。陈径松川加以改进，提出了用另外通道相同行为基准，将条带 噪声行匹配校正的矩匹配方法。杨忠东 ”1 等运用小波收缩方法剔除m o d i s 热红外波段数据 条带噪声。蒋耿明”1 等比较了傅里叶变换、小波变换和j 锸值二二种方法去除条带噪声，认为 插值方法较好。 1 2 2 边缘重叠效应去除和几何精校正 j o s ef m o r e n o f ”1 等人枉：对n o a aa v h r r 数据的几何纠正中考虑到了相邻观测存在重叠 的情况，提出和改进了纠正a v h r r 影像的最优算法；r o b e r te w o l f t ”】等人从宏观上阐述了 m o d i s 成像规律、儿何畸变和处理的基本方法，但没有提出具体的有效的几何纠正措施：郭 广猛m 】【”利用逐行移动模板计算相关系数的方法求得重叠度。并讨论了传统的几何校l l _ ! 方法 b u i l tg l t f l l e x d o 九g c p 方法，这也是e n v i 采州的方法。但是用该方法校止m o d i s 影像 误差较大。蒋耿明m 1 等使用了三次样条曲线对坐标进行插值，采用前向和后向映射相结台 的方式确定纠难扁某一像索点存原始影像中的位置。并运用fl 一化反距离加权捕值法计算纠 止后像素点的属性值。但是确定像素点位置的方法说明不明确。 1 2 3m o d i s n d v l 与a v h r r n d v i m o d i s 是n o 从a v h r r 的继承和发展。m o d i s 的n d v i ( n o r m a l i z e dd i f f e r e n c e v e g e t a t i o ni n d e x ) 产品是对当前n o a a a v h r r n d v i 产品的改进产品。既是仪器设计雨1 仪器 特性改进的结果，也是过去l o 年植被指数研究成果的结晶“j 。s d s t ( t h e m o d i ss c i e n c e d a t a s u p p o r tt e a m ) 提供r 两种植被指数产品：n d v i 羊| j e v i ( e n h a n c e dv e g e t a t i o ni n d e x ) ”。 n d v i 是对a v h r r n d v i 的延续。因此探讨两者的关系一直是纠f 究的热点。 a n a t o l y a g i t e l s o n 2 0 1 从光谱差异角度出发，对m o d i s n d v l j i i 以优化，以与n o a a n d v l 相 适应。提出以m o d i s 绿光波段和红光波段的加权平均代替m o d i s - n d v l 公式中的红光波段， 取得了不错的效果。、矾mj dv a nl e e u w e n “】对比了合f 茂n o a a n d v l l 6 天产品一般采用的 最大值合成( m v c ) 算注；提出了合成m o d i s - n d v i , ! ! e v ! 1 6 天产品算法：基于反射砗爱的 b r d f 合成算法和基丁约束观测角度的m v c 方法。刘良明口”等也从仪器特性、直方图和特征 空间分布等方面对m o d i s 。n d v i 与n o a a - n d v i 进行了分析比较，得出两者有共同的直方图 走势，但特征空间相关性不太好。 1 3 研究内容 m o d i s 数据按照其数据处理及开发的程度可分为阻f 几个级别： 0 级产品：指由进机板进入计算机的数据包，也称原始数据( r a wd a t a ) 1 级产品：指l 1 a 级数据，已经被赋予定标参数； 中国农业大学硕 一学位论文 第一章引言 2 级产晶：指l 1 b 级数据，经过定标定位后数据，本系统产品数据格式是国际标 准的h d f e o s 格式。可被商用软件包( e n v i 、p c i 、e r d a s 等) 直接读取； 3 级产品：在l i b 数据的基础l ，对由遥感器成像过群产生的边缘畸变( b o w t l e 效应) 进行校正，产生3 级产a ： 4 绂产r 铺：由参数文件提供的参数，对图像进行l 何纠止，辐射校正，使图像的每 一点都有精确的地理编码、反射率和辐射率。该级产品是应用级产晶不可缺少的 基础： 5 级及5 级以上产品根据各种应用模型开发而得到。 本研究就是编制m o d i s 数据预处理软件，实现从l 1 b 级到4 级产品的处理过程。从以 上可以看出，这是后续所有应用r 作得以进行的基础。是必不可少的步骤。i d l 语言面向矩 阵运算，可以快速分析数据和实现可视化，语言简单。但是不能独立发布应川程序。本研究 首先利用i d l 探索了算法的实现，然后利用v i s u a lc + + 语言实现了整个软件。具体研究如下： 1 ) 深入研究m o d i si b 级文件格式h d f ，对m o d i s 图像中存在的问题反( 辐) 射率定标、条带噪声、边缘重叠现象、太刚高度角订1 1 j 等问题进行研究，并提出解决的乃法。 对几何精校正过程中的投影转换及像素填充重采样问题进行探讨，找到实现的途径。 2 ) 在上述分析的基础上，设计算法流程图并予以系统实现。 3 ) 对输山结果的精度进行分析和评价，以求在可行的范围内有效地解决问题。 4 中国农业大学砸l 学位论文 笫二章m o d i si b 资料处理方法研究及软件实现 第二章m o d is 1b 资料处理方法研究及软件实现 2 1 关于m o d i s 2 1 1 系统设计与工作特点 m o d i s 是t e r r a 卫星最重要的传感器，其数据是唯一由n a s a 提供免费广播服务的 一种数据。它是被动式成像分光辐射计，携带4 9 0 个探测器，分布在3 6 个光谱波段，覆盖 从【，j 见光到红外波段。另外，阽】为深空的量子输入等于零，月球的光反射量相对稳定，m o d i s 还有观测深空和月球的能力。 其显著特点表现在： ( 1 ) 高精度观测：m o d i s 传感器是目前世界 ：最高精度的辐射观测仪器。主要体现在 两方而。阿先仪器的辐射分辨率达到1 2 比特，温度分辨率达到o 0 3 度；其次仪器上首次使 用了复杂的星i 校准技术，系统远行稳定可靠，抗干扰能力强。m o d i s 系统的传感器除发 射前进行定标外，还必须在e 行过秤厂r l 进行定标。校正系统共有4 个部f t 二，其r t 包括黑体 ( b i a c k b o d yb b ) 、f i i 光漫射器( s o l a r d i f f u s e rs d ) 、刚光漫射稳定性监测器( s o l a r d i f f u s e r s t a b i l i t vm o n i t o rs d s m ) 和光谱辐射校止器 ( s p e c t r o r a d i o m e t r i c c a l i b r a t i o n a s s e m b l vs r c a ) 。黑体对热红外波段( 35 1 4 a p m ) 饺准：阳光漫射器用十耐可见光、近 红外和短波红外波段( 0 , 4 2 2 1 n n ) 等太f ij 反射波段的校正：| j 光漫射稳定性监洲器用于检 测光漫射器本身的稳定性；光谱辐射校正器是一个非常复杂的多功能仪器，刚于提供在轨 光谱、辐射和空间校正。 ( 2 ) 多频次和宏观观测：e o sp 星一天最多可以获得4 条过境轨道资料，至少每天可 对我国绝大部分地区进行一次观测，这可以满足突发性、快速变化的环境监测。a q u a _ 卫 星发射厉，可每天进行4 次观测，解决了连续观测时数据源的相对一致性与可参照性。 ( 3 ) 多光谱、高光谱波段同时观测：它沿用了传统的成像辐射计的思想，由横向扫描 镜、光收集器件、一组线性探测器阵列和位于4 个焦平面上的光谱干涉滤色镜组成。这种光 学设计可为地学席州提供4 0 0 n m 1 4 5 0 h m 之问的7 个( 1 7 波段) 多光谱波段和2 9 个( 8 3 6 波段) 高光谱波段，这为地物提供r 较精细的光谱分析曲线，完全可以运用高光谱处理 技术( 如光谱微分、光谱匹配、光谱位置变量分析等) 来分柝地物的多样性特点。 ( 4 ) 用途广泛：m o d i s 是一个真正的多学科综合仪器，可对高优先级的大气( 云及其 相关性质) 、海洋( 洋面温度) 以及地嵌特征( 土地覆盖变化、地表温度、植被特性) 进行 一致的同步观测。m o d i s 测量的基本目标可概述如f ：1 ) 陆地和海洋表面的温度和地面火 情；2 ) 海洋水色，水中沉积物和叶绿素：3 ) 全球植被测绘和变化探测；4 ) 云层表征；5 ) 汽 溶胶的浓度和特性；6 ) 大气温度和湿度的探测，雪的覆盖和表征；7 ) 海洋流。该仪器可望 对整个地球系统，包括陆、洋、气过程问的相互作用的进一步认识做出重大贡献。 中国粑i k 大学顶二卜学位论文 n - 2 am o d i sl b 资料处理方法研究及软件实现 2 1 2 传感器特性 表2 - 1 t e r r am o d l s 的主要特性 轨道7 0 5 k m ，太| ；日刚步轨道，降轨十地方时1 0 ：3 0 穿越办道( 特殊通过时间 见：b l i p ：a v e a r t h o b s e r v a t o r y n a s ag o v m 】s ”o n c o n t r o l o v e 。p a s sh t m ) 重量 2 5 0 k g 功耗2 2 5 w 扫描频率 每分钟2 03 转，与轨道垂直 望远镜直径1 77 8 c m 体积 1 0 m x l6 m x l0 m 范喇 2 3 3 0 k m x1 0 k m 、5 5 。交叉轨道 光潜波段 o4 0 5 1 43 8 5 ”m 的3 6 个波段，带有较l f 子系统 光谱校正 i 4 波段，反射率的2 ；5 7 波段，仍在研究中 数据传输速率1 0 6 m b p s ( j 问峰值) 、61m b p s ( 轨道平均) 辐射分辨率1 2 镪 星底空问分辨率2 5 ( i m ( i 一2 波段) ，5 0 0 m ( 3 7 ) ，1 0 0 0 m ( 8 - - 3 6 波段) 任务循环 l0 0 重复周期纬度3 0 以也区每天，纬度3 0 以内地区每两天 格州陆地产品地耻定位准确度星底i5 0 m 以内 波段问配准( i 一7 被段) f 1 描方向5 0 m 以内，轨道方l q1 0 0 m 以内 2 1 3 波段分布特征 表t 2m o d i s 波段分布特征 主要用途通道带宽( n m )光谱辐射率 信噪比分辨率 ( w m2 p m sr ) ( m ) 陆地西气 l62 0 一6702 18 128250 溶歧边界284 l 一87624 7 2 0 l 陆地云气 34 59 47935 3 2 435 0 0 溶胶特性45 45 5652 90 22 8 51230 一l25 05 4 7 4 6 l62 8 一l6 527 327 5 7 2 105 2 l55 101lo 浮游植物943 8 4484 1 9 83 8 生物地理化1o483 4933 2l802 1 152 6 53627 9 754 l25d6 一j562 1o750 l36 62 67 2959 10 14 673 6 838 7 10 87 l5 7 43 753l0 25 86 168 6 2 87 7625 l6 大气水汽 178 90 920100l67 l8 93 l 一94 l3 6 5 7 l99 i5965l5 0 250 6 表2 - 3m o d i s 波段分布特征续表 光谱辐射率 主要用途通道带宽( m )等效噪声温分辨率 ( w i l l2 “m sr ) 差( 。k ) ( m ) 表恤e 顶 2o36 6o 一30 84oo45 ( 3o ok )005 温度2 l3929398 9 238 ( 335kj2 ( ) 0 2 23929 3 9 8 906 7 ( 30 0k )007 234 02 04 0800 79 ( 30 0k )007 大气温度 24 4 433 4 4 980 l7 ( 250k )025 254 482 45 490 59 ( 275k )0 25 卷i 水汽 2 6l36 0 13 9 0 6 ，0 0 150 ( 信噪【匕) 2 76 ，535 68 95116 ( 240 k )025 287 175 7475 2 i8 ( 2 5 0k ) 0 25 l00 0 云特性 2 g 8 400 870 09 58 ( 3 00k )0 0 5 臭氧 309 5 8098 80369 ( 250k )025 表面7 ；顶 0 ii ( j 7 8 0i i2 809 55 ( 3 0 0 k )o( 】5 温度32l1 770l2 2 7 08 94 ( ：j 00k )0 0 5 云顼高度 ：j313185l3 4 8 54 52 ( 2 6 0k )o 2 5 3dl3 4 85 137853 76(2 5 0k )0 2 5 3 5l37 8514 0 8531l ( 24 0k )0 25 36l40 85 14 3 85 2 0 8 ( 220k ) 一 035 2 2m o d i s l b 资料格式州d f 及内容 m o d l s1 b 数据采_ j 的数据格式为h d f ( h i e r a c h i c a ld a t a f o r m a t ) 格式。h d f 是美国 国家高级计算应用中心( n c s a ) 为满足备种领域研究需求而研制的一种高效存储和分发科 学数据的新型数据格式。h d f 具有自述性、通用性、灵活性、扩展性、跨甲台性等特点。 它提供了6 种基本数据类型：光栅图像( r a s t e ri m a g e ) 、调色板( p a l e t t e ) 、科学数据集s d s ( s c i e n t i f i c d a t a s e t ) 、注释( a n n o t a t i o n ) 、虚拟数据( v i r t u a l d a t a ) 和虚拟绸( v i r m a l g r o u p ) 。 值得注意的足n a s a 在1 9 9 8 年发布了h d f 5 ，新一代的h d f 5 在存储容量、数据结构和编 程接口等方面作了改进。虽然h d f 5 比h d f 4 有明显的优势，但h d f 4 仍然在科学界使用的 最为广泛。许多应用软件和数据产品都是基y - h d f 4 开发的，因此n a s a 仍然支持h d f 4 并将持续几年。h d f e o s 是通过对h d f 格式的扩展来满足快视查询和有效建立存档的需 要，e o s 定义r3 种新的数据类型：g r i d ，p o i n t 和s w a t h ，它们通过h d fe o s 函数库来实 现对h d f 格式的扩展。所有能够读取标准h d f 文件的t 具都可以读取h d f e o s 文件。 几乎所有主流商业遥感处理软件都支持读取h d f 。如p c i 、e r d a si m a g i n e 、e n v i 、 m a t l a b 、i d l 等。h d f 提供其接口例程的i d l 、c 和f o r t r a n 一7 7 版本。目前h d f 4 库 的最新版本是h d f 42 r l ，可以从n c s a 网站免费下载。本论文分别使用了i d l 和c 接口库 函数。 中国农业大学硕【j 学位论义 第二章m o d i s1 1 3 资料处理方法研究发软件实现 图2 - 1i 1 1 ) f 数据类型 图2 - 2h i ) , e 数据结构例图 m o d i s 自旋周期为1 4 7 7 1 秒，数据每五分钟存为一景。即每一景数据包含2 0 3 或2 0 4 条扫描带。这些数据存为三个对地观测( e a r t hv i e w ) 产品文件和一个在轨定标器( o n - b o a r d 中国农业大学颀上学位论文 第二章m o d i s1b 资料处里方法研究及软件实现 c a l i b r a t o r ) 产品文件，具体内容见表2 - 4 。 表2 - 4m o d i s1 b 产品概要 e c s l 短名 产品内容 m o d l s ，r e r r a m o d i s a q u a m o d 0 2 q k mm y d 0 2 q k m 定标后的m o d i s2 5 0 米分辨宰波段1 和波段2 对地观测数据 m o d 0 2 h k mm y d 0 2 h k m定标后的5 0 0 米分辨率波段37 对地观测数据，止u i - 土包括 由2 5 0 米分辨率的两个波段台成为5 0 0 米分辨牢的数据 m o d 0 2 i k mm y d 0 2 1 川定标后的1 0 0 0 米分辨率波段8 3 6 对地观测蛰据，遥包括2 5 0 米和5 0 0 米分辨率的波段，7 c c i f 被合成为i 0 0 0 米分辨率 m o d 0 2 0 b cm y d 0 2 0 b c在轨定标器( o b c ) 数据和丁程数据 对地观删数据与信息系统的核心系统( e o s d i s c o r es y s t e m ) 表2 - 5m o d l s1i f 地球观测产品中科学数据集概要 科学数据集( s d s ) 名称和描述 第一维 第二维第三维数据 波段数 # j 描带数t 探测器数帧数+ 样本数类型 2 5 0 m 产品 e v 一2 5 0 _ r e f s b 2引描带数+ 4 0 l3 5 4 + 4u 1 t 16 2 5 0m 睦球观鳓爱浆波段产品科学数据 e v 一2 5 吐r e f s b u n c e r l n d e x c s2扫描带数* 4 0 】3 5 4 4 4u i n t 8 2 5 0l 【t 造球髓溉砭翦j 波段产晶币确定掘数 5 0 0 m 产品 e ( 2 5 0 a g g r 5 0 芝r c f s b 2差t 描带数* 2 0l3 5 4 * 2u i n t l 6 2 5 0m 台成至5 0 0 n 地球观渤反射波段产品科学教箍 e v 一2 5 吐a g g r 5 0 0 u r e f s b u n c e r t i n d e x e s 2 扫描带数* 2 0 l3 5 4 + 2u i n t 8 2 5 0t 7 l 台成至5 0 0n l 地球观铡反甜波段产品不确定指数 e v 一2 5 0 - a g g r 5 0 0 r e f s b s a m p l e s _ u s e d 2扣描带数* 2 0 1 3 5 4 * 2j n t 8 2 5 0m 台娃孕5 0 0m 地球观褐厦射波段产品黼毋群本数 e v5 0 0r c f s b ：二 描带数* 2 0 l3 5 4 + 2 5 0 0 m 地球程溅夏射波段产品车车学鼓姑 e v 一5 0 0 _ r e f s 吐u n c e r ti n d e x e s 5 扫描带数* 2 0 】3 5 4 t 2u i n t 8 5 0 0m 地球税鳓夏啦波段产品4 i 确定指数 l k m 产品 e 虻? 5 垃 g g r l k m _ r e l s b 2扫描带数t 1 0 1 3 5 4 * 1 u i n t l 6 2 5 0m 台战至 k i n 避球观溺夏衬波段产品科学数据 e v2 5 0 一a g g r l k mr e f s bu n c c n _ i n d e x e s2 扫描带数；1 0 1 3 5 4 + 1u i n t 8 2 5 0 m 台戏至lk l h 地球观鞠叵戳波段产品币确毫糖数 e v 一2 5 芝月g g r l k m _ r e f s 垃s a m p l e s _ u s e d 2扣描带数+ 1 0 1 3 5 4 * 】i n t 8 2 5 0m 台戏至l km 氇球程蕊反射波段产品斩羁样本数 9 ：里查当盔兰竺：兰竺兰兰兰三耋竺2 2 ：2 鎏型竺型乙鎏坐：j 垒兰! ：! ：兰翌 e v 一5 0 0 一a g g r k m r e i s b 5扫描带数+ 1 01 3 5 4 + lu m t l 6 5 0 0n l 台戎孚 k i n 地球观魏夏自 波段j 。品科学数据 e v ，、5 0 0 a g g r i k m _ r e t s b u n c c r t _ l n d c x e s 5 扫描带数+ 1 0 l3 5 4 * lu i n t 8 5 0 0ml v 4 # f _ - i k m 地球观渤爱封波段产品币确定指数 e v5 0 0 _ a g g r i k m - r e f s bs a m p l e su s e d5 扫描带数+ 1 0 13 5 4 + l】r 1 1 8 5 0 0m 台波垒l k m 也球蠼瓤疲窘j 被段产品所甩持奉魏 e v i k m r e t s b l5扫描带数+ 1 013 5 4 + 1u i n t l 6 1 地球观秘夏甜波段产品科学数据 e v 一1k m r e f s b u n c e n _ l n d e x e s 1 5扫描带数* 1 013 5 4 + 】u i n t 8 1k m 弛球露溉反戢波段产品币确定指数 e vl k m e m i s s i v e1 6 扫描带数+ 1 0 l3 5 4 + lu i n t l 6 k m